Экспериментальное и теоретическое исследование влияния термических и барических воздействий на формирование новых стабильных и метастабильных фаз в многокомпонентных сплавах алюминия с переходными и редкоземельными металлами, включая высокоэнтропийные сплавы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-22-00674

НазваниеЭкспериментальное и теоретическое исследование влияния термических и барических воздействий на формирование новых стабильных и метастабильных фаз в многокомпонентных сплавах алюминия с переходными и редкоземельными металлами, включая высокоэнтропийные сплавы

Руководитель Меньшикова Светлана Геннадьевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" , Удмуртская Республика

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-208 - Металлы. Сплавы. Неупорядоченные структуры

Ключевые слова функциональные материалы, микро-и наноструктура, моделирование, машинное обучение, расплав, быстрая закалка, переохлаждение, фазовые переходы, давление, температура

Код ГРНТИ29.19.15, 29.12.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Получение материалов с заданными структурой и свойствами при известных термодинамических параметрах (температуре, давлении, химическом составе) является одной из основных и наиболее актуальных задач физики и химии конденсированного состояния. Для относительно простых соединений, состоящих из небольшого числа компонент, эта задача более-менее успешно решается как компьютерным моделированием, так и экспериментально. В рамках проекта будут исследоваться относительно сложные многокомпонентные аморфно-нано-кристаллические композиты на основе алюминия системы Al-ПМ-РЗМ (ПМ-переходный металл, РЗМ-редкоземельный металл) (с тремя, четырьмя и пятью компонентами), пятикомпонентные высокоэнтропийные сплавы Al-ПМ. Сплавы имеют перспективы практического применения как конструкционные материалы, также могут рассматриваться в качестве защитных покрытий. Для таких соединений решение вопроса о получении материалов с заданными структурой и свойствами требует новых нестандартных методов и подходов. Этим поисковым исследованиям посвящен настоящий проект. Будет решаться задача предсказания фазового состава, доли аморфных, кристаллических и нанокристаллических фаз и их морфологических особенностей в зависимости от условий получения. Сочетание различных экстремальных воздействий (быстрое охлаждение из расплава, высокие давления и температуры и т.п.), которое предполагается в настоящем проекте, позволит расширить область метастабильных состояний, получить новые соединения, новые модификации известных соединений, модифицировать структуру дефектов на микро- и наноуровнях. Особое внимание будет уделено установлению закономерностей между исходной структурой расплава и образованием фаз со сложной кристаллической структурой (фаз Лавеса, Al3Ме и т.д.) при различных экстремальных воздействиях на расплав. Такие фазы часто называют фазы-стеклообразователи, так как их образование в сплавах указывает на склонность систем к аморфизации. Ряд предварительных результатов уже нами получен в этом направлении. В проекте будут объединены экспериментальные, теоретические расчеты и компьютерное моделирование структуры и свойств сплавов в жидком и твердом состояниях. Эксперимент будет включать в себя следующие методы: рентгеноструктурный анализ, высокоразрешающая электронная микроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, высокотемпературная вискозиметрия и др. Принципиально новыми будут методы компьютерного моделирования, основанные на сочетании первопринципных методов функционала плотности и машинного обучения. Массивы данных по структуре и термодинамическим параметрам, полученные в эксперименте и первопринципном моделировании, будут использованы для обучения нейросетей, с помощью которых планируется предсказать наиболее оптимальные параметры соединений. Кроме того, машинное обучение будет использовано для формирования потенциалов межатомного взаимодействия для классических атомистических расчетов. Это позволит эффективно моделировать структуры в широком диапазоне параметров с ab-initio точностью, но на несколько порядков быстрее ab-initio. В результате будут определены закономерности процессов структурообразования, механизмов и кинетики структурно-фазовых превращений в сплавах при экстремальных воздействиях. Будут получены данные о структурном и химическом ближнем порядке в многокомпонентных расплавах, а также экспериментальные данные по вязкости, переохлаждению, процессах затвердевания этих расплавов и структурообразованию в сплавах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Меньшикова С.Г., Шушков А.А., Бражкин В.В. Microstructure and Physical and Mechanical Properties of the Al90Gd10 Binary Alloy after Barothermal Treatment Physics of the Solid State, No. 4, Vol. 64, pp. 204-209 (год публикации - 2022)
10.1134/S1063783422050055

2. Меньшикова С.Г., Бражкин В.В., Данилова А.С. Study of the Al86Ni6Co4Gd2Tb2 Liquid Alloys Crystallization under High Pressure of 10 GPa AIP Conference Proceedings, № 1, т. 2899, с. 1-6 (год публикации - 2023)
10.1063/5.0163213

3. Меньшикова С.Г. Вязкость и затвердевание расплавов Al100-хCuх (х=5, 10, 17, 25 ат.%) Химическая физика и мезоскопия, № 3, Том 24, C. 377-387 (год публикации - 2022)
10.15350/17270529.2022.3.31

4. Аржников А.К. Использование нейронных сетей в решении задач физики конденсированного состояния Мёссбауэровская спектроскопия и её применения: тезисы докладов XVI Международной конференции (Екатеринбург, 4-9 сентября 2022 г.), с. 70-71 (год публикации - 2022)

5. Меньшикова С.Г., Афкаликова В.Ю., Васин М.Г., Охара К. High-energy X-ray diffraction study of Al70Cu30 and Al90Y10 liquid alloys Solidification: computer simulation, experiments and technology: Abstracts of the IX internationale conference. – Izhevsk: UdmFRC UB RAS Publ., р. 218-220 (год публикации - 2022)

6. Данилова А.С., Меньшикова C.Г., Шушков А.А., Ладьянов В.И. Микроструктура и механические свойства сплава Al90Gd10 после баротермической обработки Solidification: computer simulation, experiments and technology: Abstracts of the IX internationale conference. – Izhevsk: UdmFRC UB RAS Publ., с. 85 (год публикации - 2022)

7. Бельтюков А.Л., Меньшикова С.Г., Ладьянов В.И. Роль редкоземельных металлов в возникновении релаксационных процессов в расплавах Al-ПМ-РЗМ Solidification: computer simulation, experiments and technology: Abstracts of the IX internationale conference. – Izhevsk: UdmFRC UB RAS Publ., с. 176-178 (год публикации - 2022)

8. Меньшикова С.Г., Щелкачев Н.М., Бражкин В.В. Локальная структура высокотемпературного расплава Al86Ni2Co6Gd6 и его затвердевание под высоким давлением Solidification: computer simulation, experiments and technology: Abstracts of the IX internationale conference. – Izhevsk: UdmFRC UB RAS., с. 51-53 (год публикации - 2022)

9. Меньшикова С.Г., Щелкачев Н.М., Бражкин В.В. Влияние высоких давлений и температуры расплава на структурообразование в сплаве Al86Ni2Co6Gd6 при закалке Тез. докл. Междунар. конф., 5-8 сентября 2022 г., Томск, Россия, Ин-т физики прочности и материаловедения СО РАН. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, с. 42 (год публикации - 2022)

10. Бельтюков А.Л., Меньшикова С.Г., Ладьянов В.И. Role of rare-earth metals (R) in the appearance of relaxation processes in AL–Ni–R metal melts Journal of Physics Condensed Matter, V.35, p.1-9 (год публикации - 2023)
10.1088/1361-648X/accf57

11. Меньшикова С.Г., Щелкачев Н.М., Бражкин В.В. Solidification of the glass-forming Al86Ni2Co6Gd6 melt under high pressure Materialia, V. 28, p.1-7 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mtla.2023.101713

12. Меньшикова С.Г. On the Influence of High Pressures and Boron Nitride on the Processes of Structure Formation and Microhardness of a High-Entropy Equiatomic Composition AlNiCoFeCr Alloy Journal of Materials Science and Chemical Engineering, №11, с.135-141 (год публикации - 2023)
10.4236/msce.2023.118009

13. Меньшикова С.Г., Щелкачев Н.М., Аржников А.К., Данилова А.С., Бражкин В.В. Формирование новых стабильных и метастабильных фаз в сплавах алюминия при термических и барических воздействиях XXIII Всероссийская школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-23), Тезисы докладов, с.49 (год публикации - 2023)

14. Бельтюков А.Л., Меньшикова С.Г., Ладьянов В.И., Афкаликова В.Ю. Релаксационные процессы в расплавах Al-ПМ-РЗМ, их влияние на структурообразование в сплавах XXIII Всероссийская школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-23), Тезисы докладов, с.167 (год публикации - 2023)

15. Жуйкова А.С., Меньшикова С.Г. Исследование структуры и свойств бинарных и тернарных сплавов Al-Ni-РЗМ, полученных при затвердевании их расплавов под высоким давлением Физика и технология перспективных материалов–2023: сборник трудов Международной конференции (г. Уфа, 2-6 октября 2023 г), с.108-109 (год публикации - 2023)

16. Димчева В.В.,Меньшикова С.Г. О влиянии высокого давления на процессы структурообразования и твердость высокоэнтропийного сплава AlNiCoFeCrCu эквиатомного состава Физика и технология перспективных материалов–2023: сборник трудов Международной конференции (г. Уфа, 2-6 октября 2023 г.), с.100-102 (год публикации - 2023)

17. Аржников А.К. Квантовая запутанность, теория информации и топология в современной физике конденсированного состояния Материалы XV Международной школы-конференции молодых учёных «КоМУ-2023» : Ижевск: УдмФИЦ УрО РАН, с.14-15 (год публикации - 2023)

18. Меньшикова С.Г. On the Influence of High Pressures and Boron Nitride on the Processes of Structure Formation and Microhardness of a High-Entropy Equiatomic Composition AlNiCoFeCr Alloy Proceedings of the 16th Sino-Russia Symposium on Advanced Materials and Technologies, c.48-52 (год публикации - 2023)

19. Меньшикова С.Г., Щелкачев Н.М., Бражкин В.В. Локальная структура и затвердевание высокотемпературных стеклообразующих расплавов Al86Ni2Co6Gd6, Al86Ni6Co4Gd2Tb2 под высоким давлением (до 10 ГПа) Институт физики Дагестанского ФИЦ РАН, с.80-82 (год публикации - 2023)
10.33580/9785002123148

20. Меньшикова С.Г. Influence of extreme (thermobaric) impacts on the structure and properties of Al-TM-REM alloys during cooling of their melts The 4th Int'l Conference on Light Alloys and Metal Materials (LAMM 2023), c.10 (год публикации - 2023)

21. Меньшикова С.Г., Бражкин В.В. Влияние экстремальных воздействий на структуру и свойства сплавов Al-ПМ-РЗМ, включая высокоэнтропийные, при быстром охлаждении их расплавов Физика конденсированных состояний: сб.тезисов III Международной конференции (29 мая-02 июня 2023, г.Черноголовка) / под ред. Б.Б.Страумала, с.141 (год публикации - 2023)
10.26201/ISSP.2023/FKS-3.138

22. Меньшикова С.Г., Димчева В.В. Исследование эволюции структуры высокоэнтропийного AlNiCoFeCr сплава эквиатомного состава под действием высоких давлений и температур Физика конденсированных состояний: сб. тезисов III Международной конференции (29 мая-2 июня 2023, г.Черноголовка) / под ред. Б.Б. Страумала, с.140 (год публикации - 2023)
10.26201/ISSP.2023/FKS-3.137

23. Меньшикова С.Г., Жуйкова А.С. Иccледование влияния высокого давления на структуру и свойства сплава Al90Gd10, полученного при быстром охлаждении расплава Физика конденсированных состояний: сб. тезисов III Международной конференции (29 мая-02 июня 2023 г., Черноголовка) / под ред. Б.Б. Страумала, с.142 (год публикации - 2023)
10.26201/ISSP.2023/FKS-3.139

24. Меньшикова С.Г. Исследование эволюции структуры высокоэнтропийного сплава Al20Ni20Co20Fe20Cr20 под действием высоких давлений и температур Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques (год публикации - 2024)

Публикации