«Секретный соус» открывает новый способ изготовления сплавов с градуированным составом

21 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Эмили Р. Томлин, Окриджская национальная лаборатория

Исследования новой уникальной технологии изготовления композитных металлических деталей для широкого спектра применений, работающих в экстремальных условиях в авиационной, космической и энергетической отраслях, показывают перспективность аддитивного производства.

Этот метод, разработанный учеными Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США, позволяет проектировать композитные детали с градуированным составом. Эти компоненты превращаются из высокопрочных суперсплавов в тугоплавкие сплавы, которые могут выдерживать чрезвычайно высокие температуры, поэтому сварка не требуется.

Хотя суперсплавы и тугоплавкие сплавы обычно нельзя сваривать или соединять друг с другом, во многих случаях требуются материалы с специфичными для конкретного места высокотемпературными и высокопрочными свойствами.

«Мы можем создавать составы, которые плавно переходят от одного сплава к другому», — сказал Сумия Наг, ученый-материаловед из ORNL, возглавляющий исследования. «Мы можем настроить деталь из композита, которую можно будет гравировать от одного конца до другого и иметь высокую прочность и устойчивость к высоким температурам с каждой стороны».

Секрет в «соусе».

«Это похоже на приготовление пищи. По сути, у вас разные ингредиенты. Итак, если у вас больше макарон с одной стороны и больше ризотто с другой, как вы постоянно переходите от пасты к ризотто? Вы меняете ингредиенты по мере перехода от один конец в другой, и это именно то, что мы делаем», — сказал Наг.

Соус в данном случае представляет собой порошок, состоящий из третьего переходного сплава, обладающего легкими или высокотемпературными характеристиками. Наг и члены команды использовали метод аддитивного производства, называемый направленным энергетическим осаждением, для нанесения различных порошковых композиций в инертной среде аргона, изменяя скорость осаждения по мере их продвижения.

По словам Нага, для большинства конструкционных применений часто используется единая композиция сплава для изготовления компонентов, предназначенных для коррозийных, высокотемпературных или радиационных сред, но этот процесс является дорогостоящим и снижает производительность. Для компонентов, требующих самых разных свойств, часто изготавливаются сварные детали из разнородных материалов, что приводит к резким границам раздела, что может отрицательно повлиять на производительность.

В последних исследованиях ученые использовали порошки сплава на основе никеля Inconel 718 и сплава на основе ниобия C103. Эти сплавы — один высокопрочный, а другой устойчивый к высоким температурам — не хотят соединяться и при этом имеют тенденцию образовывать трещины. Но, используя лучевую машину направленного осаждения энергии с выдувным порошком и изменяя скорость потока порошков, ученые могут изменить состав соединяемых металлов так, чтобы он обладал полезными свойствами обоих.