Досліджено процес плавлення високоентропійних карбонітридів за допомогою нейромереж.

Температура плавлення — одна з найважливіших характеристик матеріалу, що визначає його потенціал використання в різних галузях промисловості. Експериментальне вимірювання температури плавлення є складним і витратним процесом, тоді як обчислювальні методи можуть забезпечити не менш точний результат швидше і простіше. Вчені з Сколтеху провели дослідження, в якому розрахували максимальну температуру плавлення високоеентропійного карбонітриду — сполуки титану, цирконію, танталу, гафнію та ніобію з вуглецем і азотом.

2024-12-18 10:00:45https://naked-science.ru/article/column/karbonitridov-s-pomoshhyu

Результати роботи, опублікованої в журналі Scientific Reports, показують, що високоентропійні карбонітриди можуть використовуватися як перспективні матеріали для захисних покриттів обладнання, що працює в екстремальних умовах — при високій температурі, термічному ударі та хімічній корозії.

«В новому дослідженні ми використали потенціали міжатомного взаємодії на основі глибоких нейронних мереж для моделювання структури високоентропійного карбонітриду y (TiZrTaHfNb)C_xN_1−x як у твердому, так і в рідкому станах. Це дозволило нам спрогнозувати температури нагріву та охолодження залежно від вмісту азоту, визначити температуру плавлення та проаналізувати взаємозв'язок структура-властивість з точки зору міжатомного взаємодії. Збільшення вмісту азоту призводить до підвищення температури плавлення, що пов'язано зі зміною відносної стабільності рідкої фази порівняно з твердою при додаванні азоту», — розповів керівник дослідження Олександр Квашнін, професор Проектного центру з енергетичного переходу Сколтеху.

Група вчених розробила нову процедуру навчання DeepMD-потенціалу для моделювання процесу плавлення та кристалізації матеріалу TiZrTaHfNbC_xN_1-x, що дозволило потім розрахувати його температуру плавлення. Потенціал був навчений на даних про траєкторії, отриманих із моделювання молекулярної динаміки з використанням теорії функціонала електронної щільності, що дозволило досягти високої точності прогнозів.

Підхід спрямований на розширення можливостей класичного молекулярно-динамічного моделювання, що дозволяє проводити точне моделювання та аналіз процесу плавлення з прогнозуванням температури плавлення не тільки високоентропійних карбонітридів, але й інших складних багатокомпонентних матеріалів.

Автори виявили максимальну температуру плавлення для складу (TiZrTaHfNb)C_0.75N_0.25 — 3580±30 К. Завдяки додаванню азоту характеристики плавлення високоентропійних сполук можна покращити — це дозволить змінити теплохімічні властивості функціональних і конструкційних матеріалів.