Ученые повысили термостойкость проводов для ЛЭП и авиации в 2 раза

Ученые повысили термостойкость проводов для ЛЭП и авиации в 2 раза

Коллектив ученых НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и научно-производственного центра магнитной гидродинамики (ООО "НПЦ Магнитной гидродинамики", г.Красноярск) смог повысить термостойкость алюминия до 400 ?C при помощи добавки циркония. Полученный материал будет полезен для изготовления облегченных электропроводов, в частности, в авиации. Статья о разработке опубликована в международном журнале Metals.

Алюминий наряду с медью является основным металлом для изготовления проводов. Он обладает немного более низким уровнем электропроводности, но при этом намного дешевле. Что особенно важно, он в 3,5 раза легче меди. Именно поэтому алюминиевые кабели используют, когда необходимо уменьшить вес проводов, например, в линиях электропередач и в летательных аппаратах.

Существенным минусом чистого алюминия является низкая термостойкость - он выдерживает нагрев до 150 ?C, а при более высоких температурах разупрочняется, что приводит к разрушению проводов. Для того, чтобы увеличить термостойкость и расширить потенциальные области применения алюминиевых проводов, требуется вводить в металл легирующие добавки.

Ученые НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Уфимского государственного авиационного технического университета нашли способ в два раза увеличить термостойкость алюминия за счет относительно недорогой добавки циркония. Всего 0,6% этой добавки в сплаве повысило предельную температуру работы со 150 до 400?C.

Основной проблемой введения циркония в алюминиевый сплав в таком количестве является необходимость сочетания высокой температуры расплава (более 900 0С) и сверхбыстрой кристаллизации. Ранее это было возможно за счет литья гранул (эта технология порошковой металлургии, известная как RS/PM). Поскольку гранульная технология достаточно сложна и дорогостояща, на предприятии ООО "НПЦ Магнитной гидродинамики", возглавляемом профессором Виктором Тимофеевым, была разработана альтернативная технология, которая состоит в получении слитков литьем в электромагнитном кристаллизаторе (ЭМК). В проведенном исследовании сразу из плавильного тигля расплав при 920 0С подавался в магнитный кристаллизатор, где охлаждался водой, а затем и вытягивался в длинномерную заготовку диаметром 12 мм.

Использование технологии ЭМК позволило добиться идеальной структуры в литой заготовке, которая показала исключительно высокую технологичность при волочении, которое проводили на оборудовании УГАТУ под руководством к.т.н. Максима Мурашкина. Последующая термообработка проволоки позволила сформировать наночастицы Zr-фазы, которые и обеспечивали существенный рост термостойкости по сравнению с используемыми высокотемпературными сплавами (в них концентрация циркония, как правило, не превышает 0,3%).

"Испытания проволоки показали, что термостойкость увеличилась почти вдвое, причем электропроводность практически не снизилась", - комментирует руководитель исследования со стороны НИТУ "МИСиС", профессор кафедры обработки металлов давлением Николай Белов.

По словам ученых, увеличение термостойкости сплава позволит применять его не только для ЛЭП-конструкций, которые, благодаря новому сплаву прослужат дольше, но и в различных летательных аппаратах, где снижение веса является критически важным.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 20 000 обучающихся, среди них 25% - это студенты из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.

НИТУ "МИСиС" является идеологом и одним из организаторов международной конференции по новым образовательным технологиям #EdCrunch, традиционно, на протяжении шести лет, проходящей в Москве осенью и объединяющей сотни экспертов из десятков стран мира.