Микро- и макроархитектоника моно- и полиметаллических объемно-структурированных гетерогенных и градиентных материалов, полученных с использованием технологии электронно-лучевого проволочного аддитивного производства

Целю проекта является разработка на основе подхода нестационарной локальной металлургии научно обоснованных методов создания моно-и полиметаллических объемно-структурированных гетерогенных и градиентных материалов с использованием технологии проволочного электронно-лучевого аддитивного производства, развитие концепции управляемой внутренней архитектоники для создания материалов с новыми функциональными характеристиками. Развитие аддитивных технологий, использующих в качестве источника нагрева направленные потоки энергии, является одним из приоритетов в современном машиностроении. Основная часть публикаций по этой теме относится к разработке методов 3Д печати изделий из труднообрабатываемых и дорогих материалов, в частности, титановых и жаропрочных сплавов. Использование аддитивного производства позволяет сократить затраты времени и материала, так как обеспечивает получение деталей заданной формы (near net shape)), которые требуют минимальной механической обработки. Однако, для полноценного внедрения аддитивных технологий в производство необходимы всесторонние исследования процессов формирования структуры и механических свойств для обеспечения максимальных функциональных характеристик получаемых изделий. Помимо этого, существует задача изготовления изделий из разнородных материалов на основе различных металлов и сплавов, так как в некоторых применениях необходимо изготовление отдельных частей детали из материалов с разными физико-химическими свойствами. Для этого требуется решить задачу формирования полиметаллических и градиентных изделий, а также определить оптимальные способы их получения методом ЭЛАП. Производство изделий из жаропрочных никелевых сплавов является дорогостоящим процессом и здесь также целесообразен переход от традиционных технологий к аддитивному производству. Условия локальной металлургии в аддитивном процессе позволяют добиться высоких значений температурного градиента, что дает возможность обеспечивать формирование изделий с направленной структурой. Следующим приоритетом аддитивных технологий является их применение для получения поверхностно упрочненных или объемных гетерогенных и композиционных материалов. Введение частиц оксидов металлов в металлическую матрицу способствует увеличению сопротивления ползучести и жаростойкости. Однако, формирование объемных структур с требуемым содержанием частиц или с градиентом их распределения является трудоемкой и зачастую недостижимой задачей при использовании традиционных подходов. Решение этой проблемы возможно путем применения комбинированной технологии ЭЛАП, сочетающей в себе порошковую и проволочную подачу филамента. Ранее эта технология нами была успешно применена для получения градиентного гетерогенного материала CuAl-B4C. Управляя составом и объемным содержанием частиц можно контролировать физико-механические свойства материала. При создании направленного градиента содержания частиц можно формировать изделие, сочетающее в себе ряд ранее несовместимых свойств (прочность, пластичность, жаростойкость и обрабатываемость) и тем самым обеспечить выполнение широко круга требований современной промышленности. Гетерогенные и градиентные материалы на основе меди и стали могут быть изготовлены аддитивным методом для охлаждаемых оболочек / покрытий, рекомендованных для защиты конструкций, например, от воздействия удерживаемой в реакторе типа Токамак высокотемпературной плазмы. Ожидаемые результаты проекта могут быть применены для упрочнения поверхностей и объемов изделий, полученных аддитивным методом, а также для проектирования изделий, где необходимо соединение разнородных материалов.