В Томском университете предложили заменить скандий на нанокомпозит в материалах для судостроения
Магистрант физико-технического факультета Томского государственного университета (ТГУ) Николай Кахидзе предложил в качестве альтернативы дорогостоящему скандию использовать наночастицы алмаза или оксида алюминия для упрочнения алюминиевых сплавов. Как сообщает пресс-служба вуза, новый материал – нанокомпозит – при самых строгих подсчетах обойдется в 4 раза дешевле скандийсодержащего аналога при достаточно близких физико-механических свойствах. Проект поддержан программой «УМНИК» Фонда содействия инновациям, на его реализацию выделено 500 тысяч рублей.
В настоящее время судостроительные компании в рамках дорожной карты «Маринет НТИ» стремятся заменить тяжёлые стали лёгкими и сверхлёгкими материалами. Кроме повышения грузоподъемности, это можно выгодно применять для сокращения топливопотребления, уменьшая вредные выбросы в атмосферу или же увеличивая мобильность судна и ускоряя доставку груза. В новых материалах заинтересованы также предприятия транспортной и авиакосмической отраслей.
Хорошей заменой стали выступают алюмоматричные композиционные материалы, модифицированные скандием. Однако в связи с высокой себестоимостью скандия ведётся активный поиск более доступного модификатора. Сотрудник ТГУ Николай Кахидзе предложил заменить скандий наночастицами алмаза или оксида алюминия. Его задачей в рамках программы «УМНИК» станет разработка способа корректного введения нанопорошков в металлический расплав.
При прямом введении в расплав наночастицы сбиваются в агломераты, окисляются, не смачиваются, образуют вокруг себя поры. В итоге вместо упрочняющих частиц получаются нежелательные примеси. В лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ Сергеем Ворожцовым уже разрабатывались научно-технологические подходы дисперсного упрочнения алюминия и магния, обеспечивающие корректное введение в расплав тугоплавких наночастиц и исключающие проблемы смачиваемости и флотации.
«С опорой на разработки коллег в моём проекте предлагается следующее решение: нанопорошки деагломерируются (равномерно распределяются) в микроразмерном порошке алюминия с помощью ряда технологических операций. Затем из этой смеси синтезируется лигатура достаточно технологичная и удобная для применения на производстве в промышленных масштабах. При введении лигатуры в расплав производится обработка внешними полями для равномерного распределения наночастиц и дополнительного увеличения смачиваемости. Корректное введение наночастиц позволяет повысить физико-механические свойства исходного сплава», – объясняет суть своей работы Николай Кахидзе.
Первые опытные партии лигатур с наночастицами для их последующего введения в расплав Кахидзе планирует получить к концу 2020 года. В 2021 году запланировано получение опытных отливок и защита прав на интеллектуальную собственность.
С помощью программы «УМНИК» и привлечения сторонних инвестиций молодой ученый намерен наладить выпуск полуфабрикатов, подлежащих дальнейшим технологическим операциям, для получения листового проката. Стратегия развития проекта направлена на предприятия с высокой долей государственного участия, занятые в инновационном судостроении, например, АО «Адмиралтейские верфи», ПО «Северное машиностроительное предприятие», АО «Средне-Невский судостроительный завод», АО «Прибалтийский судостроительный завод «Янтарь», АО «Светловское предприятие «ЭРА», ПАО «Судостроительный завод «Северная верфь», ПАО «Завод «Красное Сормово», АО «Зеленодольский завод имени А. М. Горького» и др.
