В Новосибирске придумали нанодобавки, которые делают железо прочнее

В Новосибирске изобрели «специи для металлов» — специальный порошок, совсем небольшого количества которого хватает, чтобы резко улучшить свойства давно известных металлов. Достаточно добавить всего 2% нового наномодификатора при выплавке, чтобы сталь, чугун или бронза стали прочнее, крепче и начали выдерживать экстремальные температуры.

В нанотехнологическом центре Новосибирска, созданном при участии корпорации РОСНАНО, запустили пилотное производство уникальных наномодификаторов — специальных порошков, которые добавляют в металл на финальной стадии, при разливке. Совсем небольшого количества инновационной добавки достаточно, чтобы резко улучшить качество стали, чугуна или цветных металлов. Повышается сразу несколько их характеристик. Во-первых, они становятся намного устойчивее к перепадам температуры. Так, изделия из стали Гадфильда после добавления наномодификаторов начали отлично выдерживать температуру ниже –35°С. 

  Сталь Гадфильда широко распространена, поскольку она максимально износостойкая. Из нее изготавливают элементы железнодорожных путей, коронки буровых и экскаваторов, траки гусеничной техники, щеки дробилок, то есть все элементы, на которые приходится повышенная нагрузка. Чтобы было понятнее, насколько она прочна, приведу простой пример: из стали Гадфильда изготавливают тюремные решетки. Их невозможно перепилить. Единственный ее минус — она плохо переносит низкие температуры. При сильном морозе изделия из нее становятся хрупкими и быстро выходят из строя.
  Владимир Сорокин, инженер-технолог сталелитейного производства После добавления в сталь Гадфильда изобретенных в Новосибирске наномодификаторов изделиям из нее не страшен даже самый крепкий мороз. Это особенно важно для техники, которая эксплуатируется в условиях Крайнего Севера, где столбик термометра может опуститься до –60°С.

  Такой эффект достигается за счет того, что наномодификаторы делают более мелкими монокристаллы стали Гадфильда. Изначально кристаллы у этой стали достаточно крупные. И при низких температурах это становится недостатком, который можно устранить с помощью добавок и лигатур, которые вводятся на стадии кристаллизации стали.
  Елена Рябых, лидер технологической платформы «Металлы и сплавы» МНЦ «Сигма. Новосибирск»

На базе литейного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» в Новосибирске уже ведутся экспериментальные работы по введению наномодификаторов в сталь Гадфильда. Стенки ковшей, щеки дробилок, стрелочные переводы, изготовленные из модифицированной стали Гадфильда, доказали свою устойчивость к сибирским морозам. Кроме того, они оказались в полтора раз прочнее, чем аналоги из стали традиционного состава. Это второй эффект, которого удается добиться с помощью инновационных добавок. Не только сталь, но и чугун, цветные металлы начинают служить намного дольше.

  За счет того же эффекта размельчения структуры металла, который дают наномодификаторы, обычный чугун с новыми добавками становится более жаропрочным, начинает выдерживать больше термосмен. Дольше служит бронза. Разработанная технология микролигирования позволяет резко улучшить качества давно известных материалов.
  Елена Рябых, лидер технологической платформы «Металлы и сплавы» МНЦ «Сигма. Новосибирск»

Третий эффект, который дает добавление наномодификаторов, — это улучшение антифрикционных свойств металлов.

  Если не вдаваться в детали, то чем меньше один металл истирается и изнашивается при взаимодействии с другими элементами конструкции, тем выше его антифрикционные свойства. Антифрикционный металл должен выдерживать продолжительное трение. Поскольку таких металлов не так много, то обычно истирание уменьшают за счет применения смазочных материалов.
  Сергей Епифанов, преподаватель «Сопротивления материалов»

Так, втулка из обычной бронзы хорошо скользит по поверхности других металлов, но быстро изнашивается. Поэтому ее нужно обильно смазывать. Чугун намного более твердый, но плохо скользит из-за пористой структуры, его тоже нужно смазывать. А использование наномодификаторов позволяет обойтись без смазки в обоих случаях, поскольку делает эти металлы устойчивыми к трению. Более того, инновационные добавки позволяют не только улучшить антифрикционные свойства бронзы и чугуна, но и создать на их основе новые материалы.

  С помощью наномодификаторов и лигатур уже создан материал, сочетающий лучшие свойства бронзы и чугуна. На его поверхности образуется слой из меди и графитовых составляющих, поэтому изделия из него могут работать без трения и смазки. Одно из возможных практических применений полученного материала — изготовление соединительных втулок для машин и механизмов, работающих в условиях большой нагрузки. Например, для карьерных экскаваторов.
  Елена Рябых, лидер технологической платформы «Металлы и сплавы» МНЦ «Сигма. Новосибирск»

Новый антифрикционный сплав — бронзочугун

Чтобы волшебным образом улучшить уже существующие металлы или создать новые, достаточно совсем небольшого количества наномодификаторов, около 2% от общего объема выплавляемого металла. Еще одно преимущество новой технологии в том, что поскольку небольшое количество металлов вводится в финале, на стадии разливки, то ее можно использовать на любом производстве, не меняя основной технологии выплавки. Рыночная стоимость модификаторов — от 300 рублей за килограмм. Запустить полномасштабное их производство планируется в 2015 году.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.