Учёные Университета науки и технологий МИСИС запатентовали алюминиевый сплав, который может найти применение в электронике и электротранспорте. Благодаря точной «настройке» состава и режима термообработки в материале удалось добиться оптимального сочетания прочности, пластичности, теплопроводности и коррозионной стойкости.
Современная электроника и электротранспорт предъявляют высокие требования к материалам: они должны быть лёгкими и при этом эффективно отводить тепло. Кроме того, в автомобилестроении набирает популярность технология получения крупных деталей сложной формы методом литья – вместо сборки из множества мелких частей. Например, компания Tesla использует установки Giga Press для изготовления алюминиевых деталей массой до 150 кг. Однако традиционные литейные сплавы для таких задач непригодны из-за низкой теплопроводности.
За основу исследователи МИСИС взяли алюминиевый сплав с добавками цинка и кальция. Он показал хорошую теплопроводность, устойчивость к коррозии и подходил для литья деталей сложной формы, но его прочность оставалась недостаточной, что ограничивало применение.
Чтобы усилить материал, в сплав добавили небольшое количество скандия и циркония – элементов, способных увеличивать прочность без снижения теплопроводности. В ходе экспериментов учёные варьировали их соотношение и изучали, как это влияет на характеристики сплава.
«Сложность разработки материала, одновременно технологичного для изготовления деталей методом литья и обладающего высокой теплопроводностью, заключается в том, что, как правило, все литейные сплавы содержат большое количество добавок, которые её снижают. В предлагаемом сплаве литейные свойства обеспечивают кальций и цинк, которые практически не влияют на способность алюминия отводить тепло. За высокие механические свойства отвечают скандий и цирконий, добавляемые в очень небольшом количестве и эффективно упрочняющие алюминиевый сплав в ходе термической обработки», – отметил доктор технических наук Андрей Колтыгин, заведующий кафедрой литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ), директор инжинирингового центра литейных технологий и материалов НИТУ МИСИС.
Исследование показало, что увеличение доли циркония несколько снижает прочность и теплопроводность, но делает материал более пластичным, заметно повышает его устойчивость к коррозии и снижает стоимость.
Полученные результаты открывают возможности для создания новых алюминиевых сплавов для электроники, энергетики и транспорта – в тех областях, где требуются изделия сложной формы, способные одновременно эффективно отводить тепло и выдерживать механические нагрузки.
«Коллектив исследователей Университета науки и технологий МИСИС – лидера в области материаловедения в стране – разработал и запатентовал инновационный сплав на основе алюминия, в котором сочетаются такие механические свойства, как прочность, пластичность, теплопроводность и устойчивость к коррозии. Вариации соотношения добавок – скандия и циркония – позволяют проектировать материалы с заданными свойствами под конкретные задачи», – рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.