Совместными усилиями специалистов НИТУ «МИСиС», Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и инновационной команды ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» проведена работа, которая открывает новую веху в производстве алюминиевых проводов для линий электропередачи и авиационной техники. Российские ученые нашли способ повысить максимальную рабочую температуру алюминиевых сплавов до 400 °C за счет введения циркония, чего ранее не удавалось достичь в масштабах крупного промышленного производства. Этот научный прорыв стал возможен благодаря сплоченной работе, таланту и инженерной изобретательности участников из разных городов страны.
Алюминий – легкий и перспективный, но требующий усовершенствования
Среди наиболее востребованных металлов для электропроводки алюминий удерживает ведущие позиции наряду с медью. Его основными плюсами можно назвать существенно меньший вес (он менее тяжелый в 3,5 раза) и экономическую доступность. Благодаря этим свойствам алюминиевые провода широко используются при строительстве линий электропередач, а также в аэрокосмической технике, где важно снизить массу оборудования. Однако алюминий заметно уступает меди по прочности при высоких температурах, что ограничивает спектр его применения там, где возможен сильный нагрев.
Чистый алюминий начинает терять свои механические свойства уже при 150 °C, что может привести к деформации или разрушению токопроводящих конструкций. Поэтому перед технологами стоит задача: каким образом повысить термостойкость этого металла, не увеличивая при этом стоимость производства?
Выбор циркония — инновационное решение российских ученых
Ярким ответом на этот вызов стало открытие коллектива ученых из НИТУ «МИСиС» и УГАТУ. Было выявлено, что введение всего 0,6% циркония в структуру алюминия приводит к невероятному эффекту: увеличение рабочей температуры готового провода почти в три раза, с 150 °C до 400 °C. При этом затраты на такой легирующий элемент остаются умеренными, что особенно ценно для масштабного промышленного внедрения.
Открытием также стало то, что даже такие минимальные концентрации циркония формируют в алюминиевой матрице прочные наноструктуры, значительно сдерживающие процессы разрушения при температурах, которые ранее считались недопустимыми для алюминия.
Передовые технологические решения: электромагнитное литье вместо классических методов
Серьезной научной и технологической задачей являлась организация правильного введения циркония в алюминиевый расплав. Необходимость нагревать металл до температур выше 900 °C и затем осуществлять быстрое охлаждение для образования нужной структуры традиционно требовала применения сложной и дорогой порошковой металлургии, а именно гранульного способа (RS/PM).
Коллектив ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» под руководством профессора Виктора Тимофеева нашел оптимальное решение: использование метода электромагнитного литья (ЭМК). На этой установке удалось мгновенно охлаждать заготовки, выходящие из тигля с температурой около 920 °C, прямо в магнитном кристаллизаторе с дальнейшим формированием длинномерной проволоки. Новый способ оказался значительно эффективнее и экономичнее, а результат впечатлил — полученная проволока обладала совершеннейшей структурой, идеальной для дальнейшей обработки.
Роль команды и научное руководство проекта
Большую роль в успешной реализации проекта сыграли ведущие специалисты и научные руководители. Слаженная работа под руководством профессора Виктора Тимофеева в Красноярске и поддержка исследовательской группы в УГАТУ позволили провести успешное волочение материала с применением современных станков. Доктор технических наук Максим Мурашкин координировал процессы механической обработки, что обеспечило устойчивое качество материала на всех стадиях.
Дальнейшая термообработка сплавов под руководством профессора Николая Белова (НИТУ «МИСиС») поспособствовала формированию наночастиц циркониевой фазы, обеспечивающих термическую стабильность, ранее недосягаемую для алюминиевых сплавов такого состава.
Результаты испытаний превзошли ожидания: новый алюминиевый сплав не только продемонстрировал двукратный рост термостойкости, но и почти не уступал по электропроводности чистому алюминию. Это означает, что электрические и летательные сети смогут работать при более высоких нагрузках и температурах, оставаясь при этом надежными и легкими.
Перспективы для энергетики и авиации
Внедрение подобного сплава сулит значительный технический и экономический эффект для электрических сетей — провода смогут работать дольше, реже требовать обслуживания, а главное — быть тоньше и легче без ущерба для безопасности и долговечности. Для авиационной промышленности такая разработка представляет особенный интерес, ведь снижение массы и повышение термостойкости конструкций позволяют создавать более энергоэффективные и долговечные летательные аппараты.
Увеличение термостойкости алюминиевых проводов открывает путь для разработки новых поколений силовых линий, пригодных для эксплуатации в экстремальных климатических условиях или при высоких рабочих токах. Легкие и прочные провода способны повысить надежность и эксплуатационную безопасность всей энергетической инфраструктуры.
Научный прорыв и его значение для будущего
Слаженная работа исследователей из разных научных центров позволила поднять уровень отечественных технологий цветной металлургии на принципиально новую высоту. Единение научной мысли, производственного опыта и инженерного мастерства — вот что стало залогом успешного запуска уникального сплава в производство.
Эффективно реализованный проект НИТУ «МИСиС», УГАТУ и ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» доказывает, что в условиях междисциплинарного партнерства российская наука и промышленность способны генерировать решения, соответствующие самым строгим мировым требованиям. Это открывает перед энергетикой и авиастроением большие горизонты, делает отечественные разработки конкурентоспособными на мировом рынке и укрепляет научный авторитет страны.
Впереди открываются новые перспективы — усовершенствование электропроводящих материалов, поиск еще более эффективных способов легирования, а также расширение областей применения инновационных алюминиевых сплавов. Российские ученые уверенно смотрят в будущее, готовые предложить миру свежие решения ключевых технических задач.
Источник: scientificrussia.ru
