Материаловеды Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Московского политехнического университета предложили использовать кальций вместо редкоземельных металлов в сплавах на основе алюминия и меди для 3D-печати методом селективного лазерного плавления (SLM).
Новый материал устойчив к перепадам высоких температур и значительно дешевле аналогов, поскольку стоимость кальция как минимум в два раза ниже, чем редкоземельных элементов. Полученный сплав может найти применение в производстве сложных деталей, используемых при экстремальных температурах, например в авиастроении.
Технология селективного лазерного плавления металлопорошковых композиций (SLM ) все чаще применяется в различных отраслях — автомобильной, медицинской, аэрокосмической и других — для изготовления конструкций со сложными формами и структурами, однако подойдет не каждый материал, поскольку сплавы должны удовлетворять комплексу физико-химических свойств, позволяющих как изготавливать детали, так и достигать требуемых эксплуатационных характеристик. Один из перспективных типов материалов — эвтектические сплавы на основе алюминия, меди и редкоземельных металлов (Al-Cu-РЗМ), но у таких сплавов есть большой недостаток — достаточно высокая стоимость из-за добавок меди и редкоземельных элементов.
Использование кальция позволяет существенно снижать себестоимость сплавов: стоимость кальция в два раза ниже таких редкоземельных металлов, как церий и лантан, и почти в десять раз ниже стоимости эрбия. При этом система Al-Ca-Cu не уступает системам с редкоземельными металлами по уровню технологических и физико-механических свойств.
«Кальций дешевле, чем редкоземельные металлы, обладает низкой плотностью, что позволяет дополнительно снижать удельную массу сплава. При этом эвтектика, формирующаяся при добавлении кальция, также обладает весьма тонким строением, что необходимо для получения требуемого сочетания физико-механических свойств сплава», — пояснил тарший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ «МИСиС» Торгом Акопян.
Сплавы базовой системы Al-Ca-Cu обладают достаточно удачным сочетанием технологических и физико-механических свойств, но новая тройная система может использоваться в разработке более сложных высокотехнологичных материалов, предназначенных для эксплуатации в экстремальных температурных условиях.
«Благодаря естественно-композитной структуре, которая может содержать до тридцати процентов второй фазы по объему, сплавы на основе новой системы представляются весьма перспективными для применения методов цифровой лазерной обработки, изучение влияние которых является предметом дальнейших исследований», — добавил Торгом Акопян.
По сообщению пресс-службы НИТУ «МИСиС»