Les scientifiques de Skoltech ont imprimé en 3D des échantillons d'alliages d'acier et de bronze jusqu'alors inexplorés. De plus, ils ont déterminé leurs caractéristiques mécaniques. Selon les chercheurs, de nouveaux alliages fer-cuivre peuvent être utilisés dans les moteurs d'avions et de fusées. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour fabriquer une chambre de combustion, à laquelle l'acier donnera une résistance élevée à la chaleur, et le bronze - la conductivité thermique nécessaire pour éviter la surchauffe. Cette étude a été publiée dans la revue Materials & Design, le Service d'information et le service de presse de Skoltech l'ont signalé.

Professeur associé au Centre de technologie des matériaux de Skoltech

"La technologie d'impression 3D a un grand potentiel pour la fabrication de composites - des matériaux constitués de deux composants différents et héritant de leurs propriétés. Disons que l'acier a une résistance élevée à la chaleur et qu'il peut supporter les températures de la chambre de combustion d'un moteur en marche. Mais en termes de conductivité thermique, l'acier est nettement inférieur, par exemple, au bronze, c'est-à-dire que le liquide de refroidissement n'a pas le temps de prendre de la chaleur afin d'empêcher efficacement la surchauffe. Ainsi, sur une imprimante 3D, vous pouvez réaliser une caméra composite monobloc avec une transition douce et sans défaut : à l'intérieur c'est du bronze et donc ça refroidit bien, à l'extérieur c'est de l'acier, donc il n'y a pas de destruction.

Pour créer des alliages, les scientifiques ont utilisé la technologie d'impression 3D avec dépôt direct de matière. Pour ce faire, des ingrédients en poudre ont été fusionnés par un laser et mélangés directement à la pointe du produit, que l'imprimante imprime à ce moment-là.

Les chercheurs de Skoltech ont combiné le bronze et l'acier de deux manières différentes, ce qui a donné des alliages dits quasi homogènes, dans lesquels les deux matières premières sont mélangées de manière relativement homogène. Des structures "sandwich" ont également été imprimées, constituées de couches alternées de 0,25 mm de bronze et d'acier. De plus, le rapport entre les deux composants variait : 50 et 75 % de bronze pour 50 et 25 % d'acier, respectivement. L'influence de la composition du bronze lui-même a également été étudiée : des bronzes d'aluminium, de chrome et d'étain ont été testés.

Au cours de l'étude, il a été confirmé que les composants du nouvel alliage fer-cuivre se mélangent bien et ne forment pas de défauts, et les propriétés structurelles et mécaniques de l'alliage ont été étudiées.

Les scientifiques ont fait pousser des barres verticales de bas en haut et ont contrôlé leur forme, leur composition chimique et leur microstructure. Et comme l'a dit Igor Shishkovsky, professeur agrégé au Skoltech Center for Materials Technology, lorsque quelque chose ne va pas, la forme de l'échantillon peut être sensiblement déformée pendant le processus d'impression ou il peut se délaminer. Cela signifie généralement que les matériaux utilisés sont incompatibles ou que les conditions d'impression 3D sont mal adaptées.

Ensuite, les scientifiques sont passés à l'étude de la structure interne à l'aide de la microscopie optique et électronique à balayage. Pour ce faire, de petits fragments ont été extraits de différentes zones de chaque échantillon. De plus, au cours d'une large gamme d'essais d'échantillons, jusqu'à leur destruction, les principales caractéristiques mécaniques ont été déterminées.

Premier auteur de l'article, doctorant Skoltech

« Maintenant que nous savons que le bronze et l'acier peuvent effectivement être alliés par impression 3D directe et que nous connaissons les caractéristiques mécaniques de ce nouvel alliage, nous pouvons explorer ses applications possibles. À l'avenir, j'aimerais fabriquer et tester une chambre de combustion fer-cuivre chez Skoltech, mais il peut y avoir d'autres produits et combinaisons de métaux. La prochaine étape de nos travaux sera la création d'aubes de turbine dont les canaux de refroidissement seront en bronze, et l'aube elle-même sera en superalliage durable. La clé ici est la combinaison des forces de deux matériaux différents en une seule pièce sans coutures ni autres joints.

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