Attualmente, l'alluminio a bassa lega è ampiamente utilizzato nell'ingegneria elettrica e nella costruzione di macchine. Allo stesso tempo, va notato che la moderna ingegneria elettrica pone alle leghe di alluminio requisiti molto elevati e in alcuni casi si escludono a vicenda.

Per esempio, le leghe di alluminio conduttive devono avere sia un'elevata conducibilità elettrica che resistenza, e talvolta anche stabilità termica a lungo termine, se devono essere utilizzati in condizioni di esposizione a lungo termine a determinate temperature. Tipicamente, l'elevata resistenza e stabilità termica delle leghe di alluminio è fornita mediante alligazione complessa, che porta ad una forte diminuzione della conduttività elettrica dei materiali.

Nel 2017, un gruppo di ricerca dell'Istituto di ricerca di fisica e tecnologia presso l'Università Lobachevsky di Nizhny Novgorod, su iniziativa dello stabilimento di Mosca per la lavorazione delle leghe speciali, ha assunto il compito di migliorare le prestazioni delle leghe di alluminio. Per ottenere nuove leghe di alluminio bassolegato, I ricercatori di Nizhny Novgorod hanno utilizzato la tecnologia della colata a induzione nel vuoto.

Secondo il professor Alexey Nokhrin, Responsabile del Laboratorio di Diagnostica dei Materiali presso l'UNN Physics and Technology Research Institute, uno dei compiti principali era quello di sviluppare i regimi di colata per nuove leghe di alluminio.

"La struttura del metallo fuso è molto eterogenea, ha una struttura dendritica aghiforme e contiene grandi particelle risultanti dalla colata. A causa di ciò, è molto difficile formare il metallo fuso. Per ottenere i risultati richiesti, è stato necessario prima determinare in modo molto preciso i regimi di fusione del metallo che avrebbero aiutato a liberarsi di particelle di grandi dimensioni, poi, utilizzando la deformazione plastica, per affinare la struttura dendrite cast. Il secondo passo è stato particolarmente difficile, poiché non era possibile lavorare la lega a temperature elevate, come di solito si fa nelle fabbriche. Un aumento della temperatura avrebbe provocato la precipitazione di particelle di grandi dimensioni, che avrebbe provocato la rottura del filo di diametro inferiore a 0,5 mm, " spiega Alexey Nokhrin.

Per risolvere il problema di ottenere filo sottile, una grande quantità di ricerche è stata condotta dagli scienziati dell'UNN per studiare l'effetto dei regimi di colata sull'omogeneità della struttura e delle proprietà delle leghe di alluminio contenenti microadditivi di magnesio e scandio. Tecnologie intensive di deformazione plastica, compresa la pressatura angolare a canale uguale e la forgiatura rotativa, sono stati utilizzati come metodi chiave per il controllo della struttura delle leghe di alluminio.

Di conseguenza, si è ottenuta una struttura omogenea altamente plastica nelle leghe dove si sono formate le nanoparticelle per ricottura, che forniva il livello richiesto di robustezza e resistenza termica dei fili fabbricati.

Le nuove leghe hanno dimostrato una serie di caratteristiche uniche. I ricercatori della Lobachevsky University sono riusciti a risolvere il difficile compito di aumentare contemporaneamente la conduttività elettrica, robustezza e resistenza termica delle leghe garantendo un altissimo livello di plasticità a temperature elevate.

La ricerca mostra che le nuove leghe possiedono una superplasticità:durante le prove di trazione a 500 gradi Celsius e ad alti tassi di deformazione i campioni hanno mostrato un allungamento di oltre il 1000%, e dopo il raffreddamento è diventato di nuovo molto forte ed elettricamente conduttivo.

"Ciò consentirà ai produttori di fabbricare il filo utilizzando il regime di superplasticità, quando si attivano speciali meccanismi di deformazione e il metallo "scorre" come vetro liquido, " conclude Alexey Nokhrin.

Attualmente, il team sta lavorando alla fase successiva del progetto. I ricercatori stanno studiando la possibilità di sostituire il costoso scandio con altri additivi di lega (Zr, Yb, eccetera.). L'obiettivo è quello di mantenere elevate le caratteristiche delle leghe prodotte riducendone drasticamente il costo.

I risultati della ricerca del team dell'Università Lobachevsky sono stati pubblicati nel Giornale di leghe e composti (2020, v.831, Codice articolo 154805).