Ученые смогли подружить алюминий с бором с помощью плазмы и фуллеренов

Новую технологию получения сплавов алюминия и бора разработали специалисты Института физики им. Л. В. Киренского в составе Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН, 9 июня сообщает пресс-служба КНЦ.

Ученые обработали расплав в низкочастотной плазме с добавлением фуллеренов, что позволило решить основную проблему — получение в сплаве равномерного распределения бора по всему объему алюминия.

Результаты исследования нового метода разработчики представили в статье «Равномерное легирование алюминия бором» (Uniform alloying of aluminium with boron), опубликованной в журнале Pramana — Journal of Physics.

Сплавы на основе алюминия имеют широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Они ценятся за легкость, прочность, устойчивость к нагреву и экономичность. Добавкой, которая делает сплав прочнее и устойчивее к коррозии, является бор. Сплавы с бором — одни из самых востребованных производством.

Их применяют в машиностроении, в том числе авиации, электронике и даже в ядерных реакторах. При этом из-за плохого смачивания бора алюминием возникает трудная задача достижения его равномерного распределения в сплаве. Плохое смачивание приводит к образованию комков бора в расплаве, тогда как равномерность его распределения критически важна для качества сплава и свойств конечного изделия.

Метод красноярских ученых, который решил эту проблему, основан на обработке алюминиевого расплава с бормом при помощи потока плазмы, в который добавляются фуллерены — молекулы углерода особой формы, напоминающей футбольный мяч.

В плазме частицы бора дробятся, уменьшаясь в размере, что позволяет им легко проникать в расплав. При этом циркуляция потоков расплава, которая возникает из-за перепадов температур и магнитного поля, равномерно разносит бор по всему объему алюминия.

На поверхности алюминия всегда есть пленка, которая мешает ему соединяться с бором. Чтобы избавиться от нее, ученые и добавили в процесс получения сплава фуллерены. Углерод этих молекул восстановил алюминий из окисла, сам окислившись до углекислого газа, который, в свою очередь, был легко удален из реакционной камеры, не образовав лишних примесей. Бор при этом равномерно распределился по всему объему сплава.

Заведующий лабораторией аналитических методов исследования вещества Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН, доктор технических наук, профессор Григорий Чурилов пояснил:

«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».

При использовании такой технологии не возникает проблем со сцеплением слоев и промежуточных загрязнений. Однако при исследовании метода было установлено, что увеличение содержания бора приводит к небольшому снижению твердости сплава, что является минусом для конструкций, требующих максимальной прочности. Но для многих технологических применений это явление не представляется важным.

Разработка новой технологии велась в рамках проекта «Способ и установка для получения композиционного материала, характеризующегося высокой степенью равномерности распределения бора в алюминиевой матрице», поддержанного Российским научным фондом (№ 25-29-00794).

В планах красноярских ученых детально изучить структуру получаемого разработанным методом сплава, что позволит найти возможность управлять его свойствами, изменяя параметры синтеза.