Формирование кристаллических и аморфных структурных состояний на межфазном фронте в процессах высокоскоростного затвердевания

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 21-73-00263

НазваниеФормирование кристаллических и аморфных структурных состояний на межфазном фронте в процессах высокоскоростного затвердевания

Руководитель Анкудинов Владимир Евгеньевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук , г Москва

Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-604 - Многомасштабное компьютерное моделирование структуры и свойств материалов

Ключевые слова компьютерное моделирование, кристаллизация, аморфизация, переохлаждение, фазовое поле, кристаллическое фазовое поле, структурные состояния

Код ГРНТИ29.19.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
При высокоскоростном затвердевании в процессах селективного лазерного плавления или других неравновесных технологических процессах скорость границы раздела фаз может достигать величин 10-100 м/с, а жидкая фаза может быть переохлаждена на 10-400 K ниже температуры ликвидуса. В условиях быстрого охлаждения или при глубоких переохлаждениях жидкость может затвердевать с образованием метастабильных фаз. При повышенных движущих силах, связанных с глубоким переохлаждением, отбор и формирование кристаллической или аморфной фазы происходит в локально-неравновесных условиях, определяющих высокоскоростное затвердевание из метастабильного состояния в стабильное. Целью настоящего проекта является установление взаимосвязи между структурным состоянием металла, его упругими микроскопическими характеристиками, параметрами кристаллической решетки, термодинамическими условиями формирования такого состояния и неравновесными режимами высокоскоростного затвердевания. Для анализа высокоскоростных переходов и структурообразования на микро- и мезомасштабе применяется континуальный метод фазового поля. К высокоскоростному затвердеванию будет применен локально неравновесный подход, который ранее был успешно проверен на экспериментальных данных и данных атомистического моделирования. Будут рассмотрены, проанализированы и решены три основные задачи проекта: (i) исследование кинетики структурообразования, формирования аморфных и кристаллических микроструктур и отдельных кристаллитов в объеме затвердевающего металла в присутствии значительных температурных градиентов и скоростей фронтов кристаллизации; (ii) моделирование отбора структуры на высокоскоростном фронте на масштабе отдельных атомов и сопутствующее развитие методов кристаллического фазового поля; (iii) определение мезоскопических характеристик атомных систем , таких как парные корреляционные функции, или структурный фактор методом машинного обучения на основе известных межатомных потенциалов взаимодействия без прямых расчетов. Полученные модели будут апробированы на конкретных металлических системах, на основе чистых металлов и сплавов Fe, Al, Ti, Ta, Ni, используемых в аддитивных технологиях и производственных процессах на основе направленной кристаллизации. Установление связи между моделями на разных пространственно-временных масштабах будет играть ключевую роль в обеспечении качественной интерпретации и получении количественных результатов проекта. Теоретический анализ и вычислительное моделирование будут сопоставлены с известными данными экспериментов. Комплекс методов, предлагаемых в данном проекте может быть использован для оптимизации получения современных высокотехнологичных изделий в аддитивных технологиях и других технологиях послойного и объемного синтеза. Развитие данных методов позволит перейти на новый уровень понимания процессов, происходящих при движении межфазных границ в высоконеравновесных процессах, позволит глубже развить теорию кристаллизации и аморфизации металлов, а также в формирования упорядоченных и разупорядоченных структур на межфазных границах. Разработанный комплекс моделей может также быть применим для новых перспективных коллоидных материалов и материалов с самосборкой.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Анкудинов В. Е., Галенко П. К. Growth of two-dimensional hexagonal lattices in phase-field crystal model (Рост двумерных гексагональных решеток в модели кристаллического фазового поля) JETP Letters (год публикации - 2022)

2. Анкудинов В. Е. Structural phase-field crystal model for Lennard-Jones pair interaction potential Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol 30, Number 6, P. 064002 (год публикации - 2022)
10.1088/1361-651X/ac7e63

3. Анкудинов В. Е., Стародумов И. О. Approximation of periodic solutions of two-mode phase-field crystal model Program Systems: Theory and Applications, Program Systems: Theory and Applications, 2022. Vol. 13, N2(53). P. 65–84. (год публикации - 2022)
10.25209/2079-3316-2022-13-2-65-84

4. Анкудинов В. Е. Formation and Stability of the Crystalline Structures in Two-Mode Phase-Field Crystal Model Physics of the Solid State, Vol. 64, No. 8, pp. 417–424 (год публикации - 2022)
10.1134/S1063783422090013

5. Низовцева И., Анкудинов В. Е., Ранер Э., Липпман Ш. Climate related phase transitions with moving boundaries by virtue of mushy zone investigation in Al-Cu: experiment and phase-field modeling Mathematical Methods in the Applied Sciences (год публикации - 2023)

Публикации