Wetenschappers van Skoltech hebben 3D-geprinte monsters van voorheen onontdekte legeringen van staal en brons. Bovendien bepaalden ze hun mechanische eigenschappen. Volgens de onderzoekers kunnen nieuwe ijzer-koperlegeringen worden gebruikt in vliegtuig- en raketmotoren. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om een ​​​​verbrandingskamer te maken, waaraan staal een hoge hittebestendigheid zal geven, en brons - de noodzakelijke thermische geleidbaarheid om oververhitting te voorkomen. Dit onderzoek is gepubliceerd in het vakblad Materials & Design, melden de Informatiedienst en de persdienst van Skoltech.

Universitair hoofddocent aan het Skoltech Materials Technology Center

“3D-printtechnologie heeft een groot potentieel voor de vervaardiging van composieten — materialen die uit twee ongelijksoortige componenten bestaan ​​en hun eigenschappen overerven. Laten we zeggen dat staal een hoge hittebestendigheid heeft en bestand is tegen de temperaturen van de verbrandingskamer van een draaiende motor. Maar qua thermische geleidbaarheid is staal merkbaar inferieur aan bijvoorbeeld brons, dat wil zeggen dat het koelmiddel geen tijd heeft om warmte op te nemen om oververhitting effectief te voorkomen. Op een 3D-printer kun je dus een composietcamera uit één stuk maken met een vloeiende, foutloze overgang: van binnen is hij van brons en koelt dus goed af, van buiten is hij van staal, dus er is geen vernieling.”

Om legeringen te maken, gebruikten wetenschappers 3D-printtechnologie met directe materiaalafzetting. Hiervoor werden poedervormige ingrediënten door een laser versmolten en direct op de punt van het product gemengd, dat de printer op dat moment afdrukt.

De onderzoekers van Skoltech combineerden brons en staal op twee verschillende manieren, wat resulteerde in zogenaamde quasi-homogene legeringen, waarin de twee uitgangsmaterialen relatief gelijkmatig gemengd zijn. Er werden ook "Sandwich" -structuren gedrukt, bestaande uit afwisselende lagen van 0,25 mm brons en staal. Daarnaast varieerde de verhouding tussen de twee componenten: respectievelijk 50 en 75% brons tot 50 en 25% staal. Ook de invloed van de samenstelling van het brons zelf werd bestudeerd: aluminium-, chroom- en tinbronzen werden getest.

Tijdens de studie werd bevestigd dat de componenten van de nieuwe ijzer-koperlegering goed mengen en geen defecten vormen, en de structurele en mechanische eigenschappen van de legering werden bestudeerd.

De wetenschappers groeiden verticale staven van onder naar boven en controleerden hun vorm, chemische samenstelling en microstructuur. En zoals Igor Shishkovsky, universitair hoofddocent aan het Skoltech Center for Materials Technology, zei: als er iets misgaat, kan de vorm van het monster tijdens het drukproces merkbaar worden vervormd of kan het gaan delamineren. Dit betekent meestal dat de gebruikte materialen niet compatibel zijn of dat de 3D-printomstandigheden slecht op elkaar zijn afgestemd.

Vervolgens gingen de wetenschappers verder met het bestuderen van de interne structuur met behulp van optische en scanning-elektronenmicroscopie. Om dit te doen, werden kleine fragmenten geëxtraheerd uit verschillende gebieden van elk monster. Verder werden tijdens een breed scala aan testen van monsters, tot aan hun vernietiging, de belangrijkste mechanische kenmerken bepaald.

Eerste auteur van het artikel, promovendus van Skoltech

“Nu we weten dat brons en staal inderdaad kunnen worden gelegeerd met direct 3D-printen en we de mechanische eigenschappen van deze nieuwe legering kennen, kunnen we de mogelijke toepassingen verkennen. In de toekomst zou ik graag een ijzer-koper verbrandingskamer willen maken en testen bij Skoltech, maar misschien zijn er nog andere producten en combinaties van metalen. De volgende fase van ons werk is het maken van turbinebladen, waarvan de koelkanalen van brons zullen zijn en het blad zelf van een duurzame superlegering. De sleutel hier is de combinatie van de sterke punten van twee verschillende materialen in één stuk zonder naden of andere verbindingen.”

bbabo.ℵet