Новая разработка решает ключевую проблему переработанного алюминия и открывает возможности для создания легких и прочных деталей летательных аппаратов.
МОСКВА. Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» (НИТУ МИСИС) разработали инновационный алюминиевый сплав, предназначенный для применения в аэрокосмической отрасли и аддитивных технологиях. Ключевым достижением ученых стало решение давней проблемы — нейтрализация вредного воздействия железа, которое неизбежно присутствует в переработанном алюминиевом сырье и делает его хрупким.
Суть проблемы и революционное решение
Железо, содержащееся во вторичном алюминии, образует в сплаве хрупкие игольчатые соединения, что делает материал непригодным для изготовления высоконагруженных конструкций. Ученые НИТУ МИСИС нашли элегантное решение: путем легирования сплава кальцием и последующей термообработки они смогли не нейтрализовать железо, а преобразовать его, включив в состав нового устойчивого упрочняющего соединения.
Ключевые преимущества и особенности сплава:
- Устранение хрупкости: Кальций способствует формированию особой эвтектической фазы с компактной морфологией, что предотвращает образование вредных хрупких структур.
- Стабильная структура: В материале формируется новое четырехкомпонентное соединение с кубической кристаллической решеткой, что позволяет создавать деформированные заготовки без трещин и дефектов.
- Пригодность для 3D-печати: Эвтектическая микроструктура значительно снижает риск образования горячих трещин при послойной кристаллизации, что критически важно для аддитивного производства крупногабаритных деталей.
- Потенциал для замены: Новый сплав обладает сочетанием легкости и прочности и в перспективе может заменить промышленный сплав АК4-1 (2618), который плохо подходит для современных методов 3D-печати.
Экспертные комментарии
«Разработки учёных Университета МИСИС, ведущего вуза страны в области новых технологий и материалов, успешно применяются в различных наукоёмких отраслях. Новый материал сочетает лёгкость и прочность, характерную для авиационных сплавов, и перспективен для технологии 3D-печати», — отметила ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
«Добавление кальция принципиально меняет структуру сплава, превращая минус (железо) в плюс (упрочняющий компонент) и обеспечивая устойчивую структуру», — пояснил старший научный сотрудник, д.т.н. Торгом Акопян.
Перспективы внедрения и будущие планы
Внедрение разработки на промышленных предприятиях позволит существенно удешевить производство за счет активного использования более дешевого переработанного алюминия без потери качества. В перспективе изделия из нового сплава могут применяться в качестве обшивочных панелей летательных аппаратов и других критически важных компонентов.
На следующем этапе исследований ученые планируют дополнительно повысить свойства сплава, добавив в его состав марганец, кремний и микродобавку циркония для придания ему большей термостойкости, коррозионной стойкости и прочности.
Результаты работы были опубликованы в авторитетном международном научном журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).
Новый сплав демонстрирует оптимальное сочетание механических характеристик и технологичности, что открывает широкие возможности для его практического применения. Как отметил д.т.н. Николай Белов, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС, "перспективным направлением является замена промышленного деформируемого сплава АК4-1 (2618), который обладает ограниченной пригодностью для аддитивных технологий".
Особенности эвтектической микроструктуры материала позволяют минимизировать риск образования горячих трещин в процессе послойной кристаллизации, что приобретает особое значение при 3D-печати крупногабаритных изделий. Внедрение данной разработки в промышленное производство позволит достичь значительного снижения себестоимости выпускаемой продукции.
На следующем этапе исследований научный коллектив планирует модифицировать состав сплава путем введения марганца, кремния и микродобавок циркония, что направлено на повышение комплекса эксплуатационных характеристик, включая термостойкость, коррозионную стойкость и прочностные показатели.
Источник : пресс-служба НИТУ МИСИС
