Команда ученых из Университета Санта-Барбары и Ок-Риджской национальной лаборатории разработали уникальный дефектостойкий кобальт-никелевый сплав для АМ. Итоги совместной работы опубликованы в авторитетном общенаучном журнале Nature.

Более прочные материалы в металлическом портфеле 3D-индустрии обещают значительную востребованность в целом ряде отраслей. Ученые особо отмечают аэрокосмическую сферу, но ударо- и жаропрочные составы также могут быть использованы в различных военных целях. Кроме того, надежные сплавы полезны при продвижении аддитивных технологий как промышленного решения наряду с вариантами субтрактивного производства (фрезерование, точение и другие виды механической обработки).

Новый сплав разработан для устранения распространенного недостатка в процессе обработки сырья.

При послойном построении в изделии иногда возникают трещины, из-за того, что расплавленный металл многократно нагревается и охлаждается во время печати. Для компенсирования этих экстремальных факторов обычно применяются обладающие свариваемостью сплавы, но такие проблемы, как деформационное старение и растрескивание под нагрузками, возникают, когда:

•    свариваемые металлы подвергаются термическому воздействию;
•    температурная обработка провоцирует образование небольших трещин в полуохлажденном материале.

Ученые создали сплав на базе никеля, поскольку оптимально работает в условиях высоких нагрузок и температур, например, в двигателях самолетов. Однако сложные составы повышенной прочности на базе никеля сваривать сложнее, следовательно, они не годятся для аддитивного производства (АМ).

Трудности, связанные со сваркой высокопрочных составов, спровоцированы тем, что в сплаве задействованы разнообразные элементы, которые остывают с различной скоростью, что повышает риск образования дефектов в структуре металла.

Специалисты устранили данную проблему, добавив в материал кобальт, обладающий аналогичными свойствами, что и никелевый сплав. Добавление кобальта стабилизирует скорость охлаждения, что снижает вероятность растрескивания. Исследователи утверждают, что такой подход демонстрирует, как композиционный суперсплава с основой CoNi предоставляет возможности для разработки суперкомпозитов, которые могут использовать потенциал аддитивных технологий.

Это заявление подтверждается точными доказательствами. Испытания продемонстрировали, что порошки суперсплавов используются для изготовления высокопрочных изделий посредством селективного лазерного плавления SLM и электронно-лучевой плавки EBM. Для упрочнения изделий не потребовалось никакой термической постобработки, детали подвергли испытаниям сразу после печати. Сплав также продемонстрировал более однородную зернистую структуру, что так же увеличивает прочность.