Ewolucja mikrostruktury w stopach o wysokiej entropii Ta-Ti-V-W: od symulacji ab initio do technologii druku 3D

Numer: 2019/35/D/ST5/03526

Program/Konkurs: SONATA

Jednostka finansująca: NCN

Kierownik projektu: dr inż. Jan Wróbel

Funkcja: lider

Czas realizacji: 2020-2024

 
Opis:

Głównym celem niniejszego projektu jest poszerzenie wiedzy na temat ewolucji mikrostruktury w stopach o wysokiej entropii w warunkach podwyższonej temperatury, co pozwoli na zrozumienie procesów zachodzących podczas druku 3D a także w trakcie wygrzewania badanych stopów. Badania skupione będą na stopach z układu Ta-Ti-V-W, który został wytypowany na podstawie teoretycznych i eksperymentalnych badań dla stopów Cr-Ta-Ti-V-W przeprowadzonych w poprzednim projekcie.

W ramach niniejszego projektu, ewolucja mikrostruktury stopów z układu Ta-Ti-V-W przebadana zostanie za pomocą kombinacji metody ab initio bazującej na teorii funkcjonału gęstości (DFT, z ang. density functional theory), metod uczenia maszynowego (ML, z ang. machine learning) a także symulacji dynamiki molekularnej (MD, z ang. molecular dynamics). Tysiące obliczeń DFT zostanie przeprowadzonych w celu zbadania energii migracji wakansów w badanych stopach a także stabilności fazy krystalicznej względem stanu ciekłego. Obliczenia DFT posłużą także jako dane wejściowe do metod ML. Symulacje MD wykorzystujące potencjał uzyskany za pomocą metod ML dla stopów z układu Ta-Ti-V-W, pozwolą na zbadanie ewolucji mikrostruktury w czasie, dyfuzję atomów a także właściwości sprężystych HEA w funkcji temperatury i stężenia pierwiastków. Wyniki symulacji MD przyczynią się do zrozumienia procesów zachodzących podczas druku 3D oraz podczas wygrzewania tych materiałów, co pozwoli na odpowiednie dobranie parametrów procesu drukowania tych stopów.

Badania teoretyczne wsparte będą badaniami eksperymentalnymi. Wytworzone zostaną próbki badanych materiałów za pomocą metody topienia łukowego. W celu zbadania ewolucji mikrostruktury w funkcji czasu i temperatury, próbki poddane zostaną wygrzewaniu w wysokich temperaturach a następnie scharakteryzowane. Próbki o najwyższej stabilności fazowej zostaną poddane atomizacji przy pomocy samodzielnie skonstruowanego ultradźwiękowego atomizera, a uzyskany w ten sposób proszek użyty zostanie do druku 3D wybranych stopów za pomocą metody SLM (z ang. selective laser melting). Głównym celem części eksperymentalnej będzie zaprojektowanie stopu o najbardziej obiecującym składzie chemicznym i dobranie optymalnych parametrów do druku 3D tego typu materiałów.