Исследователи НИИ материаловедения и инновационных технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») оптимизировали режим 3D-печати теплотехнической стали типа Р92 — перспективного материала для паровых турбин, способных работать при сверхкритических температурах пара. Перебрав 75 режимов, они получили образец, пористость которого составляет всего лишь 0,5%.
Материаловеды изучили поведение металлических материалов в экстремальных условиях 3D-печати. Исходным сырьем для многих аддитивных технологий служит металлический порошок — его форма, размеры и химический состав влияют как на точность печати, так и на свойства готовых изделий.
Как рассказал руководитель проекта, профессор кафедры материаловедения и нанотехнологий НИУ «БелГУ», доктор физико-математических наук Сергей Миронов, в аддитивной индустрии порошковому материалу уделяется особое внимание.
«Мы в своей работе исследовали внутреннее строение частиц порошкового материала. И обнаружили наличие пор внутри частиц порошка, которые образуются в процессе атомизации. В ходе эксперимента было доказано, что часть этих пор „наследуется“ готовым изделием от порошкового материала при 3D-печати. Поскольку поры влияют на свойства изделий — в частности, их прочность и пластичность — то инженерам необходимо принимать это в расчет», — подчеркнул ученый.
Исследователи установили, что «унаследованные» поры в изделии имеют очень маленький размер — до 100 нанометров. Их невозможно выявить с помощью оптической микроскопии, рекомендованной ГОСТ, для этого нужна электронная. Наиболее интересные результаты команда получила с помощью растровой электронной микроскопии — пористость удалось выявить при наблюдении в режиме обратно рассеянных электронов.
Ключевым результатом исследований стала оптимизация режима 3D-печати теплотехнической стали типа Р92.
«Стали типа Р92 могут позволить существенно повысить коэффициент полезного действия энергетических установок, — напомнил Сергей Миронов. — Учитывая высокий потенциал данных материалов, мы сочли целесообразным исследовать их пригодность для 3D-печати, в частности, для селективного лазерного сплавления».
Сталь, использованная в исследовании, была разработана доктором технических наук Александрой Федосеевой в лаборатории НИУ «БелГУ», но ее пригодность для селективного лазерного сплавления ранее не проверялась. В ходе проекта специалисты протестировали 75 режимов 3D-печати: пористость образцов варьировалась от 56% до 0,5%. В результате им удалось получить образцы с номинальным уровнем пористости менее 0,5% — это фактически беспористый материал.
Сегодня стали типа Р92 уже применяются в ряде стран. Поэтому ученые рассчитывают, что их наработки будут востребованы для развития отечественной энергетики.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
