Исследователи из Сколтеха напечатали на 3D-принтере образцы из прежде не изученных сплавов стали и бронзы и определили их механические характеристики. Сочетая в себе ценные свойства обоих основных компонентов, эти новые железо-медные сплавы могут найти применение в двигателях самолётов и ракет: можно изготовить камеру сгорания, которой сталь придаст высокую жаростойкость, а бронза — необходимую теплопроводность, чтобы не допускать перегрева. Исследование опубликовано в журнале Materials & Design.
 |
| Чередующиеся участки бронзы и стали в сплаве, полученном исследователями Сколтеха. Для масштаба наложена линейка: 1 единица — 0,1 миллиметра. |
| Источник: Константин Макаренко и др./Materials & Design |
 |
| Изготовленный материаловедами Сколтеха в рамках исследования брусок из квазигомогенного сплава бронзы и стали. |
| Источник: Константин Макаренко/Сколтех |
Шишковский руководил научной группой, которая впервые получила и исследовала сплавы бронзы и стали. Для этого учёные использовали технологию 3D-печати с прямым нанесением материала: порошкообразные ингредиенты сплавляются лазером и смешиваются непосредственно в точке изделия, которую в этот момент печатает принтер.
Строго говоря, коллектив из Сколтеха совместил бронзу и сталь двумя разными способами. Во-первых, были получены так называемые квазигомогенные сплавы, в которых два исходных материала сравнительно равномерно перемешаны. Во-вторых, были напечатаны «сэндвичные» структуры, состоящие из чередующихся 0,25-миллиметровых слоёв бронзы и стали. Кроме того, варьировалось соотношение между двумя составляющими: 50 и 75% бронзы к 50 и 25% стали соответственно. Изучалось и влияние состава самой бронзы: были испытаны алюминиевая, хромистая и оловянистая бронзы.
В ходе исследования подтвердилось, что составляющие нового железо-медного сплава хорошо смешиваются и не образуется дефектов, и были изучены структурные и механические свойства сплава.
Учёные выращивали снизу вверх вертикальные бруски и контролировали их форму, химический состав и микроструктуру.
 |
| Такую форму имеет металлический образец для механических испытаний. Подвергая его растягивающим нагрузкам, исследователи определяют прочность, слабые места — в частности, красноватые участки на карте напряжений — и характер разрушения. |
| Источник: Константин Макаренко/Сколтех |
Не выявив проблем такого рода, учёные перешли к исследованию внутренней структуры при помощи оптической и сканирующей электронной микроскопии. Для этого из разных областей каждого образца извлекали мелкие фрагменты. Наконец, основные механические характеристики были определены в ходе широкого спектра испытаний образцов, вплоть до их разрушения. Полученные при 3D-печати свойства этих материалов приводятся в научной литературе впервые.
Первый автор работы, аспирант Сколтеха Константин Макаренко, добавляет:
