74

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее

  •  © misis.ru

Один из самых перспективных материалов для авиационной и автомобильной промышленности — алюминий. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» нашли простой и эффективный способ укрепления композитных материалов на его основе. Добавив в расплав алюминия никель и лантан, они смогли создать материал, сочетающий преимущества композиционных материалов и стандартных сплавов — гибкость, прочность, легкость. О разработке, которая открывает новые перспективы в авиа- и автомобилестроении, вышла статья в журнале Materials Letters.

Для производства более легких и быстрых летательных аппаратов и автомобилей требуются, соответственно, все более легкие материалы. Одним из наиболее перспективных материалов является алюминий, а точнее, алюмоматричные композиты — материалы на основе алюминия.

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.

«Наша научная группа под руководством профессора Николая Белова уже многие годы занимается вопросами создания композитов на основе алюминия. Композит Al-Ni-La, — одна из таких работ по созданию естественного алюмоматричного композиционного материала, содержащего в структуре свыше 15% (по объему) армирующих частиц. Особенностью новой разработки является высокая армирующая способность формирующихся химических соединений, имеющих ультрадисперсное строение — диаметр армирующих элементов не превышает нескольких десятков нанометров. Ранее исследователи ограничивались изучением систем, в которых заведомо невозможно получение эффективного армирующего каркаса, либо получали композиционный материал трудоемкими методами порошковой металлургии (спеканием порошков), либо жидкофазными технологиями замешивания наночастиц в расплав» рассказывает один из авторов разработки, научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС», к.т.н. Торгом Акопян.

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 нами композит уже обходит по многим показателям аналоги, в том числе и зарубежные. Однако мы не собираемся останавливаться на достигнутом, и в дальнейшем планируем 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», — добавляет Торгом Акопян.

По словам ученых, 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.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен и сделайте вашу ленту объективнее!

  • 5
    Корбен Далас Корбен Далас
    25.05.1902:19:30

    Замечательная новость, особенно с учётом возможного стратегического влияния на экономику.

  • 0
    Нет аватара Valdis15
    25.05.1914:19:59

    То есть это не сплав, а именно композит?

    • 3
      Нет аватара Захарка
      25.05.1918:04:49

      Все названные в статье компонента — Al, Ni, La, являются металлами, так что речь, скорее, именно о сплаве. Другое дело, что композит не обязательно подразумевает использование углеродных / неметаллических соединений. В конце концов, фанера — тоже считается композитным материалом.

      • 3
        Нет аватара Valdis15
        25.05.1919:00:43

        Бывают даже композиты — сталь-сталь, где лист стали внутри пронизан стальными нитями другой закалки. А здесь, как понимаю, тоже композит, т.к. частицы внедрённого металла довольно крупные.

        • 3
          Нет аватара amk6606
          25.05.1920:40:29

          Если смотреть с такой точки зрения, то обычная сталь тоже композит. Поскольку при кристаллизации в ней тоже образуется некоторая структура.

          Но обычно к композитам относят материалы, получаемые по технологиям, более сложным, чем размешать и дать застыть.

          В данном случае материал по описанию напоминает относимую к растворам взвесь, только затвердевшую. То есть это всё-таки сплав. Да и получаются армирующие частицы, похоже, в результате реакции между исходными материалами при кристаллизации, а не засыпкой извне.

          • 0
            Zveruga Zveruga
            27.05.1915:33:06

            Просто композит это иностранное слово, которое ввели в индустрию относительно недавно.

            На самом деле и сталь композит железа с углеродом. Всё верно. Так как слово композит означает композиция разных по свойствам веществ друг с другом.

            Я даже больше скажу. В стали железо играет роль мягкого и упругого вещества, а углерод твёрдого и жёсткого наполнителя. В дереве есть лигнин и целлюлоза, которые играют такую же роль. По этому дерево одновременно и прочное и гибкое. Но по отдельности лигнин и целлюлоза обладают разными противоположными свойствами. Лигнин играет роль твёрдого бетона, а целлюлоза гибкой арматуры.

            Эвтектические сплавы также являются композитами. Благодаря сочетанию двух веществ образуется новое с новыми свойствами.

            Отредактировано: Zveruga~15:41 27.05.19
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,