Сотрудники научно-исследовательской лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов и лаборатории нанотехнологий металлургии физико-технического факультета ТГУ разработали новую технологию производства фидстоков с использованием керамических и металлических порошков. Стоимость таковых не превышает импортные аналоги, а свойства изделий из них превосходят свойства продукции, изготовленной непосредственно из сплавов.
Разработанную технологию ученые Томского государственного университета описали в научных статьях, опубликованных в журналах Metals (Q1), Powder Technology (Q1) и других научных изданиях. Фидстоком называют гранулированный материал, смесь мелкодисперсных металлических или керамических порошков с полимерным связующим. Технология PIM (powder injection molding) — производство деталей из порошковых материалов методом литья под давлением — одна из самых распространенных для производства деталей для различных отраслей машиностроения. Она включает MIM-технологию (metal ingection moulding) — литье порошковых металлов и сплавов под давлением и CIM-технологию (сeramic injection moulding) — литье керамических порошков под давлением.
PIM-технология — простой, недорогой и потому самый популярный метод изготовления изделий из пластмасс, он позволяет получать крупные партии высокоточных изделий по низкой себестоимости, рассказывает один из разработчиков технологии; сотрудник отдела инновационных программ и проектов научного управления ТГУ Максим Криницын, однако соединением полимеров с металлами для изготовления фидстоков занимается всего 2-3 компании в мире. С 2021 года ученые ТГУ разрабатывают свою технологию производства фидстоков — с использованием металлических и керамических порошков. В планах у разработчиков расширить ассортимент фидстоков и внедрить новые составы, не имеющие мировых аналогов.
«Это более сложная технология с дополнительными этапами. Мы добавляем частицы различных металлов, керамики, их смесей или композитов, чтобы на выходе получить не полимерное изделие, а скорее, металлическое, — поясняет исследователь. — Мировым монополистом по производству фидстоков является немецкая компания BASF. В России ее фидсток Catamold перекрывал практически весь спрос – большинство полимерной продукции делалось именно на нем, но с недавнего времени фирма прекратила поставки. Наши материалы могут заменить его, а изделия из них по качеству не уступают импортным аналогам. Кроме того, фидстоки могут использоваться не только для литья под давлением, но и, например, в технологиях 3D-печати».
«Это бимодальный порошок с нано- и микрочастицами, – рассказывает Максим Криницын. – Мы установили, что от размера частиц порошка зависят прочность материала и его стойкость к окислению, и определили оптимальный размер частиц, обеспечивающий наилучший набор свойств. В итоге из многокомпонентного порошка формируется сплав, свойства изделий из которого лучше, чем свойства изделий из сплавов. Также получение материала из фидстока позволяет контролировать содержание фаз в материале за счет возможности варьировать режимы спекания».
Автор технологии — главный научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии ТГУ Марат Лернер. Над проектом работают более 10 сотрудников лаборатории нанотехнологий металлургии и научно-исследовательской лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов Томского государственного университета. Разработка технологии ведется в рамках проектов, поддержанных Российским научным фондом и программой «Приоритет 2030».