Ученые МИСиС совершенствуют алюмоматричные композиты


Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» создали новый прочный композит алюминий-никель-лантан с расчетом на применение в автомобильной и авиационной промышленности. Материал может быть использован для производства деталей сложной формы на промышленных 3D-принтерах.

f460c24c36766585b4dd6792c0228eb3.jpg

Как сообщает пресс-служба вуза, работы ведутся специалистами научной школы «Фазовые превращения и разработка сплавов на основе цветных металлов». Одни из наиболее перспективных материалов для авиационной и автомобильной промышленности — алюмоматричные композиты. Сегодня армирование алюминия осуществляется в основном с помощью нанопорошков, что оборачивается высокой стоимостью и трудозатратами, снижающими рентабельность. Кроме того, улучшение одних свойств может приводить к ухудшению других. Например, при повышении прочности всего на 5-20% пластичность может снижаться на десятки процентов или даже на порядки.

Новая разработка направлена на решение проблем неравномерного армирования и низкой прочности, характерных для композитов в порошковой металлургии: в расплав алюминия добавляются легирующие элементы, образующие с алюминием химические соединения, которые в процессе затвердевания сплава дают прочный армирующий каркас. 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, а композит получается более прочным и гибким, чем его «порошковые» аналоги.

«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% армирующих частиц по объему. 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, либо жидкофазными технологиями замешивания наночастиц в расплав», — рассказывает научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС», кандидат технических наук Торгом Акопян.

2cb9ef918171c664765262afafc4ccd6.jpg

Как считают ученые, новый материал можно использовать в авиа- и машиностроении, современной робототехнике и производстве беспилотных летательных аппаратов, где снижение массы дрона имеет критическое значение. Благодаря особенностям формирования структуры предложенный материал может быть использован в качестве сырья для промышленных 3D-принтеров. 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 Российского научного фонда «Создание научных принципов конструирования новых наноструктурированных металломатричных композиционных материалов на основе алюминия, с высокой долей алюминидов Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr)». Доклад научной команды опубликован по этой ссылке.

Источник: тут