Ученые НИТУ МИСИС разработали алюминиевый композит для аддитивного производства, сочетающий прочность, пластичность и устойчивость к ионизирующему излучению. Разработка предназначена для создания сложных деталей аэрокосмической и атомной промышленности.
Алюминиевые сплавы широко применяются в промышленности благодаря оптимальному балансу легкости и прочности. Однако в чистом виде они не выдерживают экстремальных механических нагрузок и радиационного облучения, что ограничивает их использование для деталей самолетов, спутников и ядерных реакторов. Для улучшения характеристик в матрицу алюминия добавляют частицы тугоплавких соединений, например карбид вольфрама, который повышает твердость, термоустойчивость и поглощает радиацию.
Практическое применение таких композитов в аддитивном производстве сталкивается с трудностями: неравномерностью распределения наночастиц в металлической матрице, образованием нежелательных фаз под воздействием высоких температур и потерей сыпучести порошков. Ученые НИТУ МИСИС предложили двухэтапную технологию. Методом низкоэнергетического планетарного шарового измельчения они получили порошок алюминиевого композита (силумина) с добавлением наночастиц карбида вольфрама, сохранив сыпучесть и оптимальную плотность.
Оптимальное содержание карбида вольфрама составило 1% от массы. В таком виде прочность материала при растяжении достигла около 400 мегапаскалей при удлинении на 4%, что сопоставимо с лучшими аналогами. В настоящее время образец проходит испытания облучением ионами криптона с энергией 147 мегаэлектронвольт, что моделирует экстремальные условия длительного облучения. Теоретически добавка карбида вольфрама должна повышать радиационную стойкость композита.
На втором этапе исследователи изучили фазовую эволюцию при 3D-печати и обнаружили образование новых фаз — метастабильного β-вольфрама и интерметаллида алюминия и вольфрама, которые дополнительно усиливают сплав. В итоге в одном материале удалось объединить малый вес, повышенную прочность и устойчивость к ионизирующему излучению, что открывает перспективы для его применения в космической и атомной отраслях.
Читайте также: «Из лунной пыли впервые получили пригодный для дыхания кислород».