3D-печать для укрепления ключевого материала в аэрокосмической промышленности и производстве энергии

Команда, возглавляемая Массачусетским технологическим институтом, сообщает о простом и недорогом способе усиления материала к приложениям в аэрокосмической и ядерной энергетике. Бобры Массачусетского технологического института и другие фигуры на этой фотографии были созданы с использованием новой техники. Фото: Александр О’Брайен

Материалы, имеющие ключевое значение для многих важных применений в аэрокосмической промышленности и энергетике, должны быть способны выдерживать экстремальные условия, такие как высокие температуры и растягивающие напряжения, без сбоев. Команда инженеров под руководством Массачусетского технологического института сообщает о простом и недорогом способе укрепления одного из ключевых материалов, используемых сегодня в таких приложениях.

Кроме того, команда считает, что их общий подход, который включает в себя 3D-печать металлического порошка, усиленного керамическими нанопроволоками, может быть использован для улучшения многих других материалов. «Всегда существует значительная потребность в разработке более эффективных материалов для экстремальных условий. Мы считаем, что этот метод имеет большой потенциал для других материалов в будущем», — говорит Джу Ли, профессор Battelle Energy Alliance в области ядерной инженерии и профессор кафедры материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института (DMSE).

На пути к повышению производительности

Подход команды начинается с Inconel 718, популярного «суперсплава» или металла, способного выдерживать экстремальные условия, при температуре 700 ° C. Они измельчают коммерческие порошки Inconel 718 с небольшим количеством керамических нанопроволок, что приводит к «однородному декорированию нанокерамики на поверхностях частиц Inconel».

Полученный порошок затем используется для создания деталей с помощью лазерной сварки порошкового слоя для 3D-печати. Этот процесс включает в себя печать тонких слоев порошка, каждый из которых подвергается воздействию лазера, который перемещается по порошку, плавя его по определенному рисунку. Затем сверху наносится еще один слой порошка, и процесс повторяется, когда лазер перемещается, чтобы расплавить узор для нового слоя и связать его со слоем ниже. Общий процесс может производить сложные 3D-детали.

Исследователи обнаружили, что детали, изготовленные таким образом из их нового порошка, имеют значительно меньшую пористость и меньше трещин, чем детали, изготовленные только из Inconel 718. А это, в свою очередь, приводит к значительно более прочным деталям, которые также имеют ряд других преимуществ. Например, они более пластичны или растяжимы и обладают гораздо лучшей устойчивостью к радиации и высокотемпературной нагрузке.

Кроме того, сам процесс не дорогой, потому что «он работает с существующими 3D-печатными машинами. Просто используйте наш порошок, и вы получите гораздо лучшую производительность», — говорит Ли.

Оригинал статьи: Emre Tekoğlu et al, Strengthening additively manufactured Inconel 718 through in-situ formation of nanocarbides and silicides, Additive Manufacturing (2023). DOI: 10.1016/j.addma.2023.103478 🔗