В МИСИС создали сверхпрочный алюминий для 3D-печати в космосе

Материаловеды НИТУ МИСИС разработали технологию производства алюминиевого композита, усиленного наночастицами карбида вольфрама. Новый материал предназначен для 3D-печати деталей сложной геометрии, способных работать в условиях радиационного облучения и экстремальных механических нагрузок.

Стандартные алюминиевые сплавы ценятся за легкость, но пасуют перед жестким излучением и сверхнагрузками. Чтобы адаптировать металл для нужд космоса и атомной энергетики, исследователи добавили в его структуру карбид вольфрама. Этот компонент повышает твердость и поглощает радиацию, однако его внедрение в аддитивное производство раньше считалось проблемным: наночастицы распределялись неравномерно, а порошок терял сыпучесть и забивал принтеры.

Технология «чистой» печати

Коллектив под руководством Дмитрия Московских решил проблему с помощью метода низкоэнергетического планетарного шарового измельчения. Это позволило изготовить порошок силумина с нанодобавками, сохранив его оптимальную плотность и текучесть для бесперебойной подачи в 3D-принтер.

По данным разработчиков, оптимальная концентрация карбида вольфрама составила 1% от общей массы. Такой состав обеспечивает:

• прочность на растяжение около 400 мегапаскалей;
• сохранение пластичности при удлинении на 4%;
• повышенную устойчивость к ионизирующему излучению.

В ходе экспериментов ученые обнаружили, что во время термического цикла печати в структуре материала формируются новые фазы — метастабильный β-вольфрам и интерметаллиды. Как пояснил старший научный сотрудник Андрей Непапушев, эти образования дополнительно усиливают сплав, улучшая его эксплуатационные свойства.

Сейчас образцы проходят испытания облучением ионами криптона, имитирующими длительную работу в открытом космосе. Разработка, поддержанная Российским научным фондом, в перспективе позволит печатать на 3D-принтерах корпуса спутников и узлы ядерных реакторов, объединяя малый вес алюминия с защитными характеристиками тяжелых металлов.