Меньше скандия, больше смысла: в СФУ создали алюминиевые сплавы для 3D-печати авиационных деталей.

Учёные Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с коллегами из организаций Ангаро-Енисейского кластера глубокой переработки цветных и редких металлов разработали линейку алюминиевых сплавов. Их задача — производство проволоки для аддитивных технологий: с её помощью можно «выращивать» лёгкие детали сложной формы для авиационной и ракетно-космической отрасли. Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на пресс-службу вуза.

Проблема.
Алюминиевые сплавы — один из основных материалов для самолётов и спутников, где критичны вес и прочность. Чтобы повысить прочность, жаростойкость и другие характеристики, в состав вводят дорогие легирующие добавки. Часто для этого используют скандий: это редкоземельный металл, и даже небольшое его количество способно увеличить стоимость проволоки и готовых изделий в десятки раз. Кроме того, у традиционных методов (литьё, ковка, механическая обработка) низкий коэффициент использования материала — иногда менее 30 %, — а изготовление деталей сложной геометрии требует много отходов и времени.

Решение.
Исследователи предложили составы с пониженным содержанием скандия. В качестве альтернатив рассматриваются другие редкоземельные элементы: церий (он дешевле и подходит для жаропрочных сплавов), эрбий, а также комбинации (например, эрбий с цирконием и скандием). Важно: речь идёт не об универсальной замене «один к одному», а о подборе сочетаний для конкретной задачи. По словам младшего научного сотрудника лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Никиты Степаненко, нужно учитывать не только свойства элемента, но и экономическую эффективность.

Соавтор исследования, профессор Михаил Первухин, обратил внимание на ещё один нюанс. Сплав, который хорошо работает при литье или ковке, не обязательно подойдёт для аддитивного производства. При послойном «выращивании» (в том числе по технологии WAAM — дуговом наплавлении проволокой) металл в каждом слое плавится и затвердевает, а уже сформированные участки могут многократно нагреваться. Поэтому состав требуется специально адаптировать под технологию. Опытная партия (с содержанием 0,2 % скандия) сейчас проходит испытания; параллельно в университете создают установку для печати металлической проволокой. Разработка ведётся в рамках стратегического проекта «Средства производства и автоматизации» (программа «Приоритет 2030»).

Эффект.
Аддитивные технологии позволяют наносить металл только там, где это необходимо: это снижает расход лёгкого сырья, уменьшает долю брака и сокращает путь «от цифровой модели до детали» в 2–4 раза. Быстрое охлаждение при послойном формировании способствует созданию более однородной структуры материала.