Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» в несколько раз улучшили свойства алюминиевого сплава, используемого в авиационной и морской промышленности, а также сумели получить порошки, пригодные для 3D-печати. Твердость материала выросла на 237%, значительно улучшились упругость и прочность, сообщает пресс-служба вуза.

Сплав алюминия, магния и кремния широко применяется в авиакосмической и морской промышленности, так как обладает высокой устойчивостью к коррозии, легко поддается обработке и отличается хорошей теплопроводностью. Тем не менее, у него есть недостатки: он недостаточно твердый, износостойкий и прочный на растяжение, что ограничивает сферы применения.

«Для улучшения свойств алюминиевых сплавов используются различные армирующие добавки. Интересным вариантом является нитрид циркония, известный своей высокой твердостью, коррозионной и радиационной стойкостью, а также низким коэффициентом термического расширения. Меняя количество добавки, можно регулировать параметры материала — относительную плотность, механические и теплофизические свойства. Каждый композит может найти применение в передовых инженерных областях», — рассказала научная сотрудница НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» Вероника Суворова.

У традиционных методов создания композиционных материалов на основе алюминия есть недостаток: армирующие элементы распределяются неравномерно. Исследователи из НИТУ МИСИС утверждают, что наиболее эффективными считаются методы порошковой металлургии. Высокоэнергетическая механическая обработка в планетарной шаровой мельнице позволяет достигать равномерного распределения армирующих частиц в алюминиевой матрице. Для создания объемных материалов с низкой пористостью и высокими механическими свойствами подходит искровое плазменное спекание, при котором очень быстро осуществляется нагрев с использованием импульсов электрического тока, проходящих через спрессованный порошок.

Используя комбинацию этих методов, ученые синтезировали композиты с разным содержанием нитрида циркония. Добавление 30% нитрида циркония к алюминиевому сплаву привело к значительному улучшению механических свойств материала, в том числе к увеличению твердости на 237%, модуля упругости — на 56% и прочности на сжатие — на 183%. Введение нитрида циркония также привело к получению композиционных порошков различной формы и размера.

«Увеличение количества нитрида циркония влияет на форму частиц материала. При тридцатипроцентном содержании образуются преимущественно округлые частицы. Это позволяет использовать материал в аддитивном производстве, то есть при создании изделий с помощью 3D-печати», — рассказал директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» Дмитрий Московских.

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Nature.

Источник