Коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и научно-производственного центра магнитной гидродинамики (ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики», г. Красноярск) смог повысить термостойкость алюминия до 400 °C при помощи добавки циркония. Полученный материал будет полезен для изготовления облегченных электропроводов, в частности, в авиации. Статья о разработке опубликована в международном журнале Metals.
Алюминий наряду с медью является основным металлом для изготовления проводов. Он обладает немного более низким уровнем электропроводности, но при этом намного дешевле. Что особенно важно, он в 3,5 раза легче меди.
Именно поэтому алюминиевые кабели используют, когда необходимо уменьшить вес проводов, например, в линиях электропередач и в летательных аппаратах.
Существенным минусом чистого алюминия является низкая термостойкость – он выдерживает нагрев до 150 °C, а при более высоких температурах разупрочняется, что приводит к разрушению проводов. Для того, чтобы увеличить термостойкость и расширить потенциальные области применения алюминиевых проводов, требуется вводить в металл легирующие добавки.
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета нашли способ в два раза увеличить термостойкость алюминия за счет относительно недорогой добавки циркония. Всего 0,6% этой добавки в сплаве повысило предельную температуру работы со 150 до 400°C.
Основной проблемой введения циркония в алюминиевый сплав в таком количестве является необходимость сочетания высокой температуры расплава (более 900 0С) и сверхбыстрой кристаллизации. Ранее это было возможно за счет литья гранул (эта технология порошковой металлургии, известная как RS/PM).
Поскольку гранульная технология достаточно сложна и дорогостояща, на предприятии ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики», возглавляемом профессором Виктором Тимофеевым, была разработана альтернативная технология, которая состоит в получении слитков литьем в электромагнитном кристаллизаторе (ЭМК).
В проведенном исследовании сразу из плавильного тигля расплав при 920 0С подавался в магнитный кристаллизатор, где охлаждался водой, а затем и вытягивался в длинномерную заготовку диаметром 12 мм.
Использование технологии ЭМК позволило добиться идеальной структуры в литой заготовке, которая показала исключительно высокую технологичность при волочении, которое проводили на оборудовании УГАТУ под руководством к.т.н. Максима Мурашкина.
Последующая термообработка проволоки позволила сформировать наночастицы Zr-фазы, которые и обеспечивали существенный рост термостойкости по сравнению с используемыми высокотемпературными сплавами (в них концентрация циркония, как правило, не превышает 0,3%).
«Испытания проволоки показали, что термостойкость увеличилась почти вдвое, причем электропроводность практически не снизилась», – комментирует руководитель исследования со стороны НИТУ «МИСиС», профессор кафедры обработки металлов давлением Николай Белов.
По словам ученых, увеличение термостойкости сплава позволит применять его не только для ЛЭП-конструкций, которые, благодаря новому сплаву прослужат дольше, но и в различных летательных аппаратах, где снижение веса является критически важным.
Справка о НИТУ «МИСиС»
НИТУ «МИСиС» — один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях «Инжиниринг–Горное дело» (рейтинг QS) и «Инжиниринг-Металлургия» (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ «МИСиС» в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).
Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В НИТУ «МИСиС» учится более 20 000 обучающихся, среди них 25% – это студенты из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.
НИТУ «МИСиС» является идеологом и одним из организаторов международной конференции по новым образовательным технологиям #EdCrunch, традиционно, на протяжении шести лет, проходящей в Москве осенью и объединяющей сотни экспертов из десятков стран мира.