Материал, сочетающий доступный алюминий и добавки из редкоземельных металлов, может стать более экономичной и устойчивой альтернативой существующим промышленным решениям для воздушных линий электропередачи.
Алюминий считается одним из ключевых материалов для энергетики. Он легкий, устойчивый к коррозии и хорошо проводит ток. Однако у него есть и слабые места: чистый алюминий недостаточно прочен и плохо сохраняет свойства при нагреве, а традиционные упрочненные сплавы нередко теряют электропроводность.
«Материаловедческие решения учёных Университета науки и технологий МИСИС успешно применяются в различных высокотехнологичных отраслях. Молодой талантливый исследователь, к.т.н. Андрей Поздняков предложил использовать в энергетике алюминиевые сплавы с добавками циркония и редкоземельных элементов – гадолиния или иттербия, а также с повышенным содержанием железа и кремния. Новый материал сочетает высокую электропроводность, прочность и термостабильность при низкой стоимости легирующих элементов. Сплав будет востребован в производстве электрических проводов, устойчивых к повышенным нагрузкам и температурам», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Обычно такие примеси считаются нежелательными, однако учёные выяснили, что их можно эффективно использовать, если правильно управлять структурой.
«Ключевую роль играет термомеханическая обработка — сочетание прокатки и последующего отжига при строго заданных температурах. В ходе этих процессов внутри алюминия формируются наночастицы особой кристаллической структуры. Они «фиксируют» структуру металла, повышая его прочность и термическую стабильность», — сказал к.т.н. Андрей Поздняков, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
При этом важно не только наличие таких частиц, но и момент их образования. Учёные сравнили несколько технологических маршрутов и показали, что предварительный отжиг перед прокаткой позволяет добиться более равномерного распределения наночастиц. В результате материал становится прочнее.
Эксперименты показали, что оптимально обработанные сплавы демонстрируют высокий предел текучести и уровень коррозионной устойчивости при электропроводности, близкой к чистому алюминию. Материал сохраняет свойства даже после сотен часов термической обработки.
«Алюминиевые сплавы могут изготавливаться с применением небольшого количества редкоземельных элементов, но без использования дорогостоящего скандия. Новый материал сочетает высокую электропроводность, прочность и термостабильность, что делает его подходящими для проводов и других токоведущих элементов, работающих при повышенных нагрузках и температурах», — добавил Андрей Поздняков.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 24-79-00036). Подробности исследования описаны в научном журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).