OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 153 MATERIAL SCIENCE алюминия, кремния и магния и дальнейшей подготовки смеси порошковой композиции Al-Si-Mg (Al – 91 масс.%, Si – 8 масс. %, Mg – 1 масс. %) для лазерного синтеза. Исходя из цели работы поставлены следующие задачи: провести исследования исходных порошков и порошковой композиции методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, подготовить порошковую композицию для процесса селективного лазерного плавления и провести эксперимент лазерного синтеза порошковой композиции для выяснения возможности процесса. Методика исследований В качестве исходного материала для создания порошковой композиции использовали порошки алюминия, кремния и магния. Алюминиевый порошок ПА-4 изготовлен по ГОСТ 6058–73, порошок кремния – по ГОСТ 2169–69 и порошок магниевый МПФ-4 – по ГОСТ 6001–79. Порошки имеют различие в температурах плавления, плотности, теплопроводности и др. Температура плавления алюминия (660 °С), кремния (1414 °С) и магния (650 °С), плотность (у алюминия 2,7 г/см3, у кремния 2,35 г/см3, магния 1,74 г/см3). При этом теплоемкости алюминия, кремния, магния близки друг к другу. Молярная теплоемкость алюминия – 24,35 Дж/(K · моль), кремния – 20,16 Дж/(K · моль), магния – 24,9 Дж/(K · моль), теплопроводность при комнатной температуре алюминия – 237 Вт/(м · К), кремния – 149 Вт/(м · К), магния – 156 Вт/(м · К). Морфология поверхности частиц порошка исследована на растровом электронном микроскопе LEO EVO в ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН. Условия съемки: ускоряющее напряжение – 20 кВ, ток пучка – 1…2 нА, фокусное расстояние 8,5…10 мм, увеличение 100...2000. Элементный состав поверхности образца проведен на приставке к микроскопу для энергодисперсионного анализа Oxford Instruments INCA350. Исследования методом рентгеновской дифракции осуществлялись на рентгеновском дифрактометре ДРОН-7 (Буревестник, Россия) в CoKα-излучении (λ = 0,1789 нм). Напряжение, подаваемое на рентгеновскую трубку, составило 35 кВ, сила тока – 22 мА. Съемка осуществлялась в симметричной геометрии по схеме Брегга-Брентано (2theta-theta) в угловом диапазоне 2θ 10°…165° с шагом сканирования 0,05°, с вращением образца. Время экспозиции в каждой точке составляло 5 с. Для проведения исследований методом рентгеновской дифракции в связи с вертикальной фиксацией образца на гониометре дифрактометра порошки склеивались прозрачным цапонлаком в формы из винипласта. Гранулометрический состав проведен с помощью ситового анализа. Ситовый анализ обеспечивает простой подход для получения распределения порошка по размеру путем просеивания порошка через уложенные друг на друга сита (№ 0100, № 0080, № 0064, № 0040, № 0020) в порядке убывания размеров ячеек, подверженные механической вибрации в течение 60 мин. Каждая отдельная сетка удерживает частицы, которые непроницаемы для следующей сетки, таким образом, генерирует спектр размеров частиц. Результаты ситового анализа порошка алюминия показали, что размер порошка менее 20 мкм составляет 6,5 %, менее 40 мкм составляет 20 % порошка, 64 мкм имеет 27 % частиц, 80 мкм – 17 %, 100 мкм – 11 %, частицы размером более 100 мкм – 17 %. У порошка магния 20 мкм – 3,6%, 40 мкм – 15 %, 64 мкм – 27 %, 80 мкм – 26 %, 100 мкм – 25 %. Потеря порошка при просеивании составила менее 4 %. Порошок кремния просеять не удалось из-за плохих сыпучих свойств. Для получения порошковой композиции был выбран диапазон размера частиц 20…64 мкм, рекомендованный для селективного лазерного плавления. Более мелкие легирующие элементы обеспечивают более высокую плотность порошкового слоя, хотя разница в размерах частиц может привести к нежелательной сегрегации. Три элементарных порошка объединяли в весовой пропорции Al – 91 масс. %, Si – 8 масс. %, Mg – 1 масс. %, а затем перемешивали посредством шаровой мельницы в течение одного часа в защитной среде аргона. В качестве мелящих тел выступали шары из конструкционной стали ШХ15 диаметром 5, 7 и 8 мм. Шаровая мельница является экономичным и широко используемым методом механического легирования порошковой композиции. Выращивание образцов осуществлялось на установке селективного лазерного плавления ВАРИСКАФ100МВС, разработанной и изготовленной в Юргинском технологическом ин-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1