Русские ученые получили нанопорошок алюминия позволяющий улучшать хранение водорода

Физики Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) выяснили, что воздействие ультразвука во время лазерной обработки металла позволяет лучше контролировать процесс плавления. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе вуза
"Добавление звуковых волн частотой 40 кГц увеличивает объем расплавленного металла на треть и делает его структуру более однородной, что особенно важно при производстве деталей для авиационной промышленности", - рассказали в пресс-службе.
Суть метода заключается в том, что во время лазерной обработки металла (например, при сварке или 3D-печати) на него дополнительно воздействуют ультразвуковыми волнами. Это похоже на то, как если бы металл одновременно нагревали и заставляли вибрировать с очень высокой частотой.
"При традиционной лазерной обработке металл нагревается и плавится очень быстро, что может приводить к неравномерностям в структуре. Добавление ультразвука помогает лучше перемешивать расплавленный металл и равномернее распределять тепло. Это особенно важно при производстве деталей, к качеству которых предъявляются высокие требования", - приводит пресс-служба слова руководителя проекта, помощника главы Татарстана по науке и инновациям, доктора физико-математических наук Альберта Гильмутдинова.
Чтобы понять и предсказать, как именно ультразвук влияет на процесс плавления, ученые разработали компьютерную модель. Она учитывает множество параметров: как течет расплавленный металл, как меняется его поверхность, как распространяются звуковые волны. Эта модель поможет подбирать оптимальные режимы обработки для разных металлов и задач.
Применение и перспективы
Практическое применение этой технологии может улучшить качество деталей в разных отраслях. Например, при 3D-печати металлических изделий ультразвук поможет получать более прочные детали с меньшим количеством дефектов. В лазерной сварке новый метод может обеспечить более надежное соединение деталей.

Полученный нанопорошок ученые смешали с гидридом магния при помощи шаровой планетарной мельницы. В результате был синтезирован композит, который представляет собой специфичную структуру, где гидрид магния выступает как ядро, а наноалюминий — оболочкой.

«Технология уникальна тем, что позволяет менять параметры электрического взрыва проводников и, таким образом, варьировать структуру и характеристики самого нанопорошка. Кроме того, данную технологию получения порошков использует ряд предприятий, она отработана в промышленном масштабе. Это позволит легко и быстро масштабировать процесс производства материалов-накопителей на основе гидрида магния с добавлением нанопорошков металлов», — рассказывает доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Виктор Кудияров.  

В рамках исследования политехники изучили морфологию и структурно-фазовое состояние композита, а также провели эксперименты, направленные на определение его десорбционных характеристик. Они показали, что температура выхода водорода снизилась до 336 ºC. Ученые считают, что это связано с добавлением алюминиевого порошка и каталитическим эффектом снижения энергии активации процессов сорбции и десорбции водорода. Кроме того, процесс выделения водорода начинается уже при температуре около 117 ºC. Полученные результаты в перспективе позволят расширить возможности использования отходов магния и алюминия для водородной энергетики.

Исследования в рамках проекта будут продолжены. Ученые планируют оптимизировать параметры получения нанопорошка и синтеза самого композита, что позволит еще снизить температуру десорбции водорода. Также в планах исследователей — разработка экспериментальных систем накопления водорода на основе данного композита.

Разработка особенно перспективна для авиационной промышленности, где требуется высокая точность и качество металлических деталей. Технология также может найти применение в автомобилестроении, медицинской промышленности.

Сейчас исследователи работают над тем, чтобы определить наилучшие параметры воздействия ультразвука для разных металлов и технологических процессов. Это поможет внедрить новую технологию в промышленное производство. В ближайшее время ученые планируют провести исследования с другими типами металлов и сплавов, чтобы расширить возможности применения новой технологии.

Результаты исследования опубликованы в номере "Инженерного журнала: наука и инновации" за 2024 год.