Сварка алюминиевого сплава 7075 (прочного, как сталь, но более лёгкого) до сих пор не представлялась возможной, однако, похоже, учёным удалось решить эту проблему.
Подпись к изображению: Прочный алюминиевый сплав теперь сваривается благодаря нанотехнологиям
Алюминиевый сплав 7075 был «звездой» в 1940-е годы, и не без причины. Дело в том, что этот сплав обладает большой прочностью, которая сопоставима с характеристиками большинства стальных изделий, которые можно приобрести сегодня.
Основным легирующим элементом алюминиевого сплава 7075 является цинк, на который приходится 5,6–6,1 процента; доля магния образует 2,1–2,5 процента; содержание меди находится на уровне 1,2–1,6 процента; кремний, железо, марганец, титан, хром и другие металлы составляют менее половины процента.
Сплав обладает высоким пределом выносливости, большой устойчивостью к коррозии и средней обрабатываемостью. Это не говоря уже о том, что его вес составляет всего треть от веса стали. Обладая такими впечатляющими характеристиками, сплав, как казалось в первые годы производства, имел большие перспективы. Что же пошло не так?
Всё дело в том, что процесс сварки алюминиевого сплава 7075 – непростая задача. Его практически невозможно использовать для создания деталей, которые производятся на сборочных линиях сегодняшних заводов.
Ответ кроется в наночастицах
Когда сплав нагревают до температуры сварки, его молекулярная структура создаёт неравномерный поток элементов, из которых он состоит, что приводит к снижению прочности и даже к растрескиванию.
Тем не менее, команде учёных инженерного факультета Калифорнийского университета, похоже, удалось разработать способ сварки этого сплава. Чтобы решить проблему, исследователи применили наночастицы карбида титана. Эти наночастицы использовали в качестве присадочного материала между двумя отдельными сварочными электродами.
Полученный сварной материал не трескался и не показывал ухудшения характеристик. Фактически, его предел прочности составил около 392 мегапаскалей – поясним, что такие свойства эквивалентны некоторым материалам, используемым в современном самолётостроении. Команда учёных полагает, что, проведя небольшой эксперимент, они смогут увеличить предел прочности соединений сплава до 551 мегапаскаля, что уже сравнимо со сталью.
Получив подобный материал – прочный, как сталь, но более лёгкий – производители обретут возможность создавать транспортные средства, которые будут быстрее и экономичнее нынешних. По словам руководителя исследования профессора Ли Сяочуня, для работы с этим сверхпрочным алюминиевым сплавом компании смогут использовать те же процессы и оборудование, которыми они располагают сейчас, но их продукты станут легче и будут потреблять меньше энергии, сохраняя при этом свою прочность.