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. Подробности исследования описаны в научном журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).
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.
