Ученые НИТУ МИСИС в несколько раз улучшили свойства алюминиевого сплава, который активно используется в авиационной и морской промышленности: от лёгких конструкционных компонентов до радиаторов и корпусов электроники. Твердость материала выросла на 237% при добавлении нитрида циркония. Также значительно улучшились упругость и прочность.
Сплав алюминия, магния и кремния широко применяется в авиакосмической и морской промышленности, так как обладает высокой устойчивостью к коррозии, легко поддается обработке и отличается хорошей теплопроводностью. Тем не менее, у него есть недостатки: он недостаточно твёрдый, износостойкий и прочный на растяжение. Эти факторы ограничивают его использование.
«Для улучшения свойств алюминиевых сплавов используются различные армирующие добавки. Интересным вариантом является нитрид циркония (ZrN), известный своей высокой твердостью, коррозионной и радиационной стойкостью, а также низким коэффициентом термического расширения. Меняя количество добавки, можно регулировать параметры материала: относительную плотность, механические и теплофизические свойства. Каждый композит может найти применение в передовых инженерных областях», — отметила к.т.н. Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
У традиционных методов создания композитных материалов на основе алюминия есть недостаток: армирующие элементы распределяются неравномерно. Исследователи НИТУ МИСИС утверждают, что наиболее эффективными считаются методы порошковой металлургии. Высокоэнергетическая механическая обработка в планетарной шаровой мельнице позволяет достичь равномерного распределения армирующих частиц в алюминиевой матрице. Для создания объемных материалов с низкой пористостью и высокими механическими свойствами подходит искровое плазменное спекание, при котором очень быстро осуществляется нагрев с использованием импульсов электрического тока, проходящих через спрессованный порошок.
Используя комбинацию этих методов, ученые синтезировали композиты с разным содержанием нитрида циркония. Добавление 30% нитрида циркония к алюминиевому сплаву привело к значительному улучшению механических свойств материала, в том числе, к увеличению твердости на 237%, модуля упругости на 56% и прочности на сжатие на 183%.
Согласно результатам исследования, опубликованного в научном журнале Scientific Reports (Q1), введение нитрида циркония также привело к получению композиционных порошков различной формы и размера.
«Увеличение количества ZrN влияет на форму частиц материала. При 30%-ном содержании образуются преимущественно округлые частицы. Это позволяет использовать материал в аддитивном производстве, т.е. при создании изделий с помощью 3D-печати», — рассказал к.т.н. Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда №
