Ученые Национальных лабораторий Сандия в сотрудничестве с Эймсской лабораторией, Университетом штата Айова и корпорацией Bruker создали с помощью технологий 3D-печати и испытали новый, шестикомпонентный суперсплав с расчетом на применение в производстве деталей газотурбинного оборудования.
Новый материал отличается повышенной прочностью и пониженным удельным весом в сравнении с имеющимися материалами, применяемыми в турбиностроении. Сплав интересен еще и сложностью: в состав материала входят сразу шесть металлов — алюминий (42%), титан (25%), ниобий (13%), цирконий (8%), молибден (8%) и тантал (4%).
«В свое время железо и щепотка угля изменили мир. У нас уже есть много примеров того, как два или три элемента объединялись в полезные инженерные сплавы. Теперь мы начинаем использовать по четыре, пять и больше компонентов в пределах одного материала. Теперь начинается самое интересное и сложное с точки зрения материаловедения и металлургии», — рассказал научный сотрудник Национальных лабораторий Сандия Эндрю Кустас.
По словам Эндрю, новый материал дает невиданную ранее комбинацию прочности, низкой массы и жаростойкости. При температурах до 800°С прочность полученного материала превышает показатели многих существующих жаропрочных сплавов, включая те, что используются в производстве турбинных лопаток. Например, удельная прочность в три раза выше, чем у никель-хромового сплава Inconel 718. Чем выше теплостойкость, тем выше коэффициент полезного действия газовых турбин. Есть и недостатки — в первую очередь это дороговизна компонентов, что может отрицательно повлиять на внедрение нового суперсплава в промышленность, а также возможность образования микротрещин в процессе производства, характерная для аддитивных технологий в целом.
Команда уже провела испытания образцов, изготовленных по технологии 3D-печати методом прямого лазерного выращивания с использованием металлопорошковых композиций: один или несколько металлических порошков подаются в зону плавления струей инертного газа и сплавляются лазерным излучателем, постепенно формируя требуемое изделие. В этом случае сплав получен непосредственно в процессе 3D-печати за счет комбинирования нескольких металлов.
«Это чрезвычайно сложные смеси. Все эти металлы взаимодействуют на микроскопическом, даже на атомном уровне, и именно эти взаимодействия определяют, насколько силен сплав, насколько он податлив, какова будет его температура плавления, и так далее. Наша вычислительная модель позволяет обходиться без догадок, так как дает возможность просчитывать свойства и предсказывать эффективность новых материалов заранее, еще до их изготовления», — рассказал научный сотрудник Национальных лабораторий Сандия и специалист по компьютерному моделированию атомных структур Майкл Чандросс.
Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Materials Today.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.