Томские ученые разработали метод создания ультрапрочных металлокомпозитов для авиации

Новый метод производства материалов в 4 раза повышает твердость и улучшает износостойкость авиационных компонентов

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) предложили инновационный метод создания металломатричных композитов высокой твердости, который может найти широкое применение в авиаотрасли.

Новый подход позволяет получать объемные композитные материалы с металлической матрицей, которые отличаются высокими физико-механическими свойствами. Главное отличие этого метода заключается в совмещении металлического матричного материала с армирующим керамическим компонентом в процессе их обработки, что исключает образование высокой пористости и рекристаллизации образцов. Испытания показали, что композиты, созданные с использованием этого подхода, в четыре раза тверже аналогичных материалов.

Использование композитов с алюминиевой матрицей, в частности, для таких деталей как тормозные диски, поршни, а также элементы аэрокосмической техники — например, крылья и фюзеляжи — открывает новые возможности для многих применений в автомобилестроении и авиации. Эти материалы обеспечивают отличную пластичность, коррозионную стойкость, высокую жесткость и прочность, что особенно важно для аэрокосмических технологий, где материалы должны быть легкими и надежными.

Особенность предложенного ученым методом заключается в in situ совмещении армирующих частиц, таких как карбиды вольфрама, кремния и бора, с алюминиевой матрицей с помощью плазмодинамического синтеза. Этот процесс позволяет армирующим частицам интегрироваться в структуру матрицы без дополнительной пористости и рекристаллизации, что часто встречается в традиционных методах производства. Как утверждается, такой подход способствует равномерному распределению микро- и наноразмерных частиц карбидов, что значительно улучшает физико-механические свойства конечных изделий.

В результате применения нового подхода, физико-механические свойства композитов значительно повышаются. Новые материалы обладают высокой твердостью, достигающей диапазона от 103 до 215 HV, что в 4 раза превышает характеристики аналогичных материалов, изготовленных из коммерчески доступных компонентов, у которых твердость колеблется в пределах 47-62 HV. Это позволяет создавать более износостойкие и долговечные компоненты, что особенно важно в авиации, где надежность и долговечность материалов критически важны.

Внедрение карбидов в алюминиевую матрицу позволяет значительно повысить уплотнение компонентов до 99%, что также способствует улучшению их прочности и устойчивости к износу. Благодаря таким улучшениям, предложенный метод может стать основой для создания новых высокоэффективных композитных материалов, которые будут востребованы в авиационной и автомобилестроительной отраслях, а также в других областях, где требуются легкие и прочные материалы.