Actuellement, l’aluminium faiblement allié est largement utilisé dans le génie électrique et la construction de machines. Dans le même temps, il convient de noter que l’électrotechnique moderne impose des exigences très élevées et, dans certains cas, mutuellement exclusives aux alliages d’aluminium.
Par exemple, les alliages d’aluminium conducteurs doivent avoir à la fois une conductivité et une résistance électriques élevées, et parfois aussi une stabilité thermique à long terme, s’ils doivent être utilisés dans des conditions d’exposition à long terme à certaines températures. En règle générale, la haute résistance et la stabilité thermique des alliages d’aluminium sont fournies au moyen d’un alliage complexe, ce qui conduit à une forte diminution de la conductivité électrique des matériaux.
En 2017, une équipe de recherche de l’Institut de recherche en physique et technologie de l’Université Lobachevsky de Nizhny Novgorod, à l’initiative de l’usine de Moscou pour le traitement des alliages spéciaux, a pris la tâche d’améliorer les performances des alliages d’aluminium. Pour obtenir de nouveaux alliages d’aluminium faiblement alliés, les chercheurs de Nizhny Novgorod ont utilisé la technologie de la coulée par induction sous vide.
Selon le professeur Alexey Nokhrin, chef du laboratoire de diagnostic des matériaux à l’Institut de recherche en physique et technologie de l’UNN, l’une des principales tâches était de développer les régimes de coulée pour les nouveaux alliages d’aluminium.
« La structure du métal coulé est très hétérogène, il a une structure de dendrite en forme d’aiguille et contient de grosses particules résultant de la coulée. De ce fait, il est très difficile de former le métal coulé. Pour obtenir les résultats requis, il fallait d’abord déterminer très précisément les régimes de coulée des métaux qui permettraient de se débarrasser des grosses particules, puis, en utilisant la déformation plastique, affiner la structure de la dendrite coulée. La deuxième étape était particulièrement difficile, car il n’était pas possible de traiter l’alliage à des températures élevées, comme cela se fait habituellement dans les usines. Une augmentation de la température aurait entraîné la précipitation de grosses particules, ce qui aurait entraîné la rupture du fil d’un diamètre inférieur à 0,5 mm « , explique Alexey Nokhrin .
Pour résoudre le problème de l’obtention de fils minces, de nombreux travaux de recherche ont été menés par des scientifiques de l’UNN pour étudier l’effet des régimes de coulée sur l’homogénéité de la structure et des propriétés des alliages d’aluminium contenant des microadditifs de magnésium et de scandium. Les technologies de déformation plastique intensive, y compris le pressage angulaire à canal égal et le forgeage rotatif, ont été utilisées comme méthodes clés pour contrôler la structure des alliages d’aluminium.
En conséquence, une structure homogène hautement plastique a été obtenue dans les alliages où des nanoparticules ont été formées par recuit, qui ont fourni le niveau requis de résistance et de résistance thermique des fils fabriqués.
Les nouveaux alliages ont démontré un certain nombre de caractéristiques uniques. Les chercheurs de l’Université Lobachevsky ont réussi à résoudre la tâche difficile d’augmenter simultanément la conductivité électrique, la résistance et la résistance thermique des alliages tout en assurant un très haut niveau de plasticité à des températures élevées.
La recherche montre que les nouveaux alliages possèdent une superplasticité: lors des essais de traction à 500 degrés Celsius et à des taux de déformation élevés, les échantillons ont montré un allongement de plus de 1000%, et après refroidissement, ils sont redevenus très résistants et électriquement conducteurs.
« Cela permettra aux producteurs de fabriquer le fil en utilisant le régime de superplasticité, lorsque des mécanismes de déformation spéciaux sont activés et que le métal » coule « comme du verre liquide », conclut Alexey Nokhrin.
À l’heure actuelle, l’équipe travaille sur la prochaine étape du projet. Les chercheurs étudient les possibilités de remplacer le scandium coûteux par d’autres additifs d’alliage (Zr, Yb, etc.). L’objectif est de maintenir des caractéristiques élevées des alliages produits tout en réduisant fortement leur coût.
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Les résultats de la recherche de l’équipe de l’Université Lobachevsky ont été publiés dans le Journal des alliages et composés (2020, v.831, article ID 154805), et la partie pratique de la solution proposée est en cours de préparation pour le brevetage.
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