Пластичнее в 20 раз: создан алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей промышленности

Исследователи НИТУ МИСИС разработали наноструктурный деформируемый сплав на основе алюминия с повышенной термостойкостью, электрической проводимостью и пластичностью, отвечающий требованиям современной энергетики и предназначенный для электротехнических систем — проводников, кабелей, трансформаторов. Пластичность материала в 20 раз превышает минимальные требования, установленные межгосударственным стандартом, — от нее зависит способность сплава деформироваться без разрушения под воздействием механических нагрузок и термического расширения. Внедрение разработки в производство позволит удешевить готовые изделия.

«Создание под запросы бизнеса материалов с заданными свойствами и сокращение срока их разработки — ключевые задачи Университета МИСИС как ведущего вуза страны в области новых технологий и материалов. Исследователи НИТУ МИСИС под руководством д.т.н., профессора Николая Белова на протяжении ряда лет ведут разработки, востребованные в высокотехнологичных и наукоемких отраслях промышленности. Новый наноструктурный деформируемый сплав на основе алюминия с повышенной термостойкостью, электрической проводимостью и пластичностью найдет применение в различных сферах — например, в энергетике для производства проводников, кабелей, трансформаторов и др.», — сказала ректор Университета МИСИС Алевтина Черникова.

Алюминий — перспективная альтернатива меди в энергетической промышленности благодаря легкости и электропроводности. Однако для эффективного использования материал должен сохранять свойства при высоких температурах. В рамках научно-исследовательской работы молодые ученые МИСИС работали над созданием наноструктурных сплавов, допускающих расширенный диапазон примесей, позволяющих за счет современных подходов по оптимизации фазового состава добиться высокого комплекса физико-механических свойств и повысить устойчивость к температурным воздействиям. Разработанный сплав содержит полезные добавки кальция и циркония, и допускает примеси марганца и железа.

«С помощью легирования сплава кальцием и цирконием мы достигли оптимального баланса между комплексом свойств электропроводности и термостойкости. Марганец оказывает значительное влияние на рост удельного электросопротивления, добавка кальция обеспечивает оптимальный фазовый состав, а цирконий повышает термостойкость, при этом малое содержание железа в сплаве с марганцем в перспективе снизит стоимость легирования. Сочетание всех этих элементов в одном сплаве позволило нам создать востребованный материал с уникальными свойствами», — рассказала к.т.н. Наталья Короткова, младший научный сотрудник лаборатории «Гибридные наноструктурные материалы» НИТУ МИСИС.

Для получения проволоки исследователи применили ряд методов в условиях лабораторного моделирования промышленного процесса: способ непрерывного литья и прокатки, а также литье в электромагнитный кристаллизатор, обеспечивающее однородную и дисперсную структуру, с последующей операцией непрерывного прессования по технологии Conform. В результате удалось получить материалы с минимальным количеством внутренних дефектов и улучшенными прочностными характеристиками. Подробные результаты исследования описаны в журнале «Цветные металлы» и Physics of Metals and Metallography.

«Подход позволил создать материал с мелкозернистой структурой, что вместе с применяемой технологией прессования обеспечило высокий эффект по пластичности. Выбранный комплекс методов существенно улучшает физико-механические свойства сплавов по сравнению с традиционными технологиями обработки алюминия», — поделилась инженер научного проекта Алина Хабибулина, аспирант кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС.

В дальнейшем ученые планируют провести исследования в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-00106).