Российские ученые доказали, что особо прочные, но при этом легкие алюмоматричные композиты для высокотехнологичных отраслей промышленности можно получить с помощью селективного лазерного плавления и добавления микронных частиц нитрида циркония в сплав. В перспективе новый подход позволит предприятиям отказаться от комплексных и ресурсозатратных методов при создании изделий со сложной геометрией, где требуется высокая прочность при малом весе. Например, при производстве оборудования для атомной энергетики, а также высоконагруженных узлов и конструкций, которые должны выдерживать экстремальные условия эксплуатации, таких как детали турбин, корпуса судов и летательных аппаратов. Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в журнале International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, сообщила пресс-служба НИТУ МИСИС.
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 — трудоёмкий процесс, замедляющий масштабирование производства. 3D-печать с применением металлического порошка позволяет экономить сырье, а также создавать сложные детали без громоздких станков и пресс-форм.
«В статье впервые рассмотрен вопрос о влиянии смачиваемости на свойства алюмоматричного композита после лазерного синтеза. Подобные исследования позволяют выработать научные и технологические основы проектирования новых материалов для высокотехнологичных отраслей методом 3D-печати», — рассказал PhD Станислав Чернышихин, заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС.
«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: она 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», — сказала к.т.н. Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Большинство исследований направлено на изучение влияния размера и содержания армирующих частиц на механические свойства напечатанных изделий. Ученые рассказали, что есть еще один важный аспект — смачиваемость. Это то, насколько хорошо расплавленный металл обволакивает керамические частицы. Также авторы работы отметили, что выяснили, что кристаллизация между расплавленным алюминием и нитридом циркония обеспечивает высокую прочность материала.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
