• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
09.01.2023
Сколтех
8
11 037

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 / Автор: Екатерина Лебедева

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
Вчера, 17:37
Мария Азарова

Авторы нового исследования выявили три фактора, ответственные за так называемый алкогольный блэкаут — распространенное последствие употребления спиртных напитков, когда человек сталкивается с провалами в памяти.

Вчера, 11:12
Дарья Г.

Ио — самое вулканически активное на сегодня тело в Солнечной системе. Извержения «переделывают» поверхность этого спутника Юпитера быстрее, чем метеориты, и это при том, что обычно тела такой малой массы не могут поддерживать вулканическую активность. В новом исследовании ученые рассчитали, что спутник, вероятно, такой «горячий» на протяжении всего существования. Этот вывод имеет значение для всей системы Юпитера.

Позавчера, 16:49
Андрей

Международная группа геофизиков изучила облик внутреннего ядра Земли, чтобы выяснить, какой у него тип тепловой конвекции. В ходе исследования ученые обнаружили самые горячие и самые холодные точки в центре планеты.

Вчера, 17:37
Мария Азарова

Авторы нового исследования выявили три фактора, ответственные за так называемый алкогольный блэкаут — распространенное последствие употребления спиртных напитков, когда человек сталкивается с провалами в памяти.

19 апреля
Дарья Г.

По оценкам ученых, «свободных» планет в Млечном Пути может быть в 20 раз больше, чем звезд. Так как планеты сами не светятся, разглядеть их сложно: их ищут гравилинзированием, лучше всего обнаруживающим самые массивные планеты типа Юпитера. Но вот удалось найти еще одну такую «сироту», причем не массивную с Юпитер, а земного размера. И ученые уверены, что это лишь первая находка из многих.

Позавчера, 16:49
Андрей

Международная группа геофизиков изучила облик внутреннего ядра Земли, чтобы выяснить, какой у него тип тепловой конвекции. В ходе исследования ученые обнаружили самые горячие и самые холодные точки в центре планеты.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

29 марта
Ольга Иванова

Ученые из США и Швейцарии определили четыре ключевых механизма, задействованных в трансформации личности человека. Но ни один из них не сработает без самого главного — сильного желания измениться.

[miniorange_social_login]

Комментарии

8 Комментариев

Mig Gum
18.01.2023
-
0
+
Композиты подобного рода были получены года назад проволочным методом EBAM в нашем институте. Нам бы их финансирование...
Wadim Romanov
13.01.2023
-
0
+
Сплавы на сплаве. Что за жизнь!
Достойные продолжатели дела рыжего чубайса.
Boar Seller
10.01.2023
-
0
+
А производители этих принтеров такие исследования наверняка уже провели. Ведь эти принтеры далеко не сколковская разработка!
-
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.
Alex Z
10.01.2023
-
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.
Affidavit Donda
09.01.2023
-
2
+
Это в Сколкове путают сплавы и композиционные материалы или учёный опять изнасиловал журналиста?

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
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: