Bbabo NET

Vetenskap & Teknik Nyheter

Forskare har hittat en legering av brons och stål som kan användas för att förbättra motorerna i raketer och flygplan

Forskare från Skoltech har 3D-utskrivna prover av tidigare outforskade legeringar av stål och brons. Dessutom bestämde de sina mekaniska egenskaper. Enligt forskarna kan nya järn-kopparlegeringar användas i flygplan och raketmotorer. Till exempel kan de användas för att göra en förbränningskammare, till vilken stål ger hög värmebeständighet, och brons - den nödvändiga värmeledningsförmågan för att förhindra överhettning. Denna studie publicerades i tidskriften Materials & Design, Information Service och Skoltechs presstjänst rapporterade.

Docent vid Skoltech Materials Technology Center

"3D-utskriftsteknik har stor potential för tillverkning av kompositer - material som består av två olika komponenter och som ärver deras egenskaper. Låt oss säga att stål har en hög värmebeständighet, och det kan motstå temperaturerna i förbränningskammaren på en motor igång. Men när det gäller värmeledningsförmåga är stål märkbart sämre, till exempel brons, det vill säga kylvätskan har inte tid att ta värme för att effektivt förhindra överhettning. Så på en 3D-skrivare kan du göra en kompositkamera i ett stycke med en jämn, defektfri övergång: inuti är det brons och kyler därför bra, utanför är det stål, så det finns ingen förstörelse."

För att skapa legeringar använde forskare 3D-utskriftsteknik med direkt materialavsättning. För att göra detta smältes pulveriserade ingredienser med en laser och blandades direkt vid punkten av produkten, som skrivaren skriver ut i det ögonblicket.

Skoltech-forskarna kombinerade brons och stål på två olika sätt, vilket resulterade i så kallade kvasihomogena legeringar, där de två utgångsmaterialen är relativt jämnt blandade. "Sandwich"-strukturer trycktes också, bestående av omväxlande 0,25 mm lager av brons och stål. Dessutom varierade förhållandet mellan de två komponenterna: 50 och 75 % brons till 50 respektive 25 % stål. Inverkan av själva bronsets sammansättning studerades också: aluminium-, krom- och tennbronser testades.

Under studien bekräftades att komponenterna i den nya järn-kopparlegeringen blandas väl och inte bildar defekter, och legeringens strukturella och mekaniska egenskaper studerades.

Forskarna odlade vertikala staplar nerifrån och kontrollerade deras form, kemiska sammansättning och mikrostruktur. Och som Igor Shishkovsky, docent vid Skoltech Center for Materials Technology, sa, när något går fel kan formen på provet vara märkbart förvrängd direkt under tryckprocessen eller så kan det delamineras. Detta innebär vanligtvis att antingen materialen som används är inkompatibla eller att 3D-utskriftsförhållandena är dåligt matchade.

Därefter gick forskarna vidare till att studera den inre strukturen med hjälp av optisk och svepelektronmikroskopi. För att göra detta extraherades små fragment från olika områden av varje prov. Vidare, under loppet av ett brett urval av tester av prover, fram till deras förstörelse, bestämdes de huvudsakliga mekaniska egenskaperna.

Tidningens första författare, Skoltech doktorand

"Nu när vi vet att brons och stål verkligen kan legeras med direkt 3D-utskrift och känner till de mekaniska egenskaperna hos denna nya legering, kan vi utforska dess möjliga tillämpningar. I framtiden skulle jag vilja tillverka och testa en järn-koppar brännkammare på Skoltech, men det kan finnas andra produkter och kombinationer av metaller. Nästa steg i vårt arbete kommer att vara skapandet av turbinblad, vars kylkanaler kommer att vara gjorda av brons, och själva bladet kommer att vara gjord av en hållbar superlegering. Nyckeln här är kombinationen av styrkorna hos två olika material i ett stycke utan sömmar eller andra skarvar.”

Forskare har hittat en legering av brons och stål som kan användas för att förbättra motorerna i raketer och flygplan