От охлаждения энергоустановок до электроники: в «Сколтехе» освоили 3D-печать медными сплавами

Коллаборация ученых из «Сколтеха» и профильных исследовательских центров России и Индии успешно адаптировала методы аддитивного производства для работы с алюминиевой бронзой. Данный сплав считается крайне востребованным материалом для создания элементов силовой электроники и теплообменных систем, функционирующих в экстремальных температурных режимах, сообщили в пресс-службе университета.

Алюминиевая бронза привлекательна благодаря своей исключительной теплопроводности и пригодности к 3D-печати, однако в процессе лазерного синтеза возникают сложности, обусловленные высоким коэффициентом отражения материала и интенсивным теплоотводом. Эти физические особенности зачастую приводят к возникновению дефектов структуры, таких как поры несплавления и пустоты, формирующиеся в «замочной скважине» лазера.

В ходе экспериментов специалисты варьировали показатели плотности энергии путем изменения мощности лазерного излучения и темпа сканирования. Выяснилось, что дефицит энергии провоцирует дефекты несплавления, тогда как ее избыток ведет к образованию пор «замочной скважины». Несмотря на это, удалось добиться стабильного уровня остаточной пористости, не превышающего 5% при любых выбранных режимах.

Полученные изделия продемонстрировали превосходство над литыми аналогами по ряду механических параметров: прочность на разрыв достигала 748 МПа при относительном удлинении до 16,2%.

Особый интерес для исследователей представила трансформация фазового состава. Условия сверхбыстрого охлаждения привели к формированию необычных фаз, которые не встречаются в структуре равновесного сплава. Увеличение подводимой энергии способствовало сокращению доли фазы, отвечающей за твердость, но при этом положительно сказывалось на электро- и теплопроводности металла.

Замеры показали, что теплопроводность напечатанных образцов достигает 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре. Это практически соответствует показателям классического литья, при том, что прочностные свойства напечатанных деталей значительно выше. Такой результат открывает путь к серийному изготовлению геометрически сложных теплотехнических компонентов с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Важным итогом исследования стало выявление закономерности между плотностью дислокаций и электротеплофизическими свойствами материала. Полученные данные позволяют с высокой точностью предсказывать конечные свойства изделий еще на стадии настройки параметров 3D-печати.

Источник: iXBT