Национальная лаборатория Оук-Ридж (ORNL) сообщила о прогрессе в исследовании DuAlumin-3D . Команда заявила, что:

«DuAlumin-3D превосходит традиционные сплавы, склонные к растрескиванию при лазерной обработке порошка, сохраняя при этом сопоставимые тепловые характеристики. Это достижение позволяет снизить вес и снизить расходы на топливо», — заявила компания, добавив, что сплав «демонстрирует превосходную прочность и устойчивость к деформации при повышенных температурах, превосходя все известные алюминиевые сплавы».

По словам исследователя Алекса Плотковски,

«DuAlumin-3D показал исключительно хорошие результаты в наших испытаниях. Хотя наши исследования были сосредоточены на его использовании в высокоэффективных двигателях, его также можно использовать для снижения веса в аэрокосмической отрасли и для оптимизации теплообменников».

DuAlumin-3D — это сплав, созданный для сохранения свойств при температурах использования выше 300 ° C. Сплав оптимизирован путем изменения параметров LPBF и быстрой (заявлено как восьмичасовой) термообработки, что улучшает наномасштабную микроструктуру и выделения, соответственно, для улучшения его свойств. Эти типы сплавов также известны как сплавы HiFi, потому что они имеют высокую долю интерметаллидов. Сплав был испытан на поршнях и других деталях двигателей компаниями General Motors и Honda Racing . Работа была выполнена в ORNL в сотрудничестве с Beehive Industries и Университетом Теннесси . С превосходными характеристиками коррозии, тепла, растяжения, ползучести и усталости, а также уменьшенным растрескиванием, это своего рода материал Золушки, который может быть чрезвычайно быстрым и, следовательно, дешевым в печати, при этом обеспечивая превосходные свойства в деталях по сравнению с другими материалами, которые стоят гораздо дороже за килограмм и гораздо медленнее в печати.

В поршнях она смогла изготовить более легкие поршни с прочностью на многоцикловую усталость на 50% выше, чем у литых деталей. Это особенно важно, поскольку мы обычно производим детали с низкой усталостной прочностью с помощью аддитивного производства. Работа стала возможной благодаря Управлению по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США (DoE) через его Управление по транспортным технологиям (VTO) и Управление по передовому производству в рамках Основной программы материалов для силовых агрегатов VTO . Материал был легирован компанией Eck Industries и распылен компанией  Connecticut Engineering Associates . Eck Industries — поставщик литья и ковки, который выполняет специализированные работы для Министерства обороны (DoD) и получил награды SBIR за MMC (композиты с металлической матрицей) и другие материалы . Компания получила награду SBIR II фазы в размере 721 000 долларов США на производство сплавов алюминия и церия (Al-Ce) и еще одну награду в размере 100 000 долларов США на использование этого материала для отливок военного назначения .

DuAlumin-3D — это сплав Al-Ce, в котором используется редкоземельный элемент церий . Сплавы Al-Ce являются одним из основных направлений деятельности Министерства энергетики США, и агентство сотрудничает с ORNL, Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса (LLNL), Университетом Эймса и другими в рамках этих исследований как минимум с 2020 года. Кроме того, агентство в целом проявляет большой интерес к тому, что оно называет Al REE, то есть редкоземельными элементами из алюминия в целом. Церий добывается в США и доступен там в больших объемах; его использование в автомобильных деталях значительно снижает стоимость американских кораблей, ракет и самолетов, которым может потребоваться высокопрочный алюминий.

Если США смогут наладить производство сравнительно недорогих сплавов с добавлением редкоземельных элементов, это будет очень выгодно для правительства. Более качественная американская продукция, менее зависимая от китайских редкоземельных элементов, будет очень выгодна. В то же время, возможно, США могли бы взять на себя инициативу по созданию сверхдешевого в производстве этого материала. Тогда количество и типы деталей значительно расширятся, что позволит США продвинуться вперед в развитии аддитивного производства в целом. Это хорошая, масштабная стратегия, которая может принести пользу США. Уделяя больше внимания дружественным и ниаршоринговым технологиям, а также решорингу подобных материалов, это может быть очень выгодно.

DuAlumin-3D — это не только церий, но и Al-9Ce-4Ni-0.5Mn-1Zr . С добавлением марганца, циркония и ниобия его, как правило, может быть сложнее получить. Цирконий и марганец легко добыть, а ниобий немного сложнее, но все три довольно распространены и легкодоступны. Титан, для сравнения, гораздо сложнее (при этом Россия является ключевым поставщиком). Есть еще одно преимущество в использовании чего-то нового и экзотического. Если бы китайцы украли STL для присадочного компонента в титане, им было бы легко напечатать его и получить. Они, вероятно, уже накопили большой опыт работы с этим материалом, особенно с учетом того, что он широко используется в авиации и легко поставляется Россией. Но DuAlumin-3D потребовал бы новой работы по созданию сплава, его проектированию и печати, что может задержать внедрение. Кроме того, было бы довольно легко обнаружить их деятельность.

Алюминий приобретает всё большую значимость в качестве материала для 3D-печати благодаря своей низкой стоимости (самого материала), распространённости, желаемым свойствам и высокой скорости печати. ​​Внедрение дизайнерского алюминия несколько замедлилось из-за его несоответствия другим материалам по определённым эксплуатационным характеристикам. Благодаря DuAlumin-3D компания ORNL может вывести алюминиевые сплавы на лидирующие позиции в мире высокопроизводительных технологий.

Источник