Исследователи НИТУ МИСИС создали и запатентовали новый гибридный композиционный материал. Он сочетает прочность, легкость и устойчивость к высоким температурам — при прочности, сопоставимой с конструкционной сталью, материал почти в три раза легче.
Традиционные алюминиевые сплавы и современные алюмоматричные композиты, упрочненные частицами керамики, имеют существенный недостаток: при температурах выше 300 °C они значительно теряют прочность. Ученые НИТУ МИСИС смогли преодолеть это ограничение.
В основе разработанного материала — алюминиевая матрица, армированная субмикрочастицами оксида алюминия и порошком титана. Субмикрочастицы оксида алюминия обеспечивают повышенную жесткость, а порошок титана в процессе термообработки вступает в реакцию с алюминием, образуя интерметаллидные частицы — соединения из двух или более металлов с особыми свойствами. Благодаря такому сочетанию компонентов композит способен сохранять высокую прочность даже в экстремальных условиях, отмечают разработчики.
Ключевую роль в создании материала играет технология механического легирования. Суть метода — в интенсивной обработке сырья в специальной установке, называемой планетарной шаровой мельницей. Внутри нее находятся вращающиеся барабаны с металлическими шарами. При движении шары многократно ударяют и перетирают материал. В результате структура измельчается до наноуровня: формируются ультрамелкие и стабильные кристаллические области (зерна). Множество границ между этими нанозернами создает дополнительные препятствия для распространения деформаций и трещин, что в итоге существенно повышает прочность композита.
По словам авторов разработки, материал может быть полезен для изготовления элементов конструкций летательных аппаратов, работающих в условиях пиковых нагрузок, — например, лопаток компрессоров, дисков турбин реактивных двигателей, воздухозаборников и других критически важных деталей.