Материалы, имеющие ключевое значение для многих важных применений в аэрокосмической отрасли и производстве энергии, должны безотказно выдерживать экстремальные условия, такие как высокие температуры и напряжения растяжения. Теперь группа инженеров под руководством Массачусетского технологического института сообщает о простом и недорогом способе упрочнения одного из ключевых материалов, используемых сегодня в таких решениях.
Кроме того, команда считает, что их общий подход, включающий 3D-печать металлического порошка, усиленного керамическими нанопроволоками, может быть использован для улучшения многих других материалов. «Всегда существует острая потребность в разработке более подходящих материалов для экстремальных условий. Мы считаем, что этот метод имеет большой потенциал для других материалов в будущем», — говорит Джу Ли, профессор ядерной инженерии Battelle Energy Alliance и профессор в Департамент материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института (DMSE).
Подход команды начинается с Inconel 718, популярного «суперсплава» или металла, способного выдерживать экстремальные условия, такие как температура 700°C (около 1300°F). Они измельчают коммерческие порошки Inconel 718 с небольшим количеством керамических нанопроволок, что приводит к «однородному декору нанокерамики на поверхности частиц Inconel», пишет команда.
Полученный порошок затем используется для создания деталей с помощью лазерного сплавления в порошковом слое, что является формой 3D-печати. Этот процесс включает в себя печать тонких слоев порошка, каждый из которых подвергается воздействию лазера, который перемещается по порошку, расплавляя его по определенному образцу. Затем сверху наносится еще один слой порошка, и процесс повторяется, когда лазер перемещается, чтобы расплавить рисунок для нового слоя и соединить его с нижним слоем. Общий процесс может производить сложные 3D-детали.
Исследователи обнаружили, что детали, изготовленные таким образом с использованием их нового порошка, имеют значительно меньшую пористость и меньше трещин, чем детали, изготовленные только из Inconel 718. А это, в свою очередь, приводит к значительно более прочным деталям, которые также имеют ряд других преимуществ. Например, они более пластичны — или растяжимы — и обладают гораздо лучшей устойчивостью к радиации и высокотемпературным нагрузкам.
Кроме того, сам процесс не дорог, потому что «он работает с существующими машинами для 3D-печати. Просто используйте наш порошок, и вы получите гораздо лучшую производительность», — говорит Ли.
Сюй Сун, доцент Китайского университета Гонконга, не участвовавший в работе, комментирует: «В этой статье авторы предлагают новый метод печати композитов с металлической матрицей Inconel 718, армированных [керамическими] нанопроволоками. Растворение керамики на месте, вызванное процессом лазерного плавления, повысило термостойкость и прочность Inconel 718. Кроме того, армирование на месте уменьшило размер зерна и избавило от дефектов. Будущая 3D-печать металлических сплавов, включая модификацию меди с высокой отражательной способностью и подавление разрушения суперсплавов, несомненно, могут извлечь выгоду из этого метода».
Ли говорит, что работа «может открыть огромное новое пространство для дизайна сплавов», потому что скорость охлаждения ультратонких слоев металлических сплавов, напечатанных на 3D-принтере, намного выше, чем скорость охлаждения объемных деталей, созданных с использованием обычных процессов затвердевания расплава. В результате «многие правила о химическом составе , которые применяются к объемному литью, похоже, не применимы к этому виду 3D-печати. Таким образом, у нас есть гораздо большее пространство для изучения состава основного металла с керамическими добавками».
Дополнительная информация: Эмре Текоглу и др., Упрочнение аддитивного производства Inconel 718 за счет образования на месте нанокарбидов и силицидов, Аддитивное производство (2023). DOI: 10.1016/j.addma.2023.103478
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com