Кремень FMZ Реклама
Kremen FMHM Реклама

Ученые Сколтеха сплавили бронзу и сталь

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
10.01.2023
3000
29
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

14

Исследователи из Сколковского института науки и технологий изготовили на 3D-принтере образцы из прежде не изученных сплавов стали и бронзы и определили их механические характеристики, сообщает пресс-служба вуза. Сочетая в себе ценные свойства основных компонентов новые железо-медные сплавы могут найти применение в двигателях самолетов и ракет. Например, можно изготовить камеру сгорания с высокой жаростойкостью за счет стали и высокой теплопроводностью за счет бронзы.

Ученые Сколтеха сплавили бронзу и сталь

Чередующиеся участки бронзы и стали в сплаве, полученном исследователями Сколтеха. Для масштаба наложена линейка: 1 единица — 0,1 миллиметра

«У технологии 3D-печати большие возможности в изготовлении композитов — материалов, состоящих из двух разнородных компонентов и наследующих их свойства. Скажем, у стали высокая жаростойкость, и она выдерживает температуры камеры сгорания работающего двигателя, но по теплопроводности сталь заметно уступает, например, бронзе, то есть охлаждающая жидкость не успевает забирать тепло, чтобы эффективно предотвращать перегрев. На 3D-принтере можно сделать цельную композитную камеру с плавным, бездефектным переходом: внутри она бронзовая и потому хорошо охлаждается, снаружи — стальная, поэтому не происходит разрушение», — рассказывает доцент Центра технологий материалов Сколтеха Игорь Шишковский.

Шишковский руководил научной группой, впервые получившей и исследовавшей сплавы бронзы и стали. Для этого ученые использовали технологию лазерной 3D-печати с прямым подводом энергии и материала: порошки двух материалов одновременно подаются в зону плавления потоком газа, где нагреваются лазерным излучателем.

Команда совместила бронзу и сталь двумя разными способами. Во-первых, получены так называемые квазигомогенные сплавы, в которых два исходных материала сравнительно равномерно перемешаны. Во-вторых, напечатаны «сэндвичные» структуры, состоящие из чередующихся 0,25-миллиметровых слоев бронзы и стали. Кроме того, варьировалось соотношение двух составляющих: 50% и 75% бронзы к 50% и 25% стали соответственно. Изучалось и влияние состава самой бронзы: испытаны алюминиевая, хромистая и оловянистая бронзы. Ученые выращивали вертикальные бруски и контролировали их форму, химический состав и микроструктуру. Исследование подтвердило, что составляющие нового железо-медного сплава хорошо смешиваются без образования дефектов.

Ученые Сколтеха сплавили бронзу и сталь

Брусок из квазигомогенного сплава бронзы и стали

«Когда что-то идет не так, прямо в процессе 3D-печати форма образца может заметно искажаться, или он может расслаиваться. Обычно это означает, что используемые материалы несовместимы, либо плохо подобраны условия 3D-печати», — поясняет Шишковский.

Не выявив проблем такого рода ученые перешли к исследованию внутренней структуры с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Основные механические характеристики определены в ходе широкого спектра испытаний, вплоть до разрушения образцов.

Ученые Сколтеха сплавили бронзу и сталь

Образец для механических испытаний

«Теперь, когда мы знаем, что бронзу и сталь действительно можно сплавлять технологией прямого нанесения материала на 3D-принтере, и знаем механические характеристики этого нового сплава, мы можем исследовать его возможные применения. В перспективе хотелось бы изготовить и испытать в Сколтехе железо-медную камеру сгорания, но могут быть и другие изделия и комбинации металлов. Следующим этапом наших работ будет создание лопаток турбин, каналы охлаждения которых будут сделаны из бронзы, а сама лопатка — из прочного суперсплава. Ключевой момент тут — сочетание сильных сторон двух разных материалов в одном цельном изделии без швов и прочих сочленений», — рассказал первый автор работы, аспирант Сколтеха Константин Макаренко.

Доклад научной команды опубликован в журнале Materials & Design.

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.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

14
Комментарии к статье