Сибирские ученые предложили быстрый и энергоэффективный способ получения металлических порошков для 3D-печати

Сотрудники Томского научного центра Сибирского отделения РАН получили мелкодисперсные сферические порошки на основе интерметаллических соединений никеля и алюминия, применив энергоэффективный метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Гранулы сферической формы широко востребованы в аддитивном производстве сложных жаростойких изделий и покрытий для нужд энергетики и авиакосмической техники путем селективного лазерного сплавления (SLM), сообщает пресс-служба Российской академии наук.

«Мы впервые получили сферические интерметаллидные порошки в одном технологическом процессе — при распространении волны горения по специальной реакционной шихте в условиях практического отсутствия внешних энергозатрат. По критериям энергоэффективности и простоты наш метод в лучшую сторону отличается от многих существующих способов приготовления подобных порошков, где необходима многостадийная переработка материалов с применением энергоемких высокотемпературных печей и плазменного оборудования», — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории технологического горения ТНЦ СО РАН Александр Кирдяшкин.

В области аддитивных технологий металлические порошки с гранулами сферической формы незаменимы, когда из твердых, малопластичных материалов требуется получить сложную конструкцию точной формы, которую в дальнейшем не придется подвергать дополнительной механической обработке. Частицы мелкой фракции в виде шариков текут подобно воде, и их легко подавать в нужное место, обеспечивая постепенное послойное формирование и спекание целевых изделий, например лопаток газовых турбин, под воздействием лазеров или электронных пучков.

Чтобы придать интерметаллидным порошкам сферическую форму, в исходной шихте необходима особая модифицирующая добавка, вступающая в реакцию горения. В противном случае в результате процесса получаются нерегулярные спеки, требующие последующего измельчения, или бесформенные интерметаллидные частицы.

«В ходе горения добавки разлагаются, выделяются газы, которые слегка поднимают порошок реагирующей шихты и заставляют его частицы двигаться. Благодаря этому движению расплавленные частицы перемешиваются и равномерно сливаются друг с другом, превращаясь в аккуратные шарики. Чтобы это произошло, важно правильно выбрать температуру, при которой действует модификатор: если температура слишком низкая или высокая, нужного эффекта не получится. Сам процесс образования шарика в волне горения занимает одну миллисекунду, а образуются они по очереди, шарик за шариком, пока сама волна идет по материалу», — пояснил Александр Кирдяшкин.

Для приготовления сферического порошка реакционная шихта загружается в лабораторный реактор, инициируется процесс горения, который спонтанно протекает при температуре до 1600°С. В ходе исследования ученые показали возможность широкого варьирования состава целевого сплава. При использовании реактора емкостью около трех литров можно синтезировать до десяти килограмм требуемого продукта в течение тридцати минут. Стоимость одного килограмма аналогичного порошка, изготовленного другими методами, на рынке начинается от ста долларов.

Исследователи уже провели первые успешные испытания порошков в ходе 3D-печати. Полученные интерметаллидные материалы отличаются жаростойкостью и окислительной стойкостью. Ученые намереваются продолжить работы над созданием новых составов сферических интерметаллидов с добавлением различных лигатур.

В исследовании принял участие Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, результаты опубликованы в журнале Alloys and Compounds.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.