Материаловеды НИТУ «МИСиС» представили новую технологию получения алюмоматричных композитов — перспективных порошков для 3D-печати легких и прочных корпусов авиационной и автомобильной техники. Новый метод позволил повысить однородность свойств и твердость получаемых частиц порошка на 40 % по сравнению с аналогами. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Journal of Alloys and Compounds.
Композиты на основе алюминиевой матрицы — это группа современных материалов, обладающих рядом уникальных преимуществ — легкостью, высокой прочностью, низким коэффициентом теплового расширения и отличной износостойкостью. Это позволяет использовать их для производства современных летательных аппаратов, в оборонной и автомобильной промышленности.
Такие свойства материалу придает его химический состав и особый способ получения — 3D-печать по технологии SLM (Selective Laser Melting). В итоге композит состоит из сферических частиц алюминия, упрочненных керамическими добавками, либо покрытых слоем оксида алюминия.
Оксид алюминия — одна из самых оптимальных армирующих (упрочняющих) добавок, а его введение в состав — это типовой способ улучшения механических свойств алюминиевых композитов. В частности, авторами исследования было экспериментально доказано увеличение прочности напечатанного композитного материала за счет оксида алюминия с 64% до 100% по сравнению с алюминием без добавок. При этом оксид алюминия обеспечивает термостойкость композитного порошка при повышенных температурах. Он также повышает стабильность состава порошка по сравнению с наиболее распространенными керамическими добавками, что делает материал особенно востребованным для авиастроения.
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно со специалистами ОК «РУСАЛ» разработали новый метод гидротермального окисления алюминия для создания армирующей (упрочняюшей) оксидной пленки определенной толщины на поверхности частиц алюминия. Иначе говоря, на поверхности каждой сферической частицы чистого алюминия образуется «упаковка» — слой оксида алюминия определенной толщины. Полученный алюминиевый композит по своим характеристикам наиболее подходит для использования в современном аддитивном производстве.
«В основе технологии лежит так называемый in situ метод, то есть создание композитной структуры внутри каждой частицы, — рассказал руководитель проекта, профессор НИТУ „МИСиС“ Александр Громов. Исходный алюминиевый порошок (чистотой 99,85%) в течение 30 минут подвергался частичному гидротермальному окислению в автоклавной установке. В результате на поверхности частиц алюминиевого порошка образовался оксидный слой с 10 и 20 массовым % содержанием Al2O3. В завершающей фазе порошок прошел термическую обработку в режимах от 150 до 600 градусов Цельсия».
По словам Алексея Арнаутова, Директора по новым проектам ОК «РУСАЛ» и одного из разработчиков, основное преимущество метода — высокая активность полученных частиц порошка и однородность их свойств во всей массе, которую невозможно достичь при альтернативных способах получения алюмо-матричных композитов, в частности — введения керамических наполнителей в расплав алюминия.
В настоящее время коллектив приступил к испытаниям полученных композитов в условиях аддитивного производства.
