• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
9 января
Сколтех
8
10 774

Ученые сплавили бронзу и сталь, чтобы улучшить двигатели ракет и самолетов

4.7

Исследователи из Сколтеха напечатали на 3D-принтере образцы из прежде не изученных сплавов стали и бронзы и определили их механические характеристики. Сочетая в себе ценные свойства обоих основных компонентов, эти новые железо-медные сплавы могут найти применение в двигателях самолетов и ракет: можно изготовить камеру сгорания, которой сталь придаст высокую жаростойкость, а бронза — необходимую теплопроводность, чтобы не допускать перегрева.

Чередующиеся участки бронзы и стали в сплаве, полученном исследователями Сколтеха. Для масштаба наложена линейка: 1 единица — 0,1 миллиметра / ©Константин Макаренко и другие / Materials & Design

Исследование опубликовано в журнале Materials & Design. «У технологии 3D-печати большие возможности для изготовления композитов — материалов, состоящих из двух разнородных компонентов и наследующих их свойства, — рассказывает доцент Центра технологий материалов Сколтеха Игорь Шишковский. — Скажем, у стали высокая жаростойкость, и она выдерживает температуры камеры сгорания работающего двигателя.

Но по теплопроводности сталь заметно уступает, например, бронзе, то есть охлаждающая жидкость не успевает забирать тепло, чтобы эффективно предотвращать перегрев. Так вот, на 3D-принтере можно сделать цельную композитную камеру с плавным, бездефектным переходом: внутри она бронзовая и потому хорошо охлаждается, снаружи — стальная, поэтому не происходит разрушения».

Изготовленный материаловедами Сколтеха в рамках исследования брусок из квазигомогенного сплава бронзы и стали / ©Константин Макаренко / Сколтех

Шишковский руководил научной группой, которая впервые получила и исследовала сплавы бронзы и стали. Для этого ученые использовали технологию 3D-печати с прямым нанесением материала: порошкообразные ингредиенты сплавляются лазером и смешиваются непосредственно в точке изделия, которую в этот момент печатает принтер.

Строго говоря, коллектив из Сколтеха совместил бронзу и сталь двумя разными способами. Во-первых, были получены так называемые квазигомогенные сплавы, в которых два исходных материала сравнительно равномерно перемешаны. Во-вторых, были напечатаны «сэндвичные» структуры, состоящие из чередующихся 0,25-миллиметровых слоев бронзы и стали. Кроме того, варьировалось соотношение между двумя составляющими: 50 и 75 процентов бронзы к 50 и 25 процентам стали соответственно. Изучалось и влияние состава самой бронзы: были испытаны алюминиевая, хромистая и оловянистая бронзы.

В ходе исследования подтвердилось, что составляющие нового железо-медного сплава хорошо смешиваются и не образуется дефектов, и были изучены структурные и механические свойства сплава. Ученые выращивали снизу вверх вертикальные бруски и контролировали их форму, химический состав и микроструктуру. «Когда что-то идет не так, прямо в процессе печати форма образца может заметно искажаться или он может расслаиваться. Обычно это значит, что либо используемые материалы несовместимы, либо плохо подобраны условия 3D-печати», — поясняет Шишковский.

Такую форму имеет металлический образец для механических испытаний. Подвергая его растягивающим нагрузкам, исследователи определяют прочность, слабые места — в частности, красноватые участки на карте напряжений — и характер разрушения / ©Константин Макаренко / Сколтех
 

Не выявив проблем такого рода, ученые перешли к исследованию внутренней структуры при помощи оптической и сканирующей электронной микроскопии. Для этого из разных областей каждого образца извлекали мелкие фрагменты. Наконец, основные механические характеристики были определены в ходе широкого спектра испытаний образцов, вплоть до их разрушения. Полученные при 3D-печати свойства этих материалов приводятся в научной литературе впервые.

Первый автор работы, аспирант Сколтеха Константин Макаренко, добавляет: «Теперь, когда мы знаем, что бронзу и сталь действительно можно сплавлять технологией прямого нанесения материала на 3D-принтере, и знаем механические характеристики этого нового сплава, мы можем исследовать его возможные применения. В перспективе хотелось бы изготовить и испытать в Сколтехе железо-медную камеру сгорания, но могут быть и другие изделия и комбинации металлов. Следующим этапом наших работ будет создание лопаток турбин, каналы охлаждения которых будут сделаны из бронзы, а сама лопатка — из прочного суперсплава. Ключевой момент тут — сочетание сильных сторон двух разных материалов в одном цельном изделии без швов и прочих сочленений». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Сегодня, 07:07
Мария Азарова

Согласно выводам авторов нового исследования, прием витамина D коррелирует с более низкой вероятностью того, что взрослый мужчина предпримет попытку суицида или членовредительства.

Сегодня, 10:33
Сергей Васильев

Эксперименты показали, что инъекции кисспептина могут возвращать сексуальный интерес и тягу к противоположному полу. Метод успешно работает и на мужчинах, и на женщинах, хотя нуждается в дополнительных испытаниях.

4 февраля
Анна Новиковская

В черных дырах заключено множество тайн, и теперь астрономам удалось раскрыть одну из них: почему раскаленные диски вокруг них иногда мерцают.

2 февраля
НИУ ВШЭ

Изучая потребление алкоголя, экономисты и социологи обычно связывают его с условиями жизни людей и их человеческим капиталом: образованием, опытом работы, знаниями. Ученые из Лаборатории исследований рынка труда и Лаборатории экономико-социологических исследований НИУ ВШЭ обратили внимание на некогнитивные навыки, формирующиеся в детстве и подростковом возрасте, и выяснили, что эти качества во многом определяют вероятность злоупотребления спиртным и сокращают степень влияния образования.

31 января
ФизТех

Ученым из МФТИ и ОИВТ РАН удалось построить теоретическую модель для описания процесса роста оксидной пленки на поверхности стали в контакте с тяжелым жидкометаллическим расплавом свинец-висмут — теплоносителем, который может использоваться в реакторах нового поколения на быстрых нейтронах. Оксидная пленка — результат коррозии, но ее образование защищает от очень быстрой (жидкометаллической и межкристаллитной) коррозии. Понимание процесса коррозии стали в контакте с теплоносителем необходимо для обоснования безопасности эксплуатации подобных реакторов.

3 февраля
Василий Парфенов

«Недостаточно комковатая» — так описал обнаруженную аномалию один из авторов нового исследования. В нем на основе наблюдений сразу двух обсерваторий, работающих с разными диапазонами излучений, удалось создать карту распределения материи во Вселенной с беспрецедентной точностью. Благодаря этому выяснилось, что стандартная модель — главная современная теория мироустройства, описывающая все частицы, поля и взаимодействия, кроме гравитации — имеет все шансы быть неполной.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

9 января
Александр Березин

Избыточный вес убивает куда больше людей, чем войны с голодом вместе. До самых недавних пор это объясняли то «мусорным» фастудным питанием, то недостаточными физическими нагрузками. Научные работы показывают: эти гипотезы были неверны. За последние полвека сильно потолстели даже лабораторные животные, корм и нагрузки которых не менялись. Эпидемия лишнего веса действительно убийственна, но ее причина не в калориях или нехватке нагрузки. А в чем же? Naked Science исследует для вас этот вопрос.

[miniorange_social_login]

Комментарии

8 Комментариев

3 недели назад
-
0
+
Композиты подобного рода были получены года назад проволочным методом EBAM в нашем институте. Нам бы их финансирование...
4 недели назад
-
0
+
Сплавы на сплаве. Что за жизнь!
4 недели назад
-
0
+
Достойные продолжатели дела рыжего чубайса.
4 недели назад
-
0
+
А производители этих принтеров такие исследования наверняка уже провели. Ведь эти принтеры далеко не сколковская разработка!
4 недели назад
-
2
+
Очередная тупейшая дичь из разряда - аналогов нет. Даже читая описание, логичным будет использовать медь и сталь. Медь гораздо теплопроводней бронзы и температура плавления выше на 100 градусов. В общем, хрень.
4 недели назад
-
1
+
Какие-то детские игры из кружка Очумелые ручки. Сплав бронзы и жаропрочной стали. Дичь! Это как в анекдоте про скрещивание курицы с дыней-в итоге в яйцах получилось много семечек.
4 недели назад
-
2
+
Это в Сколкове путают сплавы и композиционные материалы или учёный опять изнасиловал журналиста?

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: