Ученые НИ ИрГТУ создают улучшенные ремонтные композиты для машиностроителей

Разработкой экологически безопасного способа получения наноструктурных металлических порошков занимаются ученые кафедры машиностроительных технологий и материалов ИрГТУ. Технология основана на синтезе хлоридов металлов, а ее экологичность достигается за счет использования органических растворителей и отсутствия, по словам авторов, выбросов вредных веществ в процессе производства. При этом стоимость предлагаемого метода сравнительно невысока, сообщила автор проекта, магистрант кафедры машиностроительных технологий и материалов ИрГТУ Любовь Шведкова.

«Мы создали научно-технические основы нового направления в технологии получения наноразмерных металлосодержащих систем непосредственно из природного (минерального) сырья и промышленных отходов. В постепенно нагреваемый органический растворитель, выбранный в качестве среды, мы помещаем щелочной металл. После того, как он полностью расплавится, в смесь добавляются хлориды металлов. Полученный однородный раствор фильтруется через специально подобранную мембрану», - рассказала Л. Шведкова.

Как отмечает автор проекта, технологию можно применить к широкому спектру сырья, содержащего оксиды d-металлов, и легко внедрить в промышленность: «Нанодисперсные материалы используются в качестве исходного сырья при производстве керамических и композиционных материалов, сверхпроводников, солнечных батарей, фильтров, присадок к смазочным материалам, неорганических пигментов и т.д. На основе данной разработки мы планируем создавать ремонтные композиционные материалы с повышенными эксплуатационными характеристиками».

По мнению ученых ИрГТУ, полученные наноструктурные металлические порошки и созданные на их основе композиционные материалы могут быть востребованы, в первую очередь, в машиностроительной отрасли.

«В российской машиностроительной отрасли имеется большой парк физически и морально устаревших машин и оборудования, которые требуют частого ремонта при хроническом дефиците запасных частей, - говорит Л. Шведкова. – Традиционно изделия из металла ремонтируют с использованием металла. Он остается основным конструкционным материалом массового машиностроения. Контактное взаимодействие металлов при ремонте происходит благодаря сварке, однако для этих работ необходимо громоздкое технологическое оборудование. Использование композиционных материалов, при котором деталь не подвергается тепловому воздействию, открывает новые возможности в технологии ремонта».

По данным Л. Шведковой, ремонт композитами основан на использовании металлополимеров, состоящих из органической матрицы (связующее) и дисперсного наполнителя. В качестве связующего используется смесь эпоксидиановой смолы и полиаминового отвердителя. Роль дисперсного наполнителя выполняют металлические и неметаллические порошки или их смеси. Применение металлических порошков дает возможность улучшить эксплуатационные и механические свойства композита. В частности, повысить его прочность и снизить коэффициент теплового расширения. Исследователь подчеркивает, что чем меньше размеры частиц в порошке, тем больше прочность композита.

«При деформировании материала частицы наполнителя являются источником дефектов в полимере. Размер трещин и отслоений пропорционален размеру дисперсных частиц. Если размер частиц наполнителя меньше критического, то трещины или отслоения также меньше критического и не вызывают разрушения материала, - поясняет Л. Шведкова. - В ходе лабораторных испытаний были получены металлсодержащие наноструктурные материалы с размером частиц 5-10 нанометров. Это меньше, чем в широко распространенных сегодня мелкодисперсных порошках. Таким образом, можно говорить о создании более совершенных композиционных материалов, что приведет к расширению сферы их использования».

Л. Шведкова сообщила, что существующие аналоги ремонтных композиционных материалов не могут обеспечить максимальных прочностных возможностей: «Эти композиты активно используются для ремонтов сквозных и поверхностных дефектов, а также для восстановления изношенных поверхностей с ограниченной номенклатурой изделий. Создание более совершенных композиционных материалов позволит увеличить сектор ремонтных работ и конструкционные возможности».

Дисперсно-упрочненные композиты (металлополимеры) можно применить при быстром безогневом ремонте и восстановлении изношенных поверхностей деталей машин, не подверженных ударным нагрузкам, при устранении течей в трубах и резервуарах в ЖКХ и нефтехимии, в пищевой промышленности, авиа-машиностроении и судостроении. Также металлополимеры можно использовать как конструкционные материалы для изготовления деталей.

В проекте также задействованы аспиранты кафедры Станислав Федоров и Михаил Тищенко. Научный руководитель – заведующий кафедрой машиностроительных технологий и материалов, профессор Семен Зайдес.

Ссылка на оригинал статьи