Удвоена прочность антифрикционных композитов на алюминиевой основе
В Институте физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) с помощью метода селективного лазерного сплавления получили перспективный композит на основе порошковых смесей алюминия и олова с добавлением алюминидов железа. Такой материал востребован при изготовлении подшипниковых вкладышей узлов трения различных механизмов и установок с уникальными параметрами. Специалисты нашли оптимальные составы порошковых смесей для синтеза, что позволило более чем в два раза повысить прочность получаемых композитов, а также решить проблему возникновения трещин и различных дефектов на их поверхности.
«Сплавы системы Al-Sn являются востребованными в промышленности в качестве антифрикционных материалов в различных узлах трения. Однако алюминий и олово не смешиваются в твердом состоянии, поэтому при охлаждении расплава на границах зерен алюминия обычно образуется оловянная сетка, ослабляющая алюминиевый каркас композита и снижающая его прочность и износостойкость. Частично справиться с этим помогает жидкофазное спекание смеси исходных порошков, однако при этом в процессе нагрева происходит выпотевание олова, выполняющего при эксплуатации изделий важную функцию твердой смазки, а структура полученных спеченных сплавов получается крупнозернистая. Чтобы решить эти проблемы, нужно либо менять составы композитов, либо искать другие методы их получения. Мы выбрали второй вариант, решив использовать широчайшие возможности селективного лазерного сплавления (СЛС)», — рассказал руководитель проекта научный сотрудник лаборатории физики консолидации порошковых материалов ИФПМ СО РАН кандидат технических наук Александр Леонидович Скоренцев.
СЛС — это технология трехмерной печати, суть которой заключается в следующем: по заранее построенной трехмерной модели будущего изделия происходит его послойное формирование при помощи лазера, воздействующего на тонкий порошковый слой по определенной траектории. Благодаря тому, что нагрев, охлаждение и кристаллизация расплава происходят за миллионные доли секунды, удается сформировать такие уникальные мелкодисперсные структуры, получить которые с помощью традиционных методов литья или порошковой металлургии невозможно.
Очень важно оптимальное соотношение ингредиентов: при создании новых перспективных материалов этот фактор — один из значимых. Как показали исследования, сплав алюминия с содержанием 20 объемных процентов олова, полученный методом селективного лазерного сплавления, повышает прочность материала, полученного традиционными методами, примерно в полтора раза. Добавление же в состав сплава алюминидов железа, которые распределяются по границам зерен алюминиевой матрицы, предотвращая формирование нежелательных сетчатых структур олова, позволяет увеличить прочность композита более чем в два раза.
Дальнейшие исследования будут направлены на подбор оптимальных параметров СЛС, прежде всего скорости сканирования и мощности лазерного излучения, а также режимов последующей термообработки, повышающих пластичность изделий (вкладышей подшипников в отечественных узлах трения), с сохранением при этом их высокой прочности.
Исследование выполняется при поддержке РНФ (проект № 25-29-01511).
Источник: Пресс-служба ТНЦ СО РАН