Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв в материаловедении, разработав новый алюминиевый сплав, который можно создавать с помощью 3D-печати. Этот материал не только выдерживает экстремально высокие температуры, но и демонстрирует прочность, в пять раз превышающую показатели обычного алюминия, произведенного традиционными методами. Ключом к успеху стало сочетание компьютерного моделирования и машинного обучения для поиска идеального состава сплава, в который, согласно анализу алгоритмов, вошли такие элементы, как скандий, цирконий, литий, медь и магний. ИИ выбрал эти комбинации, оптимизируя свойства для повышения прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости при снижении веса, что критически важно для аэрокосмической отрасли.
Машинное обучение кардинально ускорило процесс разработки, сузив поиск оптимальной рецептуры с более чем миллиона возможных комбинаций элементов до всего 40 наиболее перспективных вариантов. Уникальные свойства материала были достигнуты благодаря использованию 3D-печати, а именно метода лазерного сплавления порошкового слоя. Этот процесс обеспечивает очень быстрое охлаждение металла, что позволяет сохранить особую мелкодисперсную внутреннюю структуру, предсказанную алгоритмами ИИ и отвечающую за высокую прочность.
Новый сплав открывает огромные перспективы для промышленности, особенно в авиастроении. Сегодня лопатки вентиляторов реактивных двигателей часто изготавливают из титана, который более чем на 50% тяжелее и в десять раз дороже алюминия. Способность материала сохранять стабильность при температурах до 400 градусов Цельсия, что является исключительно высоким показателем для алюминия, потенциально позволяет рассматривать его для замены титана в холодной части двигателя, где рабочие температуры обычно составляют 200-300°C. Окончательное решение будет зависеть от конкретных механических свойств, таких как усталостная прочность и устойчивость к вибрациям. Такая замена на более легкий и прочный алюминиевый сплав может привести к колоссальной экономии энергии в транспортном секторе. Потенциал применения также распространяется на вакуумные насосы, высокопроизводительные автомобили и системы охлаждения центров обработки данных.
Для проверки расчетов исследователи заказали металлический порошок по новой формуле и отпечатали тестовые образцы в Германии. Механические испытания и микроскопический анализ в MIT полностью подтвердили прогнозы: напечатанный сплав оказался в пять раз прочнее литого алюминия и на 50% прочнее сплавов, разработанных с помощью только традиционного моделирования.
Исследование началось как студенческий проект в 2020 году, а его успех доказал эффективность нового подхода к созданию материалов. Команда уже применяет те же методы машинного обучения для улучшения других свойств сплавов. Ведущий исследователь Мохадесе Таэри-Мусави выражает надежду, что однажды пассажиры самолетов увидят лопатки двигателей, сделанные из этих революционных алюминиевых сплавов.
Источник: MIT just made aluminum 5x stronger with 3D printing