Особенности консолидации металлических порошков в результате послойного электроимпульсного спекания

И.А. Елькин, В.А. Волков, К.С. Столбов, Д.А. Колодкин, А.А. Чулкина, А.Н. Бельтюков
Получена: 04 мая 2018; Исправлена: 03 июля 2018; Принята: 23 июля 2018
Цитирование: И.А. Елькин, В.А. Волков, К.С. Столбов, Д.А. Колодкин, А.А. Чулкина, А.Н. Бельтюков. Особенности консолидации металлических порошков в результате послойного электроимпульсного спекания. Письма о материалах. 2018. Т.8. №3. С.335-340
BibTex   DOI: 10.22226/2410-3535-2018-3-335-340

Аннотация на русском языке

Предложен способ консолидации электропроводящего порошка, который заключается в нанесении слоя электропроводящего порошка на поверхность формируемой детали, сжатии порошка в точке между деталью и электродом и спекании в этой точке за счет пропускания импульса электрического тока. Последовательное поточечное спекание приводит к образованию новых слое и позволяет получать объемные материалы.Аддитивные технологии (3D печать, трехмерная печать) или технологии послойного получения объемных материалов из порошковых прекурсоров имеют огромные перспективы в современной промышленности. Благодаря таким технологиям удается получать изделия, обладающие сложной геометрической формой, а также материалы, обладающие уникальным комплексом свойств. Перечень изделий перспективных с точки зрения получения трехмерной печати чрезвычайно широк, поэтому идет постоянный поиск новых методов, приемов и технологий трехмерной печати. В настоящей работе предложен способ получения объемных материалов сложной формы из электропроводящих порошков, основанный на технологии точечного, послойного электроимпульсного спекания. Данный метод заключается в послойной консолидации порошков, причем каждый слой формируется в результате последовательного поточечного спекания небольших порций порошка, сжатых между электродом и подложкой, либо между электродом и предыдущим спеченным слоем. В работе, с помощью предложенного способа, получены объемные образцы из порошков, обладающих разным химическим составом (Cu, Ti, механосинтезированная оловянистая бронза), частицами различной формы (дендритная, гантелеобразная, камнеобразная), и различным структурно-фазовым состоянием. При помощи рентгеновской дифракции, электронной микроскопии исследованы структурно-фазовые состояния и пористость полученных объемных консолидированных материалов. Большое влияние на спекание порошков используемым методом оказывает тепловыделение по границам порошинок, которое в свою очередь зависит от удельного электросопротивления материала и происходящих структурно-фазовых превращений в процессе спекания. Пористость спеченных образцов, главным образом, зависит от типа использованного порошка и уменьшается с уменьшением размера порошинок.

Ссылки (24)

1.
S. Bremen, W. Meiners, A. Diatlov. Laser Technik Journal. 9(2), 33 (2012).
2.
K. Zhang, W. Liu, X. Shang. Optics & Laser Technology. 39(3), 549 (2007).
3.
L. E. Murr, S. M. Gaytan, D. A. Ramirez, E. Martinez, J. Hernandez, K. N. Amato, P. W. Shindo, F. R. Medina, R. B. Wicker. Journal of Materials Science & Technology. 28(1), 1 (2012).
4.
L. Thijs, F. Verhaeghe, T. Craeghs. Acta Materialia. 58(9), 3303 (2010).
5.
K. Puebla, L. E. Murr, S. M. Gaytan. Mater. Science and App. 3, 259 (2012).
6.
T. Nakamoto, N. Shirakawa, Y. Miyata, H. Inui. J. Mater. Process. Technol. 209, 5653 (2009).
7.
A. Simchi, H. Pohl. Materials Science and Engineering A. 359, 119 (2003).
8.
R. Morgan, A. Papworth, C. Sutcliffe. J. of Mater. Science. 7, 3093 (2002).
9.
H. Asgharzadeh, A. Simchi. Mater. Science and Eng. A. 403, 290 (2005).
10.
W. Di, Y. Yongqiang, S. Xubin, C. Yonghua. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 58, 1189 (2012).
11.
H. K. Rafi, T. L. Starr, B. E. Stucker. Int. J. Adv. Manuf. Tech. 69, 1299 (2013).
12.
E. G. Grigoriev, A. V. Rosliakov. Journal of materials processing technology. 191, 182 (2007).
13.
A. G. Anisimov, V. I. Mali. Combustion, explosion and shock waves. 46, 237 (2010).
14.
S. Kar, E. S. Sarma, V. B. Somu, N. K. Kishore, V. Srinivas. Indian journal of engineering and materials. 15, 343 (2008).
15.
W. H. Lee, C. Y. Hyun. Applied surface science. 53, 4649 (2007).
16.
W. H. Lee, J. W. Park, D. A. Puleo, J. Kim. Journal of materials science. 35, 593 (2000).
17.
M. Alitavoli, A. Darvizeh. J. of Mater. Process. Tech. 209, 3542 (2009).
18.
M. P. Malkov. Handbook of the physical and technical basics of cryogenics. Moscow, Energoatomizdat (1985) 436 p. (in Russian) [М. П. Малкова. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Москва, Энергоатомиздат (1985) 436 с.]
19.
V. E. Mikryukov. Thermal conductivity and electrical conductivity of metals and alloys. Gos. Scientific and technical publishing house for ferrous and non-ferrous metallurgy (1955) 260 p. (in Russian) [В. Е. Микрюков. Теплопроводность и электропроводность металлов и сплавов. Гос. Научно-тех. изд-во по черной и цветной металлургии (1955) 260 с.]
20.
J. P. Kruth, P. Mercelis, J. Vaerenbergh. Rapid Prototyping J. 11, 36 (2005).
21.
C. Rock, J. Qiu, K. Okazaki. J. of Mater. Science. 33, 241 (1998).
22.
B. An, N. H. Oh, Y. W. Chun, Y. H. Kim, D. K. Kim, J. S. Park. Materials letters. 59, 2178 (2004).
23.
B. E. Warren. X-ray diffraction. New-York, Dover Publ., Inc. (1990) 251 p.
24.
R. K. Nandi, H. K. Kuo,W.H. Schlosberg. J. Appl. Cryst. 17, 22 (1984).