Как рождаются трещины: физики КФУ раскрыли механизм появления нанополостей в металлических сплавах

Физики Казанского федерального университета (КФУ) разработали метод точного контроля процесса зарождения наноразмерных полостей в аморфных металлических сплавах. Исследование проливает свет на ранние стадии разрушения материалов — один из ключевых вопросов современной материаловедческой науки, по которому до сих пор не существовало общепринятой теории.

Работа выполнена учеными кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики КФУ. Объектами исследования стали бинарные металлические сплавы Cu₆₄.₅Zr₃₅.₅ и Ni₆₂Nb₃₈ — представители так называемых объемных металлических стекол, отличающихся высокой прочностью и аморфной структурой. Ученые смоделировали поведение этих сплавов в условиях внешнего отрицательного давления — ситуации, при которой материал подвергается всестороннему расширению.

В результате были получены новые выражения, позволяющие точно рассчитывать критический размер нанотрещин и энергию, необходимую для их образования. Эти параметры играют ключевую роль в понимании того, как именно запускается процесс разрушения в аморфных материалах.

Изучение начальных стадий процесса разрушения материалов является важной задачей как для фундаментальной, так прикладной науки. В настоящее время не существует общепринятой теории, описывающей начальные стадии формирования очагов разрушения. Нами получены совершенно новые результаты, которые вносят понимание в то, каким образом зарождаются очаги разрушения. Количественные результаты получены на примере аморфных металлических сплавов Cu_64.5Zr_35.5 и Ni₆₂Nb_38.

• Анатолий Мокшин, профессор, заведующий кафедрой вычислительной физики и моделирования физических процессов

Как подчеркивает доцент Булат Галимзянов, открытие имеет и прикладное значение: оно может быть использовано для разработки новых материалов с повышенной устойчивостью к образованию трещин. Более того, полученные данные помогут в создании самозалечивающихся сплавов — материалов, способных самостоятельно устранять микроповреждения в определенных условиях, что существенно продлевает срок их службы.

Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Non-Crystalline Solids. Проект был выполнен при поддержке Академии наук Республики Татарстан в рамках гранта на развитие фундаментальных и прикладных исследований в регионе.

Источник: Минобрнауки РФ

• #КФУ