Сотрудники кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики Казанского федерального университета испытали аморфный металлический сплав никеля и ниобия (Ni62Nb38) при сверхвысоких давлениях и при сдвиговой деформации.

Компьютерный эксперимент позволил определить пороговое значение давления, превышение которого приводит к «взрывной» кристаллизации этого сплава.

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 Non-Crystalline Solids.

Аморфные металлические сплавы на основе никеля, по словам профессора, относятся к материалам, на которые возлагаются большие надежды в плане их практического применения в самых разных областях, включая микроэлектронику и машиностроение.

«Среди таких сплавов стоит особо выделить аморфный металлический сплав Ni62Nb38, относящийся к перспективным конструкционным материалам ввиду его высокой прочности, устойчивости к коррозии и твердости. Эти свойства во многом зависят от стабильности аморфной структуры, которая, по сути, представляет собой структуру "замерзшего" расплава, жидкости», – рассказал Анатолий Мокшин.

В результате компьютерного моделирования методом молекулярной динамики исследователи выяснили, что стабильность аморфной структуры сплава Ni62Nb38 нарушается при механических воздействиях: давлении и сдвиговой деформации.

«Сдвиговая деформация и высокие давления способствуют образованию кристаллических  вкраплений, – объясняет первый автор статьи, доцент кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Булат Галимзянов. – Чем выше прилагаемое давление, тем быстрее происходит рост кристаллов. При высоких давлениях материал полностью теряет свои полезные конструкционные свойства».

Ученые КФУ установили, что сплав Ni62Nb38 способен сохранять полезные функциональные свойства при давлениях, не превышающих 400 гигапаскаль. Для сравнения, это давление в четыре миллиона раз больше нормального атмосферного давления.

«Превышение порогового давления приводит к быстрой кристаллизации материала. Более того, при кристаллизации образуются две фракции, состоящие из атомов Ni и Nb. Скорость роста этих фракций различается из-за разной концентрации атомов Ni и Nb», – сообщила второй автор статьи, студентка 4-го курса Института физики КФУ Мария Доронина.

Понимание того, как ведут себя аморфные металлические сплавы в определенных экстремальных условиях, уверены участники проекта, позволит расширить область применения этих материалов.