Изучение свойств образцов из имитатора лунного реголита, полученных методом селективного лазерного сплавления

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены результаты экспериментального исследования прочностных свойств опытных образцов, полученных методом лазерного сплавления из порошковых композиций имитатора лунного реголита на основе габбро-диабаза. Порошковые композиции с диапазоном фракций 50…10 мкм и 100…140 мкм были подготовлены путем просеивания имитатора с гранулометрическим распределением частиц как у природного реголита. На опытных образцах с характерными размерами 7.5×5×6 мм3 исследованы их свойства: объемная плотность, твердость и прочность при сжатии на разных режимах сплавления. Получена зависимость этих свойств от объемной плотности подводимой энергии в диапазоне от 12 до 25 Дж/мм3. Измеренная твердость по Виккерсу опытных образцов, сплавленных из композиции 50…100 мкм, имела диапазон 691…830 HV, образцы из композиции 100…140 мкм имели более широкий диапазон: 330…830 HV. Максимальные значения прочности на сжатие для образцов из обеих композиций достигали 17…20 МПа при медианных значениях 12 и 17 МПа для первой и второй композиции соответственно. Указанные значения в достаточной степени соответствуют тем, которые могли бы быть получены при переработке лунных ресурсов in-situ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Ким

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: tatiana@imash.ac.ru
Россия, Москва

А. М. Лысенко

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: tatiana@imash.ac.ru
Россия, Москва

Т. М. Томилина

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tatiana@imash.ac.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Митрофанов И.Г., Зеленый Л.М. Об освоении Луны. Планы и ближайшие перспективы // Земля и Вселенная. 2019. № 4. С. 16–37. doi: 10.7868/S0044394819040029.
  2. Lin T.D., Love H., Stark D. Physical properties of concrete made with Apollo 16 lunar soil sample // 2nd Conf. On Lunar Bases & Space Activities. 1987. P. 483–487.
  3. Hashimoto A. Evaporation metamorphism in the early nebula – evaporation experiments on the melt FeO-MgO-SiO2-CaO-Al2O3 and chemical fractionations of primitive materials // Geochemical J. 1983. V. 17. Art.ID. 111.
  4. Mishulovich A., Lin T.D., Tresouthick S.W. et al. Lunar cement formulation // Kaden R.A. (ed.): SP-125: Lunar Concrete. American Concrete Institute. 1991. P. 255–264.
  5. Swint D.O., Schmidt S.R. Optimizing lunar concrete // Kaden R.A. (ed.): Lunar Concrete. American Concrete Institute. 1991. P. 41–56.
  6. Omar H.A. Production of lunar concrete using molten Sulphur // Final Research Report for JoVe NASA Grant NAG8 – 278. 1993. http://wayback.archive-it.org/1792/20100201064830/http://hdl.handle.net/ 2060/19980001900
  7. Vaniman D., Pettit D., Heiken G. Uses of lunar sulfur // NASA. Johnson Space Center, 2nd Conf. on Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century. 1992. P. 429–435.
  8. Grugel R. N., Toutanji H. Sulfur concrete for lunar applications – sublimation concerns // Advances in Space Research. 2008. V. 41. Iss. 1. P. 103–112. doi: 10.1016/j.asr.2007.08.018
  9. Toutanji H., Glenn-Loper B., Schrayshuen B. Strength and durability performance of waterless lunar concrete // 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit AIAA. 2005. doi: 10.2514/6.2005-1436
  10. Koh S.W., Yoo J., Bernaold L.E. et al. Experimental study of waterless concrete for lunar construction // Earth & Space 2010: Engineering, Construction, and Operations in Challenging Environments. 2010. P. 1098–1102. doi: 10.1061/41096(366)102
  11. Faierson E.J., Logan K.V. Potential ISRU of lunar regolith for planetary habitation applications // Badescu V. (ed.): Moon: Prospective Energy and Material Resources. Springer. 2012. doi: 10.1007/978-3-642-27969-0_9
  12. Gualtieri T., Bandyopadhyay A. Compressive deformation of porous lunar regolith // Mater. Lett. 2015. V. 143. P. 276–278. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.11.153
  13. Indyk S.J., Benaroya H. A structural assessment of unrefined sintered lunar regolith simulant // Acta Astronaut. 2017. V. 140. P. 517–536. https://doi.org/10.1016/j. actaastro.2017.09.018
  14. Томилина Т.М., Ким А.А., Лисов Д.И. и др. Эксперимент «Лунный-принтер» по лазерному сплавлению лунного реголита в космическом проекте «Луна-грунт» // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 4. С. 311–321. doi: 10.31857/S0023420622600313.
  15. Ким А.А., Лысенко А.М., Томилина Т.М. Получение изделийиз лунного реголита с помощью аддитивных технологий // Науч. тр. 6-ой международной научно-технической конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение» (Живком-2022). 2022. С. 151–154. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50230062 ; https://ssms-imash.com/images/Proceedings%20ZHIVKOM-2022.pdf
  16. Томилина Т.М., Ким А.А., Лисов Д.И. и др. Лабораторные испытания селективного лазерного сплавления имитаторов лунного реголита с различными гранулометрическими свойствами // Косм. исслед. 2024. Т. 62. № 5.
  17. Goulas A., Binner J.G.P., Engstrom D.S. et al. Mechanical behaviour of additively manufactured lunar regolith simulant components // Proc IMechE Part L: J Materials: Design and Applications. 2018. P. 1–16. doi: 10.1177/1464420718777932
  18. Caprio L., Demir A.G., Previtali B. et al. Determining the feasible conditions for processing lunar regolith simulant via laser powder bed fusion // Additive Manufacturing. 2020. V. 32. Art.ID. 101029. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.101029

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Тестовые образцы из композиции ГД 50-100 на подложке, сплавленные на режимах 1–9 с заданными параметрами P и V (табл. 1); размеры образцов: 7.5×5×6 мм3.

Скачать (25KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость истинной и объёмной плотности образцов от объёмной плотности подводимой энергии для композиции из ГД 50-100.

Скачать (23KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость отношения объёмной плотности к истинной плотности образцов от объёмной плотности подводимой энергии для композиции ГД 50-100.

Скачать (21KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость истинной и объёмной плотности образцов от объёмной плотности подведенной энергии для порошковой композиции ГД 100-140.

Скачать (25KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость отношения объёмной плотности к истинной плотности образцов от объёмной плотности подводимой энергии, напечатанных из порошковой композиции ГД 100-140.

Скачать (22KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость пористости тестовых образцов от плотности подводимой энергии для порошковых композиций ГД 50-100 и ГД 100-140.

Скачать (25KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вид образца, установленного между сжимающими плитами испытательной установки.

Скачать (17KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Микроструктура поверхности тестового образца из порошковой композиции ГД 100-140. Фотография получена с электронного сканирующего микроскопа TESCAN VEGA 3 XMU.

Скачать (36KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Пример деформационной кривой: нормальное напряжение на сжатие образца в зависимости от деформации.

Скачать (12KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость предела прочности на сжатие сплавленных образцов от объёмной плотности энергии: белый треугольник — ГД 50-100; чёрный треугольник — ГД 100-140; серый круг и серый квадрат — данные, приведенные в работах [17] и [18] соответственно.

Скачать (23KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024