Физики Университета Н. И. Лобачевского создали алюминиевые сплавы с рекордной сверхпластичностью, которые могут применяться в машиностроении и электротехнике.
Сверхпластичная штамповка позволяет изготавливать металлические изделия сложной формы за несколько секунд, избегая при этом потерь материала, чего нельзя добиться методами традиционной механической обработки. По словам нижегородских учёных, сверхмелкое зерно в алюминиевых сплавах обеспечивает максимальную твёрдость в обычных условиях, но при нагревании такой сплав может удлиняться в несколько раз, он становится сверхпластичным. При температуре 450-500 °С образцы алюминия с добавками магния и скандия удлинялись в 9-10 раз, а при охлаждении вновь приобретали первоначальные свойства.
«Нетривиальную задачу по сохранению субмикронного размера зёрен алюминия при одновременном воздействии повышенных температур и деформаций мы решили за счёт микролегирования металла магнием и скандием. Это сохраняет механические свойства и усиливает коррозионную стойкость сплава, при этом нам удалось существенно снизить содержание магния — с 6% в промышленных сплавах до 0,5% в нашей разработке», — сообщил заведующий лабораторий диагностики материалов НИФТИ Университета Лобачевского Алексей Нохрин.
Это позволило дополнительно повысить электропроводность сплавов, что очень важно для их применения в электротехнике.
При этом введение в сплав скандия приводит при сверхпластичности к образованию крупных пор, которые могут спровоцировать преждевременное разрушение сплава. Эти поры возникают на крупных частицах игольчатой формы, образующихся при повышенных температурах.
«Чтобы избежать этого нежелательного эффекта, мы провели предварительный низкотемпературный отжиг сплавов, после него наночастицы приобретают сферическую форму. Эта технология позволила создать алюминиевые сплавы с лучшими характеристиками сверхпластичности», — подчеркнул Алексей Нохрин.
Новые алюминиевые сплавы с предельно малым содержанием алюминия и скандия обладают рекордными характеристиками сверхпластичности — при скоростях деформации 10-2-10-1 c-1 образцы удлиняются более чем в 10 раз.
Работы проводятся при поддержке Российского научного фонда (грант №20-19-00672). Научные результаты опубликованы в журнале Materials, а технология их изготовления защищена несколькими ноу-хау.
