Создана новая серия алюминиевых сплавов для 3D-печати, устойчивая к высоким температурам
Международная группа исследователей разработала перспективную серию алюминиевых сплавов на основе алюминия и железа, специально оптимизированных для лазерной аддитивной печати. Эти материалы сочетают высокую производительность с экологической устойчивостью, поскольку допускают использование переработанного алюминиевого сырья с типичными примесями, такими как железо, медь, марганец и титан.
Ключевой инновацией стал дизайн сплава, основанный на управляемом разделении легирующих элементов в процессе быстрой кристаллизации, характерной для лазерного сплавления в слое порошка. Учёные установили, что медь и марганец стабилизируют метастабильную фазу Al₆Fe, отвечающую за упрочнение, в то время как титан растворяется в алюминиевой матрице, усиливая твердорастворное упрочнение. Кроме того, титан способствует измельчению зерна, что значительно повышает пластичность материала.
Эксперименты показали, что тройные сплавы Al-Fe-Cu и Al-Fe-Mn демонстрируют высокую прочность при комнатной температуре, превышающую 350 МПа. Особенно важным результатом стала исключительная жаропрочность сплава Al-Fe-Mn, который сохраняет прочность выше 220 МПа даже при 300 °C.
На основе этой концепции были созданы и протестированы более сложные четверные сплавы. Комбинация меди и марганца в сплаве Al-Fe-Cu-Mn позволила достичь предела прочности около 450 МПа. А сплав Al-Fe-Mn-Ti продемонстрировал оптимальный баланс между высокой прочностью при повышенных температурах (свыше 250 МПа при 300 °C) и хорошей пластичностью (14-17%) при комнатной.
Эта работа открывает путь к созданию нового поколения лёгких, прочных и термостойких алюминиевых сплавов для 3D-печати сложных деталей в аэрокосмической и транспортной отраслях. Предложенный принцип управления распределением элементов также может быть применён к другим системам сплавов, таким как сталь, титановые и никелевые сплавы.
Результаты исследования были в журнале Nature Communications.