В Красноярске разработали сплавы с редкоземами для авиации и космоса

Ученые Сибирского федерального университета (СФУ, г. Красноярск) предложили линейку инновационных алюминиевых сплавов для проволоки, используемой в аддитивных технологиях при производстве сложных деталей для авиакосмической промышленности. Помимо дорогостоящего скандия, чья рыночная стоимость превышает цену золота, исследователи рассматривают в качестве упрочнителей более доступные редкоземельные металлы (РЗМ) — церий и эрбий.

Как пояснили в вузе, скандий делает алюминиевый сплав на порядок прочнее и выносливее в сложных условиях эксплуатации, однако существенно повышает стоимость готовой проволоки и деталей. Альтернативой могут стать церий, хорошо показывающий себя в жаропрочных сплавах, и эрбий, который в сочетании с цирконием и скандием также обеспечивает упрочнение и сохраняет прочность при нагреве. Оба элемента экономически выгоднее скандия.

Технология WAAM (дуговое аддитивное выращивание проволокой) позволяет снизить расход материала за счет послойного нанесения металла только там, где это необходимо, сократить время от цифровой модели до готового изделия в 2–4 раза и получать более равномерную мелкодисперсную структуру благодаря ускоренному охлаждению.

«Мы создаем линейку сплавов с применением скандия и других РЗМ, чтобы затем получать проволоку для аддитивного производства методом послойной наплавки. Опытная партия проволоки из алюминиевого сплава, содержащего 0,2% скандия, уже проходит испытания. В Политехническом институте СФУ одновременно разработана гибридная технология наплавки и создается соответствующая установка — 3D-принтер для печати металлической проволокой», — сообщил младший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов Никита Степаненко.

По словам соавтора исследования, доктора технических наук, профессора кафедры электротехники Михаила Первухина, главная ценность новых сплавов не только в прочности. Ключевое — появляются материалы, лучше всего приспособленные именно к послойной «печати металлом» крупных деталей нестандартной формы методом WAAM, сохраняющие нужные свойства в жестких условиях эксплуатации. Применять новые сплавы планируется в авиации, спутникостроении и ракетно-космической технике — там, где нужно изготавливать крупные металлические детали сложной формы, снижать их массу и рационально расходовать дорогой материал. 

Как писал ранее «Монокль», российский рынок аддитивных технологий (АТ) больше не догоняет — он задает тренды. Еще три года назад многие опасались, что санкции поставят крест на высокотехнологичном производстве. Но отрасль не просто выстояла — она совершила рывок, достойный лучших образцов топологической оптимизации. Сегодня отечественные 3D-принтеры печатают детали авиадвигателей, медицинские импланты и даже элементы космических аппаратов. Если в 2021 году объем рынка АТ составлял 7,2 млрд рублей, то в 2024-м уже 21,26 млрд.