Nikolai Kakhidze, ein Doktorand der Fakultät für Physik und Ingenieurwissenschaften, hat vorgeschlagen, Diamant- oder Aluminiumoxid-Nanopartikel als Alternative zu teurem Scandium zum Härten von Aluminiumlegierungen zu verwenden. Das neue Material wird viermal weniger kosten als das scandiumhaltige Analogon und weist ziemlich ähnliche physikalische und mechanische Eigenschaften auf.
Derzeit streben viele Schiffbauunternehmen danach, schweren Stahl durch leichte und ultraleichte Materialien zu ersetzen. Neben der Erhöhung der Tragfähigkeit kann dies auch vorteilhaft zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs, zur Reduzierung schädlicher Emissionen in die Atmosphäre, zur Erhöhung der Mobilität des Schiffes und zur Beschleunigung der Frachtlieferung eingesetzt werden. Auch Unternehmen der Transport- und Luft- und Raumfahrtindustrie sind an neuen Materialien interessiert.
Mit Scandium modifizierte Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe erwiesen sich als guter Ersatz. Aufgrund der hohen Kosten von Scandium wird jedoch aktiv nach einem günstigeren Modifikator gesucht. Nikolai Kakhidze schlug vor, Scandium durch Diamant- oder Aluminiumoxid-Nanopartikel zu ersetzen. Seine Aufgabe wird es sein, eine Methode zum korrekten Einbringen von Nanopulvern in eine Metallschmelze zu entwickeln.
Beim direkten Einbringen in die Schmelze werden die Nanopartikel zu Agglomeraten aggregiert, oxidiert und nicht benetzt und bilden Poren um sich herum. Dadurch entstehen anstelle von Härtungspartikeln unerwünschte Verunreinigungen. Im Labor für Hochenergie- und Spezialmaterialien an der Staatlichen Universität Tomsk hat Sergey Vorozhtsov bereits wissenschaftliche und technologische Ansätze zur dispergierten Härtung von Aluminium und Magnesium entwickelt, die die korrekte Einführung feuerfester Nanopartikel in die Schmelze gewährleisten und die Probleme der Benetzbarkeit und Flotation beseitigen .
– Basierend auf der Entwicklung meiner Kollegen schlägt mein Projekt die folgende Lösung vor: Nanopulver werden mithilfe mehrerer technologischer Vorgänge in einem Aluminiumpulver in Mikrogröße desagglomeriert (gleichmäßig verteilt). Anschließend wird aus dieser Mischung eine Ligatur synthetisiert, die für den industriellen Einsatz im industriellen Maßstab ausreichend technologisch und praktisch ist. Beim Einbringen der Ligatur in die Schmelze werden externe Felder bearbeitet, um die Nanopartikel gleichmäßig zu verteilen und die Benetzbarkeit weiter zu erhöhen. Durch die richtige Einführung von Nanopartikeln können die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Ausgangslegierung verbessert werden – erklärt Nikolai Kakhidze das Wesentliche seiner Arbeit.
Nikolai Kakhidze plant, bis Ende 2020 die ersten experimentellen Chargen von Ligaturen mit Nanopartikeln für deren anschließende Einführung in die Schmelze zu erhalten. Im Jahr 2021 ist geplant, Probeabgüsse zu erhalten und geistige Eigentumsrechte zu schützen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 04.07.2022