Сотрудники Новосибирского государственного университета зарегистрировали программный комплекс «НИКОЛЬ-кристалл», предназначенный для моделирования и прогнозирования свойств никелевых сплавов, широко применяемых в авиации, энергетике и турбостроении. Разработка выполнена в Центре компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами», созданном на базе НГУ при финансовой поддержке Фонда НТИ.

Новый программный продукт позволяет заранее, еще до проведения экспериментов, оценивать ключевые физико-механические характеристики сплавов — такие как упругость, термическое расширение и устойчивость к высоким температурам. Это дает возможность ускорить разработку новых материалов и снизить затраты на их испытания.

— Мы решаем задачу создания так называемых цифровых двойников материалов. Речь идет о цифровой реплике реального материала, которая учитывает максимально возможное число параметров, важных для его работы в конкретных условиях, — рассказал старший научный сотрудник Физического факультета НГУ, ведущий научный сотрудник Центра НТИ НГУ, доктор химических наук Даниил Колоколов.

В фокусе проекта — жаропрочные никелевые сплавы, из которых изготавливают, в частности, лопатки авиационных и энергетических турбин. Эти материалы представляют собой сложные многокомпонентные системы, где добавки различных элементов могут составлять десятки процентов состава. Подбор оптимального сочетания компонентов в таких случаях требует перебора огромного числа вариантов.

— Если технолог подбирает состав экспериментальным путем, ему приходится проверять тысячи, а иногда и десятки тысяч комбинаций. Наша программа позволяет задать произвольный состав сплава и за относительно короткое время получить прогноз его основных свойств, причем, в комплексе, а не по одному параметру, — объяснил ученый.

«НИКОЛЬ-кристалл» основан на методах атомистического моделирования и численных расчетах, опирающихся на фундаментальные физические законы. Алгоритмы программы откалиброваны с использованием экспериментальных данных и данных из авторитетных международных баз, таких как Materials Project. Это позволяет моделировать системы, состоящие из десятков и сотен тысяч атомов, и получать достаточно точные оценки макроскопических свойств материала.

По словам разработчиков, программа может использоваться не только для анализа уже существующих сплавов, но и для проектирования принципиально новых составов.

— Мы начинаем с базовой кристаллической структуры никеля и можем добавлять легирующие элементы в произвольных соотношениях. Фактически программа позволяет «придумывать» новые сплавы с заданными характеристиками, — отметил Колоколов. 

Разработка уже вызвала интерес у промышленных компаний, работающих с никелевыми материалами.

— Для производителей таких сплавов важно иметь собственные, независимые инструменты моделирования, — подчеркивает ученый. — Зарубежные программные пакеты и базы данных сегодня часто недоступны, а здесь важна не только сама программа, но и возможность ее адаптации под конкретные задачи заказчика.

Выполнив регистрацию программы как объекта интеллектуальной собственности, команда разработчиков продолжает работу над ее развитием.

— Основной функционал уже создан, но дальше все будет зависеть от взаимодействия с индустриальными партнерами. Наша цель — довести инструмент до уровня, при котором он станет действительно удобным и востребованным в промышленности, — подытожил Колоколов.