В пиротехнических изделиях роль своеобразного «двигателя» играют металлические порошки — при сгорании они выделяют огромное количество энергии. Чем лучше металлический порошок, тем эффективнее работает всё изделие: ярче горит осветительный состав, мощнее работает тепловой генератор, само горение становится стабильнее. Сотрудники Научного центра мирового уровня «Новые материалы специального назначения» (НЦМУ) выяснили, как можно улучшить один из таких порошков — из сплава алюминия и магния. Они нашли способ с помощью механической обработки сделать его более эффективным — почти на 50 %. Результаты работы учёные Томского государственного университета представили на международном семинаре в Италии.
Один из самых перспективных материалов для таких задач — порошок из сплава алюминия и магния (Al-Mg). Эти два металла дополняют друг друга: алюминий обеспечивает высокую теплоту сгорания и стабильность при хранении, а магний — низкую температуру воспламенения и высокую скорость горения. Сплав Al-Mg выгодно отличается от чистых металлов — он дешевле, технологичнее и экологичнее многих альтернативных компонентов. Именно поэтому порошки на его основе востребованы в системах, где требуется быстрое и мощное выделение энергии.
Но даже хороший состав можно сделать ещё лучше. Учёные знают, что механическая обработка в планетарных мельницах — эффективный способ изменить структуру и свойства порошковых материалов. В такой мельнице частицы постоянно соударяются с мелющими телами, деформируются, измельчаются и перемешиваются. Результат — порошок с совершенно новыми характеристиками.
О результатах работы над порошками из сплава алюминия и магния заведующий научно-исследовательской лабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ Сергей Соколов рассказал на 16-м Международном семинаре по горению и реактивному движению (16-IWCP) «Энергетические материалы: лабораторные исследования, моделирование, приложения» в Италии.
Серия экспериментов показала, что механическая обработка интерметаллидного порошка Al-Mg в планетарной мельнице измельчает частицы, которые становятся более однородными по размеру — это важно для равномерности горения состава; химический состав порошка при оптимальных режимах практически не ухудшается, так как активный металл сохраняет свою энергоемкость; порошок приобретает более низкую температуру воспламенения по сравнению с чистым алюминием при сохранении высоких характеристик горения. Однако у процесса есть свой предел. Если обрабатывать порошок слишком долго, частицы начинают слипаться в крупные агломераты, и материал теряет свои ценные свойства.
В итоге научный коллектив определил оптимальный режим механической обработки порошка Al-Mg. Это означает, что свойства материала можно контролировать и адаптировать под конкретные задачи, например, для более мощного или, наоборот, более стабильного протекания процесса.
— Полученные результаты открывают прямой путь к созданию новых пиротехнических составов с управляемыми характеристиками, — говорит Сергей Соколов. — Механически обработанные порошки Al-Mg могут найти применение в осветительных и трассирующих составах, где важны яркость и стабильность горения; в пиротехнических тепловых генераторах и зажигательных составах, где требуется надёжное воспламенение при минимальном импульсе инициирования; а также в составах для инициирующих устройств, где ключевую роль играют чувствительность и скорость реакции.
Способность целенаправленно управлять свойствами горючего компонента — это шаг от эмпирического подбора составов к их инженерному проектированию. Вместо того чтобы искать подходящий порошок методом проб и ошибок, исследователи получают инструмент для создания материала с заранее заданными характеристиками.
Исследование выполнено в рамках деятельности Научного центра мирового уровня «Новые материалы специального назначения» при финансовой поддержке министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2025-607 от 01.07.2025).
На 16-м Международном семинаре по горению и реактивному движению, собравшем ведущих исследователей из девяти стран, работа томских учёных получила высокую оценку коллег. По словам Сергея Соколова, исследование вызвало заметный интерес у участников семинара. За рубежом механическая обработка порошков алюминия тоже применяется: есть группы в США, Франции и Китае, которые работают с легированными порошками Al-Mg. Однако зарубежные коллеги чаще фокусируются либо на простом измельчении, либо на введении дополнительных компонентов — фторполимеров, нанодобавок.
— Мы же работаем с самой структурой интерметаллидного сплава, не вводя ничего лишнего, — поясняет Сергей Соколов. — Это даёт нам несколько преимуществ: технологическую простоту — планетарная мельница есть в любой лаборатории; сохранение химической чистоты, что критически важно для пиротехнических составов; и, главное, снижение температуры воспламенения при сохранении высокой теплоты сгорания.
Кроме Сергея Соколова, на конференции выступили и другие сотрудники ТГУ с проектами в области аддитивных технологий и систем безопасности.