В СПбГМТУ получены новые градиентные материалы благодаря технологии ПЛВ

Сотрудники ИЛИСТ в рамках программы «Приоритет 2030» реализуют проект «Физическое и термодинамическое моделирование воздействия концентрированных потоков энергии (КПЭ) на мультикомпонентные системы», в ходе которого получены новые функционально-градиентные материалы.

Современные аддитивные технологии применяются для получения функционально-градиентных материалов с использованием промежуточных слоев различного химического состава. Такие материалы обеспечивают плавное и надежное соединение металлов, несмотря на различные теплофизические и химические свойства.

Соединение титана и стали затруднено характером взаимодействия металлов и особенностями их теплофизических характеристик. В расплавленной зоне образуется множество фаз, которые усложняют оптимизацию фазового состава соединения. Кроме того, использование сварки взрывом для перехода «титан-сталь» вызывает дополнительные проблемы. При этом ПЛВ может комбинировать различные элементы в переходных слоях, формируя градиентный переход из разнородных материалов. Технология позволяет создавать переходы с постепенным изменением химического состава и разнородные соединения типа «титан-сталь», поскольку промежуточные слои препятствуют образованию хрупких интерметаллидов. Другими словами, она обеспечивает плавный переход между материалами с различными теплофизическими и химическими свойствами и их надежное соединение.

Ученые разработали способ, на основе использования четырехкомпонентной системы Ti–Nb–Cu–Fe, где Nb и Cu – промежуточные слои. Эта комбинация устойчива к образованию интерметаллидов. При наплавке на ниобий медный сплав основательно заполняет трещины, даже если они проникают на несколько слоев вглубь.

Кроме того, результаты картирования по химическим элементам в области ванадия и бронзы показывают, что их нерасплавленные частицы присутствуют в структуре соединения, а также, происходит затекание меди по границам зерна в междендритные пространства ванадиевой матрицы.

Во всех переходных комбинациях были получены наилучшие показатели механических свойств, которые выше зарубежных аналогов. Предел прочности переходных слоев был на уровне 325-350 МПа. Таким образом, данная технология подходит для создания перехода титан – сталь. Полученные результаты позволят расширить спектр применения аддитивных методов производства в отечественном судостроении.