Группа ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж, Ливерморской национальной лаборатория им. Э. Лоуренса и компании Eck Industries, специализирующейся на инновационных решениях в производстве алюминиевых отливок, разработала алюминиево-цериевый сплав, который отличается повышенной термоустойчивостью, легкостью в обработке и сравнительно низкой стоимостью. Отчет об исследовании опубликован в профильном издании The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, популярно о нем рассказывает Science Daily.

При легировании металлов редкоземельными металлами церий используется не очень часто, более того — он иногда рассматривается как побочный продукт при извлечении других редкоземельных металлов. Между тем из всех редкоземельных металлов церий является самым распространенным в земной коре. В редкоземельной руде, добываемой на территории США, церия содержится в три раза больше, чем неодима, и в 500 раз больше, чем диспрозия. В настоящем исследовании ученые поставили задачу использовать церий, что в перспективе позволит сделать потребление редкоземельных металлов более равномерным.

Созданный сплав показал ряд преимуществ перед существующими алюминиевыми сплавами: за счет добавления церия он более устойчив к воздействию высоких температур, легко обрабатывается и обладает высокой текучестью в жидком состоянии — это важная характеристика, поскольку вязкий металл плохо заполняет трехмерные формы при литье. Ключом к термоустойчивости сплава является его специфическая структура — при соединении алюминия и церия образуется интерметаллическое соединение, которое начинает плавиться лишь при 1093 градусов по Цельсию.

Такая термоустойчивость делает сплав весьма привлекательным для использования его в производстве двигателей внутреннего сгорания, как в автомобильной промышленности, так и в авиации. Эта особенность сплава позволит двигателям увеличить эффективность топлива, которое может быть запущено при более высокой температуре. Испытания показали, что сплав является стабильным при 300 градусов по Цельсию — это температура, при которой некоторые традиционно используемые начинают плавиться. Кроме того, устойчивость интерметаллида иногда устраняет необходимость в термической обработке, которая часто необходима для алюминиевых сплавов.

Ученые уже изготовили прототип блока цилиндров для самолета как в обычной песчаной форме для отливки, так и в трехмерной печатной форме. Как показала проверка отливок с использованием источника синхротронного рентгеновской компьютерной томографии, прототип показал устойчивость к температуре свыше 600 градусов по Цельсию.