Ученые МИСИС создали новый сплав на основе алюминия для 3D-печати
Ученые НИТУ МИСИС изготовили металлический порошок на основе алюминия с добавкой кальция, который в пять раз превосходит существующие аналоги по пластичности и при этом не уступает им в прочности. Изделия из такого сплава сохраняют свойства при нагреве до 300 °C, благодаря чему материал является перспективной разработкой для аэрокосмической, автомобильной и энергетической отраслей.
Сегодня для лазерной 3D-печати металлом чаще всего используют силумины — сплавы алюминия с кремнием. Однако такие конструкции при длительном нагреве быстро теряют прочность, и их характеристики практически невозможно улучшить с помощью термической обработки. Поэтому для повышения термостойкости и жаропрочности в алюминиевые сплавы добавляют никель, церий или медь, но это увеличивает удельный вес и стоимость материала.
Ученые МИСИС предложили альтернативу на основе системы алюминий-кальций. Добиться нужного качества удалось за счет подбора режимов печати.
«Чем плотнее материал, тем выше его прочность и тем меньше вероятность образования трещин при эксплуатации. Нам удалось уменьшить пористость образцов, подобрав оптимальное соотношение мощности лазера и скорости печати. При этом кальций в качестве добавки заменяет дорогие легирующие элементы, не уступая им в эффективности, и снижает удельный вес образца», — рассказал один из авторов разработки, ведущий инженер научного проекта кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС, кандидат технических наук Николай Летягин.
Образцы выдерживают нагрузку на разрыв до 366 МПа и при этом способны удлиняться на 30 % без разрушения. Сочетание высокой прочности и пластичности позволяет деталям эффективнее переносить механические нагрузки, что снижает риск внезапной поломки.
«Одно из главных преимуществ нового сплава — устойчивость к высоким температурам. После нагрева до 300 °C он практически не теряет твердость, тогда как у традиционных алюминиево-кремниевых материалов она снижается примерно на треть. Это позволяет использовать сплав для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях высоких температур: например, в двигателях и силовых установках», — отметил еще один из разработчиков, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС, доктор технических наук Торгом Акопян.
Исследование выполнено при грантовой поддержке Минобрнауки России и Российского научного фонда.