Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

А. П. Максимов, инженер, Научно-образовательный центр «Конструкционные и функциональные материалы», maksimov_ap@spbstu.ru
А. В. Репнин, ассистент, Научно-образовательный центр «Конструкционные и функциональные материалы», канд. техн. наук, repnin_av@spbstu.ru
Е. В. Борисов, доцент, Научно-образовательный центр «Конструкционные и функциональные материалы, канд. техн. наук, доцент, borisov_ev@spbstu.ru
А. А. Попович, директор Института машиностроения, материалов и транспорта, докт. техн. наук, проф., director@immet.spbstu.ru

Исследование посвящено разработке технологии изготовления мультиматериальных образцов системы 316L/AlSi10Mg методом селективного лазерного плавления (СЛП). Актуальность работы обусловлена сложностью соединения материалов вследствие образования интерметаллидов в зоне контакта. Экспериментальные исследования проводили на установке СЛП 3D LAM Mini с использованием сферических порошков стали 316L (фракция 20–63 мкм) и алюминиевого сплава AlSi10Mg (фракция 10–63 мкм). В рамках работы выполнены эксперименты с варьированием параметров процесса печати и конфигурации переходного слоя. Установлено, что изготовление образцов без подогрева платформы приводит к отслоению алюминиевого сплава от стали. Применение подогрева платформы до 300 оC в сочетании с градиентным переходным слоем улучшило качество соединения. Беспористое соединение было получено при последовательном нанесении двух и трех переходных слоев толщиной 200 мкм с постепенным повышением плотности энергии лазерного излучения от слоя к слою. Анализ микроструктуры методом оптической микроскопии подтвердил формирование сплошной зоны сплавления без трещин и расслоений. Исследование методом сканирующей электронной микроскопии позволило установить, что ширина переходной зоны составила ~300 мкм. Рентгенофазовый анализ не выявил присутствия интерметаллидов в переходной зоне. Измерения микротвердости продемонстрировали градиентное изменение свойств от стали (208–239 HV) к алюминиевому сплаву (100–131 HV). Полученные результаты подтверждают возможность формирования беспористого соединения алюминия и стали методом СЛП при использовании подогрева платформы построения и градиентного переходного слоя.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075-15-2024-562 от 25.04.2024).

1. Manohar Guttikonda, Adepu Kumar, Shivraman Thapliyal, Ramesh Mamedipaka. Investigating the performance of aluminium-steel bimetallic structure fabricated through wire and arc additive manufacturing with interlayer approach // Structures. 2025. Vol. 72. P. 108304.
2. Joost W. J. Reducing vehicle weight and improving U.S. energy efficiency using integrated computational materials engineering // JOM. 2012. Vol. 64, Iss. 9. P. 1032–1038.
3. Czerwinski F. Current trends in automotive lightweighting strategies and materials // Materials. 2021. Vol. 14, Iss. 21. 6631.
4. How Airbus is Using 3D Printing to Reduce Aircraft Emissions. – URL : https://www.additive-x.com/blog/how-airbus-is-using-3dprinting-to-reduce-aircraft-emissions (accessed: 19.02.2026).
5. Wei C., Li L. Recent progress and scientific challenges in multimaterial additive manufacturing via laser-based powder bed fusion // Virtual and Physical Prototyping. 2021. Vol. 16, Iss. 3. P. 347–371. DOI: 10.1080/17452759.2021.1928520
6. Wu Z. et al. A review on experimentally observed mechanical and microstructural characteristics of interfaces in multi-material laser powder bed fusion // Front. Mech. Eng. Frontiers Media SA. 2023. Vol. 9. 1087021.
7. Kuryntsev S. V., Shiganov I. N. Laser welding of dissimilar metals // Photonics Russ. Technosphera Publishing House. 2020. Vol. 14, Iss. 6. P. 492–506.
8. Yu X. et al. The growth behavior for intermetallic compounds at the interface of aluminum-steel weld joint // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 10. 3563.
9. Wang S. et al. Failure mechanisms of intermetallic compounds in aluminum-steel resistance spot welds utilizing advanced electron microscopy techniques // J. Mater. Res. Technol. Elsevier. 2025. Vol. 35. P. 5216–5221.
10. Bolhasani Hesari M. et al. Enhancing high-temperature durability of aluminum/steel joints: the role of Ni and Cr in substitutional diffusion within intermetallic compounds // Metals. 2025. Vol. 15, Iss. 4. 465.
11. Cui Y. et al. Multi-material additive manufacturing of steel/Al alloy by controlling the liquid/solid interface in laser beam powder bed fusion // Addit. Manuf. 2024. Vol. 96. 104529.
12. Kannan R. et al. Additive manufacturing as a processing route for steel-aluminum bimetallic structures // Mater. Des. Elsevier. 2023. Vol. 231. 112003.
13. Pfaff A. et al. Generating functionally graded steel microstructures by laser powder bed fusion // J. Mater. Sci. Springer. 2023. Vol. 58, Iss. 45. P. 17383–17404.
14. Parikh Y., Kuttolamadom M. Property-graded stainless steel 316L by selective laser melting: characterization & design // J. Manuf. Sci. Eng. American Society of Mechanical Engineers (ASME). 2023. Vol. 145, Iss. 6. DOI: 10.1115/1.4056825
15. Сбитнева С. В., Лукина Е. А., Бенариеб И. Некоторые особенности структуры алюминиевых сплавов, полученных методом селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ. 2023. № 1. С. 69–83.
16. Бродова И. Г. и др. Структурообразование и свойства эвтектического силумина, полученного селективным лазерным сплавлением // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120, № 11. С. 1204–1209.
17. Зельдович В. И., Хомская И. В., Хейфец А. Э., Абдуллина Д. Н. Структурные изменения при нагреве в аустенитной нержавеющей стали, полученной методом селективного лазерного плавления // Физика металлов и металловедение. 2022. T. 123, № 9. С. 971–977.
18. Soysal T. et al. Macrosegregation in dissimilar-metal fusion welding // Acta Materialia. 2016. Vol. 110. P. 149–160.
19. Wang P. et al. Additively manufactured CoCrFeNiMn highentropy alloy via pre-alloyed powder // Mater. Des. 2019. Vol. 168. 107576.
20. Wang H. et al. Effect of CoCrFeNiMn high entropy alloy interlayer on microstructure and mechanical properties of laser-welded NiTi/304 SS joint // J. Mater. Res. Technol. 2022. Vol. 18. P. 1028–1037.
21. Nguyen D. S., Park H. S., Lee C. M. Applying selective laser melting to join Al and Fe: an investigation of dissimilar materials // Appl. Sci. 2019. Vol. 9, Iss. 15. 3031.
22. Kołodziejczak P. et al. Structure and selected properties of coatings deposited by arc spraying under in inert atmosphere containing in situ fabricated Fe-Al intermetallic phases // Materials. 2025. Vol. 18, Iss. 3. 646.