Ученые Национального исследовательского технологического
университета «МИСиС» нашли простой и эффективный способ
укрепления композитных материалов на основе алюминия. Ведь, как
известно, алюминий – один из самых перспективных материалов для
авиационной и автомобильной промышленности.
Команда ученых научной школы «Фазовые превращения и разработка
сплавов на основе цветных металлов» НИТУ «МИСиС» создала новый
прочный композит алюминий-никель-лантан для авиа-
и автомобилестроения. В расплав алюминия добавлялись легирующие
элементы, образующие с алюминием химические соединения, которые
в процессе затвердевания сплава дают прочный армирующий каркас.
Сегодня армирование алюминия происходит в основном при помощи
нанопорошков, однако это крайне дорогой и трудоемкий процесс,
и результат не всегда оправдывает потраченные ресурсы. Например, при
повышении прочности всего на 5–20%, такой показатель, как пластичность,
наоборот, может снизиться на десятки процентов или даже в несколько раз.
Кроме того, сами частицы слишком крупные – от 100 нанометров до 1–2
микрометров, а их количество в объеме невелико.
Разработка ученых НИТУ «МИСиС» решает проблемы
неравномерного армирования и низкой прочности «порошкового»
композита – при плавлении размер армирующих частиц после
кристаллизации материала на основе системы Al-Ni-La не превышает
в поперечном сечении 30–70 нанометров. Благодаря естественной
кристаллизации, частицы распределяются равномерно, создавая
армирующий каркас, и композит получается более прочным и гибким, чем
его «порошкового» аналоги.
Предложенный «МИСиС» композит уже обходит по многим
показателям аналоги, в том числе и зарубежные. Однако ученые
университета планируют в дальнейшем продолжить работу над созданием
более совершенных, сложных (3-, 4- и более фазных) и дешевых композитов,
производственный цикл которых будет предусматривать использование
алюминия технической чистоты и более дешевых легирующих компонентов.
Предложенный материал можно использовать, прежде всего, в области
авиа- и машиностроения, для проектирования современной робототехники,
в том числе беспилотных летательных аппаратов, где снижение массы дрона
имеет критическое значение. Благодаря особенностям формирования
структуры, предложенный материал может быть использован для
изготовления сложных деталей методами 3D-печати. Кроме того, новые
разработки могут иметь и стратегическое значение с точки зрения
экономики. В настоящий момент основную долю прибыли в алюминиевой
отрасли России занимает экспорт первичного алюминия. Создание новых
высокотехнологичных разработок, обладающих повышенной добавленной стоимостью, позволит повысить прибыль за счет расширения внутреннего
и внешнего рынков потребления алюминия.
Исследование проводится в рамках гранта РНФ № 18-79-00345
«Создание научных принципов конструирования новых
наноструктурированных металломатричных композиционных материалов
на основе алюминия, с высокой долей алюминидов Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr)».
Источник: пресс-службы НИТУ «МИСиС»