Более эффективным методом для создания прочных покрытий у деталей в автомобильной и аэрокосмической отрасли, а также в аддитивном производстве, является холодное напыление, выяснили ученые Университета МИСИС. Повышенную твёрдость и износостойкость порошковой смеси на основе алюминиевого сплава придает добавление нитрида циркония.
Алюминиевые сплавы широко применяются в автомобилестроении и авиации благодаря их легкости и доступности. Для 3D-печати хорошо подходят сплавы на основе алюминия с добавлением кремния и магния, так как они обладают высокой текучестью, устойчивостью к коррозии и механической стабильностью даже при повышенных температурах.
«Несмотря на все достоинства алюминиевого сплава, детали из этого материала имеют сравнительно невысокую твердость и износостойкость. Для улучшения этих характеристик используют различные методы обработки поверхностей, такие как лазерная наплавка, анодирование и термическое напыление. Однако высокотемпературные методы могут привести к изменению химического состава материала, возникновению остаточных напряжений и микротрещин. Более современным способом является холодное напыление, которое позволяет наносить покрытия без нагрева до высоких температур», — рассказала к.т.н. Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические материалы» НИТУ МИСИС.
Для метода холодного напыления создаются порошковые смеси с добавлением укрепляющих компонентов, например, керамических частиц, таких как нитрид циркония. Основные задачи — свести к минимуму потери частиц в процессе напыления и определить оптимальное содержание добавки, необходимое для достижения наилучшего результата.
Ученые НИТУ МИСИС получили порошки с композиционными частицами, а также изучили влияние количества и распределения частиц нитрида циркония на структуру, твёрдость, жёсткость и износостойкость композиционных покрытий. Порошки с 10% добавки оказались неэффективны, и даже ухудшали сцепление слоев и снижали твердость и износостойкость материалов. В порошках, содержащих 30% нитрида циркония, частицы равномерно распределялись внутри матрицы сплава, что позволило создать плотные покрытия и снизить потерю керамических частиц в процессе напыления с 50% до 2%.
«Применение композиционных покрытий с 30% нитрида циркония продемонстрировало наилучший результат. Прочность, твердость, модуль упругости и износостойкость подложки (алюминиевого сплава) значительно увеличились, что особенно перспективно для применения в автомобильной и аэрокосмической промышленностях, где требуются легкие материалы с превосходными механическими характеристиками», — добавил к.т.н. Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы».
Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Advanced Engineering Materials (Q1), способствуют развитию гибридных технологий аддитивного производства, объединяющих 3D-печать и холодное напыление.
