Научный коллектив из НИТУ «МИСиС» совместно с инженерами ОК «РУСАЛ» разработал передовую технологию создания алюмоматричных композитных порошков для аддитивного производства сильных и легких деталей авиационной и автомобильной техники. Эта технология открывает новые возможности для 3D-печати высокопрочных корпусов, предоставляя материалам отличную однородность и увеличенную твердость – показатели улучшены на 40% по сравнению с предыдущими аналогами.
Уникальные свойства алюминиевых композитных материалов
Алюмоматричные композиты представляют собой современные материалы, в которых сочетаются небольшая масса, поразительная прочность, низкий коэффициент теплового расширения и высокая устойчивость к износу. Благодаря таким характеристикам они становятся незаменимыми при производстве летательных аппаратов, инновационной техники для обороны и транспорта нового поколения, а также сложных автомобильных конструкций.
Формирование подобных свойств достигается путем объединения особого химического состава с технологией селективного лазерного сплавления (SLM) в 3D-принтерах. Итоговый порошок состоит из алюминиевых сферических частиц, укрепленных керамическими компонентами или слоем оксида алюминия, что позволяет достичь высокой механической прочности и надежности в эксплуатации.
Роль оксида алюминия: фундамент надежности
Акцент в технологической разработке сделан на внедрении оксида алюминия (Al2O3) как армирующего компонента. Такой подход существенно усиливает ключевые характеристики композита: проведенные эксперименты показали, что прочность итогового материала увеличивается с 64% до 100% в сравнении с чистым алюминием. Оксид алюминия также повышает термостойкость порошка, обеспечивая стабильную работу в условиях высоких температур, что критично для авиационной промышленности. Кроме этого, использование Al2O3 в композиции гарантирует устойчивость свойств конечного продукта – порошок остается стабильным даже при длительной эксплуатации и изменениях внешней среды.
Инновационный гидротермальный подход от специалистов НИТУ «МИСиС» и ОК «РУСАЛ»
Специалисты НИТУ «МИСиС» и ОК «РУСАЛ» внедрили метод гидротермального окисления, при котором на поверхности каждой сферической частицы ультрачистого алюминия формируется прочная оксидная оболочка строго определенной толщины. Такая «упаковка» из оксида алюминия становится армирующим каркасом композита и обеспечивает максимальную равномерность свойств порошка по всей массе. В результате получается материал, который превосходно подходит для современных аддитивных методов производства, где от порошка требуется не только высокая прочность, но и однородность.
Технология основана на in situ-подходе — композитная структура формируется непосредственно внутри каждой алюминиевой частицы. Как поясняет руководитель научной группы, профессор Александр Громов, ультрачистый алюминиевый порошок подвергается гидротермальному воздействию в течение получаса в автоклаве, после чего на поверхности образуется слой оксида алюминия с содержанием Al2O3 от 10 до 20 массовых процентов. После формирования защитной оболочки порошок проходит специальную термообработку в интервале температур 150–600°C, что дополнительно укрепляет финальные свойства материала.
Преимущества и вклад команды Алексея Арнаутова
Алексей Арнаутов, директор по новым проектам ОК «РУСАЛ» и один из разработчиков технологии, подчеркивает важные достоинства изобретенного метода. Основное преимущество в том, что частицы получаются исключительно активными и однородными — достигнуть такого эффекта при альтернативных способах (например, путем добавления керамики в расплав металла) невозможно. Благодаря этому появляется возможность выпускать особо прочные и надежные композиты для самых ответственных задач в авиастроении и промышленности.
Такая технология не только повышает конкурентоспособность отечественных предприятий в области металлопорошкового производства, но и прокладывает дорогу к новым проектам по созданию инновационных образцов техники, где требуется сочетание легкости, прочности и стабильности на протяжении всего срока службы изделия.
Вдохновляющие перспективы для российской промышленности
Успех разработки подтверждает высокий научный потенциал и производственную компетентность команды, включающей экспертов НИТУ «МИСиС» и ОК «РУСАЛ». В настоящее время идет реализация серии испытаний, направленных на проверку новых композитов в условиях реального аддитивного производства. Специалисты тестируют характеристики полученного порошка при создании авиадеталей сложной формы, а также изучают возможности масштабирования технологии для массовых применений.
Эта инновация нацелена на обеспечение отечественной промышленности уникальными материалами, которые позволят создавать легкие, прочные и надежные компоненты для различных отраслей экономики. Оптимистичный настрой специалистов и уверенность в успехе подчеркивают уверенное движение к новым вершинам отечественного материаловедения и машиностроения.
Стратегическое значение для будущего авиации и автомобилестроения
Инновационная технология, представленная специалистами под руководством Александра Громова и Алексея Арнаутова, не только отвечает насущным запросам авиационной и транспортной отрасли, но и ориентирована на перспективу развития отечественного производства композитов мирового уровня. В будущем ожидается дальнейшая адаптация и совершенствование метода для других видов металлов и технологических применений, что особенно важно для развития российских технологий и укрепления их позиций на глобальном рынке высоких технологий.
Таким образом, союз научного и производственного опыта НИТУ «МИСиС» и ОК «РУСАЛ» дает впечатляющие результаты, двигая вперед инновационный прогресс отечественной авиакосмической и транспортной индустрии. Достигнутые прорывы убеждают, что у российской научной школы впереди светлое и успешное будущее.
Источник: scientificrussia.ru
