Если вести речь о металлических градиентных магнитных материалах (например, для изготовления роторов двигателей, трансформаторов и проч.), то получают их спеканием или прессованием порошков двух металлов, один из которых (допустим, А) обладает магнитными свойствами, другой же (Б) — немагнитен. Образующееся изделие на одном конце может состоять на 100% из металла А, а на другом — на 100% из металла Б. Между этими крайними точками магнитные свойства продукта плавно изменяются.
Сотрудники лаборатории аддитивного производства Сколтеха вместе с коллегами из Белгородского государственного национального исследовательского университета, НИЦ «Курчатовский институт» и Санкт-Петербургского государственного морского технического университета впервые получили сплав с градиентными магнитными свойствами, напечатав его на 3D-принтере.
Главное преимущество 3D-печати — возможность создавать объекты очень сложной формы, производить которые с помощью традиционных литья, проката, штамповки или механической обработки слишком дорого либо невозможно. Кроме того 3D-печать обеспечивает низкий уровень отходов. Однако изделия по этой технологии, как правило, изготавливаются целиком из однородного материала или однородной смеси и, соответственно, однородны по свойствам.
В качестве исходных компонентов для 3D-печати сплава с градиентными магнитными свойствами взяли немагнитные сплавы — алюминиевую бронзу Cu-12Al-2Fe и аустенитную* нержавеющую сталь 316L (аналог отечественной стали 08Х17Н13М2, содержащей 16—18% хрома, 10—14% никеля, 2—3% молибдена). Оба материала — парамагнетики, то есть в отсутствии сильного магнитного поля они не притягиваются магнитом. Однако при их смешении образуется так называемый мягкомагнитный ферромагнетик. У получаемого сплава наблюдались ферромагнитные свойства разной степени в зависимости от соотношения исходных компонентов.
Градиентный магнитный сплав получили на 3D-принтере InssTek MX-1000, который работает по принципу наплавки материала при помощи направленного энергетического воздействия: подаваемый порошкообразный материал плавится лазерным лучом.
Исследователи объяснили, как у сплава парамагнетиков возникают ферромагнитные свойства. Оба исходных сплава — и алюминиевая бронза, и аустенитная нержавеющая сталь — кристаллические материалы с так называемой гранецентрированной кубической кристаллической решёткой. Однако при их комбинации образующийся сплав имеет объёмноцентрированную кубическую структуру, которая магнитна.
Градиентные мягкомагнитные сплавы могут найти применение в машиностроении, например для производства электродвигателей. Метод же наплавки материала при помощи направленного энергетического воздействия позволяет не только получать градиентные материалы, используя 3D-печать, но и открывать новые сплавы. Кроме того, поскольку эта технология высокоэффективна, она пригодна для быстрого изготовления крупногабаритных деталей.
Статья с описанием результатов исследования опубликована в «The Journal of Materials Processing Technology».
По информации PR-службы Сколтеха.
Лазерная наплавка — метод нанесения материала при помощи лазерного луча. Международное обозначение — Laser Metal Deposition (лазерное осаждение металлов), сокращённо LMD. Также это Direct Metal Deposition (DMD, прямое осаждение металлов) или Direct Energy Deposition (DED, плавка лазером). Процесс простой: лазер создаёт на поверхности детали плавильную ванну. Через сопло автоматически подаётся металлический порошок. Возникают сваренные друг с другом валики, структуры на имеющихся основных корпусах или даже целые детали. В процессе можно задействовать несколько резервуаров для порошка и с их помощью составлять собственные сплавы. Сочетание различных материалов позволяет создавать многослойные структуры. Процесс отличается высоким качеством, точностью и скоростью выполнения.
Метод применяется в таких отраслях, как авиация, космонавтика, энерготехника, нефтяная химия, автомобилестроение и медицинское оборудование.
Комментарии к статье
* Аустенит — твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в железе. Структура аустенита характерна для нержавеющих сталей, содержащих никель.
