CC BY
13РЕАКЦИОННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОРОШКИ ДЛЯ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ И
АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Московских Д.О., Непапушев А.А., Рогачев А.С.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Черноголовка, Россия
mos@misis.ru
В работе продемонстрирован подход получения реакционных композиционных порошков методом высокоэнергетической механической обработки (ВЭМО) [1,2]. Метод позволяет получать слоистые композитные частицы в диапазоне размеров от десятков микрон до миллиметров, которые обладают повышенной реакционной способностью, например, Ni/Al, Ti/Al, Ti/Ni/Al, Si/С и др. Кратковременный ВЭМО составов, содержащих пластичные металлы, приводит к образованию гетерогенных микроструктур с увеличенной площадью контакта компонентов, а обработка в шаровой мельнице при высоких скоростях в течение более длительного времени позволяет получить однородные твердые растворы и аморфные фазы. Такие реакционные частицы возможно применять в селективном лазерном спекании или плавлении.
Другое применение реакционных порошковых систем — это реакционное искровое плазменное спекание (РИПС). Было показано, что предлагаемый метод позволяет также изготавливать плотную высокотемпературную керамику [З-5], например, на основе SiC, BC, HfC, эквиатомных высокоэнтропийных карбидов Hf Ta Ti Nb Zr C и Hf Ta Ti Nb Mo C. Путем кратковременного высокоэнергетического измельчения металлических и углеродных порошков получены наноструктурированные композитные частицы с элементами, смешанными на субмикронном уровне. В сочетании с уплотнением РИПС позволяет быстро получать керамику с низкой пористостью (<5%) с мелкими (~ 5 мкм) зернами карбида, что приводит к хорошим механическим свойствам. Например, оптимизация условий ВЭМО + РИПС позволяет изготавливать керамику BC с пористостью менее 2%, твердостью ~ З5 ГПа и вязкостью разрушения ~ 4,5 МПа м1/2. SiC твердостью ~ 24 Г4Па и вязкостью разрушения ~ 5 МПа м1/2.
Для получения высокоэнтропийной керамики осуществлялась предварительная подготовка металлических высокоэнтропийных сплавов на основе HfTaTiNbZr и HfTaTiNbMo с помощью ВЭМО, затем для РИПС к сплаву добавляли порошок графита. В итоге были получены образцы с относительной плотностью до 96%, твердостью ЗЗ ГПа и модулем Юнга 57Q ГПа. Керамика HfTa TiuNbZrC с более высокой энтропийной способностью (1QQ (эВ/атом)) была устойчивой к селективному окислению и образованию оксидных фаз во время спекания, тогда как композиция Hf Ta Ti Nb Mo С с более низкой энтропийной способностью (8З (эВ/атом)) были склонны к интенсивному образованию HfO при тех же условиях РИПС.
Методы одновременного синтеза/спекания позволяют получать материалы, не уступающие по свойствам традиционным методам, а также являются более энергоэффективными, т.к. позволяют исключить из процесса отдельную стадию синтеза.
1. Rogachev A.S., Moskovskikh D.O., Nepapushev A.A., Sviridova T.A., Vadchenko S.G., Rogachev S.A., Mukasyan A.S. Experimentai investigation of miiiing regimes in pianetary baii miii and their infiuence on structure and reactivity of gasiess powder exothermic mixtures. Powder Technology. 2Q15. 274. 44-52.
2. Nepapushev A.A., Moskovskikh D.O., Buinevich V.S. et al. Production of Rounded Reactive Composite Ti/Ai Powders for Seiective Laser Meiting by High-Energy Baii Miiiing. Metall and Materi Trans B. 2Q19. 5Q. 1241.
3. Moskovskikh D.O., Song Y., Rouvimov S., Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Siiicon carbide ceramics: Mechanicai activation, combustion and sparkpiasma sintering. 2Q16. Ceramics International. 42 (11). 12686-1269З.
4. Moskovskikh D.O., Paramonov K.A., Nepapushev A.A., Shkodich N.F., Mukasyan A.S. Buik boron carbide nanostructured ceramics by reactive spark piasma sintering. Ceramics International. 2Q17. 4З (11). S19Q-S194.
5. Torosyan K.S., Sedegov A.S., Kuskov K.V., Abedi M., Arkhipov D.I., Kiryukhantsev-Korneev P.V., Vorotilo S., Moskovskikh D.O., Mukasyan A.S. Reactive, nonreactive, and fiash spark piasma sintering of AiO/SiC composites — A comparative study. Journal of the American Ceramic Society. 2Q19.
МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ СЛП СПЛАВОВ ЗА СЧЕТ ОБРАЗОВАНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NIAL ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКЕ ПРЕКУРСОРОМ НА ОСНОВЕ Al-Si
Муканов С.К., Петржик М.И., Кудряшов А.Е.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
sam-mukanov@mail.ru
Производство изделий с помощью аддитивных технологий приобретает особый интерес в производстве. В частности, способ селективного лазерного плавления (СЛП) позволяет изготавливать детали за короткий промежуток времени, минимизировать стадии получения сплавов и более экономичен для получения готовых изделий в условиях массового производства [1]. СЛП в настоящее время переживают бурный рост, однако практически для всех применяемых сплавов изделия имеют грубую шероховатость и поверхностные дефекты (трещины, выступающие частицы, поверхностная пористость), которые лишь в ряде случаев возможно удалить механически, что всегда приводит к изменению геометрии изделия. Механическая обработка является
трудоемкой операцией и подходит не всем изделиям, особенно содержащим в структуре интерметаллиды. Модифицирование поверхностей СЛП изделий возможно за счет придания функциональных свойств методом электроискрового осаждения (ЭИО).
Целью работы является модификация поверхности никель-содержащих изделий, полученных по аддитивной технологии СЛП, методом ЭИО с использованием прекурсоров из доэвтектического алюминиевого сплава АК9.
Объектом исследования был сплав (Ni.AI.Cr Co) [1] размером 7 мм х 9 мм х 7мм, полученный по СЛП технологии. Осаждение покрытия проводили с помощью ЭИО [2] при использовании специально приготовленного прекурсора из сплава АК9 [3]. Прекурсор был закален из расплава, для гомогенизации химического состава при образовании пересыщенного твердого раствора и уменьшения размера и доли дендритов. Формирование поверхностного слоя осуществлялось в защитной атмосфере аргона путем многократного прохождения анода по поверхности токопроводящей подложки.
Данная работа демонстрирует, что ЭИО позволяет улучшать качество поверхности СЛП изделий. При электроискровой обработке быстрозакаленного прекурсора на основе AI-Si на дефектную поверхность СЛП изделий из никелевого сплава сформирован слой на основе 100% алюминида никеля толщиной 10,0...13,5 мкм. Глубина заполнения поверхностных микротрещин достигает 34 мкм, далее расплав затвердевает, не успевая полностью заполнить микротрещины образцов. ЭИО доэвтектическим прекурсором приводит к уменьшению шероховатости поверхности (R=3,41 ± 0,13 мкм). Поверхностный слой, содержащий фазу интерметаллида никеля, обладает повышенной твердостью и низким модулем упругости (H=10,9 ± 0,5 ГПа, E= 188 ± 9 ГПа) по сравнению с базовой подложкой (H=6,2 ± 0,2 ГПа, E= 164 ± 21 ГПа).
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-90286.
1. KapIanskii Y.Y., Levashov E.A., Loginov P.A., Zaitsev A.A., Sentyurina Z.A. NiAl based alloy produced by HIP and SLM of pre-alloyed spherical powders. Evolution of the structure and mechanical behavior at high temperatures. Materials Science and Engineering. 2018. 717. 48-59.
2. Aksenov L.B., Kudryashov A.E., Levashov E.A., Petrov V.M. Use of electric spark alloying technology and promising nanostructured electrode materials for improving the life of punching equipment. Metallurgist. 2010. 54. 7-8. 514-522.
3. GOST 1583-93 Aluminium casting alloys. Specifications. Izdatelstvo standartov. 2003. 24.
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА НАДМОЛЕКУЛЯРНУЮ СТРУКТУРУ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА (ПММА)-МАТЕРИАЛА ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
(ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ)
Мялкин И.В., Сафонов В.М., Смирнова Н.Н.
Выксунский филиал НИТУ «МИСиС», Выкса, Россия Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
i. v.myalkin@gmail.com
Одним из основных материалов для аддитивного производства является ПММА. Большое внимание при изучении различных процессов уделяется поиску взаимосвязей между энтальпией растворения и различными параметрами, характеризующими физико-химические свойства полимеров. Исследования зависимости энтальпии растворения полимеров от способа приготовления образца, молекулярной массы и химического строения цепи показали, что эта термохимическая характеристика в достаточной мере чувствительна к изменениям химического строения и физической структуры полимера.
Впервые выявлено влияние надмолекулярной структуры образцов полиметилметакрилата, полученных при использовании в качестве передатчиков цепи дисиланов различного строения, а также степени конверсии ПММА на его энтальпию растворения в хлороформе. При одинаковом растворителе возможно получение разных значений энтальпии растворения образцов полимера с разной внутри- и надмолекулярной структурой с разной регулярностью строения его макромолекул, их степенью разветвленности, различием в укладке макромолекул, часто связанной с предысторией его получения [1]. При этом меняются и свойства полимера: плотность, температура стеклования и другие. Энтальпия растворения образцов ПММА начальной и глубокой конверсий одинакова в пределах ошибок измерений и не зависит от ММ в изученном интервале значений 24 000 - 584 000 [2]. Энтальпии растворения образцов ПММА заметно различаются в зависимости от вида передатчика цепи, используемого при синтезе ПММА. Например, при силокси-заместители в молекуле дисилана (HMeSiO)MeSi-SiMe(OSiMeH) вызывают заметное уменьшение абсолютного значения энтальпии растворения образца полимера, полученного в его присутствии, по сравнению с образцами, модифицированными дисиланами с алкильными заместителями.
Исследования выявили появление микрогетерогенности систем, полимеризующихся в присутствии дисилана с объемными заместителями (HMeSiO)MeSi-SiMe(OSiMeH), что было экспериментально зафиксировано в виде помутнения блочных образцов. При этом оказалось, чем больше концентрация дисилана, тем выше мутность блока. Исследования методом атомно-силовой спектроскопии топологии поверхности пленок образцов такого полимера показали наличие в них микроструктур размером до 1 мкм, которые отсутствовали у немодифицированных образцов. По-видимому, концевые объемные силоксановые группы приводят к «сшивке» макромолекул полимера вследствие образования сильных водородных связей с
