В МИСиС разработали методику упрочнения деталей из алюминиевых сплавов

Ученые НИТУ «МИСиС» предложили методику повышения прочности деталей из легких алюминиевых сплавов: на поверхности литых и напечатанных на 3D-принтере алюминиевых образцов наносится композиционное покрытие методом холодного газодинамического напыления. Образцы алюминиевых композитов с добавлением углеродных нановолокон показали 20-процентный прирост твердости и значительные изменения в структуре материала на микроуровне, сообщает пресс-служба вуза.

«По большому счету есть всего два пути улучшить эксплуатационные свойства сплава: создавать новый композитный материал с более сложным составом или обрабатывать поверхность готовых изделий, нанося дополнительное покрытие. Мы совместили оба подхода и добились синергетического эффекта нескольких факторов при взаимодействии микроразмерного оксида алюминия и наноразмерных углеродных волокон», — рассказал научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» Иван Пелевин.

В основу композиционного покрытия Al—Al2O3—УНВ легла порошковая смесь из промышленного сырья для получения алюминия — глинозема (оксида алюминия) — с добавлением 30% частиц чистого металла. В процессе синтеза частицы алюминия измельчаются при столкновении с более твердым оксидом, заполняя пустоты в его структуре. Такая композиция твердых и пластичных частиц обеспечивает прочное закрепление покрытия на поверхности алюминиевой детали.

С другой стороны, объясняют ученые, наноразмерные волокна углерода проникают в пространство уже между частицами металлического порошка, еще больше увеличивают плотность на микроуровне, резко уменьшают количество трещин и пустот и увеличивают твердость и прочность нанесенного покрытия. Добавление всего 1,5% углеродных нановолокон привело к увеличению твердости покрытия на 20%.

Третьим активным фактором стали высокие фрикционные свойства углерода — это также способствует формированию плотной, бездефектной структуры покрытия за счет «смазывания» при соударении частиц. Более того, добавление углерода в покрытие потенциально улучшает фрикционные свойства и износостойкость за счет «самосмазывания». Помимо перечисленных факторов имел значение еще и правильно выбранный метод синтеза.

«При синтезе покрытий другими методами возникает проблема фазовых переходов, особенно болезненная для алюминия с его низкой температурой плавления. Частицы металла на поверхности напыления плавятся и снова твердеют, то есть нарушается структура вещества, внутри материала появляется дополнительное напряжение. Поэтому мы работали по методу холодного напыления и наглядно продемонстрировали преимущества такого решения», — поясняет Иван Пелевин.

Ученые уверены, что исследование имеет большое практическое значение не только для улучшения свойств конкретного алюминиевого сплава, но для многих деталей различного назначения. Особое внимание уделяется обработке материала именно после 3D-печати, так как это наиболее актуальная задача.

В ближайших планах научного коллектива получение композитов с требуемой микроструктурой для энергетических, биомедицинских и иных приложений.

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.