Алюминиевые сплавы с рекордными характеристиками сверхпластичности 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 становится сверхпластичным, а его образцы — удлиняться в несколько раз. При температуре 450—500 °С образцы алюминия с добавками магния и скандия удлинялись в 9—10 раз, а при охлаждении 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 является очень важным 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», — сообщил Алексей Нохрин. Новые алюминиевые сплавы с предельно малым содержанием алюминия и скандия обладают рекордными характеристиками сверхпластичности — при скоростях деформации 10−2—10−1 в секунду образцы удлиняются более чем в 10 раз.
Работы проводятся при поддержке Российского научного фонда (грант №20-19-00672). Научные результаты опубликованы в журнале Materials.
