Svar slitiny AA 7075 s nanočásticemi. Kredit: Oszie Tarula/UCLA.

Ve čtyřicátých letech vyvinuli slitinu hliníku, která byla velmi slibná pro automobilový i letecký průmysl. Jde o slitinu označovanou jako AA 7075, kterou poprvé vyvinula v rámci válečného úsilí a v utajení japonská společnost Sumitomo Metal. Japonci ji nakonec používali při výrobě draku letadel. Slitina obsahuje kromě hliníku ještě cca 6% zinku, 2,5 procenta hořčíku, 1,5 procenta mědi a pak příměsi křemíku, železa, manganu, titanu, chromu a dalších kovů.

Maximilian Sokoluk (vlevo). Kredit: Kenny Stadelmann/UCLA.

Tahle slitina je pevná téměř jako ocel a přitom má jenom třetinovou váhu. Problém byl jenom v jediné, ale zato klíčové věci. Slitinu totiž nejde svačovat, což je bohužel běžná technologie pro spojování jednotlivých součástí konstrukce. Příčinou je, že když se tahle pozoruhodná slitina zahřeje, tak se její klíčové součásti, tedy především hliník, zinek, hořčík a měď, pohybují nestejným způsobem. To pak vede ke vzniku prasklin podél vytvořeného svaru.

Inženýři Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) nedávno nalezli zajímavé řešení. Do svařovacích drátů ze slitiny AA 7075 přidali nanočástice z karbidu titanu. Jejich výzkum publikoval časopis Nature Communications.

Maximilian Sokoluk a jeho spolupracovníci použili vytuněnou slitinu AA 7075 ke svařovacím experimentům. Vytvořili svary, které mají pevnost v tahu až 392 megapascalů. Pro srovnání, slitina hliníku AA 6061, která se běžně používá v konstrukcích letadel a automobilů, vytváří svary s pevností v tahu 186 megapascalů. Autoři studie rovněž upozorňují, že následné tepelné úpravy hotového svaru ze slitiny AA 7075 mohou zvýšit jeho pevnost v tahu až na 551 megapascalů, což odpovídá oceli.

University of California, Los Angeles.

Pevná a zároveň lehká slitina AA 7075 se teď používá v konstrukcích trupu a křídel letadel. Tam se totiž materiál obvykle nespojuje svařováním, ale pomocí svorníků nebo nýtů. Stejně tak se využívá tam, kde není žádné spojování nutné, například při výrobě těla pro chytré telefony anebo karabin pro horolezce.

S novou nanotechnologií by slitina AA 7075 mohla najít uplatnění v masové výrobě automobilů, jízdních kol a dalších strojů, v jejichž konstrukci se hojně svařuje. Velkou výhodou by mohlo být, že by firmy využily stávající výrobní postupy a vybavení. Prostě by mohly začlenit vylepšenou slitinu hliníku AA 7075 do výroby a jejich produkty by pak byly lehčí a efektivnější při spotřebě paliva nebo energie, při zachování stejné pevnosti.

Sokoluk a spol. už teď spolupracují s výrobcem jízdních kol a vytvářejí prototypy rámů kol, při jejichž výrobě by se využila slitina AA 7075. Také pokračují ve výzkumu, podle kterého by technologii s nanočásticemi bylo možné používat na svařování jiným obtížně svařovatelných kovů a slitin.

Literatura
UCLA 24. 1. 2019, Nature Communications 10: 98.