Матеріалознавці НІТУ «МІСіС» представили нову технологію отримання алюмоматричних композитів - перспективних порошків для 3D-друку легенів і міцних корпусів авіаційної та автомобільної техніки. Новий метод дозволив підвищити однорідність властивостей і твердість отримуваних частинок порошку на 40% порівняно з аналогами. Результати роботи опубліковані в міжнародному науковому журналі Journal of Alloys and Compounds.
Композити на основі алюмінієвої матриці - це група сучасних матеріалів, що володіють рядом унікальних переваг - легкістю, високою міцністю, низьким коефіцієнтом теплового розширення і відмінною зносостійкістю. Це дозволяє використовувати їх для виробництва сучасних літальних апаратів, в оборонній та автомобільній промисловості.
Такі властивості матеріалу надає його хімічний склад і особливий спосіб отримання - 3D-друк за технологією SLM (Selective Laser Melting). У результаті композит складається зі сферичних частинок алюмінію, зміцнених керамічними добавками, або покритих шаром оксиду алюмінію.
Оксид алюмінію - одна з найбільш оптимальних армуючих (зміцнюючих) добавок, а його введення до складу - це типовий спосіб поліпшення механічних властивостей алюмінієвих композитів. Зокрема, авторами дослідження було експериментально доведено збільшення міцності надрукованого композитного матеріалу за рахунок оксиду алюмінію з 64% до 100% порівняно з алюмінієм без добавок.
При цьому оксид алюмінію забезпечує термостійкість композитного порошку при підвищених температурах. Він також підвищує стабільність складу порошку порівняно з найбільш поширеними керамічними добавками, що робить матеріал особливо затребуваним для авіабудування.
Вчені НІТУ «МІСіС» спільно з фахівцями ОК «РУСАЛ» розробили новий метод гідротермального окислення алюмінію для створення армуючої (зміцнюючої) оксидної плівки певної товщини на поверхні частинок алюмінію. Інакше кажучи, на поверхні кожної сферичної частинки чистого алюмінію утворюється «упаковка» - шар оксиду алюмінію певної товщини. Отриманий алюмінієвий композит за своїми характеристиками найбільш підходить для використання в сучасному аддитивному виробництві.
"В основі технології лежить так званий in situ метод, тобто створення композитної структури всередині кожної частинки, - розповів керівник проекту, професор НІТУ" МІСіС "Олександр Громов. Вихідний алюмінієвий порошок (чистотою 99,85%) протягом 30 хвилин піддавався частковому гідротермальному окисленню в автоклавній установці. В результаті на поверхні частинок алюмінієвого порошку утворився оксидний шар з 10 і 20 масовим% вмістом Al2O3. У завершальній фазі порошок пройшов термічну обробку в режимах від 150 до 600 градусів Цельсія ".
За словами Олексія Арнаутова, Директора з нових проектів ОК «РУСАЛ» і одного з розробників, основна перевага методу - висока активність отриманих частинок порошку і однорідність їх властивостей у всій масі, яку неможливо досягти при альтернативних способах отримання алюмо-матричних композитів, зокрема - введення керамічних наповнювачів в розплав алюмінію.
В даний час колектив приступив до випробувань отриманих композитів в умовах аддитивного виробництва.
