Учёные НИТУ МИСИС разработали новый литейный алюминиевый сплав, который сочетает высокую прочность, устойчивость к коррозии и износу. Благодаря такому сочетанию материал перспективен для применения в машиностроении, энергетике и других высокотехнологичных отраслях, требующих сохранения определённых свойств металла при повышенных температурах.
Алюминиевые сплавы широко используются в промышленности, однако на практике приходится выбирать: есть материалы с хорошими литейными свойствами, но недостаточно прочные, другие выдерживают нагрузки и нагрев, но склонны к трещинам или быстрому износу.
Исследователи Университета МИСИС объединили ключевые достоинства разных групп сплавов в одном материале и получили новую композицию на основе алюминия с добавлением цинка, магния, меди, циркония и хрома, а также редкоземельного элемента иттрия. Такие сплавы называются «кроссоверными».
«Мы сформировали в структуре сплава особую комбинацию фаз и наночастиц, которые упрочняют материал и повышают его стабильность при нагреве. Такой подход открывает новые возможности для создания лёгких и надёжных изделий, где ранее приходилось идти на компромиссы между прочностью, долговечностью и технологичностью», — сказал к.т.н. Андрей Поздняков, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
Одной из особенностей разработки стало использование иттрия, который выполняет сразу несколько функций. С одной стороны, он улучшает литейные свойства сплава, снижая риск образования дефектов при затвердевании. С другой — способствует формированию термостойких частиц, которые препятствуют разрушению структуры при высоких температурах и длительной эксплуатации.
После специальной термической обработки новый сплав демонстрирует высокую прочность при комнатной температуре и сохраняет высокие механические свойства при нагреве до 200 °C. Такие показатели сопоставимы или превосходят характеристики ряда промышленных литейных алюминиевых сплавов, применяемых в ответственных узлах машин и механизмов. Испытания в солевом растворе показали, что материал медленнее разрушается в агрессивных средах, чем распространённые промышленные аналоги. Высокая коррозионная стойкость особенно важна для деталей, работающих во влажной среде или при контакте с техническими жидкостями. Новый сплав также отличается повышенной износостойкостью при трении. При этом он сохраняет низкую плотность и сравнительно малый коэффициент теплового расширения, что снижает риск деформаций при нагреве и охлаждении. Подробности исследования описаны в научном журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).
«В перспективе новый сплав может быть востребован для изготовления ответственных литых деталей, работающих при повышенных температурах и нагрузках, включая элементы двигателей, энергетического оборудования и узлы с повышенными требованиями к износо- и коррозионной стойкости», — добавила младший научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» НИТУ МИСИС Мария Главатских.
Работа проведена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект №
