Физики выяснили особенности застывания сплавов в космосе
Алюминий-никелевые сплавы служат основой для создания магнитотвердых материалов, то есть таких, которые могут выдерживать высокие значения напряженности магнитного поля без полного размагничивания. Также они являются базовой системой для жаропрочных сплавов, обладающих улучшенными механическими характеристиками. Столь широкое применение сделало алюминий-никелевые сплавы популярным объектом исследований, в том числе касающихся разработки способов их быстрой кристаллизации, причем во всех направлениях сразу. В результате получаются материалы с необычными свойствами.
Ускорить застывание сплавов можно с помощью методов так называемой бесконтейнерной обработки — без соприкосновения с каким-либо контейнерами, то есть в невесомости. В своей новой работе исследователи Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина вместе с иностранными коллегами использовали модель, описывающую кристаллизацию в таких условиях, в ее основе — данные эксперимента на МКС.
С термодинамической точки зрения при кристаллизации жидкостей, смесей и сплавов с переохлаждением ожидается скорее монотонно возрастающая скорость роста кристаллов, от «зародышей» растут ветвящиеся «деревца». Однако алюминий-никелевые сплавы демонстрируют аномальное поведение. Моделирование на данных эксперимента в условиях микрогравитации показало, что формирование кристалла идет сразу от многих «зародышей», то есть скорость застывания сразу велика и по мере охлаждения сплава падает. В результате не успевает сформироваться обычная решетка, структура материала оказывается неупорядоченной, что позволяет ему эффективнее противостоять высоким нагрузкам.
Большое влияние на процесс застывания сплава, как выяснилось, играет содержание в нем никеля: оно влияет на скорость распространения кристаллизации в объеме. В дальнейшем авторы планируют подробнее описание его влияние. Однако уже сейчас результаты работы теоретически объясняют аномальные процессы застывания алюминий-никелевых сплавов, ранее зафиксированные экспериментально.
