Сотрудники Сиднейского университета (Австралия), Калифорнийского университета в Дэвисе, Университета штата Северная Каролина (США) и Уфимского государственного авиационного технического университета продемонстрировали относительно простой способ повышения прочности алюминиевых сплавов.

Материалом для исследования послужили стержни, выполненные из коммерчески доступного сплава 7075, который используется в аэрокосмической промышленности. Стержни были превращены в диски диаметром 20 и толщиной 0,8 мм, которые затем обрабатывались по методике, относящейся к группе интенсивной пластической деформации, введённой в употребление в конце прошлого века. Диски располагали между двумя цилиндрическими наковальнями, которые создавали давление в 6 ГПа и вращались друг относительно друга. После 10 оборотов образцы вынимали и некоторое время выдерживали при комнатной температуре, чтобы они «постарели».

При испытаниях выяснилось, что обработанный таким способом сплав имеет предел текучести (значение механического напряжения, при котором упругая деформация переходит в необратимую пластическую), примерно равный 1 ГПа. Эта величина сравнима с характеристиками сталей.

Рис. 1. Сравнение параметров «обычного» сплава 7075 (синяя линия) и нового материала (иллюстрация из журнала Nature Communications).

Оценить изменения структуры материала помогла разработанная в восьмидесятых годах атомно-зондовая томография, которая позволяет создавать трёхмерные модели расположения атомов. Как оказалось, диаметр зёрен алюминия уменьшился в среднем до 26 нм, а атомы цинка и магния, входящие в состав исходного сплава, образовали скопления различных размеров внутри и на границах зёрен.

Учёные пока не могут объяснить, почему именно такая структура повышает прочность материала, но это не так уж и важно: сейчас они думают о том, как предложенную методику обработки можно использовать на практике.

Рис. 2. Скопления атомов цинка и магния (показаны точками) улучшают характеристики сплава (иллюстрация University of Sydney).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Peter V. Liddicoat, Xiao-Zhou Liao, Yonghao Zhao, Yuntian Zhu, Maxim Y. Murashkin, Enrique J. Lavernia, Ruslan Z. Valiev & Simon P. Ringer Nanostructural hierarchy increases the strength of aluminium alloys. – Nature Communications. – Article number: 63 doi:10.1038/ncomms1062 ; Published 07 September 2010.

По материалам: