Разработка научно-технологических основ процесса синтеза функционально-градиентных титановых сплавов методом селективного лазерного плавления

В качестве исходного сырья для изготовления металлических изделий с помощью аддитивных технологий используются порошковые материалы. Производители оборудования для аддитивного производства предъявляют ряд требований к исходным порошковым материалам, в частности порошковые частицы должны иметь сферическую форму, иметь минимальное количество внутренних и поверхностных дефектов, соответствовать определенному химическому и гранулометрическому составу. Порошки для аддитивных технологий, как правило, производят с помощью технологий газовой или плазменной атомизации расплава. В связи со сложностями при производстве порошков сложных сплавов для аддитивных технологий номенклатура коммерчески доступных порошков для аддитивного производства в настоящий момент существенно ограничена. Основными мировыми лидерами в области производства порошковых материалов для аддитивных технологий являются европейские компании Sandwik Osprey (Швеция), LPW Technology (Великобритания), TLS Technik GmbH & Co (Германия), AMETEK SMP (США) в основном использующие технологию газовой атомизации, а также канадская компания Raymor, применяющая плазменную атомизацию, для получения высококачественных порошковых материалов. На сегодня характеристики производимых порошков явно лимитируют область применения аддитивных технологий. Производится узкий спектр порошков по химическому составу. С формой частиц, гранулометрией (низкая доля пригодных фракций), качеством порошков (газовая пористость, сателлиты и т.д.) очень много проблем. В результате нельзя реализовать возможности по обеспечению свойств конструкционных и функциональных материалов, а также получить высокую точность изготовления и качество поверхности.Решение этой проблемы можно найти при применении альтернативных методов для изготовления изделий из сложных сплавов с помощью аддитивных технологий. Одним из таких направлений является использование механической смеси порошков отдельных элементов сплава для изготовления из нее изделий методами послойного синтеза, в результате которого будет осуществляться in-situ синтез необходимого сплава. Использование порошков отдельных элементов для получения порошковой смеси сплава и последующего синтеза с помощью метода селективного лазерного плавления позволит значительно расширить номенклатуру материалов, применяемых в аддитивных технологиях, при их относительно невысокой стоимости по сравнению с методами атомизации порошковых сплавов.Одной из проблем при in-situ синтезе сложных сплавов может являться неполная растворимость компонентов в процессе синтеза из-за большой разницы в температуре плавления элементов, что отрицательно влияет на химическую однородность получаемого материала. Для того, чтобы решить данную проблему предлагается использование механического легирования (механосинтеза) компонентов сплава для получения однородного твердого раствора отдельных элементов и, как следствие, снижение их температуры плавления. Это позволит уже непосредственно в процессе синтеза с помощью технологий аддитивного производства получать материал с более однородным химическим составом.Особенно актуальной является разработка метода получения сложнолегированных титановых сплавов из элементных порошков с помощью аддитивных технологий, т.к. эти сплавы находят широкое применение в различных областях промышленности (например, медицина, авиастроение), а получение порошков таких сплавов для аддитивных технологий связано с наибольшим количеством трудностей, требует дорогостоящего оборудования, что приводит к высокой стоимости такого сырья.Проведение исследований с целью определения фундаментальных и прикладных аспектов возможностей использования технологий аддитивного изготовления (последовательного добавления материала) для синтеза функционально-градиентных материалов и конструкций с использованием теоретических и экспериментальных подходов позволят сформировать научно-технологические-основы оптимизации, моделирования и проектирования изделий с градиентными свойствами и улучшенными характеристиками, управления структурно-фазовым составом, создания градиентных зон с переменными свойствами при изготовлении методами аддитивного производства.