NUST MISIS 科学家能够为轻质铝合金增加强度和可靠性。添加碳纳米纤维的铝复合材料样品的硬度增加了 20%，材料的微观结构发生了显着变化。

混合前粉末的初始尺寸 (a) 铝粉；(b) Al2O3 粉末；(c) CNF

“总的来说，只有两种方法可以提高合金的性能：制造一种成分更复杂的新型复合材料，或者通过施加额外的涂层来处理成品的表面。我们将这两种方法结合起来，在微米级氧化铝和纳米级碳纤维的相互作用中实现了多个因素的协同效应，”NUST MISiS 碳氢化合物催化和加工实验室研究员 Ivan Pelevin 说。

以铸造和 3D 打印的铝样品为基础，通过使用冷喷涂法施加复合涂层来提高其表面性能。

冷气动力喷涂安装

Al-Al2O3-CNF 复合涂层基于用于铝生产的工业原材料（氧化铝或氧化铝）的粉末混合物，并添加了 30% 的纯金属颗粒。在合成过程中，铝颗粒在与较硬的氧化物碰撞时被压碎，填充其结构中的空隙。这种硬质和塑料颗粒的组合物为铝部件表面上的涂层提供了牢固的固定（粘合）。

另一方面，科学家解释说，纳米级碳纤维已经渗透到金属粉末颗粒之间的空间中，进一步增加了微观层面的密度，显着减少了裂缝和空隙的数量，并提高了应用的硬度和强度。涂层。仅添加 1.5% 的碳纳米纤维导致涂层硬度增加 20%。

使用 29% Al 70% Al2O3 1.0% CNF 的样品证明 CSM 后的典型微观结构缺陷： (a) 微观结构回顾；(b) 涂层微观结构中的空隙示例；(c) 粒子积累的例子；(d) 裂缝。

第三个活跃因素是碳的高摩擦性能，由于粒子碰撞过程中的“润滑”，它也有助于形成致密、无缺陷的涂层结构。此外，由于“自润滑”（原位润滑、自润滑），向涂层中添加碳可能会提高摩擦性能和耐磨性。

除了上述因素，该工作的作者强调，正确选择的合成方法也很重要。“通过其他方法合成涂层时，会出现相变问题，这对于熔点低的铝来说尤其痛苦。喷涂表面的金属颗粒再次熔化并硬化——即物质的结构被打乱，材料内部出现额外的应力。因此，我们研究了冷喷涂方法 - 并清楚地展示了这种解决方案的优势，”Ivan Pelevin 补充道。

科学家们相信，这项研究不仅对于改善特定铝合金的性能，而且对于用于各种用途的许多部件都具有重要的实际意义。特别注意 3D 打印后材料的处理，因为这是最相关和要求最高的科学任务。科学团队的近期计划是获得具有能源、生物医学和其他应用所需微观结构的复合材料。