Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) представили инновационную методику аддитивного производства, позволяющую синтезировать сверхпрочные высокоэнтропийные сплавы с идеально однородной кристаллической решеткой. Основа метода заключается в использовании лазерного луча в качестве инструмента для интенсивного динамического перемешивания металлического расплава непосредственно в процессе формирования детали.
Традиционно получение высокоэнтропийных сплавов (HEA) сопряжено с серьезными технологическими трудностями. В классической металлургии доминирует один базовый компонент, тогда как в HEA сочетаются несколько металлов в практически равных долях. Такая комбинация наделяет материал исключительной твердостью и жаропрочностью, однако в процессе кристаллизации элементы склонны к сегрегации, что приводит к появлению неоднородностей и снижению эксплуатационных качеств материала.
Для преодоления этого барьера ученые модифицировали стандартный процесс лазерного спекания металлического порошка. В обычных условиях лазер перемещается по линейным траекториям, однако специалисты NIST внедрили алгоритм «петлеобразного» движения луча. Это создает внутри расплавленной ванны устойчивые вихревые потоки, которые принудительно перемешивают компоненты, препятствуя их расслоению.
Ключевым достижением стало создание специализированного программного обеспечения, адаптирующего работу штатного оборудования под сложные траектории лазерного пучка. Важно, что данная технология не требует аппаратных модификаций 3D-принтеров — для внедрения метода достаточно лишь обновления управляющих алгоритмов.
Эффективность концепции была протестирована на сплаве RHEA-19 в сочетании с титаном. Мониторинг процесса осуществлялся на базе Аргоннской национальной лаборатории с помощью источника синхротронного излучения Advanced Photon Source. Рентгеновская съемка подтвердила, что активное «перемешивание» лазером обеспечивает идеальную дисперсию легирующих элементов.
Это открытие закладывает фундамент для концепции «аддитивного синтеза сплавов на лету». В перспективе отпадет необходимость в предварительном изготовлении специализированных порошков: принтер сможет смешивать базовые компоненты прямо во время печати, подобно тому, как струйный принтер формирует палитру цветов из основных чернил.
Технология сулит революционные изменения в аэрокосмической промышленности, энергетике и производстве специализированного оборудования. Она позволит печатать детали с программируемыми свойствами, где плотность, прочность или термостойкость отдельных зон варьируются в зависимости от нагрузки, что исключает потребность в громоздких механических соединениях компонентов.
Источник: iXBT
