Ученые повысили твердость алюминиевого сплава, используемого в авиационной и морской промышленности, на 237%

Ученые НИТУ МИСИС значительно улучшили свойства алюминиевого сплава, широко используемого в авиационной и морской промышленности, для легких конструкционных компонентов, радиаторов и корпусов электроники. Добавление нитрида циркония увеличило твердость материала на 237%, а также значительно повысило его упругость и прочность.

Сплав алюминия, магния и кремния применяется в авиакосмической и морской промышленности благодаря высокой коррозионной стойкости, легкости обработки и хорошей теплопроводности. Однако его недостаточная твердость, износостойкость и прочность на растяжение ограничивают его использование.

«Для улучшения свойств алюминиевых сплавов применяются различные армирующие добавки. Одним из интересных вариантов является нитрид циркония (ZrN), который отличается высокой твердостью, коррозионной и радиационной стойкостью, а также низким коэффициентом термического расширения. Регулируя количество этой добавки, можно изменять параметры материала, такие как относительная плотность, механические и теплофизические свойства. Каждый композит может быть полезен в передовых инженерных областях», — отметила к.т.н. Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Традиционные методы создания композитных материалов на основе алюминия имеют недостаток в виде неравномерного распределения армирующих элементов. Исследователи НИТУ МИСИС утверждают, что наиболее эффективны методы порошковой металлургии. Высокоэнергетическая механическая обработка в планетарной шаровой мельнице обеспечивает равномерное распределение армирующих частиц в алюминиевой матрице. Искровое плазменное спекание, которое использует импульсы электрического тока для быстрого нагрева спрессованного порошка, подходит для создания объемных материалов с низкой пористостью и высокими механическими свойствами.

Сочетая эти методы, ученые синтезировали композиты с разным содержанием нитрида циркония. Добавление 30% нитрида циркония к алюминиевому сплаву значительно улучшило механические свойства материала: твердость увеличилась на 237%, модуль упругости на 56%, а прочность на сжатие на 183%.

Согласно результатам исследования, опубликованного в научном журнале Scientific Reports (Q1), добавление нитрида циркония привело к образованию композиционных порошков различных форм и размеров.

«Увеличение содержания ZrN влияет на форму частиц материала. При концентрации 30% формируются преимущественно округлые частицы, что делает материал пригодным для аддитивного производства, включая 3D-печать», — отметил к.т.н. Дмитрий Московких, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС. Исследование было выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-79-10240.

Источник : Пресс-служба НИТУ МИСИС