В НИТУ МИСИС выяснили, что наиболее эффективный метод для создания прочных покрытий деталей в автомобильной и аэрокосмической отрасли, а также в аддитивном производстве, — холодное напыление. Повышенную твердость и износостойкость порошковой смеси на основе алюминиевого сплава придает добавление нитрида циркония.
Образец с напылением и без / © Пресс-служба НИТУ МИСИС
Алюминиевые сплавы широко применяются в автомобилестроении и авиации благодаря их легкости и доступности. Для 3D-печати хорошо подходят сплавы на основе алюминия с добавлением кремния и магния, так как они обладают высокой текучестью, устойчивостью к коррозии и механической стабильностью даже при повышенных температурах.
«Несмотря на все достоинства алюминиевого сплава, детали из этого материала имеют сравнительно невысокую твердость и износостойкость. Для улучшения этих характеристик используют различные методы обработки поверхностей, такие как лазерная наплавка, анодирование и термическое напыление. Однако высокотемпературные методы могут привести к изменению химического состава материала, возникновению остаточных напряжений и микротрещин. Более современным способом является холодное напыление, которое позволяет наносить покрытия без нагрева до высоких температур», — рассказала кандидат технических наук Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические материалы» НИТУ МИСИС.
Для метода холодного напыления создаются порошковые смеси с добавлением укрепляющих компонентов, например, керамических частиц, таких как нитрид циркония. Основные задачи — свести к минимуму потери частиц в процессе напыления и определить оптимальное содержание добавки, необходимое для достижения наилучшего результата.
Ученые НИТУ МИСИС получили порошки с композиционными частицами, а также изучили влияние количества и распределения частиц нитрида циркония на структуру, твердость, жесткость и износостойкость композиционных покрытий. Порошки с 10 процентами добавки оказались неэффективны, и даже ухудшали сцепление слоев и снижали твердость и износостойкость материалов. В порошках, содержащих 30 процентов нитрида циркония, частицы равномерно распределялись внутри матрицы сплава, что позволило создать плотные покрытия и снизить потерю керамических частиц в процессе напыления с 50 до двух процентов.
«Применение композиционных покрытий с 30 процентами нитрида циркония продемонстрировало наилучший результат. Прочность, твердость, модуль упругости и износостойкость подложки (алюминиевого сплава) значительно увеличились, что особенно перспективно для применения в автомобильной и аэрокосмической промышленностях, где требуются легкие материалы с превосходными механическими характеристиками», — добавил кандидат технических наук Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы».
Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Advanced Engineering Materials (Q1), способствуют развитию гибридных технологий аддитивного производства, объединяющих 3D-печать и холодное напыление.
