14.574.21.0079

Цель работы – 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.

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. Сейчас разрабатываются так называемые аддитивные технологии, принцип которых состоит в том, что функциональные детали и поверхности создаются с помощью послойного наплавления или напыления материала порошка, жидкого полимера или композита. Концепция призвана дополнить традиционное производство, основанное на удалении первичного материала заготовки (например, фрезерование или точение). Применение аддитивных технологий могло бы решить проблему формования деталей из различных материалов с повышенными механическими свойствами, которые трудно обрабатываются обычными методами.

Проект посвящён изготовлению деталей из композиционных материалов с металлической матрицей методом селективного лазерного плавления порошков. Исходя из накопленного опыта исследований и экспериментальных данных,  были выбраны материалы для порошковой композиции. Для улучшения микроструктуры и свойств материала композитные наноструктурированные порошки, изготавливались методом механического сплавления. По разработанной математической модели и экспериментальным исследованиям были найдены устойчивые режимы лазерного плавления композиционного порошкового материала. Состав и структура изготовленных образцов исследовались по средствам сканирующий электронной микроскопии. Полученные образцы подвергались испытаниям на жаростойкость и механическую прочность.

Проанализирована современная научно-техническая, методическая литература по проблеме, выбраны и обоснованы направления исследований в рамках проекта: композитные материалы на базе кобальтовой матрицы с различным содержанием упрочняющего компонента карбида вольфрама. Функционализация материала осуществляется механическим легированием. Предварительно разработана математическая модель и проведены расчеты параметров технологических режимов. На их основании получены первые результаты (параметры технологических режимов) экспериментальных работ с тестовыми образцами простой геометрической формы. Исходные материалы и технологические режимы оптимизировались на этапах экспериментальных работ с тестовыми образцами. Основываясь на этих результатах, были изготовлены лабораторные образцы. Испытания лабораторных образцов на механическую прочность и жаростойкость показали, что образцы выдержали испытания и соответствуют установленным требованиям.
На этапах проекта были разработаны: "Методика и получены результаты исследования исходных материалов (порошков)", "Методика подготовки исходных материалов (порошков)", "Методика металлографических исследований", "Программа и методики экспериментальных исследований по выбору оптимальных исходных материалов и оптимальных технологических режимов", "Технологическая инструкция получения лабораторных образцов методом селективного лазерного плавления и их электронные модели", "Экспериментальные исследования по выбору оптимальных исходных материалов и оптимальных технологических режимов", "Программа и методики исследований экспериментальных образцов сложной геометрической формы". На каждом этапе изготовления, исследования или испытания образцов разрабатывались требования к соответствующим образцам.

Прикладная значимость научно-технических задач, решенных в ходе выполнения проекта, заключается в возможности использования полученного материала для аддитивного изготовления деталей сложной формы, к которым предъявляются повышенные требования по прочности и жаростойкости.