Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали и успешно протестировали новую технологию формирования стальных заготовок с помощью послойной плазменной металлизации. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале "СТИН" в шестом номере за 2024 год.
Традиционные методы создания металлических заготовок, основанные на плавлении, часто сталкиваются с проблемами перегрева и нестабильной температуры, что негативно влияет на качество конечных изделий. Новая технология, разработанная пермскими учеными, предлагает альтернативный подход, который может решить эти проблемы и открыть новые возможности в производстве крупногабаритных деталей, таких как коленчатые валы и корпуса подшипников.
Аддитивные технологии, позволяющие создавать изделия путем послойного нанесения материала, уже давно привлекают внимание промышленности благодаря своей гибкости и эффективности. Существует более 20 различных методов аддитивного производства металлических изделий, большинство из которых основано на плавлении исходного материала. Однако для получения высококачественных заготовок необходимо тщательно контролировать множество параметров, включая состав материала, зону сплавления между слоями и скорость нагрева и охлаждения.
Исследователи из ПНИПУ сфокусировались на методе послойной плазменной металлизации, который до сих пор оставался малоизученным в контексте аддитивного производства крупногабаритных изделий. Их подход основан на комбинированной технологии, включающей холодное газодинамическое напыление проволоки с последующим лазерным и плазменным переплавом.
Одним из ключевых преимуществ разработанной технологии является возможность использования нескольких проволок одновременно или последовательно. Это открывает уникальные возможности для управления химическим составом, структурой и свойствами получаемых материалов. Для достижения высокого качества конечного изделия ученым пришлось решить ряд сложных задач, включая получение частиц однородного размера, обеспечение качественного сцепления между слоями, минимизацию выгорания элементов и окисления поверхности, а также формирование однородной структуры материала.
В ходе исследования специалисты ПНИПУ работали с жаростойкой и коррозионностойкой сталью, которая широко применяется в различных отраслях машиностроения. Используя проволоку в качестве исходного материала, они проводили ее плавление и распыление с помощью плазменной дуги. Особое внимание было уделено управлению газодинамическими процессами для обеспечения однородности частиц и их равномерного распределения в заготовке.
Результаты испытаний полученных образцов оказались весьма впечатляющими. Предел прочности материала соответствовал требованиям ГОСТ, а предел текучести даже превысил стандартные показатели. Кандидат технических наук, доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Белинин отметил, что защита частиц от окисления при распылении позволила получить материал со структурой, близкой к литому, и высокими механическими характеристиками. При этом в формируемом металле отсутствовали какие-либо дефекты и несплавления.
Важно отметить, что полученные заготовки хорошо поддаются дальнейшей обработке, включая токарную обработку. Это свидетельствует о высоком качестве и однородности структуры материала, что крайне важно для промышленного применения.
Разработанная технология позволяет создавать детали, состоящие из нескольких материалов, с производительностью до 10 кг в час. Это значительно расширяет возможности производства сложных и крупногабаритных деталей с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Исследование, проведенное учеными ПНИПУ, было выполнено при финансовой поддержке Правительства Пермского края в рамках научного проекта № С-26/694 от 24.03.2022. Это подчеркивает важность сотрудничества между научными институтами и региональными властями в развитии инновационных технологий.
Успешная разработка и тестирование новой технологии послойной плазменной металлизации демонстрируют потенциал российской науки в области передовых производственных технологий. Данное достижение может иметь широкие последствия для различных отраслей промышленности, от автомобилестроения до аэрокосмической отрасли, где требуются высококачественные металлические детали сложной формы.
