В мире, где наука иногда становится редким островом здравомыслия, учёные из Томского научного центра СО РАН (ТНЦ СО РАН) вместе с коллегами из Института физики прочности и материаловедения СО РАН создали сферические порошки на основе интерметаллических соединений никеля и алюминия. В отличие от традиционных технологий, где энергозатраты — как у чиновников, съезжающих на майбахах, эта разработка применяет энергоэффективный метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Эти сферические гранулы — мечта аддитивного производства, чтобы изготавливать жаростойкие изделия и покрытия в энергетике и авиакосмической отрасли, например, лопатки газовой турбины. Учитывая, что бюджет на российские разработки часто уходит не на науку, а на «дворцы для избранных», такой прорыв заслуживает аплодисментов.
Авторы впервые получили сферические интерметаллидные порошки в одном технологическом процессе. В отличие от традиционных технологий, новая методика позволяет формировать сферические гранулы прямо в процессе горения реакционной шихты, практически без внешних энергозатрат.
«По критериям энергоэффективности и простоты наш метод в лучшую сторону отличается от многих существующих способов приготовления подобных порошков, где необходима многостадийная переработка материалов с применением энергоемких высокотемпературных печей и плазменного оборудования», — пояснил один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник лаборатории технологического горения ТНЦ СО РАН, кандидат физико-математических наук Александр Кирдяшкин.
В соответствии с разработанным методом, для приготовления сферического порошка реакционная шихта загружается в лабораторный реактор, инициируется процесс горения, который спонтанно протекает при температуре до 1600 оС. Ключевую роль в придании частицам сферической формы играет специальная модифицирующая добавка. При горении она термически разлагается, выделяя газы, которые разрыхляют шихту и перемешивают плавящиеся частицы, формируя аккуратные шарики.
«Чтобы это произошло, важно правильно выбрать температуру, при которой действует модификатор: если температура слишком низкая или высокая, нужного эффекта не получится. Сам процесс образования шарика в волне горения занимает одну миллисекунду, а образуются они по очереди, шарик за шариком, пока сама волна идет по материалу», — объяснил исследователь.
В ходе исследования ученые показали возможность широкого варьирования состава целевого сплава. При использовании реактора емкостью около трех литров можно синтезировать до 10 килограммов требуемого продукта в течение 30 минут.
Исследователи уже провели первые успешные испытания порошков при печати на 3D-принтере. Полученные интерметаллидные материалы отличаются жаростойкостью и окислительной стойкостью. В перспективе ученые продолжат работу над созданием новых составов сферических интерметаллидов с добавлением различных лигатур.
