Тугоплавкие металлы – это группа из пяти металлов: вольфрам (W), молибден (Mo), ниобий (Nb), тантал (Ta) и рений (Re). Все они имеют очень высокие температуры плавления, превышающие 2000 °C. Даже при экстремальных температурах они хорошо сохраняют форму (не изгибаются и не деформируются), сохраняют химическую стабильность и прочность. Например, вольфрам плавится при температуре 3422 °C (самой высокой среди всех металлов) и при комнатной температуре более чем в два раза прочнее железа. Рений легко испаряется на воздухе, поэтому для сохранения его свойств ему необходима защита в среде инертного газа. Благодаря своим особым свойствам тугоплавкие металлы являются незаменимыми материалами для высокотемпературных производств.
Авиационно-космическая промышленность: ниобиевый сплав C103 (с гафнием и титаном ) используется для изготовления тонкостенных деталей ракетных двигателей с помощью лазерной 3D-печати (DED-LP). Исследования НАСА показывают, что после специальной термообработки этот сплав может выдерживать более 50 000 циклов нагрузки. Однако детали, напечатанные в вертикальном направлении, иногда могут трескаться между слоями.
Медицина: Тантал — лучший выбор для костных имплантатов, поскольку он не вступает в реакцию с тканями организма. Напечатанные на 3D-принтере пористые танталовые детали имеют крошечные отверстия (20–80 микрометров), которые помогают костным клеткам прорастать в них. Немецкие компании используют селективное лазерное спекание (SLS) для непосредственной 3D-печати индивидуальных пластин для восстановления черепа, что позволяет избежать дополнительных этапов обработки.
Более качественные порошки: Институт America Makes и компания 6K Additive разрабатывают улучшенный порошок ниобиевого сплава C103. Использование технологий Powder Bed Fusion (PBF) и DED-печати позволяет использовать более 95% материала. Никель-кремниевый (Ni-Si) порошок был обработан плазмой, что улучшило его текучесть. Это повышает твёрдость 3D-печатных покрытий на 30%, но высокое содержание кремния может привести к образованию мелких трещин из-за остаточного напряжения.
Новое спекание: компания FCT Systems (Германия) производит коммерческие микроволновые печи для спекания крупногабаритных деталей (до 500 мм). Вольфрамовый порошок, обработанный таким способом, становится на 50% прочнее (достигая 1200 МПа) по сравнению со старыми методами. В настоящее время он используется для серийного производства сопел спутниковых двигателей.
Переработка драгоценных металлов : технология плазменного вращающегося электрода (PREP) позволяет перерабатывать отходы титанового сплава в порошок с очень низким содержанием кислорода (0,05%), который стоит на 40% дешевле нового порошка. Компания Samsung (Корея) печатает антенные сетки 5G с использованием наносеребряной пасты. Эта паста затвердевает при гораздо более низкой температуре (150°C) и обладает очень низким электрическим сопротивлением (2,5 мкОм·см), что открывает новые возможности применения тугоплавких металлов в низкотемпературной электронике.
Язык
