Учёные МИСИС разработали алюминиевый сплав с высокой прочностью и теплопроводностью для электроники

Учёные Университета науки и технологий МИСИС разработали и запатентовали новый алюминиевый сплав для применения в электронике и электротранспорте. Материал позволяет достичь оптимального сочетания прочности и теплопроводности благодаря точной настройки состава и режима термообработки. Исследовнаие проведено при поддержке Российского научного фонда. Подробности исследования опубликованы в научных журналах Materials и Transactions of Nonferrous Metals Society of China.

Ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова сообщила, что инновационный сплав на основе алюминия сочетает в себе прочность, пластичность, теплопроводность и устойчивость к коррозии. Вариации соотношения добавок скандия и циркония позволяют проектировать материалы с заданными свойствами под конкретные задачи.

Современная электроника и электротранспорт требуют материалов, которые при малом весе эффективно отводят тепло. Новые тенденции в автомобилестроении предполагают получение одной большой детали сложной формы методом литья вместо набора мелких частей, требующих сборки. Эта технология значительно ускоряет производство. Организация Tesla уже успешно применяет такой подход для изготовления алюминиевых деталей массой до 150 килограммов на установках Giga Press. Традиционные литейные сплавы в этом случае неприменимы, поскольку не обеспечивают высокой теплопроводности.

За основу исследователи взяли алюминиевый сплав с добавками цинка и кальция. Ранее он уже показал хорошие результаты в виде высокой теплопроводности, устойчивости к коррозии и пригодности для технологии литья. Из него можно получать детали сложной формы в больших объёмах, но его прочность оставалась сравнительно низкой, что ограничивало применение.

Аспирантка кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов НИТУ МИСИС Анастасия Лыскович пояснила, что для решения этой проблемы в сплав добавили небольшое количество скандия и циркония. Эти элементы способны увеличивать прочность материала без снижения теплопроводности. В процессе эксперимента специалисты варьировали их соотношение и изучали влияние на свойства материала.

Заведующий кафедрой литейных технологий и художественной обработки материалов, директор инжинирингового центра литейных технологий и материалов НИТУ МИСИС Андрей Колтыгин отметил, что сложность разработки заключается в том, что обычно все литейные сплавы содержат большое количество добавок, которые снижают теплопроводность. В предлагаемом сплаве литейные свойства обеспечивают кальций и цинк, которые практически не влияют на способность алюминия отводить тепло. За высокие механические свойства отвечают скандий и цирконий, добавляемые в очень небольшом количестве и эффективно упрочняющие алюминиевый сплав в ходе термической обработки.

Исследование показало, что увеличение доли циркония немного снижает прочность и теплопроводность, но делает статья более пластичным. Равным образом это заметно повышает его устойчивость к коррозии и снижает стоимость.

Полученные результаты открывают возможности для создания новых алюминиевых сплавов для электроники, энергетики и транспорта. Материал применим там, где требуются изделия сложной формы, которые должны одновременно эффективно отводить тепло и выдерживать механические нагрузки.