Исследователи Сколтеха совместно с коллегами из России и Индии показали, что алюминиевую бронзу можно эффективно получать с помощью 3D-печати без потери прочности и теплопроводности. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Речь идет о технологии селективного лазерного плавления — одном из ключевых методов аддитивного производства. Он позволяет создавать сложные металлические детали, которые трудно или невозможно изготовить традиционным литьем.
Алюминиевая бронза рассматривается как перспективный материал для теплообменников, энергетических установок и силовой электроники. Она хорошо проводит тепло и при этом технологичнее чистой меди, но ее 3D-печать долгое время оставалась сложной задачей.
Главная проблема — высокая отражательная способность и быстрый отвод тепла. Из-за этого в материале возникают дефекты: поры несплавления, когда порошок не успевает расплавиться, и так называемые «замочные скважины» — пустоты, возникающие при нестабильном проплавлении.
В ходе экспериментов ученые варьировали параметры печати, включая мощность лазера и скорость сканирования. Выяснилось, что при низкой плотности энергии преобладают одни типы дефектов, при высокой — другие, однако общий уровень пористости оставался примерно на уровне 5%.
Несмотря на это, полученные образцы показали высокие механические свойства. Предел прочности достигал 748 мегапаскалей, а относительное удлинение — 16,2%. Эти показатели сопоставимы с никель-алюминиевой бронзой, применяемой в нагруженных узлах.
«Нам удалось показать, что даже при использовании оборудования с ограниченной мощностью лазера можно добиться механических свойств, близких к промышленным никель-алюминиевым бронзам. Ключевым фактором оказалось не просто повышение энерговклада, а понимание механизмов перехода между дефектами различного типа», — отметил доцент Центра технологий материалов Сколтеха Станислав Евлашин.
Авторы также обнаружили изменения в микроструктуре материала. При сверхбыстрой кристаллизации формируются фазы, нехарактерные для обычной алюминиевой бронзы, включая соединения Al₂Cu и наночастицы Cu₃Fe. Эти структуры влияют на баланс прочности, пластичности и теплопроводности.
«Мы установили прямую связь между плотностью дислокаций, теплопроводностью и электропроводностью. С ростом энерговклада теплопроводность увеличивается, при этом механические свойства остаются на высоком уровне», — рассказала первый автор работы Анастасия Филиппова.
Измерения показали, что теплопроводность напечатанных образцов достигает 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре — это близко к литым аналогам, но при более высокой прочности.
По словам авторов, полученные результаты открывают возможность промышленного применения технологии. Она позволит создавать сложные по форме детали с заданными свойствами без необходимости традиционного литья, что особенно важно для энергетики и высокотехнологичных отраслей.
Ранее в России разработали систему, которая «видит» работу мышц с высокой точностью.