Сегодня - 11.08.2020

Сибирские ученые отработали технологию создания высокопрочных сплавов

27 марта 2017
 
Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН и кафедры материаловедения в машиностроении Новосибирского государственного технического университета разработали принципиально новую технологию сплавления титана и тантала. В результате был получен особо стойкий к коррозии материал, который почти не разрушается от контакта с агрессивными средами. 
 
С помощью этой технологии был создан экспериментальный химический мини-реактор и проведен эксперимент. Оказалось, что срок непрерывной работы реактора из такого материала составил бы 30 лет, что в несколько раз больше, чем у аппарата из особо стойкой стали. Проект выполнялся в рамках ФЦП «Исследования и разработки». 
 
Для того, чтобы получить сплав, используется уникальный промышленный ускоритель ЭЛВ-6, который выпускает концентрированный пучок электронов с энергией 1,4 МэВ. Проникающая способность последнего составляет, в зависимости от материала, около одного миллиметра. Пучком обрабатывают поверхность металла, куда нанесен порошок, в результате образуется особо прочный слой. В ИЯФ СО РАН отработаны элементы технологии создания промышленных листов из наплавленного на титан тантала и возможность их сварки. 
 
«Наша технология выгодна по двум причинам. Во-первых, наплавляется только рабочая поверхность, второе преимущество — в высокой производительности процесса. Кроме того, надо отметить, что в мире не существует установок с выпуском мощных сфокусированных пучков с такой проникающей способностью», — пояснил руководитель проекта, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Михаил Голковский. 
 
Сплав, полученный учеными ИЯФ СО РАН и НГТУ, может быть полезен для крупнотоннажного производства азотной кислоты и в атомной отрасли. Что касается последней, то в ней существует технология переработки уже использованного ядерного топлива. Резервуар, в котором происходит эта переработка, изготавливают из специальных сортов нержавеющей стали или сплава на основе никеля, но эти материалы обладают не очень высокой коррозионной стойкостью. Важен и вопрос безопасности — со временем химический реактор, где идут процессы переработки, становится радиоактивным, и чем дольше он способен работать без ремонта, тем лучше.
 
Макет химического реактора в сборе с арматурой для переноски и установки«В рамках проекта мы изготовили из пластин полученного материала маленький химический реактор объемом в несколько литров, — объясняет Михаил Голковский. —  Мы налили в него концентрированную азотную кислоту, довели ее до кипения, предварительно точно взвесив наш сосуд. Кислота кипела несколько суток. Результат эксперимента нас очень порадовал: контрольное взвешивание показало, что реактор практически не потерял вес. Это означает, что материал, из которого он сделан, не разрушается от воздействия агрессивной среды. Правда, несколько суток испытаний — слишком маленький срок, чтобы делать выводы, ведь срок службы настоящего прибора исчисляется десятилетиями. Однако перерасчёт скорости разрушения материала показывает, что она составляет несколько десятков микрон в год. Получается, что химический реактор из нашего материала мог бы работать, как минимум, в течение 30 лет без остановок». 
 
Один из участников работ, старший преподаватель НГТУ Алексей Руктуев отмечает, что если заменить традиционно применяемые материалы на полученные в ходе выполнения проекта, то следует ожидать увеличения срока их службы примерно в 10 раз. «Однако в каждом отдельном случае следует проводить детальный анализ, поскольку присутствие в агрессивной среде различных примесей может оказывать значительное влияние на уровень коррозионной стойкости» — подчеркивает учёный.
 
Помимо всего прочего, титан, тантал и ниобий являются биоинертными материалами. Поэтому, как отмечает Алексей Руктуев, предложенную в проекте методику можно использовать для последующего создания имплантов — к тому же, модуль упругости сплавов титана с танталом и ниобием ближе к характеристикам костей, чем чистый титан или сплавы, применяемые в настоящее время. 
 
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
 
Фото ИЯФ СО РАН
 
Поделись с друзьями: 

Система Orphus