Новые материалы для аддитивного производства аэрокосмической техники

Актуальность
Аддитивные технологии, в частности технологии селективного лазерного сплавления, позволяют создавать сложные геометрические конструкции, которые невозможно получить традиционными методами. Однако существующие порошковые сплавы часто обладают недостаточной прочностью или высокой плотностью, что ограничивает их применение в аэрокосмической отрасли. Данный проект направлен на разработку новых сплавов на основе алюминия, титана или никеля с улучшенными механическими свойствами (прочность, жаропрочность, коррозионная стойкость) и пониженной плотностью.
Проблема
Проект направлен на исследование, разработку и испытание новых материалов и аддитивных технологий для нужд аэрокосмической отрасли, с акцентом на снижение веса и повышение прочности конструкций. Проект включает анализ существующих сплавов – изучение свойств коммерчески доступных порошков (Ti6Al4V, Inconel и их российских аналогов). Разработка новых составов сплавов будет основываться на легировании тугоплавкими и редкоземельными элементами, наноструктурировании и модифицировании составов. Оптимизация параметров объемной печати будет проводиться по известным технологиям (СЛС/СЭЛС) для новых сплавов. Для контроля свойств разработанных материалов будут проводиться механические и термомеханические испытания (прочность, усталостная долговечность, жаростойкость и др). Далее будет проводиться сравнение со сплавами-аналогами и подготовка к лабораторно-промышленным испытаниям.
Цель
В результате реализации проекта планируется получить комплекс научно-технических и практических результатов, которые внесут вклад в развитие аддитивных технологий для аэрокосмической отрасли. Прежде всего, будут разработаны не менее 1-2 новых состава порошковых сплавов для селективного лазерного плавления, обладающих улучшенными характеристиками по сравнению с существующими аналогами: снижением плотности на 10-15% относительно стандартного Ti6Al4V, повышением прочности до 1100 МПа и улучшением жаростойкости до 600-650°C. Параллельно будут оптимизированы параметры 3D-печати для новых сплавов и создана комплексная база данных "структура-свойства".
Задачи
В течение первого года реализации проекта будут последовательно выполнены следующие ключевые этапы: 1) Литературный обзор и анализ существующих решений (1-2 месяц). Анализ современных порошковых сплавов, используемых в аддитивном производстве для аэрокосмической отрасли. Будет определен химический состав, микроструктура и механические свойства коммерчески доступных материалов. 2) Разработка опытных партий новых составов сплавов (3-6 месяц). На основе полученных данных будут разработаны первые составы порошковых и композиционных материалов. В лабораторных условиях будут синтезированы опытные партии порошков с различным химическим составом и гранулометрическим распределением. 3) Экспериментальная печать образцов (7-9 месяц). Будут отработаны первые технологические параметры селективного лазерного спекания для новых сплавов. Оптимизированы ключевые параметры: мощность лазера, скорость сканирования, толщину слоя и стратегию сканирования. Далее будут подобраны тестовые образцы для проведения механических испытаний (прочность, жаростойкость). 4) Комплексные испытания (10-12 месяц) будут включать полный цикл механических испытаний разработанных материалов, а именно: испытания на сжатие и/или растяжение, усталостные испытания 5) Исследование жаропрочности. Будут проведены микроструктурные исследования методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгенофазового анализа (РФА) для установления взаимосвязи между составом сплава, его структурой и свойствами.
Результат
В результате реализации проекта планируется получить комплекс научно-технических и практических результатов, которые внесут вклад в развитие аддитивных технологий для аэрокосмической отрасли. Прежде всего, будут разработаны не менее 1-2 новых состава порошковых сплавов для селективного лазерного плавления, обладающих улучшенными характеристиками по сравнению с существующими аналогами: снижением плотности на 10-15% относительно стандартного Ti6Al4V, повышением прочности до 1100 МПа и улучшением жаростойкости до 600-650°C. Параллельно будут оптимизированы параметры 3D-печати для новых сплавов и создана комплексная база данных "структура-свойства". На практическом уровне проект позволит изготовить и испытать прототипы компонентов, таких как крепежные элементы и кронштейны, доведя уровень технологической готовности до 3. Будут подготовлены детальные рекомендации по внедрению разработок в производственный цикл.
Партнёры проекта
—
***