Nikolai Kakhidze, Doktorand an der Fakultät für Physik und Ingenieurwissenschaften, schlug vor, Diamant- oder Aluminiumoxid-Nanopartikel als Alternative zum teuren Scandium zum Härten von Aluminiumlegierungen zu verwenden. Das neue Material wird viermal günstiger sein als das scandiumhaltige Analogon und weist vergleichbare physikalische und mechanische Eigenschaften auf.
Derzeit streben viele Schiffbauunternehmen danach, schweren Stahl durch leichte und ultraleichte Materialien zu ersetzen. Dies erhöht nicht nur die Ladekapazität, sondern kann auch den Kraftstoffverbrauch senken, Schadstoffemissionen reduzieren, die Mobilität des Schiffes erhöhen und die Frachtlieferung beschleunigen. Auch Unternehmen der Transport- und Luftfahrtindustrie sind an neuen Materialien interessiert.
Mit Scandium modifizierte Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe erwiesen sich als guter Ersatz. Aufgrund der hohen Kosten von Scandium wird jedoch intensiv nach einem günstigeren Modifikator gesucht. Nikolai Kakhidze schlug vor, Scandium durch Diamant- oder Aluminiumoxid-Nanopartikel zu ersetzen. Seine Aufgabe wird es sein, eine Methode zur korrekten Einbringung von Nanopulvern in eine Metallschmelze zu entwickeln.
Beim direkten Einbringen in die Schmelze agglomerieren die Nanopartikel, oxidieren und werden nicht benetzt, wodurch sich Poren bilden. Dadurch entstehen anstelle von Härtungspartikeln unerwünschte Verunreinigungen. Im Labor für Hochenergie- und Spezialmaterialien der Staatlichen Universität Tomsk hat Sergey Vorozhtsov bereits wissenschaftliche und technologische Ansätze für die disperse Härtung von Aluminium und Magnesium entwickelt, die die korrekte Einbringung feuerfester Nanopartikel in die Schmelze gewährleisten und die Probleme der Benetzbarkeit und Flotation beseitigen.
„Basierend auf der Entwicklung meiner Kollegen schlägt mein Projekt folgende Lösung vor: Nanopulver werden in einem mikrofeinen Aluminiumpulver durch mehrere technologische Schritte desagglomeriert (gleichmäßig verteilt). Anschließend wird aus dieser Mischung eine Ligatur synthetisiert, die technologisch ausreichend und für den industriellen Einsatz im industriellen Maßstab geeignet ist. Beim Einbringen der Ligatur in die Schmelze werden externe Felder erzeugt, um die Nanopartikel gleichmäßig zu verteilen und die Benetzbarkeit weiter zu erhöhen. Die korrekte Einbringung von Nanopartikeln kann die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Ausgangslegierung verbessern“, erklärt Nikolai Kakhidze den Kern seiner Arbeit.
Nikolai Kakhidze plant, bis Ende 2020 die ersten experimentellen Chargen von Ligaturen mit Nanopartikeln für deren anschließende Einbringung in die Schmelze zu erhalten. Im Jahr 2021 ist geplant, Probegüsse zu erhalten und die Rechte am geistigen Eigentum zu schützen.
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Beitragszeit: 04.07.2022