LU Fizikas institūts izstrādā jaunu tehnoloģiju augstas veiktspējas alumīnija sakausējumu ražošanai

Auto, avio un kosmosa industrijās būtiska ir detaļu svara samazināšana, jo tā ir tieši saistīta ar transporta degvielas vai enerģijas patēriņu. Kā viens no perspektīvākajiem veidiem svara samazināšanai tiek uzskatīta metāla 3D druka un augstas veiktspējas materiāli.

“Metāla 3D druka ir ievērojami sarežģītāka nekā konvencionālā metālapstrāde, bet potenciāli ir ekonomiski iespējama arī ar dārgākiem augstas veiktspējas sakausējumiem, jo procesam ir minimāli materiālu zudumi,” uzsver pētījuma īstenotāji.

Kā viena no perspektīvākajām šādu materiālu klasēm tiek uzskatīta alumīnija matricas kompozīti (AMC). AMC ir alumīnija sakausējumi, kuri sastāv no paša sakausējuma un tajā iemaisītām mikro un nano izmēra keramikas daļiņām, tādējādi nodrošinot gala materiālam labākas mehāniskās, termiskās u.c. īpašības.

AMC pamatā ražo pulvermetalurģijas ceļā, kuras izmantošanai ir nepieciešami 5–10 reizes dārgāki izejmateriāli nekā ražošanas procesiem metalurģijā ceļā. Tajā pašā laikā ar klasiskās metalurģijas metodēm un instrumentu klāstu, kas paredzēti darbam ar šķidru metālu, AMC stieples ražot nav iespējams. Elektromagnētiskās iedarbības ir unikāli instrumenti, kas paver jaunas materiāla apstrādes iespējas, turklāt šīs iedarbības ir arī bezkontakta ar attiecīgām priekšrocībām.

Latvijas Universitātes Fizikas institūta MHD Tehnoloģiju laboratorijas pētnieki veikuši pētījumus, lai izstrādātu jaunu tehnoloģisku procesu AMC stieples ražošanai metalurģiskā ceļā, izmantojot elektromagnētiskās metodes. Izstrādātais process sastāv no 3 secīgiem soļiem, kas ļauj AMC materiālu iegūt metalurģiskā ceļā, izmantojot elektromagnētiskās metodes.

1. Kā pirmais AMC ražošanas solis ir daļiņu iemaisīšana šķidrā alumīnija sakausējumā, izmantojot pastāvīgo magnētu maisītāju. Teorētiski un eksperimentāli ir parādīts, ka ar rotējošu pastāvīgo magnētu var radīt intensīvu šķidrā metāla plūsmu, kas sakausējumā no tā virsmas iemaisa daļiņas.
2. Sakausējumā iemaisītām daļiņām ir tieksme “salipt” jeb veidot aglomerātus, tāpēc kā otrais AMC ražošanas solis ir nepieciešama daļiņu izkliede sakausējumā. Pētnieki parādījuši, ka ar kombinētas impulsu un pastāvīgā magnētiskā lauka iedarbības apstrādi var panākt būtisku daļiņu sadalījuma uzlabošanu sakausējumā, padarot to viendabīgu un bez aglomerātiem.
3. Lai sakausējumu izmantotu 3D drukas pielietojumiem, ir nepieciešams iegūt AMC stieples materiālu. Šim nolūkam ir izstrādāts nepārtrauktas liešanas kristalizators jeb iekārta, kas ļauj kontrolēti iegūt alumīnija stieni ar viendabīgām īpašībām, tādējādi ļaujot nākotnē AMC ražošanas procesu padarīt nepārtrauktu.

AMC stienis pēc tam tiek mehāniski un termiski apstrādāts, pārstrādājot to stieplē.

Galvenais projekta rezultāts ir izstrādātais tehnoloģiskais process, kas ir mērogojams un perspektīvs attīstīšanai līdz industriālam ražošanas procesam. Projekta rezultātā tika sasniegts 5. tehnoloģijas gatavības līmenis jeb TRL 5, demonstrējot visus 3 minētos ražošanas soļus vienotā tehnoloģiskajā prototipā. Turklāt iegūtā stieple tika izmantota maza mēroga detaļu drukai, lai demonstrētu tehnoloģijas izmantošanu auto, avio un kosmosa industrijās.

SIA “2AM” ir dinamiski augošs uzņēmums, kas nodarbojas ar augstas veiktspējas vieglo Al-Mg-Sc sakausējumu un metāla matricas nanokompozītu izstrādi un ražošanu. SIA “2AM” komandā ir uzņēmējdarbības profesionāļi un pieredzējuši doktora grāda pētnieki, kas specializējas progresīvos materiālos un tehnoloģijās, nodarbojas ar pētniecību, izstrādi un progresīvu materiālu ražošanu aviācijas un kosmosa nozarei.

Projekts tika finansēts no Eiropas Reģionālā attīstības fonda (ERAF) līdzekļiem, Projekta ID Nr. 1.1.1.1/19/A/080 “Elektromagnētiska tehnoloģija ar nano-daļiņām stiprināta vieglā sakausējuma kristalizēšanas procesam 3D drukas pielietojumam”. Kopējais projekta ilgums: 36 mēneši.