В Университете МИСИС создали новый алюминиевый сплав с кальцием, который в перспективе поможет продлить срок службы поршневых и авиационных двигателей, топливных баков, структурных компонентов аэрокосмических аппаратов. Он сочетает легкость, прочность и термическую стойкость. Главное преимущество разработки — отказ от дорогостоящих добавок — редкоземельных металлов и никеля, присутствующего в промышленных аналогах.
Высокопрочные промышленные сплавы 2219 и 2618 на основе алюминия традиционно используются в качестве конструкционного материала, но обладают рядом существенных недостатков. Например, сплав 2219 содержит в структуре небольшое количество нерастворимой эвтектики, необходимой для повышения жаропрочности, а сплав 2618 — эвтектикообразующую добавку никеля. В качестве альтернативы ученые НИТУ МИСИС создали сплав на основе алюминия с добавлением меди, который в качестве основного эвтектикообразующего компонента содержит легкий и дешевый кальций. Эффект достигается за счет усовершенствованного состава и структуры, предотвращающей образование нежелательных фаз. Кальций в сочетании с кремнием позволяет сформировать нерастворимые эвтектические кристаллы, которые не препятствуют упрочнению сплава за счет термической обработки. Таким образом, новый материал позволяет совмещать в себе преимущества обеих групп промышленных сплавов и при этом лишен их недостатков.
«К материалам, используемым в конструкциях летательных аппаратов, предъявляются особые требования. Они должны быть не только легкими, но и прочными. Часто применяются различные алюминиевые сплавы, однако их свойства иногда ограничивают возможности инженерных решений. Поэтому разработка новых легких сплавов с оптимальными физико-механическими характеристиками для современной техники — актуальная задача. В ходе испытаний мы продемонстрировали, что сплав на базе Al-Cu-Ca-Si является перспективным материалом для разработки на его основе промышленного алюминиевого сплава нового поколения», — рассказал к.т.н. Торгом Акопян, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС.
Новый материал — результат множества теоретических и прикладных исследований. По словам ученых, на основе расчетов состава и анализа эволюции структуры на различных этапах получения материала была разработана оптимальная композиция сплава, которая обеспечивала бы желаемые структуру и качество.
«Для реализации задумки мы применили традиционные методы термомеханической обработки — отжиг, прокатку и старение. Итоговый продукт сочетает в себе легкость алюминия и свойства, обеспеченные добавками меди, кремния и кальция: высокую прочность, термостойкость и более низкую стоимость по сравнению с промышленными аналогами», — поделился к.т.н. Николай Летягин, ведущий инженер научного проекта кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС. Результаты исследования опубликованы в научном журнале The Journal of the Minerals (Q2). Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-79-10147).
