Вчені виявили, яка добавка покращує властивості алюмінієвих сплавів.

Алюмінієві сплави широко використовуються в автомобілебудуванні та авіації завдяки своїй легкості та доступності. Для 3D-друку добре підходять сплави на основі алюмінію з додаванням кремнію та магнію, оскільки вони мають високу текучість, стійкість до корозії та механічну стабільність навіть за підвищених температур.

«Незважаючи на всі переваги алюмінієвого сплаву, деталі з цього матеріалу мають порівняно низьку твердість і зносостійкість. Для поліпшення цих характеристик використовують різні методи обробки поверхні, такі як лазерне наплавлення, анодування та термічне напилення. Однак високотемпературні методи можуть призводити до зміни хімічного складу матеріалу, виникнення залишкових напружень та мікротріщин. Більш сучасним способом є холодне напилення, яке дозволяє наносити покриття без нагріву до високих температур», — розповіла кандидат технічних наук Вероніка Суворова, науковий співробітник НДЦ «Конструкційні керамічні матеріали» НИТУ МІСІС.

Для методу холодного напилення створюються порошкові суміші з додаванням укріплювальних компонентів, наприклад, керамічних частинок, таких як нітрид цирконію. Основні завдання — звести до мінімуму втрати частинок у процесі напилення та визначити оптимальний вміст добавки, необхідний для досягнення найкращого результату.

Вчені НИТУ МІСІС отримали порошки з композиційними частинками, а також дослідили вплив кількості та розподілу частинок нітриду цирконію на структуру, твердість, жорсткість і зносостійкість композиційних покриттів. Порошки з 10 відсотками добавки виявилися неефективними і навіть погіршували зчеплення шарів та знижували твердість і зносостійкість матеріалів. У порошках, що містять 30 відсотків нітриду цирконію, частинки рівномірно розподілялися всередині матриці сплаву, що дозволило створити щільні покриття та знизити втрати керамічних частинок у процесі напилення з 50 до двох відсотків.

«Використання композиційних покриттів з 30 відсотками нітриду цирконію продемонструвало найкращий результат. Міцність, твердість, модуль пружності та зносостійкість основи (алюмінієвого сплаву) значно збільшилися, що особливо перспективно для застосування в автомобільній та аерокосмічній промисловостях, де потрібні легкі матеріали з відмінними механічними характеристиками», — додав кандидат технічних наук Дмитро Московських, директор НДЦ «Конструкційні керамічні наноматеріали».

Результати дослідження, опубліковані в науковому журналі Advanced Engineering Materials (Q1), сприяють розвитку гібридних технологій адитивного виробництва, які поєднують 3D-друк та холодне напилення.