Team tager gætterierne ud af at opdage nye legeringer med høj entropi

Det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory har udviklet en metode til beregningsanalyse, der kan hjælpe med at forudsige sammensætningen og egenskaberne af endnu ikke fremstillede højtydende legeringer.

Disse materialer består af flere elementer (fire eller flere) og meget eftertragtede på grund af deres enkle strukturer, fremragende mekaniske egenskaber over en lang række temperaturer, og forbedret oxidations- eller korrosionsbestandighed. Fremskridt i disse materialer kan føre til forbedret jetmotorydelse og brændstofeffektivitet, såvel som andre applikationer i brancher, hvor mekaniske dele skal fungere i barske miljøer.

"Det, der traditionelt er gjort inden for materialedesign, er at tilpasse det, vi ved om materialer, der allerede er opdaget, og vi ved, at selv små ændringer i sammensætningen af ​​legeringer kan resultere i store ændringer i deres egenskaber, "sagde Duane Johnson, Ames laboratorieforsker og beregningsteoretiker. "Men det betyder, at der er masser af uopdaget område derude, især i legeringer lavet af fire eller flere elementer. "

I betragtning af det store antal mulige kombinationer af legeringssammensætninger, det ville være svært for eksperimentelle at vide, hvor de skulle lede efter den næste nye højentropilegering. Ikke kun det, legeringer med høj entropi er notorisk svære at lave, kræver dyre materialer og specialbehandlingsteknikker. Selv da, forsøg i et laboratorium garanterer ikke, at en teoretisk mulig forbindelse fysisk er mulig, endsige potentielt nyttig.

"Så er det et godt sted at starte, "sagde Johnson, "er i stand til at fortælle eksperimentelle, hvor man IKKE skal lede." Ved hjælp af en beregningsmetode med høj kapacitet, forskerne brugte en unik elektronisk strukturmetode til at forudsige egenskaber ved enhver vilkårlig sammensætning med høj entropi-legering, samtidig vurdere deres evne til at danne en solid løsning i enkle strukturer, deres atomorden deres kemiske stabilitet, og deres mekaniske egenskaber ved skiftende temperaturer.

"Vores beregninger besvarer en række spørgsmål, det vigtigste er 'er det overhovedet værd at kigge her?' "sagde Johnson." Vi kan indsnævre designrummet til multi-komponentsystemer, og cirkel de områder, der skal fokuseres på for de mest lovende materialer til undersøgelse eller udvikling. "

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Design af højstyrke ildfaste komplekse fastopløsningslegeringer, "skrevet af Prashant Singh, Aayush Sharma, A.V. Smirnov, Mouhamad S. Diallo, Pratik K. Ray, Ganesh Balasubramanian og Duane D. Johnson; og udgivet i npj Computational Materials .