Details

В настоящее время наблюдается рост востребованности аддитивных технологий в различных отраслях промышленности. Данные технологии характеризуются широким спектром различных преимуществ, обеспечивающих их технологическое превосходство над традиционными методами. Тем не менее, ключевым недостатком таких технологий выступает высокая стоимость исходного сырья – порошков, к которым предъявляются строгие требования по узкому гранулометрическому составу и сферической формы частиц. В качестве объекта исследования в работе выбран сплав КХ28М6, актуальность изучения которого обусловлена уникальным набором физико-механических свойств и широким спектром практического применения. Данный сплав, разработанный для эксплуатации в экстремальных условиях, характеризуется высокой жаропрочностью, обеспечивающей работоспособность деталей при температурах до 600 °C и выше, а также стойкостью к коррозионному разрушению, износу и механическим нагрузкам. Указанные свойства определяют его применимость для изготовления высокоответственных узлов машин и двигателей, в частности сопловых лопаток. Кобальт и хром относятся к категории дефицитных стратегических металлов, стоимость которых на мировых рынках традиционно высока. Кроме того, данные элементы обладают высокой токсичностью, вследствие чего их масштабное применение способно оказывать негативное воздействие на состояние окружающей среды. Исходя из вышеперечисленного понятно, что разработка и оптимизация специализированной методики переработки для металлических порошков, используемых в АП, включая сплав КХ28М6, представляет собой актуальную научно-практическую задачу. Целью настоящей работы является обоснование возможности восстановления некондиционного порошка марки КХ28М6 методом плазменной сфероидизации для его последующего повторного применения в технологии селективного лазерного сплавления (СЛС). Настоящая работа направлена на решение задачи восстановления эксплуатационных свойств некондиционного порошка сплава КХ28М6, образовавшегося в процессе печати технологией СЛС.  В рамках исследования установлены оптимальные режимы плазменной сфероидизации, обеспечивающие получение порошкового материала с характеристиками, соответствующими требованиям к сырью для технологии СЛС. В работе представлены результаты экспериментальных исследований возможности восстановления некондиционного порошка в потоке термической плазмы. В ходе исследований варьировались следующие технологические параметры: скорость подачи порошка, точка ввода порошка в плазменный факел и расход газа (H2). По результатам анализа гранулометрического состава, химического состава, морфологии, а также содержания массовой доли кислорода всех полученных порошков выделен наиболее эффективный вариант. Ключевыми критериями отбора являлись: низкое содержание субмикронной фракции, минимизация количества прилипших частиц (сателлитов), высокая степень однородности гранулометрического состава, а также регламентированное содержание газовых примесей (кислорода), подходящее химическому составу исследуемого материала. Для оценки эффективности технологии восстановления методом плазменной сфероидизации проведен сравнительный анализ ключевых характеристик трех типов порошковых материалов: исходного (коммерческого), некондиционного (образовавшегося после цикла печати методом селективного лазерного сплавления) и восстановленного, а также выполнена оценка механических свойств образцов, полученных методом СЛС с использованием исходного и восстановленного порошков. Исследование показало, что получившийся после сфероидизации порошок имеет подходящую для печати методом СЛС морфологию, гранулометрический состав, а также подходящий для КХ28М6 химический состав и содержание газов, что демонстрирует пригодность использования данного вида переработки для данного сплава. А расчет экономической эффективности процесса показал, что применение технологии плазменной сфероидизации для переработки некондиционного порошка сплава КХ28М6 является экономически целесообразным.

Currently, there is a growing demand for additive technologies across various industrial sectors. These technologies are characterized by a wide range of advantages that ensure their technological superiority over conventional manufacturing methods. Nevertheless, the key drawback of such technologies is the high cost of feedstock powders, which must meet strict requirements regarding narrow particle size distribution and spherical particle morphology. The alloy MP1 was selected as the object of study in this work. The relevance of investigating this alloy is driven by its unique set of physical and mechanical properties and its broad practical applicability. Developed for operation under extreme conditions, this alloy exhibits high thermal resistance, ensuring the performance of components at temperatures up to 600 °C and above, as well as resistance to corrosion, wear, and mechanical loads. These properties make it suitable for manufacturing highly critical machine and engine components, particularly nozzle vanes. Cobalt and chromium belong to the category of scarce strategic metals, the cost of which has traditionally been very high on global markets. Furthermore, these elements are highly toxic; consequently, their large‑scale use can have a negative impact on the environment. Given the above, the development and optimization of a specialized recycling method for metal powders used in additive manufacturing, including the MP1 alloy, represents a relevant scientific and practical challenge. The aim of this work is to substantiate the feasibility of reclaiming off‑spec MP1 powder by plasma spheroidization for its subsequent reuse in selective laser melting (SLM) technology. This study addresses the problem of restoring the functional properties of off‑spec MP1 alloy powder generated during the SLM. Within the framework of this research, optimal plasma spheroidization parameters were established to obtain a powder material with characteristics meeting the feedstock requirements for the SLM technology. The paper presents the results of experimental studies on the possibility of reclaiming off-specification powder in a thermal plasma flow. During the investigations, the following technological parameters were varied: powder feed rate, point of powder injection into the plasma plume, and hydrogen flow rate (H₂). Based on the analysis of particle size distribution, chemical composition, morphology, and mass fraction of oxygen of all obtained powders, the most effective condition was identified. The key selection criteria included: low content of the submicron fraction, minimization of adhered fine particles (satellites), a high degree of uniformity of particle size distribution, as well as a controlled content of gaseous impurities (oxygen) compatible with the chemical composition of the material under study. To assess the efficiency of the plasma spheroidization reclamation method, a comparative analysis was performed on the key characteristics of three types of powder materials: original (commercial), off‑spec (generated after an SLM printing cycle), and reclaimed. Additionally, the mechanical properties of specimens fabricated by SLM using both the original and the reclaimed powders were evaluated. The study showed that the powder obtained after spheroidization has a morphology, particle size distribution, chemical composition, and gas content suitable for printing using the SLS method and appropriate for the MP1 alloy, demonstrating the applicability of this type of processing for this alloy. Furthermore, the calculation of the process’s economic efficiency showed that the use of plasma spheroidization technology for recycling off-specification MP1 alloy powder is economically feasible.

• ВКР Зобова А.А.123
• ВКР_Зобова_А.А.