Сплавы алюминия с никелем и РЗМ: прокатка дала прочность без потери проводимости

В российском НИТУ МИСИС изучили алюминиевые сплавы с добавкой никеля и одного из пяти редкоземельных металлов: иттрия, эрбия, иттербия, гадолиния или самария. Работа шла в два этапа: сначала литые образцы, отдельно те же составы после прокатки. После термической обработки литые сплавы сохранили хорошую теплопроводность и показали достаточную прочность, а после прокатки лучшими оказались составы с иттрием, эрбием и иттербием: они стали прочнее и не потеряли электропроводность. Об этом 1 ноября 2026 года сообщила пресс-служба университета, подробности опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.

Что проверяли и как менялась структура

Алюминий широко используют в электротехнике: он проводит ток и сравнительно мало весит. Но деталям электротранспорта и электрического оборудования нужна ещё и прочность, причём вместе со способностью проводить ток и отводить тепло. Один из способов улучшить металл состоит в том, чтобы добавить немного других металлов. Здесь важно подобрать сочетание так, чтобы рост прочности не приводил к заметному падению электропроводности, и именно эту задачу решали в работе.

При затвердевании расплава в алюминии сами собой появляются мелкие частицы соединений никеля и редкоземельных металлов, интерметаллиды. По сообщению, они влияют на механические свойства сплава, а их количество, размеры и распределение определяют, насколько хорошо материал проводит тепло и электрический ток.

В первой части исследования изучали литые сплавы. Образцы грели шесть часов при 605-620 °C: частицы укрупнились, их распределение стало другим. После такой обработки сплавы сохранили хорошую теплопроводность и показали достаточную прочность, что делает их перспективными для дальнейшей разработки литейных алюминиевых сплавов, в том числе для электротранспорта.

Во второй работе те же сплавы прокатали. Обработка давлением измельчила структуру: средний размер интерметаллидов уменьшился примерно с 1-1,5 до 0,8-1,2 микрометра. Как сказано в сообщении, эти изменения способствовали упрочнению.

«Лучшие результаты получили сплавы с добавлением иттрия, эрбия и иттербия. Прокатка и последующая термическая обработка сделали их прочнее, при этом материалы сохранили способность проводить электрический ток. Это важно для создания прочных алюминиевых сплавов, которые можно использовать в электротехнике», — рассказала доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС Мария Главатских.

Смысл результата в том, что свойства сплава задаёт не только химический состав, но и обработка. По общим представлениям металловедения, включения и границы зёрен тормозят движение дефектов кристаллической решётки, поэтому металл сопротивляется нагрузке. Те же неоднородности рассеивают и электроны, так что выигрыш даёт сочетание состава с обработкой: частицы можно измельчить и перераспределить, не меняя химию сплава. Насколько такой выигрыш велик в конкретных составах, из сообщения не видно.

Например, представим токопроводящую шину, которую крепят болтом: на ходу она вибрирует, и соединение должно годами держать контакт. Мягкий металл в таком месте постепенно теряет форму, поэтому и ищут сплав, который держит и прочность, и проводимость. Материалы из работы нацелены как раз на такой компромисс, хотя до готовой детали им далеко.

Ограничения видны из содержания самого сообщения. В нём нет полной методики и статистики, а также точных значений прочности и электропроводности. Количественно приведён прежде всего средний размер частиц: примерно с 1-1,5 до 0,8-1,2 мкм. Поэтому делать выводы о конкретном приросте свойств по пресс-релизу нельзя. Составы изучены в лаборатории: для практического применения нужно продолжить исследование их характеристик и оценить возможность производства готовых изделий. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Понять, как далеко продвинулись другие группы по теме, помогает подбор литературы по научным публикациям.