Bayerische Metallwerke запатентовала новую технологию производства вольфрамового сплава для 3D-печати

Немецкая металлообрабатывающая компания Bayerische Metallwerke GmbH, дочерняя компания Wolfram Industrie, разработала и запатентовала новый процесс производства материалов специально для вольфрамового сплава.

Этот процесс уникален тем, что он позволяет получать смеси предсплавов вольфрама с высокой концентрацией (WNiFe и WNiCu) в виде порошка, что позволяет использовать материалы как в процессах 3D-печати, так и в процессах нанесения покрытий. Компания полагает, что, опираясь на двухлетний этап разработки, ее новый процесс проложит путь к более сложной геометрии деталей из вольфрама, предлагая новые возможности для таких приложений, как производство инструментов и радиационная защита с помощью 3D-печати.

«Особенность нашего сплава вольфрам-никель-железо заключается в том, что мы получаем его в виде предварительно легированного порошка», — объясняет д-р Хани Гобран, менеджер по исследованиям и разработкам Bayerische Metallwerke. «Это подходит в качестве исходного продукта для процессов 3D-печати и нанесения покрытий».

Вольфрамовые сплавы: полезны, но упрямы

Вольфрамовые сплавы хорошо известны своей превосходной коррозионной стойкостью и высокой теплопроводностью, что делает их идеальным кандидатом для литья в кокиль алюминиевых деталей. Тяжелый металл также чрезвычайно плотен: его плотность составляет 19,3 г/см.³ . Имея плотность, сравнимую с плотностью золота, вольфрам широко используется в производстве инструментов, а также для защиты от альфа- и гамма-излучения в здравоохранении.

«Благодаря устойчивости к коррозии и эрозии расплавленных металлов, а также превосходной теплопроводности вольфрам является предпочтительным материалом в области литья алюминия», — говорит Набиль Гдура, инженер по исследованиям и разработкам Bayerische Metallwerke. «Очень высокая плотность в чистом виде также делает его хорошей альтернативой вредному свинцу, который до сих пор используется, например, для радиационной защиты в медицине».

К сожалению, вольфрам также имеет самую высокую температуру плавления среди всех химических элементов (3400°C) и твердость по шкале Мооса 7,5, что делает с ним чрезвычайно трудной работу. Таким образом, вольфрамовые детали с более сложной геометрией, такой как кривые и отверстия, часто вместо этого изготавливаются из инструментальной стали горячей обработки из-за ее простоты использования и возможности 3D-печати.

Производство вольфрамовых сплавов для 3D-печати

По данным Bayerische Metallwerke, все коммерчески доступные на сегодняшний день вольфрамовые сплавы для 3D-печати производятся с относительно высокими концентрациями железа и никеля, часто без какого-либо предварительного легирования. Поскольку температуры плавления этих металлов значительно ниже, чем у вольфрама, высокотемпературные процессы аддитивного производства, такие как плавление в порошковом слое, часто приводят к их неконтролируемому испарению.

Новый процесс Bayerische Metallwerke решает эту проблему путем предварительного легирования порошковой смеси перед обработкой. Комбинируя все три элемента в виде многофазного материала в каждой отдельной частице порошка, можно очень точно контролировать состав и распределение конечного сплава. Таким образом, металл можно обрабатывать при высоких температурах без потери железа, никеля или меди.

Компания заявляет, что ее новый процесс позволяет производить сплавы с содержанием вольфрама 80–98,5% (по весу), никеля 0,1–15% и железа и/или меди 0,1–10%, в зависимости от желаемого применения. С плотностью 17–18,8 г/см3 материалы сплава более чем подходят для обычных случаев использования вольфрама при литье алюминия, производстве инструментов и радиационной защите. В качестве бонуса запатентованный процесс также позволяет определять характеристики текучести и размер зерен частиц порошка.

«Чем выше доля вольфрама в конечном продукте, тем более он устойчив к расплавленному алюминию и тем лучше его теплопроводность», — заключает Гобран. «Если, с другой стороны, большую роль играют хорошая пластичность и механическая обрабатываемость, то доля вольфрама в сплаве также может быть соответственно уменьшена. Поэтому композицию всегда можно адаптировать к конкретному применению и соответствующей сложности формы».