Команда использует 3D-печать для укрепления ключевого материала в аэрокосмической и энергетической сферах.

Предыдущее изображение Следующее изображение

Материалы, имеющие ключевое значение для многих важных применений в аэрокосмической и энергетической промышленности, должны быть способны без сбоев выдерживать экстремальные условия, такие как высокие температуры и растягивающие напряжения. Теперь команда инженеров под руководством Массачусетского технологического института сообщает о простом и недорогом способе укрепить один из ключевых материалов, используемых сегодня в таких приложениях.

Кроме того, команда считает, что их общий подход, который включает в себя 3D-печать металлического порошка, усиленного керамическими нанопроволоками, может быть использован для улучшения многих других материалов. «Всегда существует значительная потребность в разработке более эффективных материалов для экстремальных условий. Мы считаем, что этот метод имеет большой потенциал для других материалов в будущем», — говорит Цзюй Ли, профессор ядерной инженерии Энергетического альянса Battelle и профессор Департамент материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института (DMSE).

Ли, который также связан с Лабораторией исследования материалов (MRL), является одним из трех соответствующих авторов статьи о работе, которая появилась в выпуске журнала «Аддитивное производство» от 5 апреля. Другими авторами-переписчиками являются профессор Вэнь Чен из Массачусетского университета в Амхерсте и профессор А. Джон Харт с факультета машиностроения Массачусетского технологического института.

Соавторами статьи являются Эмре Текоглу, постдок MIT на факультете ядерной науки и техники (NSE); Александр Д. О'Брайен, аспирант НШЭ; и Цзянь Лю из Массачусетского университета в Амхерсте. Дополнительные авторы: Баоминг Ван, постдок MIT в области DMSE; Сина Кавак из Стамбульского технического университета; Юн Чжан, специалист по исследованиям MRL; Со Ён Ким, аспирантка DMSE; Шитонг Ван, аспирант НШЭ; и Дуйгу Агаогуллари из Стамбульского технического университета.

К лучшей производительности

Подход команды начинается с Inconel 718, популярного «суперсплава» или металла, способного выдерживать экстремальные условия, такие как температуры 700 градусов по Цельсию (около 1300 градусов по Фаренгейту). Они измельчают коммерческие порошки Inconel 718 с небольшим количеством керамических нанопроволок, что приводит к «однородному декорированию нанокерамики на поверхности частиц Inconel», пишет команда.

Полученный порошок затем используется для создания деталей посредством лазерного плавления в слое порошка — разновидности 3D-печати. Этот процесс включает в себя печать тонких слоев порошка, каждый из которых подвергается воздействию лазера, который движется по порошку и плавит его по определенному рисунку. Затем сверху наносится еще один слой порошка, и процесс повторяется, при этом лазер перемещается, расплавляя рисунок нового слоя и соединяя его со слоем ниже. В целом процесс может создавать сложные 3D-детали.

Исследователи обнаружили, что детали, изготовленные таким образом с использованием нового порошка, имеют значительно меньшую пористость и меньше трещин, чем детали, изготовленные только из Inconel 718. А это, в свою очередь, приводит к значительно более прочным деталям, которые также имеют ряд других преимуществ. Например, они более пластичны (или растягиваются) и обладают гораздо большей устойчивостью к радиации и высокотемпературным нагрузкам.

Кроме того, сам процесс не является дорогим, поскольку «он работает с существующими машинами для 3D-печати. ​​Просто используйте наш порошок, и вы получите гораздо лучшую производительность», — говорит Ли.

Сюй Сун, доцент Китайского университета Гонконга, не принимавший участия в работе, комментирует: «В этой статье авторы предлагают новый метод печати композитов с металлической матрицей из Inconel 718, армированных [керамическими] нанопроволоками. Растворение керамики на месте, вызванное процессом лазерной плавки, повысило термическое сопротивление и прочность Inconel 718. Кроме того, усиление на месте уменьшило размер зерна и избавило от дефектов.Будущая 3D-печать металлических сплавов, включая модификацию меди с высокой отражательной способностью и подавление разрушения суперсплавов, явно могут выиграть от этого метода».