Группа ученых из научно-технического инновационного комплекса “Сколково” утверждает, что с помощью 3D печати ей удалось изобрести принципиально новый сплав из стали и бронзы. Они использовали метод прямого лазерного напыления с целью изготовления разных изделий из комбинации этих металлов. Достичь необходимого результата им удалось разными способами: сначала они смешали расплавленные бронзу и сталь, а затем нанесли эту смесь на поверхность детали путем напыления.
Во втором случае материалы не смешивались, а наносились на изделие поочередно. Ученые считают, что эта инновационная технология может найти свое применение в авиационной отрасли: в частности, при выпуске камер сгорания топлива для двигателей самолетов и ракет.
Сочетание двух разных материалов весьма активно используется в 3D печати, позволяя получить преимущество от объединения лучших качеств каждого из них. Достойным примером такой интеграции считается 3D печать из композитных материалов – новое направление, которое активно развивается на сегодняшний день. Что касается сплава бронзы и стали, то эта комбинация материалов была выбрана из-за ее способности хорошо дополнять и взаимодействовать друг с другом.
Бронза широко известна своей устойчивостью к коррозии, износостойкостью и электропроводностью. Сталь же обладает высокой стойкостью к механическому и электрическому воздействию, а также общей жесткостью. Данный проект позволил создать поистине инновационный, ранее неизвестный науке сплав, благодаря участию аддитивных технологий.
Для реализации проекта команда исследователей из Сколково использовала технологию прямого лазерного напыления (действующую, как направленное осаждение материала). Сначала они создали сплав с почти однородной структурой путем единообразного смешивания жидкой бронзы и стали. Затем полученный состав использовался для выпуска ряда пробных образцов изделий. Другая методика заключалась в поочередном нанесении на поверхность детали отдельных слоев материалов – толщина каждого составляла 0.25 мм. Ученые пробовали менять долю бронзы в составе (от 25% до 50%), тогда, как объем стали в нем всегда оставался неизменным.
Профессор Игорь Шишковский рассказал, что аддитивные технологии оптимально подходят для производства композитных деталей, которые сочетают в себе лучшие свойства используемых материалов. Конкретно в этом сплаве сталь отвечает за устойчивость к высокой температуре, что очень актуально для применения в авиационных и ракетных двигателях.
Что касается бронзы, то она обладает хорошей теплопроводностью, поэтому ее участие в сплаве помогает эффективно охлаждать двигатель и не допускать его перегрева. Разработка такого сплава позволила объединить эти преимущества для разработки поистине инновационной камеры сгорания топлива – бронзовой изнутри (для лучшего термоконтроля) и стальной снаружи (для прочности и жесткости конструкции).
Исследование сколковских специалистов показало, что слияние двух этих материалов при помощи аддитивных технологий успешно реализуется на практике без явных дефектов и аномалий. Чтобы подтвердить это, ученые провели серию тестов ключевых свойств нового сплава, а также исследовали его при помощи электронных и оптических микроскопов.
Помимо характеристик нового сплава, немаловажным является тот факт, что он полностью совместим с печатью методом прямого лазерного напыления. Такое сочетание открывает весьма широкие перспективы для его применения не только в аэрокосмической сфере, но и во многих других отраслей. Следующей целью ученых станет разработка турбинных лопастей из укрепленного суперсплава с бронзовыми каналами для охлаждения. Данная комбинация позволяет позаимствовать преимущества бронзы и стали, нейтрализовав недостатки этих материалов.