Багатокомпонентні жароміцні нікелеві сплави (Inconel 718, ВЖЛ12У, ЖС6К, ЕП648) широко застосовуються в авіа- та енергетичному машинобудуванні завдяки високим механічним властивостям і жаростійкості [1]. Водночас їх використання в адитивних технологіях обмежується складністю отримання порошків із контрольованим хімічним складом і високою сферичністю частинок [2]. Однією з ключових проблем є хімічна неоднорідність, що виникає під час плавлення і кристалізації, а також можливі втрати легкоплавких елементів (Al, Ti), які критично впливають на фазовий склад і властивості сплавів [1, 3]. Тому актуальним є розроблення технологій отримання порошків, які забезпечують відповідність хімічного складу стандартам і високу якість частинок.

Метод ультразвукової атомізації є перспективним підходом для отримання сферичних порошків із вузьким гранулометричним складом та мінімальною кількістю дефектів.

Методика досліджень. Для отримання порошків використовували жароміцні сплави: Inconel 718, ВЖЛ12У, ЖС6К, ЕП648. Сферичні порошки отримували методом ультразвукової атомізації із застосуванням спеціалізованого обладнання – ультразвукового розпилювача AMAZEMET rePowder R02. Основні етапи отримання:

– підготовка вихідних порошкових зразків сплавів;

– плавлення матеріалу в контрольованій атмосфері (Аргон, вищий сорт);

– диспергування розплаву під дією ультразвукових коливань;

– швидке охолодження та кристалізація частинок в потоці інертного газу.

Аналіз проводили за допомогою електронної мікроскопії (мікроструктура частинок, залитих бакелітовою смолою) із застосуванням енергодисперсійної спектроскопії (EDS) для визначення хімічного складу. Оцінку відповідності складу отриманих частинок проводили шляхом порівняння з нормативними значеннями для відповідних сплавів.

Отримані порошки мають переважно сферичну форму (рис. 1), що є критично важливим для адитивного виробництва (SLM, DED тощо). Поверхня частинок характеризується низькою шорсткістю та відсутністю значної кількості включень, виступів тощо.

Мікроструктурний аналіз показав формування практично бездефектної дрібнодисперсної дендритної структури з незначними областями (долі мікрон) мікросегрегації тугоплавких елементів (Mo, W). При цьому хімічний склад частинок відповідає складу вихідних сплавів без зниження вмісту легкоплавких елементів (Al, Ti), що пов’язано з довготривалим та поступовим нагріванням порошкових зразків під час їх плавлення. Важливим є той факт, що застосування контрольованих режимів плавлення та ультразвукової атомізації дозволяє мінімізувати хімічну неоднорідність та забезпечити склад порошку відповіднго до вимог стандартів, стабільні характеристики частинок.

Рисунок 1. Мікроструктура частинок жароміцних сплавів Inconel718 (а), ВЖЛ12У (б), ЖС6К (в) та ЕП648 (г) після ультразвукової атомізації: а, г – х5000; б, в – х2500

Отримані результати узгоджуються з літературними даними щодо схильності нікелевих суперсплавів до сегрегації, однак показують, що ультразвукова атомізація є ефективним способом її зменшення порівняно з традиційними методами.

Висновки:

1.  Показано можливість отримання сферичних порошків жароміцних нікелевих сплавів методом ультразвукової атомізації з використанням установки AMAZEMET rePowder R02.

2.  Отримані порошки характеризуються високою сферичністю, що відповідає вимогам адитивних технологій.

3.  Метод ультразвукової атомізації забезпечує більш однорідний розподіл елементів і може бути рекомендований для отримання порошків, що відповідають вимогам стандартів для адитивного виробництва.

Джерело фінансування. Ця робота була виконана в межах виконання науково-технічної роботи № ДЗ/176-2025 Міністерства освіти і науки України «Розроблення технології виготовлення дрібнодисперсних сферичних порошків жароміцних сплавів для 3D-принтерування методом ультразвукової атомізації».

Література:

1.  T.M. Pollock, S. Tin, Nickel-based superalloys for advanced turbine engines: Chemistry, microstructure and properties, J. Propuls. Power, 2006. V.22, No.2.                                     P.361–374.

2.  D. Herzog, V. Seyda, E. Wycisk, C. Emmelmann, Additive manufacturing of metals, Acta Mater., 2016. V.117. P.371–392.

3.  J.J. Lewandowski, M. Seifi, Metal additive manufacturing: A review of mechanical properties, Annu. Rev. Mater. Res., 2016. V.46. P.151–186.