Strategic challenges for computational alloy theory
- Reference number
- FFL15-0290
- Start and end dates
- 170101-230630
- Amount granted
- 11 640 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
In this project strategically important areas of alloy theory is developed. The main goals are: 1) Develop the theoretical methodology needed for quantitative predictions of the high-temperature metallurgy for magnetic alloys and steels from first-principles. 2) Push the methodological and computational limits of the theory so that dislocations in alloys and compounds can be studied with ab-initio level accuracy. 3) Facilitate theoretical design of alloys with highly complex structure or chemistry. In the first part a methodological combination of atomistic spin-dynamics with ab-initio molecular dynamics is done allowing to treat vibrational, magnetic and structural disorder in the paramagnetic phase on equal footing. Its successful implementation, being pursued in a strategic collaboration with the Max-Planck-Institut for iron research, would allow for calculation driven steel design from first principles The second part involves the development of methods to treat alloying effects on dislocations from first principles. It will allow for theoretical design of alloys to optimize dislocation mediated plastic deformation etc. The third part develop the alloy theory needed for a theoretical design of alloys with very complicated crystal structures, or very complex chemistry, i.e. high-entropy alloys. Applications involve new neutron detector materials in boron carbide to be used in the European Spallation Source under construction in Lund.
Popular science description
I detta projekt utvecklar jag den teori som behövs för att strategisk viktiga grenar av svensk materialforskning, inklusive inom industrin, ska kunna gå över till en beräkningsbaserat forskningsmetod. Vad som krävs för att detta ska lyckas är att material som har magnetiska komponenter, som järn och stål bemästras teoretiskt. För att detta ska lycka måste den komplexa kvantmekaniken som innefattar både atomernas vibrationer och de magnetiska rotationerna hos atomerna lösas. Jag gör det genom att använda min metodologiska bakgrundskunskap inom legeringsteori och genom ett strategiskt samarbete med ett av Tysklands bästa forskningsinstitut för stålforskning, Max-Planck-Institutet för järnforskning i Düsseldorf. I den andra delen så genomför jag den metodutveckling som krävs för att materials deformation och hårdhet ska kunna studeras direkt från kvantmekaniska ekvationer. Här är det fenomenet dislokationer, en form av kristallfel som kan bestå av extra halvplan av atomer inne i kristallen som står i centrum. När metoden lyckas så kommer dislokationernas påverkan av olika tillsatsämnen att kunna studeras och hårda ytbeläggningar utvecklas i en rasande snabb takt. Slutgiltigt så möjliggör detta projekt även att material med extremt komplicerad kristallstruktur, som borkarbid, eller högentropilegeringar, med minst 4 olika huvudkomponenter, studeras med med mycket hög noggrannhet i beräkningar. Borkarbid är ett viktigt material för nya neutrondetektorer som behövs vid bygget av neutronmikroskopet ESS i Lund.