Прочный как сталь, но в 3 раза легче: в МИСИС представили новый композит

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.

Алюминий обладает низкой плотностью, благодаря чему его используют для снижения массы конструкций. Однако традиционные алюминиевые сплавы и современные алюмоматричные композиты, упрочнённые частицами керамики, обладают существенным недостатком: при температурах выше 300°C они значительно теряют прочность.

«Учёные 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», — рассказал к.т.н. Алексей Просвиряков, старший научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» НИТУ МИСИС.

К частицам оксида алюминия, обеспечивающим повышенную жесткость композиционного материала, добавляют порошок титана. В ходе термообработки он вступает в реакцию с алюминием, образуя твёрдые и тугоплавкие интерметаллидные частицы. Они способствуют сопротивлению пластической деформации материала даже при высоких температурах, создавая дополнительный эффект упрочнения.

«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 зёрен. Благодаря этим границам происходит значительное упрочнение материала», — добавил лаборант-исследователь кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС Дмитрий Бекаревич.