Кальций удешевит аддитивное производство сложных деталей

11 августа 2023

Материаловеды НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Московского Политеха впервые в мире предложили использовать кальций вместо редкоземельных металлов в сплавах на основе алюминия и меди для аддитивных технологий. Новый материал устойчив к перепадам высоких температур и значительно дешевле аналогов, поскольку стоимость кальция минимум в 2 раза ниже, чем редкоземельных элементов. Полученный сплав может найти свое применение в производстве сложных деталей, используемых при экстремальных температурах, например в авиастроении. Результаты исследования опубликованы в журнале Metals.

Селективное лазерное плавление (СЛП) — передовая технология изготовления сложных по форме и структуре изделий из металлических порошков. Благодаря своей гибкости и простоте использования, СЛП все чаще применяется в различных отраслях — автомобильной, медицинской и аэрокосмической и др. промышленности — для изготовления конструкций сложной формы и структуры.

Однако не каждый материал подойдет для СЛП, поскольку сплав должен удовлетворять комплексу физико-химических свойств, позволяющих как изготовить само изделие, так и достичь требуемых эксплуатационных характеристик. Одним из перспективных типов материалов для данной технологии являются эвтектические сплавы на основе алюминия, меди и редкоземельных металлов (Al-Cu-РЗМ). Но у таких сплавов есть большой недостаток — достаточно высокая стоимость из-за входящих в состав меди и редкоземельных элементов.

Ученые Университета науки и технологий МИСИС совместно с коллегами из Московского политехнического университета впервые в мире предложили альтернативную систему с кальцием Al-Ca-Cu, обладающую рядом существенных преимуществ в сравнении с Al-Cu-РЗМ. Использование кальция позволяет существенно снизить себестоимость сплава, так, например, стоимость кальция в 2 раза меньше таких РЗМ, как церий и лантан, и он почти в 10 раз дешевле, чем эрбий. При этом система Al-Ca-Cu не уступает системам с редкоземельными металлами по уровню технологических и физико-механических свойств.

«Кальций дешевле, чем редкоземельные металлы, обладает низкой плотностью, что позволяет дополнительно снизить удельную массу сплава. При этом эвтектика, формирующаяся при добавлении кальция, также обладает весьма тонким строением, что необходимо для получения требуемого сочетания физико-механических свойств сплава», — поясняет автор исследования Торгом Акопян, к.т.н., старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением Университета МИСИС.

Несмотря на то, что сплавы базовой системы Al-Ca-Cu уже сами по себе обладают достаточно удачным сочетанием технологических и физико-механических свойств, данная тройная система, как отмечают исследователи, может использоваться для разработки более сложных высокотехнологичных материалов, предназначенных для эксплуатации в экстремальных температурных условиях, например для наземных и воздушных транспортных средств.

«Благодаря естественно-композитной структуре, которая может содержать до 30 об.% второй фазы, сплавы на основе новой системы представляются весьма перспективными для применения методов цифровой лазерной обработки, изучение влияния которых является предметом дальнейших исследований», — заключает Торгом Акопян.

 

 

 

 

Источник: https://misis.ru/university/news/science/2023-08/8648/