Новости

28 октября, 2022 12:08

Физики придумали, как управлять свойствами сплава железа и никеля

Физики Уральского федерального университета рассчитали, как улучшить свойства сплава железа и никеля (инвар). Благодаря их математической модели сплав может получаться более однородным, что сказывается на характеристиках готового изделия. Описание модели и поведения расплавов, а также аналитические расчеты ученые опубликовали в журнале Scientific Reports. Исследование поддержал Российский научный фонд.
Источник: пресс-служба УрФУ
Благодаря математической модели ученые определили, что важную роль в технологии создания изделий из инвара, а именно в процессе его затвердевания, играет набегающий поток: когда при охлаждении сплава жидкий слой натекает на затвердевший. Если регулировать этот процесс, можно управлять характеристиками материала и получать более однородную структуру, улучшая таким образом свойства конечного продукта.
«Поясню суть работы с помощью аналогии. Когда вода замерзает, она выталкивает из себя всю грязь. Поэтому можно взять кусочек льда в рот, он будет чистый. Примерно также происходит и с расплавами при охлаждении. Только они выталкивают не все примеси, а часть. Часть примесей выходит наружу, а часть остается в расплаве. То, что остается в расплаве, заполняет промежутки между кристалликами, которые затвердевают, и пустоты, которые остаются. В итоге сплавы получаются неоднородные: один крохотный кусочек обогащен, а соседний — нет. И это влияет на свойства готового изделия», — говорит руководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров.
Работа ученых крайне важна, так как сплавы никеля и железа используют при создании высокоточных приборов: часы, сейсмические датчики, подложки для чипов, клапаны и двигатели в авиаконструкциях, приборы для телескопов.

Главное, что показали ученые — это процессы в двухфазном слое (слой, в котором находится и твердая, и жидкая фазы). Внутри него происходит переход из жидкого состояния в твердое. В ходе этого процесса и определяется, каким будет готовое изделие.
«Этот слой полностью меняет сценарий кристаллизации. Например, температура в каждой точке этого слоя ниже температуры кристаллизации, а кристаллики и дендриты выделяют теплоту фазового превращения и таким образом частично компенсируют переохлаждение. Кроме того, растущая твердая фаза вытесняет растворенную примесь, что снижает температуру кристаллизации. Эти процессы приводят к образованию сложных разветвленных структур твердой фазы, промежутки между которыми заполняются жидкостью с более высокой концентрацией примесей», — поясняет суть процесса старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах Любовь Торопова. 
24 мая, 2024
Лазерный рисунок на серебре убережет драгоценности от подделки
Ученые предложили простой и дешевый метод создания оптически неоднородных материалов, которые можн...
24 мая, 2024
Обнаружены связанные с психическими заболеваниями варианты генов развития нервной ткани
Исследователи выявили мутации в генах, которые потенциально могут быть связаны с развитием психиче...