Исследователи выяснили, какая добавка способствует улучшению характеристик алюминиевых сплавов.
Алюминиевые сплавы находят широкое применение в автомобилестроении и авиации благодаря своей легкости и доступности. Для 3D-печати идеально подходят алюминиевые сплавы с добавлением кремния и магния, которые обладают высокой текучестью, коррозионной стойкостью и механической стабильностью даже при высоких температурах.
«Несмотря на многочисленные преимущества алюминиевых сплавов, изделия из этого материала имеют относительно низкую твердость и износостойкость. Для улучшения этих свойств применяются различные методы обработки поверхностей, такие как лазерная наплавка, анодирование и термическое напыление. Однако высокотемпературные методы могут привести к изменению химического состава материала, возникновению остаточных напряжений и микротрещин. Более современным подходом является холодное напыление, которое позволяет наносить покрытия без необходимости нагрева до высоких температур», — отметила кандидат технических наук Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические материалы» НИТУ МИСИС.
Для холодного напыления разрабатываются порошковые смеси с добавлением укрепляющих компонентов, таких как керамические частицы, например, нитрид циркония. Основные задачи включают минимизацию потерь частиц в процессе напыления и определение оптимального содержания добавки, необходимого для достижения наилучшего результата.
Ученые НИТУ МИСИС получили порошки с композиционными частицами и исследовали влияние количества и распределения частиц нитрида циркония на структуру, твердость, жесткость и износостойкость композиционных покрытий. Порошки с 10 процентами добавки оказались неэффективными и даже ухудшали сцепление слоев, снижая твердость и износостойкость материалов. В порошках, содержащих 30 процентов нитрида циркония, частицы равномерно распределялись в матрице сплава, что способствовало созданию плотных покрытий и уменьшению потерь керамических частиц в процессе напыления с 50 до двух процентов.
«Использование композиционных покрытий с 30 процентами нитрида циркония показало наилучшие результаты. Прочность, твердость, модуль упругости и износостойкость подложки (алюминиевого сплава) значительно возросли, что особенно актуально для автомобильной и аэрокосмической промышленностей, где требуются легкие материалы с выдающимися механическими характеристиками», — добавил кандидат технических наук Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы».
Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Advanced Engineering Materials (Q1), способствуют развитию гибридных технологий аддитивного производства, которые объединяют 3D-печать и холодное напыление.