Российские исследователи создали сплав нового поколения, который пригодится в авиационной индустрии. Этот материал включает алюминий, а также добавки железа, кальция и меди. Благодаря этому промышленность сможет изготавливать детали из переработанного металлолома, что снизит себестоимость изделий. Полученный сплав годится для создания панелей обшивки и 3D-печати сложных компонентов. Эксперты отмечают, что он также обещает успех в машиностроении и других высокотехнологичных сферах.

Исследователи из МИСИС разработали алюминиевый сплав для будущих самолетов, состоящий из четырёх компонентов — алюминия, железа, кальция и меди.

Ключевая особенность сплава — аккуратная кристаллическая решетка, где атомы тесно упакованы, что позволяет получать заготовки без трещин и дефектов. Железо, которое обычно негативно влияет на свойства материала, здесь при взаимодействии с другими добавками создает прочные частицы, укрепляющие сплав.

В итоге новый материал хорошо прокатывается в листы, устойчив к трещинам при высоких температурах и после обработки становится твердым.

— Железо является неизбежной примесью в алюминиевых сплавах и может попадать как из первичного сырья, так и при переработке вторичного, — объяснил доктор технических наук, старший научный сотрудник НИТУ МИСИС Торгом Акопян. — При наличии железа в сплаве образуются игольчатые кристаллы, ухудшающие прочность. Введение кальция формирует эвтектическую фазу и стабилизирует структуру.

Ученые отметили, что новый сплав сочетает легкость с высокой прочностью, что характерно для авиационных конструкций. Это делает материал пригодным для панелей обшивки самолётов. Кроме того, при кристаллизации в сплаве образуется равномерная структура без внутренних напряжений и трещин, что делает его перспективным для 3D-печати сложных деталей.

По словам авторов разработки, данный сплав может заменить классический жаропрочный АК4-1, широко используемый в авиационной и космической промышленности последние десятилетия.

— Главным недостатком традиционного сплава является необходимость использования дорогого никеля в больших объемах. В нашей разработке применен более дешевый и легкий кальций вместе с железом, который уже входит в промышленный сплав, — отметил Торгом Акопян.

Он пояснил, что высокая чистота алюминия из-за ограничения железа увеличивает стоимость материала. Новая формула дает возможность использовать алюминий технической чистоты и металл из переработанного лома.

Кроме того, доктор технических наук, главный научный сотрудник НИТУ МИСИС Николай Белов сообщил, что однородная структура сплава предотвращает трещинообразование при 3D-печати крупных деталей.

— Новый материал содержит значительную часть эвтектики, что делает его перспективным для 3D-печати с жидкой фазой. Мы ожидаем, что тонкая эвтектическая структура, формирующаяся во время печати, обеспечит высокую технологичность и отличные механические свойства изделия, — пояснил он.

Эксперты считают, что использование нового сплава на промышленных предприятиях позволит значительно снизить затраты. Материал подходит не только для авиации, но и для машиностроения и прочих современных отраслей.

В будущем ученые планируют ввести в состав марганец, кремний и микроэлементы циркония для повышения устойчивости к экстремальным температурам и коррозии.

— Этот сплав нового поколения отличается тем, что в традиционных алюминиевых материалах кальций считался вредной примесью, а нормы строго ограничивали его содержание. Теперь же этот элемент добавляют целенаправленно для создания новых качественных материалов, — рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник Сибирского федерального университета Александр Безруких.

Он уточнил, что кальций изменяет структуру сплава, делая ее более мелкозернистой и однородной, а также связывает вредные примеси, такие как железо, предотвращая образование хрупких частиц и улучшая пластичность.

На сегодняшний день производство авиаконструкций из металлолома практически не применяется, однако новая разработка может изменить эту ситуацию и снизить стоимость готовых изделий.

— Проблема хрупкости материалов для аэрокосмической отрасли остается актуальной. При этом повышение устойчивости к трещинам должно сопровождаться сохранением или улучшением прочностных параметров, — поделился своей точкой зрения начальник лаборатории МАИ Николай Турбин.

Он также подчеркнул, что для допуска материала к ответственным конструкциям обязательно проводят специальную квалификацию, которая проверяет пригодность сплава к работе в экстремальных условиях, включая температуру и влажность.

Кроме того, разработка и внедрение новых материалов всегда дороже, чем проектирование конструкций, поскольку требуют проведения обширных испытаний, отработки технологических процессов и подготовки комплексной документации, добавил эксперт.