Субсидия № 14.578.21.0051

Название проекта: Разработка реакционных композитных порошков для трехмерного электроискрового плазменного и селективного лазерного спекания

Целью проекта является разработка совместными усилиями российских (НИТУ «МИСиС») и французских (Университет Бургундии) участников нового класса композитных порошков и исследование возможности применения таких порошков в аддитивных технологиях: трехмерном селективном лазерном спекании и электроискровом плазменном спекании. Отличительной особенностью нового класса порошков является то, что частицы представляют собой композит, состоящий из твердых реагентов, способных вступать в экзотермическую безгазовую реакцию, которая дополнительно повышает температуру частицы на сотни градусов и интенсифицирует процесс аддитивного спекания.

В ходе выполнения 2 этапа проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 12 февраля 2018 г. № 14.578.21.0051 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» в период с 01.01.2019 г по 31.12.2019 г выполнены следующие работы и получены следующие результаты:

• Проведены пробные эксперименты по получению 3D моделей различных форм на установке SLM 280 HL. Для определения возможности использования порошка, полученного на этапе 1, а также для определения подходящих режимов селективного лазерного плавления (СЛП) были проведены эксперименты по спеканию округлых композиционных частиц Ni-Al. Для оценки были напечатаны 18 единичных треков на подложке из алюминия, в результате исследования которых были определены оптимальная скорость сканирования и мощность лазера. Впоследствии с использованием этих режимов были напечатаны тонкие пластины в системах Ni+Al, Ti+Al и Ni+Ti+Al.
• Были проведены эксперименты по консолидации моделей составов Ti/Al и Ti/Ni/Al с использованием искрового плазменного спекания(ИПС). Установлены режимы, позволяющие получить плотные образцы из полученных на этапе 1 композиционных порошков.
• Проведена высокоэнергетическая механическая обработка в системе Cu-Si-C с целью получения округлых композиционных частиц.
• Принимая во внимание результаты, полученные в течение выполнения первого этапа, и профиль коллектива французских участников, на втором этапе наряду с экспериментальными пунктами календарного плана были продолжены теоретические исследования и моделирование рассматриваемых процессов: разработаны трехмерные (3D) модели композитных частиц для исследования методами молекулярной динамики, для системы Ti-Al промоделировано взаимодействие в трехслойной системе, проведен термодинамический и теоретический анализ системы Cu-Si-C.

В результате из полученных на 1 этапе порошков, состоящих из реакционных композиционных частиц округлой формы, методом СЛП были напечатаны экспериментальные образцы различной формы, исследованы их микроструктура и состав, а также измерена микротвердость. Сделаны выводы о возможности применения реакционных порошков в качестве исходных материалов для СЛП.

Результаты, полученные во время выполнения 2-го года проекта, были представлены на XV международном симпозиуме по Самораспространяющемуся Высокотемпературному Синтезу, проходившем в Москве с 16 по 20 сентября 2019 г., как французскими, так и российскими участниками: 2 устных доклада — О. Политано и А. Непапушев и 2 ключевых доклада — Ф. Бернар и Ф. Барас.

Полученные результаты опубликованы в статьях: 1) O.Politano, A. Fourmont, S. Le Gallet, F. Baras, A.A. Nepapushev, A.S. Sedegov, S.G. Vadchenko, A.S. Rogachev. Mechanical activation of metallic powders in planetary ball mills: multi-scale modeling and experimental observation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 558(1), 012034. 2) А.С. Рогачев. Механическая активация гетерогенных экзотермических реакций в порошковых смесях. Успехи химии, 88, 875 (2019).

Также подана заявка на патент «Способ получения реакционного композиционного порошка округлой формы для применения в аддитивных технологиях» № 2019140909.