Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии селективного лазерного плавления композитных порошковых материалов с высоким содержанием твердых упрочняющих фаз для получения функциональных жаростойких изделий с повышенным комплексом механических свойств для использования в авиакосмической отрасли.

Докладчик: Гусаров Андрей Владимирович

Должность: Преподаватель-исследователь , Преподаватель-исследователь (enseignant chercheur). Национальная инженерная школа Сент-Этьена (ENISE), Франция

Цель проекта:
1. К настоящему времени разработано множество керамических и металло-керамических материалов, отличающихся повышенной механической прочностью, износо-, термо- и коррозионной стойкостью, широкое применение которых сдерживается трудностью получения из них деталей заданной геометрической формы традиционными методами спекания и механической обработки. Применение послойного формования из порошков методом селективного лазерного плавления (СЛП) могло бы решить эту проблему. СЛП принципиально не ограничено сложностью геометрической формы и тугоплавкостью материала. Более того, высокие скорости охлаждения порядка 106 К/с, характерные для этого процесса, часто обеспечивают получение наноструктурированного материала с повышенными прочностью и износостойкостью. 2. Разработка инновационной технологии селективного лазерного плавления порошков функциональных композитных материалов для получения изделий сложной геометрической формы для авиационно-космической техники, обладающих повышенной механической прочностью и жаростойкостью.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Нахождение жаростойких композиций с повышенными механическими и теплофизическими характеристиками, трудно обрабатываемых традиционными методами и поддающихся формованию методом СЛП.
- Нахождение оптимальных устойчивых технологических режимов СЛП для выбранных материалов.
- Получение объёмных образцов с пористостью меньше 10% без микротрещин и с механической прочностью не хуже, чем у того же материала, полученного традиционными методами порошковой металлургии.
2. Изделия изготовленные методом СЛП принципиально не ограничено сложностью геометрической формы и тугоплавкостью материала. Более того, высокие скорости охлаждения порядка 106 К/с, характерные для этого процесса, часто обеспечивают получение наноструктурированного материала с повышенными прочностью и износостойкостью.
3. Технология СЛП уже разработана для ряда металлических материалов, на примере которых подтверждаются вышеуказанные преимущества. Накопленный опыт показывает, что СЛП очень чувствительно к выбору материала. Распространение этого метода на новые материалы ставит ряд научных и технологических задач, связанных, например, с кинетикой консолидации используемого порошка и формированием остаточных напряжений, на решение которых и направлен предлагаемый проект.
4. Сразу после появления технологии СЛП возник интерес к получению с её помощью различных композитов с металлической матрицей. Например, Лауи с соавторами ещё в 1999 г. исследовали ситему WC-Co, а Ли с соавторами – систему TiC -инвар в 2000 г. В дальнейшем список опробованных композитов для СЛП расширялся, хотя не все полученные материалы были удовлетворительного качества. Шишковский с соавторами получил образцы из смеси порошков ZrO2 и Al и композиты AlN-Al и TiN-Ti. При этом не удалось исключить остаточную пористость и отдельные трещины. Крахмалёв и Ядройцев получили композит SiC-Ti без пор, но с трещинами.
5. Перспективным направлением улучшения механических свойств твёрдых сплавов считается уменьшение размера зерна и получение наноструктурированных композитов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Авиастроение, авиадвигателестроения, космическая отрасль.
2. В России много больших предприятий, имеющих возможность и будущую потребность внедрять инновационные материалы и технологии в технологический процесс, чтобы иметь конкурентоспособность в России и на международной арене. Исходя из термо-физических и механических свойств композитных порошковых материалов, возможных применений, а также возможностей аддитивных методов производства, представим перечень потенциально заинтересованных предприятий:
- НПО «Салют», г. Москва (заинтересованность: материалы и технологии);
- ОАО «НИАТ» г. Москва (заинтересованность: материалы и технологии);
- «Казанский завод авиадвигателестроения», г. Казань (заинтересованность: материалы и технологии);
- «Пермский завод авиадвигателестроения», г. Пермь (заинтересованность: материалы и технологии).
3. Планируется проведение комплекса работ для информирования общественности о результатах выполнения ПНИ. Представление результатов выполнения работ планируется на профильных международных конференциях.

Текущие результаты проекта:
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы. Проведены патентные исследования. Обосновано и выбрано направления исследований в рамках проекта. Разработана методика подготовки исходных материалов (порошков) для получения функциональных композитных материалов методом селективного лазерного плавления. Разработана технологическая инструкция получения тестовых образцов простой геометрической формы. Разработана методика получения тестовых образцов из композиционных материалов с использованием технологии селективного лазерного плавления.