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

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.