НИТУ МИСиС

Ю. А. Абузин, вед. науч. сотр., доцент, Центр «Наноматериалы и нанотехнологии»

Н. Ю. Никитин, аспирант, e-mail: nikitin5@yandex.ru

Продемонстрирован способ проектирования новых сплавов алюминия с переходными металлами. В качестве основного подхода был выбран метод, основанный на электронной теории твердого тела. В результате теоретических исследований были выделены перспективные легирующие элементы, такие как W и Mo. Согласно проведенным вычислениям данные элементы максимально влияют на сопротивляемость ползучести исследуемых сплавов. Показано наличие легирующих элементов, оказывающих максимальное воздействие на изменение упругих напряжений и их связь с сопротивляемостью ползучести упорядоченных растворов замещения на основе Al. В частности, это Os и Ru. Сплавы с выделенными легирующими элементами могут применяться как конструкционные в авиационной и космической промышленности: они обладают хорошими механическими свойствами. Ранее ни один из перечисленных металлов не входил в список основных легирующих элементов, формирующих дисперсное упрочнение алюминия. Так как введение тугоплавких элементов в расплав алюминия вызывает существенные технологические затруднения, обусловленные тем, что растворению металлов переходной группы в алюминии предшествует образование твердого интерметаллического слоя, сильно снижающего растворимость этих металлов в алюминии. Для получения сплавов алюминия с W, Mo, Os и Ru была предложена методика, основанная на формировании «прекурсора» твердого раствора в ходе механической активации смеси исходных элементарных порошков с образованием твердой смеси алюминиевой матрицы с наноразмерными частицами тугоплавких легирующих элементов.

Авторы выражают благодарность научному сотруднику Института исследования железа ГмбХ общества Макса Планка Р. А. Назарову за ценные консультации и обсуждения результатов работы.
Исследования проведены в рамках выполнения государственного контракта № П945 от 27 мая 2010 г. по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг.

1. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. — М. : Наука, 1978. — 789 с.
2. Blanter B. Ye., Blanter M. S. The interaction of impurity atoms with dislocations in iron // NASA Technical Translation (TT F-14). — Washington : NASA, 1972. Vol. 298.
3. Штремель М. А. Прочность сплавов. Ч. II. Деформация : учебник для вузов. — М. : МИСиС, 1997.
4. Blochl P. E. Projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 50, N 24. Р. 17953.
5. Kress G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Ibid. 1999. Vol. 59, N 3, Р. 1758.
6. Kress G., Hafner J. Ab initio molecular dynamics for liquid metals // Ibid. 1993. Vol. 47, N 1. Р. 558.
7. Kress G., Hafner J. Ab initio molecular-dynamics simulation of the liquid-metal–amorphous-semiconductor transition in germanium // Ibid. 1994. Vol. 49, N 20. Р. 14251.
8. Kress G., Furthmuller J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a planewave basis set // Comput. Mat. Sci. 1996. Vol. 6, N 1. Р. 15.
9. Kress G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. Vol. 54, N 6. Р. 11169.
10. Perdew J. P., Chevary J. A., Vosko S. H., Jackson K. A., Pederson M. R., Singh D. J., Fiolhais C. Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation // Ibid. 1992. Vol. 46, N 11. Р. 6671.
11. Perdew J. P., Chevary J. A., Vosko S. H., Jackson K. A., Pederson M. R., Singh D. J., Fiolhais C. Erratum: Atoms, molecules, solids, and surfaces: Аpplications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation // Ibid. 1993. Vol. 48, N 7. Р. 4978.
12. Monkhorst H. J., Pack J. D. Special points for Brillouin-zone integrations // Ibid. 1972. Vol. 13, N 12. P. 5188.
13. Razumovskii I. M., Ruban A. V., Razumovskiy V. I., Logunov A. V., Larionov V. N., Ospennikova O. G., Poklad V. A., Johanson B. New generation of Ni-based superalloys designed on the basis of first-principles calculations // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 497, N 1/2. Р. 18–24.
14. Brooks M. S., Johansson B. Exchange integral matrices and cohesive energies of transition metal atoms // J. Phys. Met. Phys. 1983. Vol. 13, № 10. Р. L197.
15. Никитин Н. Ю. Исследование из первых принципов влияния релаксации на сплавообразование в системе алюминий 3d-переходные металлы // Физика металлов и материаловедение. 2012. N 4.
16. Pettifor D. G. Bonding and structure of molecules and solids. — Oxford : Clarendon press, 1995. — 269 с.
17. Металловедение : учебник. В 2 т. Т. II / под общ. ред. В. С. Золоторевского. — М. : МИСиС, 2009. — 528 с.
18. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2005. — 376 с.
19. Напалков В. И., Махов С. В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. — М. : МИСиС, 2002. — 376 с.
20. Синельникова В. С., Подергин В. А., Речкин В. Н. Алюминиды. — Киев : Наукова думка, 1965.