Лек като алуминий, здрав като стомана: Създадоха нов материал, подходящ за летателни апарати

Инженери от Торонто представиха нов материал, който съчетава лекотата на алуминия и устойчивостта на скъпите титанови сплави. При високи температури той запазва здравина, сравнима с тази на конструкционната стомана, но тежи три пъти по-малко.

Ако технологията достигне до серийно производство, това може значително да подобри инженерните решения за авиацията, ракетостроенето и дори хиперзвуковите апарати, пише сп. Nature Communications.

Създаването копира донякъде производството на железобетона. В обикновения железобетон стоманената армировка поема единия вид натоварване, а бетонът – другият. Канадските инженери правят същото, но вместо бетон използват алуминиева матрица, а вместо армировка – триизмерна решетка от титаниева сплав Ti-6Al-4V с клетки от 200 до 500 микрона.

„Новите технологии ни позволяват да имитираме тази структура в метален композит. Така получаваме материали с напълно нови свойства”, казва професор Юй Цзоу, ръководител на проекта.

Процесът на производство е в два етапа.

• Прахов лазерен 3D-печaт (LPBF) – слой по слой се изгражда тънкостенна титаниева решетка с дебелина на стените около 200 микрона. Титанът осигурява изключителна твърдост и устойчивост.
• Запълване под налягане – в решетката се впръсква стопилка от алуминий с 11% силиций и 4% магнезий при вакуум и налягане 5-7 атмосфери.

При втвърдяване в „бетона“ се образуват милиарди наночастици от алуминиев и силициев оксид – именно те спират движението на дислокациите при нагряване и не позволяват на материала да се деформира.

Резултатите са повече от впечатляващи.

При стайна температура материалът издържа 700 MPa – еквивалентно на натоварване около 70 тона на квадратен сантиметър. За сравнение, стандартният авиационен алуминий започва да се деформира при 10–15 тона.

При 300 °C държи 550 MPa – обикновеният алуминий е ~10 пъти по-слаб при тази температура.

При 500 °C композитът запазва 300–400 MPa – това е нивото на добра конструкционна стомана, докато стандартните алуминиеви сплави при такава температура се размекват до 5 MPa – практически „пластилин“.