Методику для ускорения процедуры синтеза сплавов на основе алюминия предложили ученые Уральского федерального университета (УрФУ), 16 марта сообщает пресс-служба вуза.

Созданная физиками математическая модель процесса кристаллизации сплавов позволит управлять их внутренней структурой и влиять на физические свойства конкретного сплава. Старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах УрФУ Любовь Торопова рассказала:

«Мы произвели расчеты для силумина — сплава алюминия и кремния. Он активно применяется для литья деталей в авто-, мото- и авиастроении благодаря своей способности образовывать отливки без дефектов. Нам удалось разработать математическую модель, позволяющую описывать различные формы дендритных кристаллов, образующихся в структуре сплава при разных температурах переохлаждения. Форма кристаллов в сплаве предопределяет физические свойства материалов — прочность и пластичность, теплопроводность и электропроводность».

Моделирование поможет определить необходимую форму кристаллов для усовершенствования тех или иных свойств сплава, что позволит изготавливать детали с заданными характеристиками, пояснила Торопова.

Верификация модели проводится на экспериментальной установке электромагнитной левитации Йенского университета им. Фридриха Шиллера в Германии, которая позволяет в ходе эксперимента описывать дендритную структуру сплава. Модель позволяет сразу регулировать состав и характеристики сплава.

Дендритная структура образуется в ходе кристаллизации с образованием кристаллитов древоподобной структуры, представляющей основной ствол с боковыми ветвями, которые сформированы по направлению основных осей кристаллической решетки в сплаве.

Эксперимент позволил выяснить, «что в некоторых случаях дендритные кристаллы, растущие из чистого кремния, эволюционируют быстрее, чем кристаллы, растущие из расплава силумина, и это улучшает микроструктуру и свойства конечного материала». Таким образом, регулируя состав расплава можно ускорить процесс литья деталей.

Данные экспериментальных исследований модели были использованы для создания программного обеспечения, которое «позволит симулировать комплексные процессы структурно-фазовых превращений, происходящих в сплавах различных металлов, и создавать материалы нового поколения с улучшенными характеристиками».

Результаты исследований и уникальных расчетов, выполненных при разработке и верификации модели, представлены в журнале Journal of Physics: Condensed Matter.