Atualmente, o alumínio de baixa liga é amplamente utilizado na engenharia elétrica e na construção de máquinas. Ao mesmo tempo, deve-se notar que a engenharia elétrica moderna impõe requisitos muito elevados e, em alguns casos, mutuamente exclusivos às ligas de alumínio.

Por exemplo, ligas de alumínio condutor devem ter alta condutividade elétrica e resistência, e às vezes também estabilidade térmica de longo prazo, se forem usados ​​em condições de exposição prolongada a certas temperaturas. Tipicamente, alta resistência e estabilidade térmica das ligas de alumínio é fornecida por meio de ligas complexas, o que leva a uma diminuição acentuada na condutividade elétrica dos materiais.

Em 2017, uma equipe de pesquisa do Instituto de Pesquisa em Física e Tecnologia da Universidade Lobachevsky em Nizhny Novgorod, por iniciativa da Fábrica de Moscou para Processamento de Ligas Especiais, assumiu a tarefa de melhorar o desempenho das ligas de alumínio. Para obter novas ligas de alumínio de baixa liga, Os pesquisadores de Nizhny Novgorod usaram a tecnologia de fundição por indução no vácuo.

De acordo com o professor Alexey Nokhrin, Chefe do Laboratório de Diagnóstico de Materiais do Instituto de Pesquisa em Física e Tecnologia da UNN, uma das principais tarefas era desenvolver os regimes de fundição de novas ligas de alumínio.

“A estrutura do metal fundido é muito heterogênea, ele tem uma estrutura dendrítica em forma de agulha e contém grandes partículas que resultaram da fundição. Por causa disso, é muito difícil formar o metal fundido. Para alcançar os resultados exigidos, era necessário primeiro determinar com muita precisão os regimes de fundição de metal que ajudariam a se livrar de partículas grandes, e então, usando deformação plástica, para refinar a estrutura do dendrito fundido. A segunda etapa foi especialmente difícil, uma vez que não foi possível processar a liga em temperaturas elevadas, como geralmente é feito nas fábricas. Um aumento na temperatura teria resultado na precipitação de grandes partículas, o que teria causado a ruptura do fio com diâmetro inferior a 0,5 mm, "explica Alexey Nokhrin.

Para resolver o problema de obtenção de fio fino, uma grande quantidade de pesquisas foi conduzida por cientistas da UNN para estudar o efeito dos regimes de fundição na homogeneidade da estrutura e propriedades das ligas de alumínio contendo microaditivos de magnésio e escândio. Tecnologias intensivas de deformação plástica, incluindo pressão angular de canal igual e forjamento rotativo, foram usados ​​como os principais métodos para controlar a estrutura das ligas de alumínio.

Como resultado, uma estrutura homogênea altamente plástica foi obtida nas ligas onde as nanopartículas foram formadas por recozimento, que forneceu o nível necessário de resistência e resistência térmica dos fios fabricados.

As novas ligas demonstraram uma série de características exclusivas. Pesquisadores da Universidade Lobachevsky conseguiram resolver a difícil tarefa de aumentar simultaneamente a condutividade elétrica, força e resistência térmica das ligas, garantindo um nível muito alto de plasticidade em temperaturas elevadas.

A pesquisa mostra que as novas ligas possuem superplasticidade:Durante o teste de tração a 500 graus Celsius e em altas taxas de deformação, as amostras apresentaram alongamento de mais de 1000%, e após o resfriamento tornou-se muito forte e eletricamente condutor novamente.

“Isso permitirá que os produtores fabricem o fio em regime de superplasticidade, quando mecanismos especiais de deformação são ativados e o metal "flui" como vidro líquido, "conclui Alexey Nokhrin.

Atualmente, a equipe está trabalhando na próxima etapa do projeto. Os pesquisadores estão estudando as possibilidades de substituir o escândio caro por outros aditivos de liga (Zr, Yb, etc.). O objetivo é manter as altas características das ligas produzidas e, ao mesmo tempo, reduzir drasticamente seu custo.

Os resultados da pesquisa da equipe da Universidade Lobachevsky foram publicados no Jornal de ligas e compostos (2020, v.831, Artigo ID 154805).