Новая технология позволяет сделать алюминиевый сплав таким же прочным, как сталь — при сохранении свойственной алюминию легкости.
Стальной алюминий: Скрутить и сплющить
Исследование структуры алюминиевого сплава с помощью атомного зонда показало, что плотная «набивка» его разного размера группами из атомов цинка и магния (темно-синие зерна на картинке) существенно повышает его прочность

Действительно, едва ли не главные достоинства алюминия — его легкость и широкое распространение (это второй по распространенности металл в земной коре). Но достоинства эти зачастую перекрываются таким важным недостатком, как низкая прочность. Алюминий деформируется и рвется тогда, когда остальные металлы и сплавы легко справляются с нагрузкой. Поэтому специалисты уже много десятков лет ведут поиски новых сплавов алюминия, которые были бы прочны и легки — словом, обладали бы свойствами титана, но без заоблачной стоимости этого металла.

Авторы нового метода решили использовать для этого сравнительно новую технику металлообработки, «скручивание при высоком давлении» (High-Pressure Torsion, НРТ). Упрощенно ее можно представить себе так. Тонкий диск металла фиксируется на торце цилиндрической наковальни и сдавливается прессом огромной силы, создающим давление в 60 т на квадратный сантиметр поверхности; при этом наковальня медленно вращается. Кроме того, обработанные таким способом образцы исследователи оставили на месяц при комнатной температуре — эта техника называется «естественным старением» металла. Эти два процесса меняют структуру металлической решетки, изменяя расположение атомов на крохотные, наноразмерные величины — но приводят к кардинальным изменениям свойств металла.

В лабораторных экспериментах ученые использовали алюминиевый сплав 7075, включающий небольшие доли магния и цинка, и в результате добились его поразительной прочности, характерной для самых прочных сортов стали и втрое выше, чем у исходного алюминиевого сплава.

Естественно, ученых заинтересовало, что придает сплаву такие внушительные свойства. Они исследовали образцы с помощью атомного зонда и показали, что обработка привела к интересным изменениям в металлической решетке. По сути она стала иерархически организованной наноструктурой: размеры зерен алюминия уменьшились, а атомы цинка и магния образовали изолированные зерна разной величины, в зависимости от того, где располагались, между зернами алюминия или на краю образца. Почему именно такая структура обеспечивает повышенную прочность, впрочем, непонятно.

По словам авторов работы, использованной пока лишь в лаборатории процесс может быть легко адаптирован для промышленных целей. Если это действительно удастся, это достижение может означать настоящий прорыв в создании прочных и легких компонентов для автомобилей и самолетов — или, скажем, производить легкие и прочные шлемы и бронежилеты для армии.

О современных сплавах, их достоинствах и недостатках читайте: «Ракетные металлы».

По публикации ScienceNOW