Разработка научно-технических основ аддитивного формования сложнопрофильных структур из металлических, металлокерамических и высокоэнергетических материалов экструзией термопластичных многофазных композиций

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 21-79-30006

НазваниеРазработка научно-технических основ аддитивного формования сложнопрофильных структур из металлических, металлокерамических и высокоэнергетических материалов экструзией термопластичных многофазных композиций

Руководитель Лернер Марат Израильевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова аддитивные технологии, наночастицы, микрочастицы, сложнопрофильные структуры, экструзия, термопластичные композиции, микрокапсуляция, псевдосплавы, высокоэнергетические материалы

Код ГРНТИ29.19.04

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В аддитивном производстве (АП) практически не используются такие многофазные функциональные материалы, как псевдосплавы, керметы, интерметаллиды и высокоэнергетические материалы (ВЭМ). Изготовление существующими аддитивными технологиями деталей сложной формы из порошков многофазных и, как правило, полидисперсных материалов затруднено или невозможно. Кроме того, на мировом рынке отсутствует доступное и недорогое оборудование для АП металлических деталей сложной геометрической формы. В связи с этим, актуальной является разработка научно-технических основ создания материалов и технологии, позволяющих обеспечить АП сложнопрофильных структур из многофазных и полидисперсных порошков псевдосплавов, керметов, интерметаллидов и ВЭМ на доступном, большинству предприятий, оборудовании. Изделия из таких материалов имеют многочисленные области применения в силовой и микроэлектронике, авиакосмической отрасли, обрабатывающей промышленности, при изготовлении геометрически сложных функционально-градиентных топливных элементов и т.д. Соединение ВЭМ и аддитивных технологий имеет большой потенциал в производстве устройств преобразования и накопления энергии, которые ранее были недоступны из-за ограничений традиционных производственных методов. Универсальность аддитивного формования обеспечит большую гибкость при разработке топливных и пиротехнических составов. Научной проблемой, решаемой в проекте с помощью теоретических и экспериментальных исследований, является разработка научно-технических основ аддитивного формования сложнопрофильных структур из многофазных (металлических, металлокерамических, высокоэнергетических и др.) материалов экструзией металлопорошковых композиций. Для экструзионной 3D-печати необходимо разработать термопластичные композиции на основе полимеров и гомогенных смесей нано- и микроразмерных компонентов заданного фазового и дисперсного состава. Реологические свойства композиций позволят формировать сложнопрофильные структуры с помощью недорогого оборудования (3D-принтеров), применяемых для аддитивного формования деталей из полимеров. Сложнопрофильные структуры из ВЭМ могут использоваться непосредственно после изготовления. Для получения металлических/металлокерамических изделий, полимер из заготовки удаляется стандартными для PIM-технологий методами химико-термической обработки и спекания материала в высокотемпературной печи. В результате формируется металлическая/металлокерамическая объемная деталь требуемого состава и с необходимыми физико-механическими свойствами. В ходе исследований будут разработаны термопластичные композиций на основе полимеров и порошков модельных функциональных (металлокерамика WC-Co, интерметаллид Ni-Al, псевдосплав W-Cu) и ВЭМ на основе алюминия (Al-CuO, Al-Fe2O3 и Al-MoO3). Выявлены условия аддитивного формования сложнопрофильных структур экструзией наполненных термопластичных композиций. Получены данные по свойствам термопластичных композиций, содержащих порошки модельных функциональных и высокоэнергетических материалов и объемных сложнопрофильных структур, полученных экструзией указанных материалов. Установлены параметры химико-термической обработки и спекания материалов для получения объемных металлических/металлокерамических деталей. Определены связи между свойствами деталей, характеристиками композиций и параметрами их спекания. Для комплексного изучения свойств новых материалов будут применяться современные экспериментальные методы исследований и оборудование. Будут полностью изучены механизмы деформации и разрушения полученных в проекте материалов. Будет проведена детальная интерпретация особенностей микроструктуры с учетом возможной анизотропии. Будут разработаны физические и математические модели новых материалов. Будут обобщены полученные в результате исследований знания и разработаны научно-технические основы аддитивного формования сложнопрофильных структур экструзией термопластичных композиций на основе полимеров и порошков функциональных и высокоэнергетических материалов. Решение поставленных в проекте задач эволюции напряженно-деформированного состояния и разрушения в материалах, полученных с применением аддитивных технологий, будет иметь большое значение для многих смежных областей механики. Научная новизна проекта заключается в том, что полимерные композиции, наполненные нано- и микрочастицами различных материалов (металлов, сплавов и керамик), позволяют наряду с топологической оптимизацией конструкции осуществить разработку материала под требования проектируемого изделия. Фактически появится возможность дизайна материала для придания ему требуемых механических, магнитных, электрических, энергетических и др. свойств, которые трудно или невозможно достичь с помощью однофазных металлов или керамик. Различные комбинации исходных нано- и микроразмерных компонентов позволяют варьировать свойства композиций для создания новых конструкционных и функциональных материалов и деталей из них. Для аддитивного формования структур сложной формы экструзионным методом необходимо, чтобы экструдируемые материалы обладали достаточной текучестью при температуре плавления полимера. Для получения необходимых свойств конечного изделия наполнение полимера дисперсными компонентами должно составлять от 40 до 60 об. %. Однако при указанной концентрации дисперсной фазы в полимере резко снижается текучесть материала, что создает значительные проблемы для экструзионного формования. Повышение текучести за счет роста температуры материала имеет существенные ограничения. Например, нагрев ВЭМ может привести к реакции между компонентами и неконтролируемому выделению энергии. В настоящее время однозначное научно-техническое решение этой проблемы отсутствует. В основу проекта легла разработанная нами электровзрывная технология получения гомогенных смесей нано- и микрочастиц различных материалов. В наших предварительных исследованиях установлено, что использование гомогенных смесей различных материалов из нано- и микрочастиц в соотношении (25…30):(75…70) об. % обеспечивает показатели текучести композиции с содержанием дисперсных компонентов более 60 об. % на уровне полимерных материалов (не менее 12 г / 10 мин) и плотность спеченных деталей не менее 90 %. С помощью таких композиций экструзионным методом получены сложнопрофильные детали из микрокапсулированных нано- и микрочастиц жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов ХН70Ю, ХН60ВТ, 316L. Композиции из нано- и микрочастиц могут также обеспечить более низкую температуру спекания тугоплавких компонентов с легкоплавкими, высокую плотность и низкую шероховатость конечных деталей из металлов и металлокерамик.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лернер М.И., Первиков А.В., Глазкова Е.А., Родкевич Н.Г., Торопков Н.Е. Electrical Explosion Synthesis, Oxidation and Sintering Behavior of Ti-Al Intermetallide Powders Metals, Vol. 11, Is. 5, Art. Number 760, P.1-14 (год публикации - 2021)
10.3390/met11050760

2. Первиков А.В., Торопков Н.Е., Казанцев С.О., Бакина О.В., Глазкова Е.А., Лернер М.И. Preparation of Nano/Micro Bimodal Aluminum Powder by Electrical Explosion of Wires Materials, Vol. 14, Is. 21, Art. number 6602 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14216602

3. Первиков А., Филиппов А., Миронов Ю., Калашников М., Криницын М., Эскин Д., Лернер М., Тарасов С. Microstructure and properties of a nanostructured W-31 wt% Cu composite produced by magnetic pulse compaction of bimetallic nanoparticles International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 103, Art. Number 105735 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ijrmhm.2021.105735

4. Первиков А., Криницын М., Глазкова Е., Родкевич Н., Лернер М. Synthesis of tungsten carbide from bimodal tungsten powder produced by electrical explosion of wire International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 103, 105733 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ijrmhm.2021.105733

5. Кудряшова О.Б., Лернер М.И.,Ворожцов А.Б.,Соколов С.Д.,Промахов В.В. Review of the Problems of Additive Manufacturing of Nanostructured High-Energy Materials Materials, Vol.14, Is. 23, Art. Number 7394 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14237394

Публикации

1. Криницын М.Г., Сваровская Н.В., Лернер М.И. The effect of low-temperature auto-ignition of W–Cu2O nanopowders with core-shell structure Vacuum, Том 195, Номер статьи 110837 (год публикации - 2022)
10.1016/j.vacuum.2021.110837

2. Лернер М.И., Первиков А.В., Глазкова Е.А., Родкевич Н.Г., Сулиз К.В., Казанцев С.О., Торопков Н.Е., Бакина О.В. Synthesis of Ti-Al Bimodal Powder for High Flowability Feedstock by Electrical Explosion of Wires Metals, Том 12, Выпуск 3, Номер статьи 478 (год публикации - 2022)
10.3390/met12030478

3. Криницын М.Г., Первиков А.В., Кочуев Д.А., Лернер М.И. Powder Injection Molding of Ti-Al-W Nano/Micro Bimodal Powders: Structure, Phase Composition and Oxidation Kinetics Metals, Том 12, Выпуск 8, Номер статьи 1357 (год публикации - 2022)
10.3390/met12081357

4. Промахов В.В., Матвеев А.Е., Бабаев А.С., Шульц Н.А., Торопков Н.С., Ворожцов А.Б., Лернер М.И. 3D Printing Using Ti-Al Nanopowders: Mechanisms of Structure Formation Metals, Том 12, Выпуск 10, Номер статьи 1737 (год публикации - 2022)

5. Первиков А.В., Сулиз К.Е., Казанцев С.О., Родкевич Н.Г., Тарасов С.Ю., Лернер М.И. Preparation of nano/micro-bimodal Ti/Al/(Mo, W, Cu) powders by simultaneous electrical explosion of dissimilar metal wires Powder Technology, Том 397, Номер статьи 117093 (год публикации - 2022)
10.1016/j.powtec.2021.117093

6. Ложкомоев А.С., Казанцев С.О., Бакина О.В., Первиков А.В., Чжоу В.Р., Родкевич Н.Г., Лернер М.И. Investigation of the Peculiarities of Oxidation of Ti/Al Nanoparticles on Heating to Obtain TiO2/ Al2O3 Composite Nanoparticles Journal of Cluster Science, 2022 (год публикации - 2022)
10.1007/s10876-022-02382-8

7. Ложкомоев А.С., Первиков А.В., Казанцев С.О., Сулиз К.В., Веселовский Р.В., Миллер А.А., Лернер М.И. Controlled Oxidation of Cobalt Nanoparticles to Obtain Co/CoO/Co3O4 Composites with Different Co Content Nanomaterials, Том 12, Выпуск 15, Номер статьи 2523 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12152523

8. Криницын М.Г., Лернер М.И. Использование нанопорошковых материалов в аддитивной технологии экструзии термопластичных многофазных композиций IX Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ И ВЫСОКОЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА». Суздаль. 3 - 7 октября 2022 г./ Сборник материалов. – М: ООО «Буки Веди», 2022, 249 с., стр. 69 (год публикации - 2022)

9. Кудряшова О.Б., Торопков Н.Е., Лернер М.И., Промахов В.В., Ворожцов А.Б., Мировой Е. Mathematical modeling of high-energy materials rheological behavior in 3D printing technology Heliyon, Article number e12026 (год публикации - 2022)
10.1016/j.heliyon.2022.e12026

10. Кудряшова О.Б., Торопков Н.Е., Ворожцов А.Б., Лернер М.И. Mathematical model of extrusion in FDM 3D printing technology Book of Abstracts of L International Conference “Advanced problems in mechanics”, стр. 44 (год публикации - 2022)

Публикации

1. Криницын М.Г., Первиков А.В., Сваровская Н.В., Ложкомоев А.С., Лернер М.И. Extrusion-Based Additive Manufacturing of the Ti6Al4V Alloy Parts Coatings, Vol. 13, Is. 6, Article number 1067 (год публикации - 2023)
10.3390/coatings13061067

2. Лебедев М.С., Промахов В.В., Шульц Н.С., Ворожцов А.Б., Лернер М.И. Effects of Sintering Temperature on the Microstructure and Properties of a W-Cu Pseudo-Alloy Metals, Vol. 13, № 10. Art. num. 1741 (год публикации - 2023)
10.3390/met13101741

3. Ложкомоев А.С., Бакина О.В., Казанцев С.О. Глазкова Е.А., Родкевич Н.Г., Лернер М.И. Antibacterial electro-explosive Co/CoO composite nanoparticles: Synthesis, structure, magnetic and antibacterial properties Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 580. Art. num. 170892 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jmmm.2023.170892

4. Лернер М.И., Сулиз К.В., Первиков А.В., Тарасов С.Ю. Micron- and Nanosized Alloy Particles Made by Electric Explosion of W/Cu-Zn and W/Cu/Ni-Cr IntertwinedWires for 3D Extrusion Feedstock Materials, Vol. 16, Is. 3, art. num. 955 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16030955

5. Ложкомоев А.С., Криницын М.Г., Казанцев С.О., Ворнакова Е.А., Сваровская Н.В., Глазкова Е.А. Development of approaches for forming complex profile parts from Al-Cu alloys using the metal fused filament fabrication technology Progress in Additive Manufacturing (год публикации - 2023)

6. Торопков Н.Е., Сагун А.И., Кудряшова О.Б., Лернер М.И. Optimal conditions for ultrasonic treatment of powder suspensions to obtain homogeneous thermite mixtures Russian Physics Journal (год публикации - 2023)

7. Промахов В.В., Лернер М.И. Laws of formation of structure of materials based on nanophers of Ti-Al sistema nanopours created with the application of additional technologies Abstracts of the Abstracts of the V International Conference and School "Advanced High Entropy Materials" (Saint Petersburg, Russia, October 9-13,2023) / ed. G.A. Salishchev, M.S. Tikhonova, E.A. Povolyaeva. – Belgorod : LLC "Epicenter", 2023. – 173 p., C.118 (год публикации - 2023)

8. Торопков Н.Е. Разработка фидстоков для 3D печати из псевдосплава W-Cu Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : Тез. докл. XVII Всерос. конф. молодых ученых 26 февраля — 6 марта 2023 г., Новосибирск — Шерегеш / под ред. Е. И. Крауса; Новосиб. гос. ун-т. — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2023. — 240 с., С. 193-194 (год публикации - 2023)

9. Торопков Н.Е., Сагун А.И., Кудряшова О.Б., Лернер М.И. Оптимальные режимы ультразвуковой обработки суспензий порошков для получения гомогенных термитных смесей Тезисы докладов Международной конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», 11-14 сентября 2023 года, Томск, Россия. – 676 с., С. 64-65 (год публикации - 2023)

10. Бакина О.В., Сваровская Н.В., Чжоу В.Р., Глазкова Е.А., Ложкомоев А.С., Иванова Л.Ю., Спирина Л.В., Лернер М.И. Особенности формирования пористых композитов на основе электровзрывного нанопорошка Ti/Al для костных имплантов Физическая мезомеханика (Physical Mesomechanics) (год публикации - 2024)

11. Чжоу В.Р., Бакина О.В., Сваровская Н.В. Пористые биосовместимые композиты Ti/Al/TiO2: получение и характеризация Тезисы докладов Международной конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», 11-14 сентября 2023 года, Томск, Россия. – 676 с., C. 615-616 (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На предыдущих этапах проекта были разработаны составы фидстоков и получены предварительные данные по режимам удаления полимерного связующего и спекания деталей. В отчетный период выявляли условия аддитивного формования деталей сложной формы из WC-Co, W-Cu, Al-Cu, Ti-Al, Al2O3 с высокими физико-механическими характеристиками. Рассмотрена возможность получения объемных структур экструзией полимеров, наполненных порошками термитов. Были отработаны режимы аддитивного формования зеленых деталей из полимерных композиций, наполненных порошками WC-Co, W-Cu, Al-Cu, Ti-Al. Печать деталей проводили с использованием стандартного 3D-принтера для полимерных материалов Bizon 2. Зеленые детали с 50 % об. WC-10Co готовили из смеси коммерческих порошков: 90 % масс. микро- и нанопорошков WC (соотношение микро/нано 85/15% масс., средний размер микрочастиц ‒ 6,6 мкм, нано ‒ 100-200 нм), 10 % масс. Co (средний размер частиц 50 нм) и Y2O3 0,5 % от массы WC. Порошки смешивали в турбулентном смесителе, затем с полимерным связующим МС 2162 в Z-образном смесителе. Полимерное связующее из зеленых деталей удаляли ацетоном при 23 °C в течение 5 сут. со сменой растворителя через 2 сут. Удалено 91,8±0,5 % масс. связующего. Материал спекали в токе аргона при линейном нагреве со скоростью 3 °С/мин в течение 7 ч до температуры 1440 °С с последующей изотермической выдержкой 1 ч. Материал имеет однородную структуру с распределением зерен WC (размер зерна 1,5-2,0 мкм и 4-5 мкм) в непрерывной кобальтовой матрице. Плотность материала 0,97, предел прочности при сжатии 2449 МПа при деформации 6,69 %, модуль упругости 38,8 МПа, твердость (HV 0.5/10) = 1246 ± 55 HV. Для изготовления деталей из W-30Cu использовали смесь электровзрывного порошка W (70 % масс.) и коммерческого микропорошка Cu (30 % масс.). Порошки предварительно смешивали в турбулентном смесителе, со связующим МС 2162 ‒ в Z-образном смесителе при соотношении порошок : полимер (% об.) 65:35. Полимерное связующее из зеленых деталей удаляли ацетоном при 23 °C в течение 96 ч. Удаляется 85,8±0,5 % масс. связующего. Детали спекали в вакууме со скоростью нагрева 5 °С/мин, с изотермической выдержкой в течение 1 ч при 300, 400 и 800 °С. При температуре 1060 °С изотермическая выдержка составляла 4 ч. Спеченный материал представляет собой медную матрицу, в которой равномерно распределены сферические частицы вольфрама. Плотность материала 0,96, предел прочности на изгиб 146 ± 10 МПа, микротвердость 100 ± 15 HV, коэффициент трения 0,7, электропроводность относительно чистой меди 80 %. Для изготовления деталей из Ti-36 % Al электрическим взрывом 2-х проволок из Al и Ti в Ar получали смесь нано- и микрочастиц с фазовым составом: Ti, Al и интерметаллиды TiAl, Ti3Al, Al3Ti. Порошок хранили под бутилацетатом без контакта с воздухом. Порошок и полимерное связующее состава, % масс: EVA VC 640 (10)/канифоль (75)/диоктиладипинат (ДОА) (15) /ирганокс 1010 (0,5 % от массы порошка) смешивали в Z-образном смесителе. Объемное соотношение порошка и связующего составляло (% об.): 60:40. Полимерное связующее из зеленых деталей удаляли изопропанолом при 23 °C в течение 4 сут. с заменой растворителя через 2 сут. Удалялось 75,0±0,5 % масс. связующего. Детали спекали в вакууме при ступенчатом нагреве с выдержкой 2 ч при 1350 °C. Кристаллическая структура образцов представлена фазами γ-TiAl + α2-Ti3Al + фазы TiO2 и Al2O3 (до 4 % масс. оксидных фаз). Плотность деталей 0,95, предел прочности на сжатие 1,05 ГПа, микротвердость 508 ± 47 HV, предел прочности на изгиб 350-400 МПа, модуль Юнга 90-120 ГПа. Для изготовления деталей из Al-10 % Cu электрическим взрывом проволок Al и Cu в Ar получали смесь нано- и микрочастиц. Полученный порошок смешивали в Z-образном смесителе со связующим MC 2162. Содержание порошка в фидстоке 70% об. Для удаления полимера зеленые детали выдерживались в ацетоне при комнатной температуре 72 ч, при 40 °С – 48 ч, без смены растворителя при 50 кратном избытке ацетона по объёму. Удалено 61,7±0,5 масс. % полимерного связующего. Режим спекания деталей в вакууме: линейный нагрев до 300 °С – 1 час, выдержка при 300 °С – 1 час, линейный нагрев до 400 °С – 0,5 часа, выдержка при 400 °С – 1 час, линейный нагрев до 560 °С – 1 час, выдержка при 560 °С – 6 часов, охлаждение до комнатной температуры. Формируется непрерывная однородная структура из алюминия с равномерно распределенными включениями интерметаллида CuAl2, плотность деталей 0,95, предел прочности на изгиб 178,1±15,1 МПа, предел прочности на сжатие 325,8±2,9 МПа, модуль упругости при изгибе 16,3±1,2 ГПа, модуль упругости при сжатии: 1,1±0,1 ГПа, микротвердость 98,2±10,6 HV, коэффициент трения 0,32. Для изготовления деталей сложной формы из оксида алюминия использовали микронные порошки и смеси нано- и микрочастиц Al2O3 в соотношении 10:90 % масс. Композиция с микропорошком содержала 55 % об., а с нано- и микропорошком – 60 % об. дисперсной фазы в связующем MC 2162. Выбраны параметры печати образцов, обеспечивающие формирование целостных зелёных деталей. Определены оптимальные режимы растворного удаления полимерного связующего в ацетоне: для образцов с толщиной стенки до 7,5 мм ‒ 48 ч, для массивных образцов с диаметром до 50 мм ‒ 14 сут. Образцы спекали при 1650°C с выдержкой 2 ч. Плотность спеченных керамических деталей из микропорошков составила 0,92, прочность на изгиб 318±10 МПа, микротвердость 1871±223 (HV 1,0/10), модуль Юнга 210±10 ГПа. Плотность спеченных деталей из нано- и микропорошков ‒ 0,95. Порошки для термитов получали электрическим взрывом проволок из Al (микрочастицы) в аргоне, а из Cu и Fe (наночастицы) ‒ в атмосфере Ar+20 % об. O2. Порошки смешивали в растворителе. В качестве полимерного связующего использовали LFC-1 + ПЭГ 6000. Вязкость суспензии Al+CuO со связующим ‒ 300,8±10 Па•с, Al+Fe2O3 ‒ 368,1±10 Па•с. Для получения аддитивным формованием объемных структур из термитов использовали технологию робокастинга. Структуры сложной формы, напечатанные из суспензии Al+CuO, имели следующие характеристики: скорость горения 16,38-28,57 мм/с, минимальная энергия лазера для инициирования горения 75,75-83,25 мДж, нижний предел чувствительности к удару (груз 10 кг) ‒ более 500 мм, нижний предел чувствительности к трению ‒ менее 400 кгс/см2. Характеристики структур, напечатанных из Al+Fe2O3: скорость горения 5,72-9,60 мм/с, минимальная энергия лазера для инициирования 58,5-84 мДж, нижний предел чувствительности к удару (груз 10 кг) ‒ более 500 мм, нижний предел чувствительности к трению ‒ менее 400 кгс/см2. Проведенные исследования позволили разработать научно-технические основы аддитивного формования деталей сложной формы из металлов, металлокерамики и высокоэнергетических материалов.

Публикации

1. Криницын М.Г. Study of the Structure and Properties of Metal Parts Obtained by Extrusion Additive Technology Abstracts of the 4th International Workshop of Advanced Manufacturing Technologies, С.10 (год публикации - 2024)

2. Торопков Н.Е. Development and Research of Ceramic Materials Produced By Extrusion Additive Technology Abstracts of the 4th International Workshop of Advanced Manufacturing Technologies, С.12 (год публикации - 2024)

3. Сагун А.И., Торопков Н.Е., Родкевич Н.Г., Лернер М.И. Исследование реологических свойств термопластичных фидстоков на основе оксида алюминия Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии: тезисы докладов Международной конференции, 09-12 сентября 2024 года, Томск, Россия. – 665 с., С. 548-549 (год публикации - 2024)

4. Иванова Л.Ю., Бакина О.В., Сваровская Н.В. Development of porous biomaterials based on electroexplosive nanoparticles Ti/Al: properties of composition selection, modes of 3D-printing and a processing of products Горячие точки химии твердого тела: ориентированные фундаментальные исследования [Электронный ресурс] : IV Междунар. конф., посвящ. 80-летию Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (2–4 июля 2024 г., Новосибирск, Академгородок) : тез. докл. / Ин-т химии тв. тела и механохимии СО РАН ; [отв. ред. Т. П. Шахтшнейдер ]. – Новосибирск, 2024. – 376 с. – Режим доступа: http://www.solid.nsc.ru/ htssc2024/Book_of_Abstracts.pdf, С. 33 (год публикации - 2024)

5. Иванова Л.Ю., Сваровская Н.В., Глазкова Е.А. Использование канифоли для создания гранулированного сырья (фидстоков) с реактивными металлами для аддитивного производства Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии: тезисы докладов Международной конференции, 09-12 сентября 2024 года, Томск, Россия. – 665 с., С. 420-421 (год публикации - 2024)

6. Кудряшова О.Б., Торопков Н.Е., Лернер М.И. Зажигание нанотермитов ФизикА.СПб: тезисы докладов международной конференции, 21–25 октября 2024 г. — СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2024, С. 117-118 (год публикации - 2024)

7. Сагун А.И., Торопков Н.Е., Лернер М.И. Разработка термопластичного алюмооксидного Фидстока для FGF-печати Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : Тез. докл. XVIII Всерос. конф. молодых ученых 10–18 марта 2024 г., Новосибирск — Шерегеш / под ред. Е.И. Крауса; Ин-т теор. и прикл. механики им. С.А. Христиановича СО РАН ; Центр. аэрогидродинам. ин-т им. проф. Н.Е. Жуковского ; Кузбасский гос. техн. ун-т им. Т.Ф. Горбачева. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2024. – 222 с., С.153-154 (год публикации - 2024)

8. Торопков Н.Е., Губарев Ф.А., Цирон М.С., Лернер М.И. Исследование скорости горения термитных смесей Al-CuO, полученных при различных параметрах ультразвукового перемешивания Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии: тезисы докладов Международной конференции, 09-12 сентября 2024 года, Томск, Россия. – 665 с., С. 579-580 (год публикации - 2024)

9. Лебедев М.С., Промахов В.В., Иванова Л.Ю., Сваровская Н.В., Кожухова М.И., Лернер М.И. Extrusion-Based Additive Manufacturing of WC-10Co Cemented Carbide Produced with Bimodal Ultrafine/Micron WC Particles Metals, Vol. 14, Is. 11, Article Number 1308 (год публикации - 2024)
10.3390/met14111308

10. Сулиз К.В., Первиков А.В., Сваровская Н.В., Иванова Л.Ю., Казанцев С.О., Бакина О.В., Родкевич Н.Г., Лернер М.И. Copper - nickel electro-explosive powder feedstocks for extrusion-based additive manufacturing Powder Technology, Vol. 445, Article Number 120069 (год публикации - 2024)
10.1016/j.powtec.2024.120069

11. Криницын М.Г., Сваровская Н.В., Родкевич Н.Г., Рюмин Е.Е., Лернер М.И. Structure and Properties of WC-Fe-Ni-Co Nanopowder Composites for Use in Additive Manufacturing Technologies Metals, Vol. 14, Is. 2, Article Number 167 (год публикации - 2024)
10.3390/met14020167

12. Торопков Н.Е., Лернер М.И. Исследование свойств композиций на основе полимеров и нанопорошков AL/Fe2O3 Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : Тез. докл. XVIII Всерос. конф. молодых ученых 10–18 марта 2024 г., Новосибирск — Шерегеш / под ред. Е.И. Крауса; Ин-т теор. и прикл. механики им. С.А. Христиановича СО РАН ; Центр. аэрогидродинам. ин-т им. проф. Н.Е. Жуковского ; Кузбасский гос. техн. ун-т им. Т.Ф. Горбачева. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2024. – 222 с., С.179-180 (год публикации - 2024)

13. Сулиз К.В., Казанцев С.О., Первиков А.В., Тарасов С.Ю., Лернер М.И. Effect of buffer gas pressure on phases and size of oxide nanoparticles produced by exploding wires Nano-Structures & Nano-Objects (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
Выполнение проекта позволило разработать научно-технические основы технологии аддитивного формования металлических и металлокерамических деталей сложной формы из термопластичных композиций, содержащих нано- и микрочастицы W-30 % масс. Сu (W-30Cu), WC-10 % масс. Co (WC-10Co) с добавкой 0,5 % масс. Y2O3, Ti-36 % масс. Al (Ti-36Al), Al-10 % масс. Cu (Al-10Cu). Универсальность разработанной технологии при изготовлении деталей сложной формы из различных металлов и относительно невысокая стоимость оборудования позволяют внедрить аддитивное производство деталей сложной формы даже на небольших предприятиях. Печать многокомпонентными материалами, недоступными для большинства современных аддитивных методов, открывает новые возможности изготовления деталей сложной формы для энергетики, автомобилестроения, медицины и др. важных отраслей промышленности. Разработанный в проекте подход расширит номенклатуру материалов для изготовления деталей сложной формы при аддитивном производстве. Дополнительные эксперименты показали, что использование данных, полученных при выполнении проекта, позволяет разработать термопластичные композиции для аддитивного формования деталей из других металлов – нержавеющей стали, жаропрочных и жаростойких сталей, меди и никеля. Разработанные термопластичные композиции могут использоваться не только при аддитивном формовании деталей, но и в MIM-технологиях и заменить недоступные сегодня импортные фидстоки. Разработка высокоэнергетических материалов (термитов на основе нано- и микрочастиц алюминия и оксидов металлов (CuO, Fe3O4)) для аддитивного производства позволит создать новые технологии и устройства или значительно улучшить характеристики существующих. Указанное направление обладает значительным потенциалом для производства устройств преобразования и накопления энергии. Возможность формования сложнопрофильных структур обеспечит большую гибкость при разработке пиротехнических изделий технического назначения и зарядов твердого ракетного топлива. Аддитивная печать позволит сформировать из высокоэнергетических материалов изделия заданной и сложной конфигурации. Процесс изготовления изделий из термитов становится более безопасным, потому что 3D-принтер может работать удаленно, соответственно, снижается стоимость конечного изделия и площадь его производства.