Звіт про науково-дослідну роботу:  «Фундаментальні особливості поведінки гранульованих матеріалів в технологіях 3D прінтінгу та консолідації високодисперсних порошків в умовах іскроплазмового спікання та традиційного ізотермічного спікання»

Звіт про науково-дослідну роботу: «Фундаментальні особливості поведінки гранульованих матеріалів в технологіях 3D прінтінгу та консолідації високодисперсних порошків в умовах іскроплазмового спікання та традиційного ізотермічного спікання»

Репозиторій DSpace/Manakin

Вхід

Домашня сторінка
→
3. Науковий напрямок-новітні технології порошкової металургії, металеві і композиційні матеріали та порошкові покриття
→
звіти
→
Переглянути статтю

Звіт про науково-дослідну роботу: «Фундаментальні особливості поведінки гранульованих матеріалів в технологіях 3D прінтінгу та консолідації високодисперсних порошків в умовах іскроплазмового спікання та традиційного ізотермічного спікання»

Керівник роботи: Штерн Михайло Борисович, д.т.н., член - кор. НАНУ, (Email:stern@materials.kiev.ua)

URI: http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/428

Дата: 2022

Анотація:

ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ – пористі матеріали, матеріали порошкового походження. пошкоджені матеріали, технології спікання, пресування, 3D прінтінгу та інжекційного формування. МЕТА РОБОТИ – вдосконалення наукових уявлень про зв'язок фізико-механічних властивостей гранульованих порошкових середовищ та матеріалів, одержаних на їх основі, методами 3D прінтінгу, іскроплазмового, реакційного та традиційного спікання.. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ – використання експериментальних методів та методів механіки континууму, обчислювальної мікромеханіки і методів скінчених елементів. Базуючись на уявленнях теорії ущільнення гранульованих середовищ, із застосуванням методу дискретних елементів сформульовано принципи керування розподілом густини та кінцевою конфігурацією виробу, отриманого із застосуванням 3–D технологій. Оптимізовано процеси селективного лазерного спікання та плавлення у матричних композитах нержавіючої сталі SS316L з включеннями карбіду вольфраму. Встановлено, що безпористий виріб може бути отриманий тільки за умови достатнього часу існування рідкого металу для заповнення найбільших пор в насипці. Цей час збільшується із збільшенням концентрації керамічних вкраплень як за рахунок збільшення ефективної в'язкості металу так і за рахунок збільшення максимального розміру пор. Методами комп'ютерного моделювання проаналізовано процес інжекційного пресування. Зокрема, проаналізовано заповнення шлікером порожнини прес-форм для виготовлення виробів у формі суцільної кулі, кулі з осьовим циліндричним отвором, сопла та воронки, для термопластичної маси на основі порошку нітриду алюмінію встановлені кореляційні залежності: Визначено час заповнення прес-форми у залежності від характерного діаметру виробу та довжини ліній спаю та ефективної в’язкості термопластичної маси. Проведено аналіз процесів усадки і еволюції порової і зеренної мікроструктури при спіканні гранульованих порошків вольфраму. Вивчено вплив вихідних компонентів та додаткового легування ніобієм на консолідацію, структуру та механічні властивості сплавів на основі γ-TiAl. КЛЮЧОВІ СЛОВА: ГРАНУЛЬОВАНЕ СЕРЕДОВИЩЕ, СТРУКТУРА, СПІКАННЯ, МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, ВИРОБИ СКЛАДНОЇ ФОРМИ, ІНЖЕКЦІЙНЕ ФОРМУВАННЯ.

Опис:

СКОРОЧЕНИЙ ЗМІСТ ВИСНОВКІВ РЕЦЕНЗЕНТІВ. Проект присвячено формулюванню наукових підвалин та розробці методів аналізу процесів отримання виробів на основі порошкових матеріалів. На відміну від попередніх досліджень, виконаних, як розробниками, так і численними фахівцями в галузі технологій матеріалознавства, автори проекту зосереджуються на розв‘язку одночасно двох ключових завдань – формоутворення та структуроутворення. Одна із проблем проекту пов‘язана із поглибенням розуміння консолідації виробів з порошків методом 3-D прінтінгу. Авторам вдалося встановити важливий зв‘язок між конструктивними параметрами прес-елементів, вихідною товщиною шарів та максимально можливою для цього процесу густиною. Одночасно, розглянуто і інший різновид адитивних технологій – селективне лазерне спікання. Зокрема, з метою оптимізації та вдосконалення цього процесу встановлено можливість використовувати уявлення рідко - фазного спікання. Важливі результати отримані шляхом моделювання інжекційного пресування порошків металів та кераміки за рахунок використання власної моделі нелінійно - в‘язкої течії шлікеру, що містить майже граничну концентрацію порошку. Особливу увагу приділено еволюції порової та зереної структури під час спікання гранульованих порошків вольфраму. Встановлено шляхи запобігання утворенню та розвитку дефектів під час цього процесу, що дозволили вдосконалити властивості порошкових катодів. Запропоновано метод отримання сплаву на основі γTiAl, легованого ніобієм в межах твердого розчину, шляхом використання прекурсорів. Застосування сполук TiH2, Al3Ti, Al3Nb замість елементарних порошків дозволило досягти високої дисперсності шихти в результаті високоенергетичного розмелу. Попри багатоплановість питань, що покладені в основу проекту, автори довели, що всі вони спрямовані на розв‘язок однієї з нагальних проблем сучасного матеріалознавства. З огляду на це, а також високий рівень отриманих результатів вважаю мету проекту досягнутою, а сформульовані задачі розв‘язаними. Наведене вище дає підстави рекомендувати Вченій раді ІПМ НАН України та Бюро відділення фізико – технічних проблем матеріалознавства президії НАН України затвердити звіт по даному проекту. Мета проекту − вдосконалення теоретичних уявлень про зв'язок фізико-механічних властивостей гранульованих порошкових та пористих середовищ із властивостями виробів, отриманих на їх основі. Саме формулювання мети свідчить про актуальність проблематики, обраної авторами проекту, а також про поєднання наукових засад із основами технологій отримання важливих для сучасного використання матеріалів. Як об‘єкт дослідження, авторами обрано дисперсну сировину, що під час обробки поступово перетворюється на тверде тіло, набуваючи при цьому бажаних властивостей. Розглядається як застосування 3–d прінтінгу, так і консолідація порошкових середовищ під дією рушійних сил спікання та фазоутворення. За умов, що супроводжують наведені процеси, використовуються методи дискретних та скінчених елементів, а також уявлення фізики спікання. Встановлюється зв‘язок показників стану дисперсного середовища із конструктивними параметрами адитивних технологій, температурою спікання та її змінами. Основну увагу приділено контролю утворення та розвитку пошкоджень, викликаних збуреннями внаслідок початкової випадкової неоднорідності параметрів структури. Зокрема, авторам проекту вдалося встановити роль локальної дилатансії, як можливого джерела дефектів під час 3–d прінтінгу, а також намітити можливі заходи з метою ізоляції осередків їх локалізації. Аналогічні проблеми були розв‘язані також у зв‘язку із використанням неізотермічного спікання катодів на основі гранульованих порошків вольфраму. Отримані результати базуються на теоретико-експериментальних засадах механіки та фізики дисперсних та пористих матеріалів, розвинутих членами авторського колективу і визнаних світовою науковою спільнотою. У той же час розробники проекту використовують набуті результати безпосередньо з метою отримання порошкових виробів, важливих для різних технічних проблем. Наведене вище вважаю підставою для позитивної оцінки результатів роботи авторського колективу та проекту в цілому. Рецензенти рекомендують виконану роботу ухвалити на Бюро Відділення ВФТПМ НАН України. ПРОПОЗИЦІЇ ПРО ПОДАЛЬШЕ ВИКОРИСТАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. На підставі розробки нових теоретичних уявлень, що базуються на методах скінчених та дискретних елементів щодо процесів консолідації порошків та інших гранульованих середовищ, а також на базі застосування методів комп‘ютерного моделювання, будуть оптимізовані та вдосконалені новітні технології 3D прінтування, іскроплазмового, реакційного та звичайного пічного спікання, що має підвищити ступінь контрольованості названих технологій і забезпечити можливість регулювання властивостей матеріалів, що з них отримують.

Показати повний запис статті