Исследователи Университета МИСИС запатентовали метод, предотвращающий появление дефектов в микроструктуре сплавов, которые часто образуются при лазерном плавлении и трехмерной печати. Способ позволяет снять ограничения на применение алюминиевых порошков при изготовлении сложных деталей в космической отрасли, транспортном машиностроении, ресурсосберегающих и энергосберегающих технологиях.
Алюминиевые сплавы широко востребованы благодаря высокой прочности, малому весу и стойкости к коррозии. Однако проблемы с обработкой этих металлов, особенно при высоких температурах, существенно сужают их применение в аддитивном производстве. Например, склонность к образованию трещин при затвердевании, из-за которых материал становится непригодным для печати сложных деталей. Для решения этой задачи эксперты НИТУ МИСИС разработали универсальную технологию обработки алюминиевых сплавов. Новшеством стало применение специальных модификаторов, которые ускоряют формирование твердых кристаллов и препятствуют образованию дефектов.
«Мы впервые использовали сочетание циркония, скандия, титана и бора для обработки высокопрочных алюминиевых сплавов. Эти модификаторы эффективно измельчают зерна и препятствуют образованию столбчатых кристаллов. Новый метод позволяет предотвратить дефекты, вызванные неравномерным распределением легирующих элементов — проблемой, с которой часто сталкиваются на металлообрабатывающих предприятиях в трехмерной печати, сварке, обработке поверхности и других видах лазерного плавления», — рассказала к.т.н. Ирина Логинова, доцент кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
Исследователи предложили не просто модифицировать алюминиевые сплавы, но и прогревать при этом области плавления до температур от 350 до 480°C. Это позволило учесть разные механизмы работы модификаторов и задействовать их индивидуальные свойства с наибольшей эффективностью. Дополнительная стадия отжига повышает однородность материала и предотвращает растрескивание сплава.
«При добавлении модифицирующих добавок мы зафиксировали уменьшение размера зерна в 15–30 раз как в литом состоянии, так и после лазерного плавления. Этот эффект положительно влияет на механические свойства материала, потому что чем меньше зерна в металле, тем выше его прочность и пластичность. Новая технология позволит изготавливать, например, сложные части двигателей внутреннего сгорания и высокотехнологичные корпусные детали с минимальным количеством дефектов», — добавил к.т.н. Алексей Солонин, заведующий кафедрой металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС.
Часть исследований выполнена благодаря субсидиям из федерального бюджета на создание высокотехнологичных производств. Программа поддержки реализуется Минобрнауки России в рамках нацпроекта «Наука и университеты».
