Ученые МИСИС разработали высокопрочный материал для авиации, который в три раза легче стали
Исследователи НИТУ МИСИС запатентовали гибридный композит на основе алюминия, предназначенный для элементов конструкции летательных аппаратов, лопаток компрессоров, дисков турбин реактивных двигателей, воздухозаборников и других деталей, эксплуатируемых в условиях пиковых нагрузок. Материал сочетает прочность, легкость и устойчивость к высоким температурам. Материал в три раза легче стали при сопоставимой прочности.
Алюминий обладает низкой плотностью, благодаря чему его используют для снижения массы конструкций. Однако традиционные алюминиевые сплавы и современные алюмоматричные композиты, упрочненные частицами керамики, обладают существенным недостатком: при температурах выше 300 °C они значительно теряют прочность.
«Ученые Университета МИСИС создали и запатентовали инновационный композит на основе алюминия, который при температуре выше 300 °C демонстрирует прочность, близкую к конструкционной стали, оставаясь при этом почти в три раза легче. Разработка будет востребована в авиации, космонавтике, машиностроении, где детали и оборудование эксплуатируются в экстремальных условиях и агрессивных средах», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Исследователи создали гибридный композиционный материал, в котором алюминиевая матрица одновременно армируется субмикрочастицами оксида алюминия и порошком титана.
«Мы не просто смешали два типа добавок — мы создали систему, в которой один из компонентов — титан — взаимодействует с алюминиевой матрицей на каждом этапе: от легирования до отжига, усиливая упрочняющий эффект оксида алюминия», — объяснил один из авторов разработки, старший научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» НИТУ МИСИС, кандидат технических наук Алексей Просвиряков.
«Не менее важен и сам способ создания материала — механическое легирование. Интенсивная обработка в планетарной шаровой мельнице измельчает структуру до наноуровня, формируя множество ультрамелких и стабильных зерен. Благодаря этим границам происходит значительное упрочнение материала», — добавил лаборант-исследователь кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС Дмитрий Бекаревич.
К частицам оксида алюминия, обеспечивающим повышенную жесткость композиционного материала, авторы добавили порошок титана. В ходе термообработки он вступает в реакцию с алюминием, образуя твердые и тугоплавкие интерметаллидные частицы. Интенсивная обработка в планетарной шаровой мельнице измельчает структуру до наноуровня, формируя множество ультрамелких и стабильных зерен, благодаря чему происходит значительное упрочнение материала.