Ученые из России «приручили» один из самых сложных сплавов для 3D-печати
Исследовательская группа из Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ) и других научных организаций России и Индии провела системное исследование процесса селективного лазерного плавления алюминиевой бронзы. Этот материал перспективен для применения в компонентах, работающих в условиях интенсивного теплового воздействия и требующих эффективного отвода тепла, — например, в теплообменниках, охлаждаемых элементах энергетических установок и корпусах силовой электроники. Результаты открывают возможность производить сложные по форме компоненты с помощью селективного лазерного плавления, которые по прочности и теплопроводности не уступают традиционным литым аналогам, а по ряду характеристик превосходят их.
Алюминиевая бронза (Cu-9.5Al-1Fe) обладает более высокой теплопроводностью, чем сталь и титан, и при этом превосходит чистую медь по технологичности в аддитивном производстве. Однако печать медных сплавов сопряжена с двумя фундаментальными проблемами: высокой отражательной способностью материала и быстрым отводом тепла. Это приводит к образованию дефектов — пор несплавления, когда частицы порошка не успевают полностью расплавиться, и так называемой пористости типа замочной скважины, возникающей из-за образования глубокой паровой воронки в расплаве, которая нестабильна и оставляет после застывания металла пустоты.
В ходе эксперимента ученые варьировали плотность энергии (от 125 до 938 Дж/мм³), изменяя мощность лазера (90-150 Вт) и скорость сканирования (100-600 мм/с). Было установлено, что при низкой плотности энергии преобладают поры несплавления, а при высокой — поры типа типа замочной скважины, характерные для нестабильного режима глубокого проплавления. При этом общий уровень пористости оставался на уровне около 5% во всех режимах. Результаты опубликованы в журнале Materials Characterization.
Несмотря на наличие остаточной пористости, образцы продемонстрировали механические характеристики, превышающие показатели литой алюминиевой бронзы. Предел прочности составил до 748 МПа, а относительное удлинение — до 16,2%, что приближается к параметрам никель-алюминиевой бронзы (Ni-Al-Bronze), традиционно используемой в тяжелонагруженных узлах.
«Нам удалось показать, что даже при использовании оборудования с ограниченной мощностью лазера можно добиться механических свойств, близких к промышленным никель-алюминиевым бронзам. Ключевым фактором оказалось не просто повышение энерговклада, а понимание механизмов перехода между дефектами различного типа. Это позволяет прогнозировать свойства материала еще на этапе подбора параметров печати», — поделился доцент Центра технологий материалов Сколтеха и соавтор работы Станислав Евлашин.
Особое внимание в работе авторы уделили изменению фазового состава. В процессе сверхбыстрой кристаллизации, характерной для лазерного плавления, были обнаружены фазы, нетипичные для равновесной структуры алюминиевой бронзы: прослойки типа Al₂Cu и наночастицы Cu₃Fe. Также было показано, что увеличение плотности энергии приводит к уменьшению фазы, вносящей основной вклад в твердость и прочность материала, но которая оказывает негативное влияние на электро- и теплопроводность. Эти структуры и фазы формируются благодаря скоростям охлаждения до 10⁷ К/с и влияют на баланс прочности и пластичности, а также тепловые характеристики.
«С помощью комплекса подходов — от исследования микроструктуры различными методами микроскопии до измерения физических и механических характеристик — мы установили прямую корреляцию между плотностью дислокаций, теплопроводностью и электропроводностью. Оказалось, что с ростом энерговклада плотность дислокаций снижается и происходит перераспределение алюминия в структуре, что ведет к повышению теплопроводности, но тем не менее без видимого ухудшения механических характеристик. При этом пористость оказывает незначительный эффект», — рассказала Анастасия Филиппова, первый автор работы, аспирант программы «Математика и механика» в Сколтехе.
Измерения теплопроводности проводились в широком диапазоне температур — от 5 до 575 К — с использованием двух независимых методов — PPMS и лазерный флэш-анализ. Авторы показали, что теплопроводность образцов, полученных с высокой плотностью энергии, достигает 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре, что близко к значениям для литого материала, но при значительно более высокой прочности.
Telegram 
Дзен 
VK Проблемы с дыханием во время сна могут отражаться не только на самочувствии днем, но и на интимной жизни мужчин. Новый метаанализ показал, что по мере усугубления таких нарушений во сне показатели эректильной функции снижаются.
Форма шипов розы оказалась механическим компромиссом между режущей способностью и прочностью. Ученые из Дании с помощью силиконовых моделей выявили, что умеренно сплюснутые шипы лучше круглых рассекают мягкую ткань, но при этом не сгибаются и не сминаются под нагрузкой.
Недостаток социальных контактов давно связывают с повышенным риском физических и психических заболеваний, однако их влияние на продолжительность здоровой жизни оставалось неясным. Ученые проанализировали данные 277 тысяч человек и выяснили, что у одиноких и социально изолированных мужчин расчетный период жизни без депрессии и тревожного расстройства был короче почти на шесть лет.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно