Разработка принципов получения наноструктурных проводниковых материалов на основе алюминия с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами

С учетом дефицитности, дороговизны и высокой плотности меди (Cu) роль алюминия (Al) как проводникового материала неуклонно возрастает. К безусловным достоинствам Al можно отнести его высокую пластичность, хорошую технологичность и коррозионную стойкость. Однако Al сплавы систем Al-Mg-Si и Al-Zr, специально разработанные для электротехнической промышленности, существенно уступают Cu материалам как по уровню прочности (при постоянных и циклических нагрузках), так электропроводности и термостойкости. В этой связи одновременное улучшение этих свойств являются наиболее важным для проводников на основе Al. На сегодняшний день традиционные подходы, основанные на использовании модифицирования химического состава при литье или на совершенствовании режимов традиционных видов термомеханической обработки (ТМО) Al сплавов, практически исчерпаны и не позволяют достичь кардинального улучшения физико-механических свойств. Поэтому разработка подхода, обеспечивающего одновременное улучшение механических и эксплуатационных свойств Al сплавов, представляется актуальным как с точки зрения фундаментальной науки, так и практического использования результатов исследований. Последние работы авторов данного проекта четко показали перспективность наноструктурирования методами интенсивной пластической деформации (ИПД) для одновременного повышения прочности и электропроводности в уже существующих промышленных проводниковых Al сплавах (например AA6101, AA6201 и др.). Кроме того, на примере ряда Al сплавов конструкционного назначения (например АА2024, АА6061) авторами проекта было продемонстрировано благоприятное влияние наноструктурирования на такие эксплуатационные характеристики как усталостная долговечность и термостойкость. Принцип наноструктурирования в деформируемых Al сплавах заключается в формировании ультра-мелкозернистой структуры с размером зерна менее 1 микрона и введении наноразмерных частиц вторых фаз определенной морфологии и химического состава в структуру материала. В данном проекте новизна решения поставленной задачи обусловлена использованием нового комплексного подхода, который состоит в разработке принципа наноструктурирования Al сплавов, основанного на выборе рационального химического состава и достижения в результате использования ИПД заданных параметров наноструктуры, обеспечивающих качественно новый уровень механических и эксплуатационных свойств. Полученные результаты будут использованы для определения «критических» параметров наноструктуры и установления фундаментальных принципов наноструктурного дизайна Al сплавов, обеспечивающих одновременное повышение уровня прочности, усталости, электропроводности и термостойкости. Основываясь на систематическом анализе полученных результатов исследований, впервые будет показано, что используя разработанный в проекте новый подход, в сплавах системы Al-Mg-Si, Al-Zr и Al-Mg-Zr возможно достичь качественно новый уровень прочности (предел прочности не менее 425 МПа), предел выносливости (не менее 100 МПа), электропроводности (не менее 57 % IACS), термостойкости (не менее 150 С), что явится основой для создания проводниковых материалов нового поколения. Участники проекта представляют ведущую научную школу России в области наноматериаловедения, что позволит обеспечить успешное решение научной проблемы.