Сэндвич из бронзы и стали: в России создали железо-медный сплав для нужд авиапрома
Подвергая этот образец растягивающим нагрузкам, исследователи определяют прочность и слабые места — это красноватые участки на карте напряжений (вверху слева).
Фото
Константин Макаренко/Сколтех

Специалисты Сколковского института науки и технологий напечатали в 3D-принтере новые сплавы из бронзы и стали. Составляющие при этом брали в разных пропорциях, смешивали однородно или делали «сэндвич», чтобы выяснить, какой вариант композита будет самым удачным. Один из полученных сплавов позволяет делать более стойкие к нагрузкам и температурам двигатели ракет и самолетов.

Железо-медные сплавы были выбраны, потому что композит сохраняет в себе важные свойства обоих своих ингредиентов. Например, жаростойкость стали и теплопроводность бронзы. Такое сочетание идеально подходит для изготовления камеры сгорания двигателя: металл будет выдерживать высокие температуры при работе двигателя и при этом хорошо охлаждаться.

Чтобы составные части сплава не мешали друг другу, ученые выбрали метод 3D-печати. С помощью него можно сделать цельную камеру из композита так, чтобы внутри она была бронзовой, а снаружи стальной. Это только один из вариантов, на которые способна технология с прямым нанесением материалов: порошкообразные компоненты сплавляются лазером во время печати принтера. Команда соединила сталь и бронзу двумя разными способами.

«Квазиоднородные сплавы были изготовлены путем одновременной подачи порошков бронзы и стали из разных питателей установки — материалы были сравнительно равномерно перемешаны. А градиентные структуры („сэндвичи“) — путем чередования осаждения материалов, в результате чего получались слои по 0,25 миллиметра», — объясняют ученые в исследовании, опубликованном в журнале Materials & Design.

Метод печати позволял выращивать снизу вверх длинные бруски сплавов с контролируемым составом, микроструктурой и формой. Эксперименты показали, что материалы совместимы — образцы не деформировались и не расслаивались.

Механические свойства сплавов изучили, взяв частицы для оптической и сканирующей электронной микроскопии, а также испытали на другой специальной аппаратуре, в том числе на разрушение.

Следующим этапом станет исследование реального применения полученного сплава. Разработчики надеются изготовить в институте бронзово-стальную камеру сгорания для испытаний. А также использовать метод для получения других композитов и изделий.

Недавно российские ученые создали другой материал — графин, и он открывает поистине фантастические возможности для науки.

По материалам издания Skoltech.ru.