Коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и научно-производственного центра магнитной гидродинамики (ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики», г.Красноярск) смог повысить термостойкость алюминия до 400 °C при помощи добавки циркония. Полученный материал будет полезен для изготовления облегченных электропроводов, в частности, в авиации. Статья о разработке опубликована в международном журнале Metals.

Алюминий наряду с медью является основным металлом для изготовления проводов. Он обладает немного более низким уровнем электропроводности, но при этом намного дешевле. Что особенно важно, он в 3,5 раза легче меди. Именно поэтому алюминиевые кабели используют, когда необходимо уменьшить вес проводов, например, в линиях электропередач и в летательных аппаратах.

Существенным минусом чистого алюминия является низкая термостойкость – он выдерживает нагрев до 150 °C, а при более высоких температурах разупрочняется, что приводит к разрушению проводов. Для того, чтобы увеличить термостойкость и расширить потенциальные области применения алюминиевых проводов, требуется вводить в металл легирующие добавки.

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета нашли способ в два раза увеличить термостойкость алюминия за счет относительно недорогой добавки циркония. Всего 0,6% этой добавки в сплаве повысило предельную температуру работы со 150 до 400°C.

Основной проблемой введения циркония в алюминиевый сплав в таком количестве является необходимость сочетания высокой температуры расплава (более 900 0С) и сверхбыстрой кристаллизации. Ранее это было возможно за счет литья гранул (эта технология порошковой металлургии, известная как RS/PM). Поскольку гранульная технология достаточно сложна и дорогостояща, на предприятии ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики», возглавляемом профессором Виктором Тимофеевым, была разработана альтернативная технология, которая состоит в получении слитков литьем в электромагнитном кристаллизаторе (ЭМК). В проведенном исследовании сразу из плавильного тигля расплав при 920 0С подавался в магнитный кристаллизатор, где охлаждался водой, а затем и вытягивался в длинномерную заготовку диаметром 12 мм.

Использование технологии ЭМК позволило добиться идеальной структуры в литой заготовке, которая показала исключительно высокую технологичность при волочении, которое проводили на оборудовании УГАТУ под руководством к.т.н. Максима Мурашкина. Последующая термообработка проволоки позволила сформировать наночастицы Zr-фазы, которые и обеспечивали существенный рост термостойкости по сравнению с используемыми высокотемпературными сплавами (в них концентрация циркония, как правило, не превышает 0,3%).

«Испытания проволоки показали, что термостойкость увеличилась почти вдвое, причем электропроводность практически не снизилась», – комментирует руководитель исследования со стороны НИТУ «МИСиС», профессор кафедры обработки металлов давлением Николай Белов.

По словам ученых, увеличение термостойкости сплава позволит применять его не только для ЛЭП-конструкций, которые, благодаря новому сплаву прослужат дольше, но и в различных летательных аппаратах, где снижение веса является критически важным.