Исследователи из Университета Южного Китая и Университета Пердью разработали новый тип стали для 3D-печати, который сочетает свойства, обычно трудно совместимые в одном материале: высокую прочность, пластичность и стойкость к коррозии. Для этого ученые использовали искусственный интеллект, который помог подобрать состав сплава.
Обычно в металлургии существует компромисс: чем прочнее сталь, тем она более хрупкая, и наоборот — более пластичный материал, как правило, уступает по прочности. Новая разработка, как утверждают авторы, позволяет обойти это ограничение, что делает ее потенциально очень ценной для промышленности.
Для поиска оптимального рецепта исследователи загрузили в ИИ данные по 81 физическому свойству металлов. Среди них были, в частности, размер атомов, электронные характеристики и скорость звука в металле. На основе анализа этих параметров система смогла выявить закономерности и предложить новый состав сплава на базе железа и хрома с небольшими добавками никеля, марганца, меди, кремния, алюминия и углерода.
Все эти элементы относятся к сравнительно доступным и недорогим материалам, что делает разработку интересной не только с научной, но и с практической точки зрения. Полученный сплав затем использовали в процессе лазерной 3D-печати металлом, при котором лазер плавит металлический порошок и послойно формирует деталь.
После печати материалу потребовалось лишь около шести часов обработки, что заметно меньше по сравнению с большинством сталей, которым часто нужна сложная и многоступенчатая термообработка, растягивающаяся на дни. Это снижает затраты времени, энергии и денег.
По словам команды, уникальное сочетание свойств объясняется особенностями внутренней структуры сплава. Внутри материала формируются тонкие наночастицы, которые препятствуют распространению трещин под нагрузкой. Кроме того, в структуре присутствуют участки, работающие как своеобразные «амортизаторы», принимая на себя часть напряжения и позволяя металлу деформироваться без разрушения.
Отдельным преимуществом стала коррозионная стойкость. В обычных сталях хром со временем может связываться в карбидах, из-за чего в структуре появляются зоны, более уязвимые к ржавчине. В новом сплаве хром распределяется более равномерно, а частицы меди помогают удерживать его в нужных местах. В результате материал демонстрирует сопротивляемость коррозии, сопоставимую с нержавеющей сталью.
В ходе испытаний новый материал показал прочность около 1730 МПа и пластичность на уровне 15,5% удлинения до разрушения. Это делает его перспективным для отраслей, где нужны одновременно прочные, легкие и долговечные детали.
1.04