КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-00757

НазваниеНовая аддитивная технология создания 3D объектов и функциональных слоёв путём вакуумного импульсно-дугового плавления в разрядном промежутке поочередно подаваемых металлических гранул

Руководитель Шевейко Александр Николаевич,

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова аддитивные технологии, импульсное дуговое испарение, вакуумный дуговой разряд, гранулы металлов, интерметаллиды, 3D-сканирование

Код ГРНТИ53.39.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В настоящее время все большая часть ответственных деталей машин, оборудования и летательных аппаратов производится с использованием аддитивных технологий (АТ) путем послойного наращивания толщины изделия посредством наплавки металлических гранул по компьютерной 3D модели. Использование гранул фиксированного размера позволяет формировать материал с необходимым размером зерна и оптимальным распределением упрочняющих фаз. В промышленности применяется ряд аддитивных технологий, каждая из которых обладает своими преимуществами и недостатками. Например, недостатком селективного лазерного спекания (SLS) является то, что нагрев гранул (шихты) происходит только с одной стороны, т.е. для сплавления гранулы с поверхностью необходимо дополнительное время на её прогрев и передачу энергии к нижнему слою и подложке. Ещё одним недостатком данного метода является отсутствие интенсивного перемешивания расплава. Отчасти этого недостатка лишены методы, использующие электронно-лучевой нагрев (EBM), позволяющие обеспечивать достаточно высокую производительность и возможность изготовления крупногабаритных изделий. Однако методы электронно-лучевой обработки часто обладают низкой локальностью в связи с применением внешней электромагнитной фокусировки. Преимуществом перечисленных методов является возможное вакуумирование и термическая дегазация гранульной засыпки. Перспективным методом является селективная лазерная наплавка, при которой порошок подается газовой струей в зону воздействия лазерного луча. Данный метод характеризуется высокой производительностью, достигающей 15 кг/час. Из недостатков можно отметить необходимость использования транспортирующего газа, который дополнительно приводит к охлаждению подаваемых гранул. В рамках настоящего проекта предлагается разработать научные основы и технологические принципы новой технологии, которая расширит возможности и частично устранит недостатки известных аддитивных способов изготовления изделий. Основа предлагаемого метода - использование для нагрева и плавления каждой отдельной гранулы энергии вакуумного дугового разряда. Между подающим соплом-анодом и поверхностью подложки (катодом) поддерживается высокое напряжение. Подача в разрядный промежуток единичной гранулы приводит к пробою разрядного промежутка через летящую гранулу. Важным параметром процесса является давление и состав газовой среды. Согласно закону Пашена, есть диапазон давлений, в котором обеспечиваются оптимальные условия для газового пробоя. Проведение процесса в вакууме при этом давлении позволит использовать относительно низкие напряжения для инициации дугового разряда. Обработка в вакууме обеспечит дополнительно эффективную защиту от окисления. Процесс переноса гранулы можно условно разбить на три этапа: оплавление гранулы в разрядном промежутке, формирование лунки расплава на поверхности подложки и контролируемое оплавление гранулы после контакта с поверхностью. Гранула, попадающая в разрядный промежуток, инициирует пробой между соплом и подложкой. На поверхности подложки формируется катодное пятно и эрозионная лунка с оплавленной поверхностью. Таким образом, еще до касания гранулой поверхности под нее будет подготовлена площадка, обеспечивающая идеальный электрический контакт и смачивание ее поверхности расплавом. Газовый разряд, проходящий через гранулу, приведет к её разогреву и оплавлению еще на подлете к поверхности. В момент касания гранулой поверхности подложки часть энергии разряда будет реализована на оплавление уже закрепленной гранулы. Последующего перехода катодного пятна на поверхность гранулы и ее полного плавления можно избежать, регулируя энергию и длительность разряда. Основные особенности предлагаемого метода: - Автоматическая реализация пробоя и разряда за счет попадания гранулы в промежуток между соплом-анодом и поверхностью катодом. - Оплавление и очистка распылением площадки под гранулой непосредственно перед касанием поверхности. - Нагрев и оплавление гранулы одновременно со всех сторон на этапе транспортировки. - Идеальный первичный контакт с поверхностью и смачивание расплавом. - Интенсивное перемешивание расплава за счет неравномерности электромагнитных полей и локальных токов разряда, передаваемого через закрепленную гранулу. - Точная регулировка параметров разряда в расчете на единичный пробой. - Возможность создания стенки толщиной в одну гранулу. - Высокий процент использования гранул. Предлагаемая технология является оригинальной и технологические решения, лежащие в ее основе, могут быть защищены РИД. Предполагается, что успешная проработка идеи проекта позволит подготовить фундамент для подготовки и подачи заявки на конкурсы РНФ с большим финансированием для более широкой реализации технологических возможностей процесса. В дальнейшем, будет возможна разработка комплекта технической и технологической документации на установку и процесс получения изделий с использованием разработанной технологии импульсной дуговой наплавки узкофракционных гранул.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---