Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия

С. Б. Ермаков, директор центра стратегических инициатив, канд. техн. наук, эл. почта: ermakovsb@tyuiu.ru

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
Б. С. Ермаков, зав. лабораторией ресурса материалов, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: ermakov_bs@spbstu.ru
О. В. Швецов, зам. зав. лабораторией ресурса материалов, канд. техн. наук, эл. почта: shvec_off@mail.ru

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия
С. А. Вологжанина, профессор кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, докт. техн. наук, эл. почта: vologzhanina_sa@pers.spmi.ru

Применение аддитивных технологий в разных отраслях промышленности с использованием 3D-принтеров ставит ряд задач для исследований материалов. При этом важно то, какие исходные металлические порошки применяют для изготовления деталей, узлов и даже готовых изделий. Широкая номенклатура изделий машиностроения ставит вопрос о возможности использования для аддитивных технологий материалов разных марок. К порошковым материалам предъявляют ряд жестких требований по химическому составу, отсутствию дефектов и формированию разных соединений на поверхности, строению и сферичности получаемых частиц. В зависимости от способа 3D-печати необходимо обеспечить требования к гранулометрическому составу порошков. Рассмотрено получение порошковых материалов методом плазменной атомизации, даны рекомендованные технологические параметры работы атомайзера для получения максимального количества порошков товарных фракций. Показано, что на возникновение пористости частиц может оказывать влияние качество подготовки проволоки, плазмообразующего и защитного газов. Рассмотрено влияние разных факторов на получение стабильной кристаллизационной структуры. Установлено, что контроль температуры и потоков защитного газа в камере распыления позволяет свести к минимуму число нано- и ультрадисперсных дефектов: микроликваций и сегрегаций в объеме порошковых частиц. В работе приведены данные, подтверждающие возможность использования метода плазменного распыления твердых фидстоков для получения качественных порошков для аддитивных машин из сплавов на основе никеля, титана, меди. Показано, что полученные порошки могут быть использованы для производства изделий методами прямого или селективного лазерного сплавления деталей, узлов и механизмов разного назначения.

1. Pashkevich N. V., Khloponina V. S., Pozdnyakov N. A., Avericheva A. A. Analysis of the challenges of reproduction of the mineral resource base of scarce strategic minerals. Journal of Mining Institute. 2024. Vol. 270. pp. 1004–1023.
2. Zhdaneev O. V. Ensuring technological sovereignty of the fuel and energy complex of the Russian Federation. Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 258. pp. 1061–1078.
3. Perevertov V. P., Abulkasimov M. M., Serikkulova A. T. Nanomaterials in the technology of forming parts of transport engineering. Promyshlenny transport Kazakhstana. 2021. No. 1. pp. 103–116.
4. Kablov E. N., Evgenov A. G., Bakradze M. M. et al. New generation materials and digital additive technologies for manufacturing VIAM`s resource parts. Part 1. Materials and synthesis technologies. Elektrometallurgiya. 2022. No. 1. pp. 2–12.
5. Perevertov V. P., Andronchev I. K., Yurkov N. K. Powder composites and nanomaterials in flexible technologies of forming parts. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh sistem. 2020. No. 2. pp. 85–95.
6. Kolobov G. A., Ovchinnikov A. V., Osipenko A. V. et al. Titanium powders: current state of technology and market. Titan. 2019. No. 4. pp. 54–58.
7. Kablov E. N., Ospennikova O. G., Lomberg B. S. Strategic directions of development of structural materials and technologies of their processing for aircraft engines of the present and future. Avtomaticheskaya svarka. 2013. No. 10-11. pp. 23–32.
8. Shestakov A. V., Karashaev M. M., Dmitriev N. S. Technological ways of creating composite materials based on heat-resistant refractory compounds (review). Trudy VIAM. 2021. No. 8. pp. 12–20.
9. Mustafaev A. S., Sukhomlinov V. S., Bazhin V. Yu., Bukovetsky N. A., Surov A. V. Plasma technology for producing ultrapure corundum. Tsvetnye Metally. 2024. No. 4. pp. 21–29.
10. Kuryshev A. O., Petrova A. N., Brodova I. G. et al. Plasma spheroidization of Al – Zn – Mg – Fe – Ni alloy powders for selective laser melting. Izvestiya rossiyskoy akademii nauk. Ceriya fizicheskaya. 2024. Vol. 88, No. 9. pp. 1379–1385.

11. Povarova K. B., Drozdov A. A., Samokhin A. V. et al. Study of conditions for obtaining precursors intended for 3D technologies from a RuAl-based heat-resistant alloy. Perspektivnye materialy. 2023. No. 5. pp. 5–21.
12. Tkachenko S. S., Yantovsky A. V., Emelianov V. O., Martynov K. V. Some aspects of manufacturing basic machine parts from modular unified castings. Lityo i metallurgiya. 2022. No. 2. pp. 9–14.
13. Saubanov M. N., Smagin A. A. Development and implementation of technology for manufacturing powders from titanium alloys and parts thereof using additive technologies. Titan. 2024. No. 1. pp. 27–32.
14. Syrkov A. G., Yachmenova L. A. Features of obtaining metallurgical products under conditions of solid-state hydride synthesis. Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 256. pp. 651–662.
15. Zharov M. V. Analysis of technological processes for production of spherical powders and granules of mono-nickel aluminide NiAl for the needs of domestic engine building. Voprosy materialovedeniya. 2022. No. 3. pp. 29–40.
16. Ermakov S. B., Gyulikhandanov E. L. Obtaining powders for additive machines by plasma spraying. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii. 2021. No. 6. pp. 29–41.
17. Smirnov S. A., Kirsankin A. A., Kalayda T. A. Study of properties of spherical powder from VT1-00 technical titanium obtained by the method of plasma atomization of wire. Metally. 2022. No. 4. pp. 40–45.
18. Krasnova E. V., Morgunov Yu. A., Saushkin B. P., Khomyakova N. V. Properties of Ti – 6 Al – 4 V alloy powders for selective electron beam construction of additive manufacturing products. Elektrometallurgiya. 2023. No. 7. pp. 21–30.
19. Ivannikov A. Yu., Ankudinov A. B., Mikhailova A. B. et al. Conglomeration of elemental powders of 30 Fe – 30 Cr – 20 Ni – 10 Mo – 10 W highen tropy alloy for use in additive manufacturing. Perspektivnye materialy. 2024. No. 3. pp. 5–12.
20. Bazdnikina E. A., Suchkov A. N., Sevryukov O. N. et al. Comparative study of spherical powders of VPR27 and VPR50 solders obtained by methods of gas atomization and plasma spheroidization of rapidly quenched particles of fragmentation type. Tekhnologiya mashinostroeniya. 2022. No. 4. pp. 12–20.
21. Baranov D. A., Shchedrin E. Yu., Zhatkin S. S. Metallographic analysis of metal powder composition KhN50VMTYuB obtained by various atomization methods. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2023. Vol. 25. No. 4-2. pp. 244–248.
22. Markov G. M., Fadeev A. A., Skirpichnikova A. A. et al. Structural features and mechanical properties of TNM-B1 heat-resistant alloy obtained by selective laser melting from spheroidized in thermal plasma SHS powder. Izvestiya vyshikh uchebnykh zavedeniy. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalnye pokrytiya. 2024. Vol. 18, No. 4. pp. 69–82.
23. An N. et al. Quantitative study of geometric characteristics and formation mechanism of porosity defects in selective laser melted Ti6Al4V alloy by micro-computed tomography. Transactions of Nonferrous Metals Society of
China. 2023. Vol. 33, Iss. 10. pp. 2986–3002.
24. Zharov M. V. Analysis of features of formation of defects in the shape and structure of spherical powders of mono-nickel aluminide NiAl in the implementation of technologies for their industrial production. Tekhnologiya metallov. 2024. No. 5. pp. 21–32.
25. Sanaei N., Fatemi A., Phan N. Defect characteristics and analysis of their variability in metal L-PBF additive manufacturing. Materials & Design. 2019. Vol. 182. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.108091
26. Ermakov B.S., Ermakov S.B., Odnoblyudov M.A. Device for producing metal powders. Patent RF, No. 204335. Applied: 9.12.2020. Published: 20.05.2021.
27. Chalmers B. Theory of Solidification. Translated from English. Moscow: Metallurgiya, 1968. 288 p.
28. GOST 9651–84. Metals. Methods of tension tests at elevated temperatures. Introduced: 01.01.1986.
29. GOST 1497–84. Metals. Methods of tension tests. Introduced: 01.01.1986.
30. GOST 9454–78. Metals. Method for testing the impact strength at low, room and high temperature. Introduced: 01.01.1979.
31. GOST 9012–59. Metals. Method of Brinell hardness measurement. Introduced: 01.01.1960.
32. GOST 2999–75. Metals and alloys. Vickers hardness test by diamond pyramid. Introduced: 01.07.1976.
33. GOST 58418–2019. Additive technologies. Metal powders and wires. Types of defects. Classification, terms and definitions. Introduced: 01.10.2019.
34. Krasnova E. V., Morgunov Yu. A., Saushkin B. P. Morphology of pores and spatial voids in Ti – 6 Al – 4 V alloy samples obtained by selective electron beam melting. Elektrometallurgiya. 2024. No. 2. pp. 29–39.
35. Liu L. et al. Directional solidification under high thermal gradient and its application in superalloys processing. Acta Metall Sin. 2018. Vоl. 54, Iss. 5. pp. 615–626.
36. Sverdlov V. Ya. Improvement of the structure and properties of metallic materials in a nonequilibrium state. Materialovedenie. 2008. No. 8. pp. 3–14.
37. Glotka O. A., Olshanetskii V. Y. Mathematical prediction of the properties of heat-resistant nickel alloys after directional crystallization. Materials Science. 2023. Vol. 58, Iss. 5. pp. 679–685.
38. Issa B., Bazhin V. Yu., Karapetyan K. G. The role of multi-phase metal content in corrosion and premature failure mitigation of steel equipment in oil refiniers. Part 1. СIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 25. pp. 90–96.
39. Issa B., Bazhin V. Yu., Karapetyan K. G. The role of multi-phase metal content in corrosion and premature failure mitigation of steel equipment in oil refiniers. Part 2. CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 26. pp. 122–128.
40. Yachmenova L. A., Syrkov A. G., Kabirov V. R. Features of obtaining surface-modified metals with minimal carbon footprint. Non-ferrous Metals. 2023. No. 2. pp. 33–40.
41. Pryakhin E. I., Mikhailov A. V., Sivenkov A. V. Technological features of surface alloying of metal products with Cr – Ni complexes in the medium of low-melting metal melts. Chernye Metally. 2023. No. 2. pp. 58–65.
42. Serdiuk N. A., Pryakhin E. I., Sivenkov A. V. Technological basis for the process of application of diffusion coatings in liquid metal melts with use of electric furnaces with air atmosphere. CIS Iron аnd Steel Review. 2022. Vol. 23. pp. 61–66.