Как и в случае большинства материалов, прочность алюминия во многом зависит от его микроструктуры: чем меньше и плотнее упакованы его микроскопические частицы, тем прочнее будет сплав. Для того чтобы предсказать прочность будущего сплава, исследователи из Массачусетского технологического института методично комбинировали алюминий с различными типами и концентрациями элементов при помощи компьютерного моделирования.
Поначалу результат был неудовлетворительным, и ученым пришлось искать новые подходы. В итоге они пришли к использованию техники машинного обучения, созданной для просеивания данных и выделения ключевых связей и корреляций. Это сравнительно быстро дало интересный результат, пишет MIT News.
Такой подход быстро выдал рецепт алюминиевого сплава с более высокой объемной долей мелких частиц и, следовательно, более высокой прочностью, чем в предыдущих исследованиях. Прочность сплава оказалась даже выше, чем та, которую они смогли получить после моделирования более одного миллиона вариантов без использования машинного обучения.
Команда пришла к выводу, что для производства этого сплава лучше использовать 3D-печать вместо традиционного литья металла, когда расплавленный алюминий заливается в форму, охлаждается и затвердевает. Чем дольше время охлаждения, тем выше вероятность увеличения отдельных частиц, а значит — снижения прочности.
Исследователи предполагают, что из нового сплава можно будет печатать более прочные, легкие и термостойкие изделия, например, лопатки вентиляторов реактивных двигателей. Обычно их отливают из титана — материала, который на 50% с лишним тяжелее и в несколько раз дороже алюминия.
«Если мы сможем использовать более легкий и высокопрочный материал, это позволит транспортной отрасли значительно сэкономить энергию», — сказал Мохадесе Тахери-Мусави, руководивший исследованием.
На протяжении веков создание сплавов металлов выглядело примерно одинаково: нагреть компоненты в печи, перемешать, а затем охладить, придав им нужную форму. Команда материаловедов из США нашла способ производить высокоэнтропийные сплавы при температурах, которые ближе к температуре теплого летнего дня, чем раскаленной печи.
