О дамасской стали давно складываются легенды и их разбирать мы не будем. Её характерной чертой является узор — видимые неоднородности на поверхности изделия из этого материала, которые получаются в результате определённого процесса ковки. Кузнецы научились управлять свойствами конечного изделия, благодаря комбинированию стальных заготовок с различным содержанием углерода. Железо в основном легко поддаётся ковке, в то время как углеродистая сталь тверда и упруга. В своей комбинации железо и углеродистая сталь восполняют недостатки друг друга. Узор же, хоть и не является конечной целью, но является отличительной особенностью и появляется именно из-за неоднородного распределения углерода. В последствии этот эффект научились усиливать различными методами полировки и травления поверхности кислотами. Новое исследование, проведённое Филиппом Кюрнштайнером (Philipp Kürnsteiner) из Института исследований железа Макса Планка, показывает, что можно получить очень похожий материал с улучшенными свойствами (например с повышенной коррозийной стойкостью, что является основным недостатком дамасской стали) с помощью 3D-печати металлами.
Обычно #3D-печать металлами заключается в последовательном лазерном спекании слоёв порошковых материалов. В данном случае специалисты применили своеобразный способ закалки. резко охлаждая некоторые слои во время печати. Для эксперимента использовался сплав никель-титан-железо, быстрое охлаждение которого приводит к формированию определённой кристаллической структуры. При дальнейшей термической обработке происходит осаждение микроскопических никелево-титановых частиц внутри стали, что значительно повышает её твердость. То есть идея эксперимента состояла в том, чтобы использовать процесс послойной печати для манипулирования температурой каждого слоя, чередуя более мягкие, более гибкие слои со слоями, затвердевшими в результате процесса осаждения. В процессе работы лазер каждые несколько слоёв отключался на несколько минут, в результате чего верхний слой, резко охлаждаясь, приобретал определённую кристаллическую структуру. В процессе нанесения последующих слоёв вся заготовка прогревалась вновь, что позволяло частицам никель-титана осаждаться в том слое, который подвергался охлаждению. Первый же тестовый образец полностью подтвердил работоспособность такого метода синтеза изделий. Что же дальше?
В дальнейшем команда будет манипулировать толщиной слоя, мощностью лазера, паттернами температуры с помощью установки дополнительных источников нагрева и охлаждения, временем охлаждения и другими, чтобы разработать технологический процесс для синтеза наиболее качественного материала. Сейчас это исследование находится на этапе доказательства концепции, но оно обеспечивает потенциальную альтернативу дорогостоящему процессу, что точно является аргументом в пользу его продолжения и дополнительным доказательством того, что будущее за аддитивными технологиями. Подписывайтесь на S&F, чтобы первыми узнавать самое интересное из мира науки, техники и технологий, и делитесь ссылкой на него с друзьями и в социальных сетях. Ещё к моему каналу в Telegram привязан уютный чатик для дискуссий на научные темы. Берегите себя и своих близких. Спасибо, что читаете.
