Исследователи Университета МИСИС выявили самый эффективный способ обработки алюминиевого сплава, который позволяет упрочнить материал в 3 раза, при этом обеспечив оптимальные показатели твёрдости и пластичности. В перспективе подход позволит производителям отказаться от дорогостоящих легирующих добавок, чтобы получать лёгкие и прочные детали микроэлектромеханических систем, сохраняющих свойства при многократных циклах работы.
Алюминиевые сплавы серии 5ххх — универсальный материал, который сочетает прочность, устойчивость к коррозии и малый вес. Из него изготавливают топливные баки и обшивки самолётов, автомобильные панели и рамы, корпуса судов и палубное оборудование. В микроэлектронике — датчики и провода. В строительстве такие сплавы применяют для окон, фасадов и витражей, а в пищевой и химической промышленностях — для технологического оборудования. Однако дальнейшая доработка таких материалов ограничена: традиционные подходы энергозатратны и требуют дорогостоящих легирующих элементов.
К.т.н. Евгения Наумова, доцент кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС поделилась: «Предприятиям микроэлектронной промышленности не нужно создавать новые сплавы или перестраивать производственную линию: предложенный подход технологически проще и дешевле, чем традиционные методы упрочнения. Также он позволит продлить срок службы изделий, что в перспективе снизит расходы на техобслуживание и замену конструкций».
Метод кручения под высоким давлением — один из наиболее эффективных способов упрочнения металлов без изменения их химического состава. В ходе обработки образец помещают между прочными наковальнями и скручивают под давлением в десятки тысяч атмосфер. В таких условиях структура материала становится нанокристаллической, благодаря чему сплавы приобретают уникальное сочетание прочности и пластичности.
«Интенсивная деформация преобразует внутреннюю структуру алюминиевого сплава: крупные зёрна превращаются в сверхмелкие, что обеспечивает резкий рост прочности без потери пластичности. Учитывая компактные размеры полуфабриката, мы видим основной потенциал применения такого материала в микроэлектромеханических системах, где требуются лёгкие и долговечные конструкции — датчики, приводы, сохраняющие свойства при многократных циклах работы и устойчивые к высокой температуре», — сказал д.т.н. Станислав Рогачёв, доцент кафедры металловедения и физики прочности НИТУ МИСИС.
Подробные результаты опубликованы в научном журнале Russian Metallurgy (Metally). Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 20-19-00746-П).
