Метод поможет создавать новые высокоэнтропийные сплавы, а также соединять условно несоединяемые материалы, не требуя модификации существующего аддитивного оборудования. 

Последние два десятилетия ученые работают над так называемыми высокоэнтропийными сплавами. Обычные, низкоэнтропийные сплавы состоят, как правило, из одного базового материала с небольшими легирующими добавками, либо двух материалов в примерно равных пропорциях. Сталь, например, содержит в основном железо и небольшой объем углерода. В категорию высокоэнтропийных сплавов попадают композиции, состоящие из как минимум пяти элементов, при этом доля каждого из них должна быть не менее пяти процентов и не выше тридцати пяти. Свое название такие сплавы получили от высокой энтропии смешения компонентов.  

Высокоэнтропийные сплавы отлично подходят для высокотемпературных приложений, например производства деталей реактивных и ракетных двигателей или компонентов активных зон ядерных реакторов. Для получения таких сплавов смешивание составляющих должно быть очень тщательным, с максимально равномерным распределением буквально на атомном уровне. Получать высокоэнтропийные сплавы традиционными методами, такими как литье, сложно, но ученые Национального института стандартов и технологий США (NIST) полагают, что решением может быть 3D-печать металлами. В ходе исследования команда научилась перемешивать составляющие лазерным лучом в процессе 3D-печати методом лазерно-порошкового синтеза на подложке, конкретно селективного лазерного сплавления металлопорошковых композиций (SLM).

Процесс предусматривает послойное построение, при котором каждый слой вырисовывается лазерным лучом, отклоняемым с помощью гальванометрического сканатора и выборочно плавящим частицы порошка. Ученые опробовали новый алгоритм, перемещающий пятно лазерного луча не линейно, а небольшими кругами, за счет чего достигается перемешивание материалов. Коммерческое программное обеспечение не умеет задавать такие траектории. Программы очень ограничены в плане ручной регулировки позиционирования лазерных лучей, так что код пришлось писать с нуля. Аппаратная составляющая, с другой стороны, не потребовала никаких модификаций.

В ходе испытаний ученые смешали два трудно соединяемых сплава — высокоэнтропийный RHEA-19 и легкий титановый. Слои каждого порошка поместили рядом, а затем прошлись по границе лазерным пятном по «кружевной» траектории. В Аргоннской национальной лаборатории эксплуатируется самый мощный в мире источник синхротронного рентгеновского излучения — комплекс APS (Advanced Photon Source) размером со стадион, разгоняющий электроны в километровой петле магнитных полей. С его помощью ученые смогли проверить результат и убедиться, что новый метод позволил получить плотное соединение. 

Доклад научной команды опубликован в журнале Additive Manufacturing.

Источник