Ученым Института физики удалось определить диапазоны температур и давлений, в пределах которых аморфный металлический сплав способен сохранять улучшенные эксплуатационные свойства.

Сотрудниками кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики Казанского федерального университета впервые построена фазовая диаграмма сплава Ni62Nb38, который относится к перспективным материалам из-за способности формировать устойчивую объемно-аморфную фазу.

Работа велась в рамках поддержанного грантом Российского научного фонда проекта «Теоретические, симуляционные и экспериментальные исследования физико-механических особенностей аморфообразующих систем с неоднородными локальными вязкоупругими свойствами», руководителем которого является заведующий кафедрой, профессор Анатолий Мокшин.  

Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Journal of Physics and Chemistry of Solids.

Расчет фазовой диаграммы выполнен на основе данных моделирования молекулярной динамики. Полученные результаты позволили выявить области стабильного сосуществования фаз «аморфное состояние – кристалл» и «жидкость – кристалл» на широком интервале давлений, включая высокие давления порядка 1000 ГПа, что сопоставимо, например, с давлениями в недрах планеты Юпитер.

«Двухкомпонентный сплав Ni62Nb38 хорошо известен в металлургии благодаря способности формировать аморфный металл в виде объемного тела. Как известно, объемные аморфные металлы более устойчивы к коррозии, обладают улучшенными прочностными свойствами, способны выдерживать большие нагрузки. Сплав Ni62Nb38 не является исключением. Более того, этот сплав относится к перспективным из-за малого числа компонент в составе и относительной дешевизны производства», – проинформировал первый автор статьи, доцент кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики КФУ Булат Галимзянов.  

Влияние высоких температур и давлений на устойчивость аморфной фазы металлического сплава Ni62Nb38 ранее не исследовалось. Поэтому вплоть до настоящего времени не было ясно, как себя будет вести этот сплав при физических экстремальных условиях.

«Полученные нами результаты показали, что сплав Ni62Nb38 может сохранять стабильность аморфной структуры в широком диапазоне давлений, что делает его пригодным для эксплуатации в экстремальных условиях. Например, он может использоваться в аэрокосмической отрасли, в транспортной и военной промышленности для изготовления конструкционных материалов и различных деталей», – пояснила соавтор статьи, магистрант первого года обучения Института физики КФУ, лаборант кафедры вычислительной физики Мария Доронина.   

Выполненные в КФУ исследования имеют большое фундаментальное значение. Они доказывают, что давление является одним из основных термодинамических параметров, позволяющих управлять фазовыми и структурными переходами в этой металлической системе. Полученные результаты могут стать отправной точкой для более детального изучения механических свойств двухкомпонентной металлической системы Ni–Nb при экстремально высоких температурах и давлениях.