Сотрудники Института физики прочности и материаловедения СО РАН с помощью метода селективного лазерного сплавления (СЛС) получили перспективный композит на основе порошковых смесей алюминия и олова с добавлением алюминидов железа.
Как отмечают в пресс-службе Томского научного центра СО РАН, такой материал востребован при изготовлении подшипниковых вкладышей узлов трения различных механизмов и установок с уникальными параметрами.
По словам специалистов, сплавы системы Al-Sn являются востребованными в промышленности в качестве антифрикционных материалов в различных узлах трения. Однако алюминий и олово не смешиваются в твердом состоянии, поэтому при охлаждении расплава на границах зерен алюминия обычно образуется оловянная сетка, ослабляющая каркас композита и снижающая его прочность и износостойкость.
Частично справиться с этим помогает жидкофазное спекание смеси исходных порошков, но при этом в процессе нагрева происходит «выпотевание» олова, выполняющего при эксплуатации изделий важную функцию «твердой смазки». Структура полученных спеченных сплавов получается крупнозернистой. Чтобы решить эти проблемы, нужно либо менять составы композитов, либо искать другие методы их получения. Томские ученые выбрали второй вариант, применив селективное лазерное сплавление.
В ходе СЛС по заранее построенной трехмерной модели будущего изделия происходит его послойное формирование при помощи лазера, воздействующего на тонкий порошковый слой по определенной траектории. Благодаря тому, что нагрев, охлаждение и кристаллизация расплава происходят за миллионные доли секунды, удается сформировать уникальные мелкодисперсные структуры, получить которые с помощью традиционных методов литья или порошковой металлургии невозможно.
В этом процессе важно оптимальное соотношение ингредиентов. Как показали исследования, сплав алюминия с содержанием 20 объемных процентов олова, полученный методом селективного лазерного сплавления, повышает прочность материала, полученного традиционными методами, примерно в 1,5 раза. Добавление же в состав сплава алюминидов железа, которые распределяются по границам зерен алюминиевой матрицы и предотвращают формирование нежелательных сетчатых структур олова, позволяет увеличить прочность композита более чем в два раза.
Дальнейшие исследования ученых будут направлены на подбор оптимальных параметров СЛС, прежде всего скорости сканирования и мощности лазерного излучения, а также режимов последующей термообработки, повышающих пластичность изделий, с сохранением при этом их высокой прочности.
Ранее Наука Mail писала о том, как физики создали управляемый наноисточник света.
