Ученые НИТУ МИСИС разработали метод 3D-печати высокопрочных алюминиевых композитов. Они доказали, что добавление микронных частиц нитрида циркония в алюминиевый сплав при селективном лазерном плавлении (SLM) позволяет создавать особо прочные и легкие материалы.
Производство композитных материалов на основе алюминия классическими способами — литьем и порошковой металлургией — сопряжено с высокими затратами и сложностью обработки, что ограничивает их широкое применение. В отличие от этого 3D-печать металлическими порошками не только сокращает расход материала, но и дает возможность изготавливать детали со сложной геометрией без громоздких станков и пресс-форм.
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.
В то время как большинство исследований направлено на изучение зависимости механических характеристик аддитивных изделий от параметров армирующих частиц, специалисты МИСИС впервые рассмотрели вопрос о влиянии смачиваемости на свойства алюмоматричного композита после лазерного синтеза. Этот важный аспект показывает, насколько хорошо расплавленный металл обволакивает керамические частицы.
Проведенная работа позволяет создать методику целенаправленного проектирования и печати сложных материалов для высокотехнологичных отраслей промышленности. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Lightweight Materials and Manufacture (Q1).
Разработка может использоваться для производства сложных высоконагруженных конструкций в авиации, судостроении, атомной и теплоэнергетике, где требуется сочетание малого веса и устойчивости к экстремальным условиям.
Ранее Наука Mail писала о том, что российские ученые разработали технологию синтезирования алмазных изделий из газовой фазы, впервые создав элемент микросхемы.
