Проект доцента сектора проектной деятельности, ведущего научного сотрудника кафедры «Физика» Московского политеха Виталия Дорошенко поддержан грантом президентской программы исследовательских проектов РНФ. Исследователь изучает влияние легирования на структуру и свойства алюминиевых сплавов систем Al-Mg-Ca-Zn-(Cu).
Фрагмент фасада здания из алюминия
Фото: priscilla flores / unsplash.com
Фрагмент фасада здания из алюминия
Фото: priscilla flores / unsplash.com
Результаты исследования должны стать основой для создания нового поколения высокотехнологичных алюминиевых полуфабрикатов для авиастроения, ракетно-космической техники, автомобилестроения, судостроения и других отраслей. Результаты работы будут способствовать расширению применения алюминиевых сплавов в различных промышленных отраслях.
«Для использования преимуществ, достигаемых дополнительным легированием кальцием (связывание примесей железа и кремния в нерастворимые соединения, снижение плотности, обеспечение защиты от коррозии), мы рассматриваем более сложную систему легирования Al-Mg-Ca-Zn-(Сu). Предлагаемые нами новые сплавы для получения деформированных изделий должны стать качественной альтернативой деформируемым сплавам типа АМг»,— объясняет Виталий Дорошенко.
Легирование цинком двойных нетермообрабатываемых сплавов системы Al-Mg в определенных соотношениях позволило добиться значительного улучшения прочностных свойств. В частности, благодаря вторичным дисперсным упрочняющим выделениям фазы Т (Al2Mg3Zn3) в процессе термической обработки, такие сплавы демонстрируют высокие показатели прочности. Добавление цинка также позволило подавить формирование нежелательной зернограничной -фазы (Al3Mg2), что, в свою очередь, сократило глубину проникновения межкристаллитной коррозии. Однако у этого подхода есть недостатки, основной из которых — повышение плотности сплавов из-за влияния цинка, что может стать проблемой в некоторых применениях.
Внедрение кальция в состав сплавов открывает возможность для улучшения их свойств. Кальций формирует с алюминием диаграмму состояния эвтектического типа, что приводит к образованию дисперсной двойной эвтектики. Эта эвтектика, состоящая из алюминия и двойного интерметаллида Al4Ca, обладает рядом уникальных свойств. Интерметаллиды являются прочными, но хрупкими поликристаллами. Однако при правильном распределении и размере кальцийсодержащая эвтектика может стать эффективной упрочняющей составляющей в сплаве. Благодаря высокой температуре плавления интерметаллида Al4Ca такие сплавы могут выдерживать сравнительно высокие температуры, что делает их идеальными для применения в условиях высоких температур.
Эвтектические алюминий-кальциевые сплавы имеют близкие к сплавам системы Al-Mg значения стандартных электродных потенциалов, что делает их наиболее коррозионностойкими. Это, в свою очередь, может стать ключевым преимуществом при использовании в агрессивных средах. При этом существуют определенные технологические сложности. При производстве таких сплавов необходимо строго соблюдать технологический регламент, особенно учитывая активные свойства кальция и магния при высоких температурах. Избежать этого можно с использованием лигатур в качестве исходного сырья.
Актуальность этих исследований обусловлена потребностями современной промышленности в высокотехнологичных конструкционных материалах. Алюминиевые сплавы обладают ценными качествами легкости и прочности, однако зачастую уступают сталям и титановым сплавам по показателям технологичности и коррозионной стойкости.
Легирование алюминия магнием, цинком, медью повышает его прочностные характеристики. Однако такие сплавы подвержены коррозии и сложны в обработке. Предполагается, что добавка кальция позволит уменьшить эти негативные эффекты. Однако влияние Ca и его сочетаний с другими элементами на свойства алюминиевых сплавов практически не изучалось.
Основной целью работы Виталия Дорошенко является комплексное исследование влияния состава систем Al-Mg-Ca-Zn-(Cu) на структуру, физико-механические свойства, технологичность и коррозионную стойкость алюминиевых сплавов.
Для достижения цели применяются оптическая и электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, механические испытания. Кроме того, с помощью математического моделирования оптимизируются режимы термической обработки сплавов. Результаты проводимого исследования позволят определить оптимальный химический состав алюминиевых сплавов Al-Mg-Ca-Zn-(Cu) и режимы их производства, обеспечивающие наилучший комплекс механических и эксплуатационных характеристик.