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 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