Исследователи НИТУ МИСИС запатентовали гибридный композит на основе алюминия, предназначенный для элементов конструкции летательных аппаратов, лопаток компрессоров, дисков турбин реактивных двигателей, воздухозаборников и других деталей, эксплуатируемых в условиях пиковых нагрузок. Материал сочетает прочность, легкость и устойчивость к высоким температурам.
Алюминий характеризуется низкой плотностью, что позволяет применять его для уменьшения веса изделий. Вместе с тем, как традиционные алюминиевые сплавы, так и современные алюмоматричные композиты, армированные керамическими частицами, имеют значительный недостаток: их прочность заметно снижается при нагревании до температур, превышающих 300°C.
«Специалисты Университета МИСИС разработали и оформили патент на новый композитный материал на основе алюминия. При нагревании свыше 300°C он обладает прочностью, сопоставимой с конструкционной сталью, но его вес почти в три раза меньше. Данное решение найдёт применение в авиационной, космической и машиностроительной отраслях, где детали и оборудование подвергаются воздействию экстремальных условий и агрессивных сред» , — по словам ректора НИТУ МИСИС Алевтины Черниковой.
Ученые разработали композиционный материал, сочетающий в себе алюминиевую основу, усиленную субмикроскопическими частицами оксида алюминия и порошком титана.
«Мы не ограничились смешением двух видов добавок, а разработали комплексную систему, где один из компонентов (титан) влияет на алюминиевую матрицу на всех этапах: начиная с легирования и заканчивая отжигом, что позволяет значительно повысить эффект упрочнения, вызванный оксидом алюминия», — пояснил кандидат технических наук Алексей Просвиряков, ведущий научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» Национального исследовательского технологического университета «МИСИС.
Для повышения прочности композиционного материала в оксид алюминия вводят порошок титана. При последующей термообработке происходит его взаимодействие с алюминием, в результате чего формируются твёрдые и жаропрочные интерметаллические соединения. Эти соединения повышают сопротивление материала к пластической деформации, даже при воздействии высоких температур, и обеспечивают дополнительное упрочнение.
«Важную роль играет и метод получения материала — механическое легирование. Интенсивная обработка с использованием планетарной шаровой мельницы позволяет измельчить структуру до наноуровня, формируя большое количество ультрамелкодисперсных и стабильных частиц. За счёт увеличения границ раздела фаз достигается существенное повышение прочности материала», — добавил лаборант-исследователь кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС Дмитрий Бекаревич.