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 По самой распространенной версии, в прошлом климат Венеры был похож на земной, а к нынешнему состоянию пришел из-за парникового эффекта. Недавно ученые попытались смоделировать этот процесс и обнаружили, что перегретая венерианская кора даже вместе с вулканами просто не могла испустить в атмосферу такое количество углекислого газа, какое мы наблюдаем в ней сейчас.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Обычно тела меньше тысячи километров не могут удержать вокруг себя полноценную газовую оболочку: слишком невелика сила тяжести. Несмотря на это, малая планета (612533) 2002 XV93 — диаметром всего полтысячи километров — во время звездного затмения показала, что у нее атмосфера есть. Как это вышло, пока неясно, хотя у астрономов-первооткрывателей и есть пара гипотез.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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