Международный коллектив учёных разработал новый сплав, который сочетает высокую прочность и электропроводность - ключевые характеристики для проводников в энергетике и транспорте. В отличие от существующих аналогов, материал можно производить из более дешёвого сырья без потери свойств, что делает его перспективным для массового применения.
Алюминий широко используется в электрических сетях благодаря своей лёгкости и хорошей проводимости. Однако у него есть важное ограничение - низкая прочность. Поэтому провода из чистого алюминия чаще требуют дополнительных конструктивных решений.
Один из способов решить эту проблему - изменить состав материала, добавив в него другие элементы. В новой работе исследователи НИТУ МИСИС и Университета Балеарских островов (Испания) представили сплав на основе алюминия с добавлением циркония и самария - редкоземельного элемента, который значительно дешевле традиционно используемого скандия.
Ключевая особенность исследования - учёт так называемых примесей железа и кремния. Обычно их наличие считают нежелательным, но учёные показали, что при определённых условиях они могут работать на пользу. В новом сплаве эти элементы участвуют в формировании микроструктуры и ускоряют процессы упрочнения.
"При термической обработке внутри сплава формируются наноразмерные частицы - их размер составляет всего около 4 нанометров. Они равномерно распределяются по объёму материала и блокируют движение дефектов кристаллической решётки. Именно это и делает сплав значительно прочнее. Интересно, что добавление самария позволяет ускорить этот процесс: если в аналогичных материалах максимальная прочность достигается за десятки часов, то здесь - всего за 10 часов обработки", - сказала магистрантка кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС Олеся Рыжакова.
Чтобы добиться оптимального сочетания свойств, исследователи применили комплексную термомеханическую обработку - комбинацию нагрева и прокатки. Такой подход позволил одновременно получить высокую прочность при электропроводности около 55% от стандартного уровня меди. Для сравнения, широко используемые сегодня алюминиевые сплавы обладают значительно меньшей прочностью при сопоставимой или более высокой проводимости.
Ещё одно важное преимущество - экономичность. В отличие от дорогих легирующих элементов, самарий значительно дешевле. Кроме того, разработанный сплав допускает использование алюминия с более высоким содержанием примесей, что дополнительно снижает стоимость производства.
"Новый материал может найти применение в производстве проводов, кабелей и других элементов энергетической инфраструктуры, где важно сочетание прочности, надёжности и эффективности передачи энергии", - сказал к.т.н. Андрей Поздняков, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
Источник: