​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.

Исследование проводится в рамках гранта РНФ № 18-79-00345 «Создание научных принципов конструирования новых наноструктурированных металломатричных композиционных материалов на основе алюминия, с высокой долей алюминидов Al(Ti, Ca, Ni, Ce(La), Zr)».

Похожие новости

  • 08/05/2019

    Ученые переведут мир на новое время

    ​В природе известно около 3500 атомных ядер. Они значительно меньше атомов и представляют собой плотную упаковку из нейтронов и протонов. Энергии, характерные для переходов между возбужденными состояниями ядер, исчисляются обычно десятками и сотнями килоэлектронвольт, а иногда и мегаэлектронвольтами.
    823
  • 25/04/2019

    Грант от РФФИ на исследование камер сгорания с ультранизким уровнем выбросов загрязняющих веществ

    ​Научный коллектив Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») получил поддержку Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) на проведение научного исследования: «Анализ связей и закономерностей процессов турбулентного горения ультрабедных газовых смесей и гидродинамики течения для формирования облика перспективных полноразмерных малоэмиссионных камер сгорания с ультранизким уровнем выбросов вредных веществ и устойчивым процессом горения».
    578
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    700
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    672
  • 04/10/2018

    Физики впервые получили спиновый ток при помощи лазера

    Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами впервые показали, что с помощью сверхкоротких лазерных импульсов можно генерировать гигагерцовый спиновый ток.
    799
  • 21/08/2018

    Создан высокочувствительный фотодетектор толщиной в атом

    Ученые создали фотодетекторы на основе графена, которые потребляют мало энергии и не нуждаются в охлаждении. Они могут использоваться при создании портативных матриц высокого разрешения, составляющих основу современных фото- и видеокамер.
    721
  • 04/07/2019

    Сибирские ученые создают ветряк для нагревания воды

    ​Сибирские ученые создают ветрогенератор, который может работать при низкой скорости ветра и нагревать воду практически без потерь благодаря преобразованию механической энергии воздушного потока непосредственно в тепловую энергию.
    727
  • 11/08/2018

    Ученые разработали инфракрасную горелку, которая обогреет сибирские дома

    ​Благодаря новому интерметаллическому сплаву из никелия и алюминия усовершенствованная российскими учеными инфракрасная горелка на испытаниях показала себя экологичной и высокоэффективной. Сегодня ученые работают над созданием перспективных водонагревательных котлов на основе своей горелки, которые очень актуальны для частных домов в Сибири и на Дальнем Востоке.
    960
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    1196
  • 16/10/2018

    Профессор Ильдар Габитов: электроника зашла в тупик

    ​Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, "Огоньку" рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов.
    758