Плазма и фуллерены помогли «подружить» алюминий с бором

Материалы на основе алюминия — одни из самых универсальных и экономически выгодных. Алюминиевые сплавы ценятся за лёгкость, прочность и устойчивость к нагреву. Одна из самых востребованных добавок — бор. Он делает сплав прочнее и устойчивее к коррозии. Такие сплавы используют в различных областях промышленности: от авиации и машин до электроники и ядерных реакторов. Однако получить этот сплав задача не из простых. Достичь равномерного распределения бора сложно, потому что он плохо смачивается алюминием и стремится собраться в комки. Равномерность распределения критически важна для качества сплава и свойств конечного изделия.

Сотрудники Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН в составе Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» разработали новую технологию получения сплавов алюминия и бора. Метод основан на обработке алюминиевого расплава бромом при помощи потока плазмы с добавлением фуллеренов — молекул углерода, по форме напоминающих футбольный мяч. Внутри плазмы частицы бора дробятся, уменьшаются в размере и легко проникают в расплав. А циркулирующие потоки расплава, возникающие из-за перепадов температур и магнитного поля, разносят бор равномерно по всему объёму алюминия.

Чтобы убрать оксидную плёнку, которая всегда есть на поверхности алюминия и мешает ему соединиться с бором, авторы работы добавили в процесс фуллерены — особые молекулы углерода. Они восстановили алюминий, сами окислились до углекислого газа и «улетели» из реакционной камеры, не образовав лишних примесей. Сочетание порошка бора и фуллеренов в потоке плазмы позволило получить алюминиевый сплав с равномерно распределённым бором по всему объёму алюминия.

«Главными преимуществами метода являются простота его реализации и универсальность. Плазменный метод позволяет вводить любой элемент в любой материал. Он позволяет точно дозировать легирующий элемент при его введении в материал и контролировать его распределение по глубине и по поверхности материала, что обеспечивает равномерное распределение вводимого вещества по поверхности материала. Нет проблем со сцеплением слоев, нет промежуточных загрязнений. Однако мы заметили, что с ростом содержания бора твёрдость сплава немного снижается. Для конструкций, где нужна максимальная прочность, это минус. Но для лигатур и многих технологических применений это не критично. В дальнейшем мы планируем детально изучить структуру сплава и понять, как можно управлять его свойствами, меняя параметры синтеза», — отмечает Григорий Чурилов, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией аналитических методов исследования вещества ИФ СО РАН.

Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 25-29-00794).

Источник: ФИЦ КНЦ СО РАН