Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» доказали, что с помощью 3D-печати методом селективного лазерного cплавления (SLM) и добавления микронных частиц нитрида циркония можно получать особо прочные, но при этом легкие алюмоматричные композиты.
В перспективе новый подход позволит отказаться от комплексных и ресурсозатратных методов создания изделий со сложной геометрией, высокой прочностью и малой массой, способных выдерживать экстремальные условия эксплуатации, например деталей оборудования для атомной энергетики, турбиностроения, судостроения и авиастроения, сообщает пресс-служба вуза.
Изготовление алюмоматричных композитов с помощью традиционных методов литья и порошковой металлургии обычно обходится дороже, чем создание обычных алюминиевых сплавов. К тому же, обработка деталей с керамическими частицами — трудоемкий процесс, замедляющий масштабирование производства. 3D-печать с применением металлического порошка позволяет экономить сырье, а также создавать сложные детали без громоздких станков и пресс-форм.
Большинство исследований направлено на изучение влияния размера и содержания армирующих частиц на механические свойства напечатанных изделий. Ведущий инженер научного проекта лаборатории аддитивного производства НИТУ МИСИС Леонид Федоренко пояснил, что есть еще один важный аспект — смачиваемость. Это то, насколько хорошо расплавленный металл обволакивает керамические частицы.
«В статье впервые рассмотрен вопрос о влиянии смачиваемости на свойства алюмоматричного композита после лазерного синтеза. Подобные исследования позволяют вырабатывать научные и технологические основы проектирования новых материалов для высокотехнологичных отраслей методом 3D-печати», — рассказал заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин.
«Мы выяснили, что не все керамические добавки одинаково полезны. Например, частицы нитрида алюминия плохо соединяются с расплавленным металлом, возникают пустоты, снижающие прочность материала. Нитрид циркония, наоборот, вступает в реакцию с алюминием. Она имеет двойной эффект: не только прочно связывает компоненты между собой, но и приводит к образованию новых твердых частиц внутри сплава. Благодаря этому алюминиевые детали становятся тверже и прочнее, что особенно важно для авиации и энергетики», — рассказала сотрудница научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Вероника Суворова.
«Мы установили, что кристаллизация между расплавленным алюминием и нитридом циркония обеспечивает высокую прочность материала», — пояснил профессор кафедры физической химии НИТУ МИСИС Сергей Жевненко.
Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в научном издании International Journal of Lightweight Materials and Manufacture.
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.