Ученые из лаборатории быстрозакаленных материалов НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Сколтеха разработали технологию 3D-печати изделий из уникальных материалов - аморфных сплавов циркония.
Как рассказал доцент кафедры физических проблем материаловедения НИЯУ МИФИ Алексей Сучков, металлы в обычных сплавах имеют кристаллическую структуру, но если охладить расплав с очень большой скоростью, то можно подавить процесс кристаллизации. Если достичь высоких скоростей охлаждения, десятков тысяч и даже миллионов градусов в секунду, в результате сформируется материал со структурой переохлажденной жидкости, в котором нет кристаллитов. «Получается материал относительно гомогенный, изотропный и с уникальными свойствами. Ведь свойства любого материала зависят не только от химического состава, но и от его структуры. В быту оконное стекло имеет аморфную структуру, а мы достигаем подобной структуры у сплавов циркония» - объяснил ученый.
Теоретически, такой сплав на основе циркония очень легкий, и отличается большой прочностью, упругостью и высокой коррозионной стойкостью. Однако, изготовление изделий из таких сплавов сталкивается с большим количеством технических проблем. Так как материал имеет метастабильную неравновесную структуру, то при воздействии температуры материал будет переходить в кристаллическое состояние. Поэтому диапазон рабочих температур ограничен. Например, аморфные сплавы на основе циркония будут кристаллизоваться при температурах где-то 350-500 °С.
После ряда предварительных исследований, ученые НИЯУ МИФИ пришли к выводу, что наиболее перспективной технологией создания изделий из аморфных сплавов на основе циркония является 3D-печать на основе SLM - селективного лазерного плавления. В разработке этой технологии ученым МИФИ помогли коллеги из Сколтеха.
Важным условием использование технологии 3D-печати является наличие качественного сырья – металлического порошка. Технология подготовки порошка на основе сплавов циркония была разработана учеными НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Института металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАН.
В настоящее время учеными уже удалось напечатать ряд образцов изделий из аморфных сплавов на основе циркония. По мнению Алексея Сучкова, в первую очередь данная технология могла бы быть использована для создания изделий, применяемых в условиях низких температур (например, в Арктике), где обычные металлы становятся хрупкими.
В будущем ученые планируют начать работу над технологией получения биосовместимых и композитных материалов на основе аморфных сплавов.
На фото: образцы изделий из объемных аморфных металлических сплавов.