На международном авиационно-космическом салоне МАКС-2021 НИТУ «МИСиС» представил инновационный сплав на основе алюминия для авиации и линий электропередач. Ученым удалось повысить термостойкость алюминиевого сплава до 450 °C, а также добиться лучшей электропроводности за счет добавления кальция. Полученный материал может применяться для изготовления облегченных электропроводов, в частности, в авиации. Статья о разработке опубликована в журнале Metals.
Алюминий наряду с медью является основным металлом для изготовления проводов. Он обладает немного более низким уровнем электропроводности, но при этом стоит намного дешевле.
При этом он в 3,5 раза легче меди, что обеспечило ему широкое применение в линиях электропередач, различных летательных аппаратах и других областях, где снижение веса является критически важным.
Существенным минусом алюминия является низкая термостойкость — он выдерживает нагрев до 150 °C, а при более высоких температурах охрупчивается, что приводит к разрушению проводов. Для того, чтобы увеличить термостойкость и расширить потенциальные области применения алюминиевых проводов, требуется вводить в металл легирующие добавки.
Ранее ученым НИТУ «МИСиС» и Уфимского государственного авиационного технического университета удалось повысить термостойкость алюминия до 400 °C путем добавления в сплав циркония.
Продолжая работу по созданию алюминиевых сплавов повышенной термоустойчивости, ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета и Сибирского федерального университета нашли способ повысить термостойкость алюминия до 450 °C.
Экспериментальный сплав, содержащий 0.8% кальция, 0.5% циркония, 0.5% железа и 0.25% кремния, был изготовлен методом литья в электромагнитном кристаллизаторе (ЭМК). Использование данной технологии позволило добиться оптимальной микроструктуры материала, подходящей как для холодного волочения проволоки диаметром 3 мм, так и для холодной прокатки полосы диаметром 2 мм. При этом отжиг при температуре 450 ◦C позволяет добиться необходимого баланса прочности и электропроводности.
Авторы работы отмечают, что новый термостойкий сплав отличается более высокой прочностью, электропроводностью и термостойкостью как по сравнению со сплавами на основе алюминия и циркония, так и со сплавами на основе алюминия и редкоземельных металлов. Улучшенной электропроводности удалось добиться за счет добавления кальция.
Николай Белов, главный научный сотрудник кафедры «Обработка металлов давлением» НИТУ «МИСиС», профессор, д.т.н.:
«Полученный термостойкий сплав можно использовать и в космической отрасли, поскольку, по сравнению с используемым сейчас проводниковым сплавом 01417, он обладает существенными преимуществами по стоимости, термостойкости и технологичности.
В новом материале место редкоземельных элементов был использован кальций, причем в гораздо меньшем количестве (около 1%) и небольшие добавки циркония, железа и кремния. Отсутствие дорогостоящих элементов приводит к существенному снижению стоимости, а малое количество интерметаллидных частиц и их благоприятная морфология обеспечивает деформационную пластичность, что позволяет проводить холодное волочение литой заготовки. Наличие циркония позволяет сформировать наночастицы, которые вносят основной вклад в повышение термостойкость проволоки».