Применение технологии холодного газодинамического напыления как аддитивного способа для получения материалов на основе алюминида никеля и алюминида титана

Аддитивная технология производства металлов широко изучается из-за ее уникальных преимуществ по сравнению с традиционными производственными процессами. Она применяется для формирования сложных компонентов сплавов Ti, Fe или Ni, для цветных сплавов – алюминиевых, магниевых, медных – аддитивные технологии не используют из-за быстрого плавления при обработке лазером, электронным лучом и/или дугой. «Холодное» напыление широко применяется в качестве эффективной технологии нанесения высококачественных покрытий при массовом производстве изделий из металлов и сплавов и/или композитных покрытий с металлической матрицей. Кроме того, «холодное» напыление является эффективным инструментом для аддитивного производства металлов, и в настоящее время исследования в данном направлении становятся интенсивными. В работе показано, что применение технологии «холодного» напыления позволяет получать композиционные материалы на основе алюминия и титана, армированные карбидом бора. Выбранный в качестве армирующей компоненты диоксид циркония не удалось ввести в состав композита на основе алюминия и никеля, что, скорее всего, объясняется крупным размером частиц. В результате термической обработки материалов, полученных по технологии «холодного» напыления, образуются новые химические соединения – как интерметаллиды, так и керамические упрочняющие включения, что наблюдается в системе алюминида титана. При этом примерно в 7 раз повышается микротвердость, но уменьшаются линейные размеры, чего не наблюдается в системе на основе алюминида никеля. Уменьшение геометрических размеров в образцах алюминида титана после термической обработки необходимо учитывать при изготовлении деталей.

1. Gibson D., Rosen B. S. Additive Manufacturing Technologies. – New York: Springer International Publishing, 2010. – 675 p.

2. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms / D. D. Gu et al. // Int. Mater. Rev. Taylor & Francis. – 2012. – V. 57, N 3. – P. 133–164

3. Murr Lawrence E. Frontiers of 3D Printing/Additive Manufacturing: from Human Organs to Aircraft Fabrication // J. Mater. Sci. Technol. – 2016. – V. 32, N 10. – P. 987–995.

4. Cold spraying – a materials perspective / H. Assadi et al. // Acta Mater. – 2016. – V. 116. P. 382–407.

5. Papyrin A. Cold spray technology // Adv. Mater. Process. – 2001. – V. 159. – P. 49–51.

6. Analysis of Thermal History and Residual Stress in Cold-Sprayed Coatings / Z. Arabgol et al. // J. Therm. Spray Technol. – 2014. – V. 23, N 1. – P. 84–90

7. Solid-state additive manufacturing and repairing by cold spraying: A review / W. Li et al. // J. Mater. Sci. Technol. The editorial office of Journal of Materials Science & Technology. – 2018. – V. 34, N 3. – P. 440–457.

8. Ziemian C. W., Wright W. J., Cipoletti D. E. Influence of Impact Conditions on Feedstock Deposition Behavior of Cold-Sprayed Fe-Based Metallic Glass // J. Therm. Spray Technol. Springer US. 2018. – V. 27, N 5. – P. 843–856.

9. Karmakar R., Maji P., Ghosh S. K. A Review on the Nickel Based Metal Matrix Composite Coating // Metals and Materials International. – Korean Institute of Metals and Materials, 2020.

10. Champagne V., Helfritch D. The unique abilities of cold spray deposition // Int. Mater. Rev. Taylor & Francis. – 2016. – V. 61, N 7. – P. 437–455.

11. Residual stress development in cold sprayed Al, Cu and Ti coatings / T. Suhonen et al. // Acta Mater. – 2013. – V. 61. – P. 6329–6337.

12. Comparison of the Properties of Cold-Sprayed Cu–0.5Cr–0.05Zr Alloys after Various Heat Treatments Versus Forged and Vacuum Plasma-Sprayed Alloys / P. Coddet et al. // J. Therm. Spray Technol. – 2014. – V. 23, N 3. – P. 486–491.

13. Mechanical Properties of Cu–0.1Ag Alloys Deposited by Cold Spray with Various Powder Feed Rate and Heat Treatment / P. Coddet et al. // J. Therm. Spray Technol. – 2015. – V. 24, N 1. – P. 119–125.

14. The structure and properties of high-entropy alloys and nitride coatings based on them / A.D. Pogrebnjak et al. // Russ. Chem. Rev. Turpion-Moscow Limited. – 2014. – V. 83, N 11. P. 1027–1061.

15. Bagherifard S., Roscioli G., Zuccoli M.V., Hadi M., D’Elia G., Demir A. G., Previtali B., Kondás J., Guagliano M. Cold spray deposition of freestanding inconel samples and comparative analysis with selective laser melting // J. Therm. Spray Technol. – 2017. – V. 26. – P. 1517–1526.

16. Геращенков Д. А., Фармаковский Б. В., Васильев А. Ф., Мачек А. Ч. Исследование температуры потока в процессе «холодного» газодинамического напыления функциональных покрытий // Вопросы материаловедения. – 2014. – Т. 2, № 77. – С. 87–96.

17. Zhao H., Bing C. Formation of TiB2-TiC Composites by Reactive Sintering // Ceram. Int. 1999. – V. 25. – P. 353–358.

18. Pan C., Zhang J., Zhu B. Structure formation and densification of TiB 2 -TiC-Ni composites produced by chemical reaction of Ti-B 4 C system in high-gravity field // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2018. – V. 382. – P. 22049.