Исследователи Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» разработали композиционный материал для 3D-печати с оптимизированной комбинацией прочности, пластичности и радиационной стойкости.
Алюминиевые сплавы — один из главных материалов в современной промышленности благодаря балансу легкости и прочности, однако в чистом виде они не способны выдерживать ни экстремальные механические нагрузки, ни радиационное облучение. Чтобы улучшить характеристики алюминиевых сплавов, ученые добавляют частицы тугоплавких соединений. Например, карбид вольфрама используют для повышения твердости, теплостойкости и поглощения радиации. Практическое применение подобных композитов в аддитивном производстве сопряжено с рядом технологических трудностей. Нерешенной задачей остается равномерное распределение наночастиц в металлических матрицах, из-за чего в процессе 3D-печати под воздействием высоких температур формируются нежелательные фазы и ухудшаются эксплуатационные свойства получаемых изделий. Также нанодобавки меняют структуру порошков, из-за чего последние теряют сыпучесть и перестают нормально подаваться в рабочие зоны 3D-принтеров.
Ученые НИТУ МИСИС разработали двухэтапную технологию, преодолевающую эти ограничения, сообщает пресс-служба вуза. Используя метод низкоэнергетического планетарного шарового измельчения, исследователи изготовили порошок алюминиевого композита (силумина) с добавлением наночастиц карбида вольфрама, сохранив сыпучесть и оптимальную плотность материала.
«Мы установили, что оптимальное количество карбида вольфрама в композите — один процент от общей массы. В таком виде прочность материала при растяжении составила около 400 Мп при удлинении на четыре процента, что сопоставимо с лучшими аналогами на основе силумина. Также на текущем этапе исследования образец проходит испытания облучением высокоэнергетическими частицами — ионами криптона с энергией 147 МэВ при плотности потока 5,6х1015 ион/см^2, что соответствует экстремальным условиям длительного облучения. Теоретически добавка карбида вольфрама должна повышать радиационную стойкость композита, что делает его перспективным для применения в атомной отрасли и космическом машиностроении», — рассказал директор научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Дмитрий Московских.
На втором технологическом этапе исследователи изучили фазовую эволюцию материала при 3D-печати и влияние полученной структуры на эксплуатационные характеристики образцов.
«Мы выявили, что в материале образуются новые фазы — метастабильный β-вольфрам и интерметаллид алюминия и вольфрама, которые усиливают сплав своими свойствами. В итоге у нас получилось объединить несколько важных функциональных параметров — малый вес, повышенную прочность и устойчивость к ионизирующему излучению. Такое сочетание в композите, пригодном для аддитивного производства — серьезный шаг вперед для новых применений в космической и атомной отрасли», — рассказал старший научный сотрудник научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Андрей Непапушев.
Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в издании The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.
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.