Для авиации и автопрома перспективен алюминий. Учёные МГУ им. Н.Э. Баумана разработали простой и действенный метод усиления композитов с его использованием.
Добавив в расплав алюминия никель и лантан, специалисты 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 изготовления легче и быстрее летательных аппаратов и автомобилей необходимы всё более лёгкие материалы. Алюминий, а точнее алюмоматричные композиты — материалы с основой из алюминия, является одним из самых перспективных вариантов.
Учёные научной школы «Фазовые превращения и разработка сплавов на основе цветных металлов» НИТУ «МИСиС» изготовили новый прочный композит алюминий-никель-лантан для авиа- и автомобилестроения.
Научная группа под руководством профессора Николая Белова длительное время занимается разработкой алюминиевых композитов. Композит Al-Ni-La — пример работы по созданию естественного алюмоматричного композитного материала с содержанием более 15% армирующих частиц (по объему).
Новая разработка отличается высокой способностью укреплять за счет образующихся химических соединений с у ultradyspernym строением. Диаметр этих укрепляющих элементов не превосходит несколько десятков нанометров.
Исследователи прежде изучали системы, где эффективного армирующего каркаса получить невозможно или получали композиционный материал трудоемкими способами порошковой металлургии (спеканием порошков) или жидкофазными технологиями замешивания наночастиц в расплав.
Армирование алюминия с помощью нанопорошков сегодня преобладает, но является дорогостоящим и трудозатратным. Порой результат не соизмерим с затраченными ресурсами: повышение прочности на 5-20% может привести к снижению пластичности на десятки процентов или даже в разы. Размер частиц большой — от 100 нанометров до одного-двух микрометров, а их количество в объеме не велико.
Разработчики из НИТУ «МИСиС» нашли решение для проблем неравномерного армирования и недостаточной прочности композита, созданного с использованием порошковых материалов: при плавлении размер частиц, выполняющих роль армирования, после кристаллизации материала на основе Al-Ni-La не превышает 30-70 нанометров в поперечном сечении.
Естественная кристаллизация позволяет частицам размещаться равномерно, формируя укрепляющую структуру, делая композит более прочным и гибким по сравнению с порошковыми аналогами.
Предложенный нами композит уже превосходит аналоги по многим показателям, в том числе зарубежные. Однако мы не останавливаемся на достигнутом и планируем продолжить работу над созданием более совершенных, сложных (3-, 4- и более фазных) и дешевых композитов. Производство таких композитов предусматривает использование алюминия технической чистоты и более дешевых легирующих компонентов.
Ученые считают, что новый материал наиболее перспективен для авиации и машиностроения, а также для создания современных роботов, включая беспилотники, поскольку вес аппарата в данном случае имеет решающее значение.
Благодаря особенностям строения данный материал подходит для 3D-печати сложных деталей. Новые разработки также имеют стратегическое значение с точки зрения экономики.
Экспорт сырого алюминия в настоящее время приносит основной доход российской отрасли. Разработка новейших технологий с высокой добавленной стоимостью поможет увеличить прибыль за счёт освоения новых внутренних и международных рынков алюминиевых изделий.
