В НИТУ «МИСиС» сделали алюминиевые сплавы более прочными
Добавить легким алюминиевым сплавам прочности и надежности смогли ученые НИТУ «МИСиС». Образцы алюминиевых композитов с добавлением углеродных нановолокон показали 20-ти процентное увеличение твердости и значительные изменения в структуре материала на микроуровне.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials. Алюминий и сплавы на его основе — один из ключевых материалов в современной промышленности и технике. Без этого доступного, легкого и универсального металла невозможно представить себе ни транспорт, ни строительство, ни электронику, ни аэрокосмическую отрасль.
Однако для повышения удельной прочности деталей необходимо дальнейшее увеличение механических свойств алюминиевых сплавов. Привести механические характеристики и функциональные свойства материалов в соответствие требованиям передовой современной техники, по словам ученых, — актуальная задача сегодняшнего дня.
«По большому счету есть всего два пути улучшить эксплуатационные свойства сплава: создавать новый композитный материал с более сложным составом или обрабатывать поверхность готовых изделий, нанося дополнительное покрытие. Мы совместили оба подхода и добились синергетического эффекта нескольких факторов при взаимодействии микроразмерного оксида алюминия и наноразмерных углеродных волокон», — говорит научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» Иван Пелевин.
За основу взяли литые и напечатанные на 3D-принтере алюминиевые образцы, свойства поверхности которых были увеличены нанесением композиционного покрытия методом холодного газо-динамического напыления (cold-spray method).
В основу композиционного покрытия Al–Al2O3–УНВ легла порошковая смесь из промышленного сырья для получения алюминия — глинозема, или оксида алюминия — с добавлением 30 процентов частиц чистого металла. В процессе синтеза частицы алюминия измельчаются при столкновении с более твердым оксидом, заполняя пустоты в его структуре. Такая композиция твердых и пластичных частиц обеспечивает прочное закрепление (bonding) покрытия на поверхности алюминиевой детали.
С другой стороны, объясняют ученые, наноразмерные волокна углерода проникают в пространство уже между частицами металлического порошка, еще больше увеличивают плотность на микроуровне, резко уменьшают количество трещин и пустот и увеличивают твердость и прочность нанесенного покрытия. Добавление всего 1,5 процентов углеродных нановолокон привело к увеличению твердости покрытия на 20 процентов.
Третьим активным фактором стали высокие фрикционные свойства углерода — это также способствует формированию плотной, бездефектной структуры покрытия за счет «смазывания» при соударении частиц. Более того, добавление углерода в покрытие потенциально улучшает фрикционные свойства и износостойкость за счет «самосмазывания» (in-situ lubricating, self-lubrication).
Помимо перечисленных факторов, подчеркивают авторы работы, имел значение еще и правильно выбранный метод синтеза. «При синтезе покрытий другими методами возникает проблема фазовых переходов, особенно болезненная для алюминия с его низкой температурой плавления. Частицы металла на поверхности напыления плавятся и снова твердеют — то есть нарушается структура вещества, внутри материала появляется дополнительное напряжение. Поэтому мы работали по методу холодного напыления — и наглядно продемонстрировали преимущества такого решения», — добавил Иван Пелевин.
Ученые уверены, что исследование имеет большое практическое значение не только для улучшения свойств конкретного алюминиевого сплава, но для многих деталей различного назначения. Особое внимание уделяется обработке материала именно после 3D-печати, так как это является наиболее актуальной и востребованной научной задачей. В ближайших планах научного коллектива — получение композитов с требуемой микроструктурой для энергетических, биомедицинских и иных приложений.
Telegram 
Дзен 
VK Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно