Ученые МИСИС представили новый способ получения алюминиевых сплавов
Ученые НИТУ МИСИС предложили новый подход к созданию алюминиевых сплавов для энергетики, который позволяет одновременно повысить прочность и сохранить высокую электропроводность. По мнению исследователей, материал, сочетающий доступный алюминий и добавки из циркония и редкоземельных металлов, может стать более экономичной и устойчивой альтернативой существующим промышленным решениям для воздушных линий электропередачи.
Алюминий считается одним из ключевых материалов для энергетики. Он легкий, устойчивый к коррозии и хорошо проводит ток. Однако у него есть и слабые места: чистый алюминий недостаточно прочен и плохо сохраняет свойства при нагреве, а традиционные упрочненные сплавы нередко теряют электропроводность.
«Материаловедческие решения ученых Университета науки и технологий МИСИС успешно применяются в различных высокотехнологичных отраслях. Молодой талантливый исследователь Андрей Поздняков предложил использовать в энергетике алюминиевые сплавы с добавками циркония и редкоземельных элементов — гадолиния или иттербия, а также с повышенным содержанием железа и кремния. Новый материал сочетает высокую электропроводность, прочность и термостабильность при низкой стоимости легирующих элементов. Сплав будет востребован в производстве электрических проводов, устойчивых к повышенным нагрузкам и температурам», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Обычно такие примеси считаются нежелательными, однако ученые выяснили, что их можно эффективно использовать, если правильно управлять структурой. При этом важно не только наличие таких частиц, но и момент их образования.
«Ключевую роль играет термомеханическая обработка — сочетание прокатки и последующего отжига при строго заданных температурах. В ходе этих процессов внутри алюминия формируются наночастицы особой кристаллической структуры. Они «фиксируют» структуру металла, повышая его прочность и термическую стабильность», — прокомментировал один из авторов исследования, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС, кандидат технических наук Андрей Поздняков.
«Алюминиевые сплавы могут изготавливаться с применением небольшого количества редкоземельных элементов, но без использования дорогостоящего скандия. Новый материал сочетает высокую электропроводность, прочность и термостабильность, что делает его подходящими для проводов и других токоведущих элементов, работающих при повышенных нагрузках и температурах», — добавил ученый.
Авторы сравнили несколько технологических маршрутов и показали, что предварительный отжиг перед прокаткой позволяет добиться более равномерного распределения наночастиц, в результате материал становится прочнее. Оптимально обработанные сплавы демонстрируют высокий предел текучести и уровень коррозионной устойчивости при электропроводности, близкой к чистому алюминию. Материал сохраняет свойства даже после сотен часов термической обработки.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.