Коллектив российских исследователей нашел способ повысить термостойкость алюминия до 400 °С. Для этого ученые добавили в сплав цирконий. Новый материал позволит создавать облегченные электропровода, в частности для линий электропередач и авиации. О своей разработке авторы сообщили в журнале Metals.

Для изготовления проводов сегодня чаще всего используют алюминий и медь. Алюминий имеет немного более низкую электропроводность, но при этом он намного дешевле. Также по сравнению с медью он в 3,5 раза легче. Поэтому алюминиевые кабели используют, когда необходимы легкие провода, например при прокладке линий электропередач и в авиации.

Однако чистый алюминий обладает низкой термостойкостью: он выдерживает нагрев до 150 °С, а при повышении температуры его прочность существенно падает и провода начинаются разрушаться. Для увеличения термостойкости и расширения потенциальных областей применения алюминиевых проводов ученые стараются всячески модифицировать материал с помощью легирующих добавок.

Сотрудники НИТУ «МИСиС» вместе с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета и Сибирского федерального университета обнаружили, что термостойкость алюминия можно увеличить в два раза, если добавлять в него относительно недорогой цирконий. Всего 0,6% этой добавки в сплаве повышает предельную температуру работы от 150 до 400 °С.

Главная проблема введения циркония в алюминиевый сплав в таком количестве — это необходимость сочетания высокой температуры расплава (более 900 °С) и сверхбыстрой кристаллизации. До сих пор ученые осуществляли этот процесс за счет литья гранул (технология RS/PM). Но такая технология достаточно сложна и дорога. Чтобы избавиться от этих минусов, ученые разработали альтернативный метод, в ходе которого слитки получают литьем в электромагнитном кристаллизаторе (ЭМК). В новой работе ученые подавали расплав при 920 °С сразу из плавильного тигля в магнитный кристаллизатор. Там расплав охлаждался водой, а затем вытягивался в длинномерную заготовку.

Использование ЭМК позволило получить идеальную структуру в литой заготовке, которая показала исключительно высокую технологичность при волочении. С помощью последующей термообработки проволоки исследователи смогли создать наночастицы циркониевой фазы, которые и позволили существенно увеличить термостойкость изделия по сравнению с используемыми высокотемпературными сплавами.

По словам авторов работы, увеличение термостойкости позволит применять новый материал не только в качестве долговечных проводов для линий электропередач, но и в различных летательных аппаратах, где снижение веса критически важно.