В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого создают композит на основе пеноалюминия с повышенными демпфирующими свойствами, вибро- и звукозащитой при низкой плотности. Материал может применяться в транспортном машиностроении, в частности при строительстве железнодорожных вагонов и бронированной техники.
Пеноалюминий — функциональный материал с множеством пор, структурно напоминающий пористый шоколад. Его получают из алюминия с добавлением специальных химических соединений — порофоров. При нагреве они разлагаются с образованием газа, вспенивая материал. Пеноалюминий легкий (не тонет в воде), обладает высокими вибро- и звукозащитными свойствами, а также способен гасить энергию удара.
Для облегчения конструкций сегодня часто используют перфорированные листы металла, но отверстия в них делают уже в готовом изделии. В случае пеноалюминия металла изначально тратится меньше. Однако из-за мелких внутренних перегородок сам по себе он недостаточно прочен. Исследователи СПбПУ разрабатывают сэндвич-панели: снаружи — прочные листы стали или алюминия, внутри — вспененная часть.
Такие композиты могут использоваться для производства обшивки высокоскоростных поездов. Малый вес и высокие звуко- и виброизоляционные свойства сделают конструкцию легче, а поездки — комфортнее для пассажиров и экипажа.
Композиты из стальных листов и пеноалюминия могут применяться и в легкобронированной технике как внешние бронеплиты. Сталь трудно пробить, а пеноалюминий поглощает кинетическую энергию, защищая экипаж. Кроме того, легкость бронеплит снижает расход топлива.
«Твердые тела обладают максимальной звукопроводностью, а газообразные среды, включая воздух, — минимальной. Поскольку в деталях из пеноалюминия большую часть объема занимают поры, изделие обладает высокими звукоизоляционными свойствами. Что касается бронеплит, представьте губку для мытья посуды. При сжатии часть энергии уходит на закрытие пор. Так же будет вести себя и энергия снаряда — часть уйдет на сжатие пор, не нанося вреда экипажу», — объяснил директор Высшей школы физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Сергей Ганин.
Сейчас политехники решают задачу обеспечения устойчивой адгезии между пеноматериалом и оболочкой. Поверхность алюминия покрыта прочной оксидной пленкой. Температура плавления алюминия — 660°C, оксида — около 2000°C. «При получении сэндвич-панели необходимо соединить пористую часть и листы металла. Для прочного сцепления нужно снять слой оксидов. Именно над разработкой такой методики мы сейчас работаем», — добавил Сергей Ганин.
После создания надежного соединения исследователи сосредоточатся на разработке композитов на основе пеноалюминия с медью, титаном и их сплавами. Эти материалы могут найти применение не только в наземном транспорте, но и в авиакосмической промышленности.
Разработка ведется при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
