3D プリントを使用してジェット エンジンを強化

スコルコボ科学技術大学、モスクワ、ロシア

スコルテックのエンジニアは、3D プリンターを使用して、これまで材料科学では知られていなかった青銅と鋼の合金のサンプルを作製し、その機械的特性を調査しました。 青銅と鋼の異なる特性を組み合わせたこの新しい合金は、航空機やロケット エンジンの燃焼室の製造に使用できる可能性があります。 これらは、極端な温度に耐える鋼の能力とチャンバーから熱を伝導する青銅の能力の両方の恩恵を受けるでしょう。

「3D プリンティングは、複合材料を構成する 2 つの異なる材料の特性を備えた複合部品の製造に有望です」とスコルテック材料部門のイーゴリ・シシコフスキー准教授は述べています。 「たとえば、鋼鉄は作動中のエンジン内での燃料燃焼によって生じる高温に耐性があると考えてください。これは素晴らしいことですが、青銅と比べると鋼鉄の熱伝導率はそれほど高くないため、エンジンの冷却水は熱を吸い上げることができません。 3D プリントを使用すると、温度管理を向上させるための内側の青銅製から、構造を保持するための外側の鋼製までシームレスに燃焼室を製造することで、実際に両方の長所を活かすことができます。一緒に。"

研究チームは、直接レーザー蒸着と呼ばれる 3D プリンティング技術を使用した青銅鋼合金の最初の合成を報告しました。この技術は、金属部品の作成中にレーザー ビームを介して粉末成分を溶解および融合させます。

実際、スコルテックのチームは、青銅と鋼を 2 つの異なる方法で組み合わせ、準均質な合金とサンドイッチ構造の両方を実現しました。 前者では、2 つの材料がサンプル全体でほぼ均等に混合されていますが、後者は、厚さ 0.25 mm の青銅と鋼の交互の一連の層で構成されています。 研究者らは 1 種類の鋼を使用しましたが、合金中の含有量を 25 パーセントから 50 パーセントまで変化させ、一般的な 3 種類の青銅を実験しました。

その結果、2 つの材料が欠陥を形成することなく良好に融合したことが確認され、青銅鋼合金の構造的および機械的特性が調査されました。 そうするために、チームは垂直の棒を下から上に成長させ、その形状、化学組成、微細構造を調べました。

「何か問題が発生すると、サンプルの形状が目に見えて歪んだり、3D プリント中に複数の層に割れたりする可能性があります。これは通常、使用されている材料が適切でないか、条件が適切に設定されていないことを意味します」とシシコフスキー氏は述べた。

これまでのところ問題は見つかっていないため、研究者らはサンプルのさまざまな部分から小さな断片を切り出し、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡で内部構造を調査しました。 その後、破壊に至るまで継続されたサンドイッチ複合材料の広範囲の機械的試験で、主な機械的特性が得られました。

「鋼と青銅を合金に組み合わせることができ、直接レーザー蒸着による3Dプリンティングと互換性があることが確認でき、新材料の機械的特性もわかったので、その応用可能性を探ることができる」と研究の最初の研究者は述べた。著者のコンスタンチン・マカレンコ氏、スコルテック・マテリアルズの学生。 「将来的には、スコルテック社で鋼と青銅の燃焼室を製造してテストしたいと考えていますが、それを超えて、他のアイテムも可能であり、他の金属の組み合わせも使用できる可能性があります。

「次のステップは、青銅製の冷却チャネルを備えた強化超合金製のタービンブレードを作成することです。溶接やその他の接合部を一切使用せず、2 つの異なる素材の利点を 1 つのシームレスな製品に組み合わせることがすべてです。」

詳細については、Skoltech Communications までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。 表示するには JavaScript を有効にする必要があります。 +7 495-280-1481。

この記事は、Tech Briefs Magazine の 2023 年 6 月号に初めて掲載されました。

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