Уфимские ученые превращают металл в нанометры

С древних времен известно, что при ковке металл становится прочнее. Металл имеет внутреннюю зернистую структуру. И при измельчении зерна слитка материал упрочняется.

Это тот самый случай, когда размер имеет значение. После обычной деформационной обработки зерно металла становится размером в десять микрон.

В конце 80-х годов прошлого столетия башкирский ученый физик-материаловед Руслан Валиев предложил использовать уникальные методы для измельчения зерна не до десятков микрон, а до ста, двухсот  нанометров (нанометр – одна тысячная микрона), и в результате материалы приобретают уникальную прочность и повышенный комплекс других служебных свойств (твердость, износостойкость и т.д.) И это уже раздел нанотехнологий, которые в последние годы стали очень популярны.

Таким образом, уфимские ученые в 90-е годы своими разработками положили начало новому научному направлению «Объемные наноструктурные металлы и сплавы, полученные методами интенсивной пластической деформации».

— Работы по созданию объемных наноматериалов ведутся во многих научных и промышленных центрах мира, — рассказывает заместитель директора по науке Института физики перспективных материалов УГАТУ доктор физико-математических наук Дмитрий Гундеров, — и наш вуз на сегодняшний день остается одним из мировых лидеров разработок в этой области.

Уфимские специалисты изготавливают из объемных наноматериалов полуфабрикаты, которые находят практическое применение в различных сферах: медицине, машиностроении, авиации. 

Малое инновационное предприятие ООО «НаноМет» создано специально для реализации известного вузовского проекта — производства наноструктурного титана для медицинских целей.

— Известно, что имплантаты делают из титана, потому что он наиболее биосовместим, — рассказывает Дмитрий Гундеров, — но титановые имплантаты из сплавов содержат дополнительные элементы, которые имеют плохую биосовместимость. У чистого титана нет канцерогенных элементов, однако он недостаточно прочный. Наши методы позволяют получить титан с высокой прочностью. Она становится выше в два раза. Из такого титана изготавливаются имплантаты с меньшим сечением и более долговечные.

Башкирский высокопрочный нанотитан успешно поставляется в Чехию и США. Что касается сотрудничества с российским производителем, вузовское предприятие взаимодействует с московской фирмой «Конмент», с которой разработана и запущена в производство система имплантатов из наноструктурного титана «НаноДентал-№1». 

Однако собственно отечественная индустрия производства имплантатов пока наноструктурный титан использует слабо.

Кроме производства высокопрочного титана, в УГАТУ занимаются наноструктурированием и упрочнением и других металлов и сплавов – стали, алюминия, титановых сплавов.

Интенсивно развиваются следующие направления: наноструктурные упрочненные алюминиевые сплавы для электротехнической промышленности, титановые сплавы для лопаток турбин авиационных двигателей. 

— Материал для лопаток турбин должен быть очень прочный, жаропрочный и устойчивый, — поясняет ученый. — Лопатка турбины рассчитана на многочасовую работу при огромных нагрузках. Поэтому желательно ее сделать потоньше и полегче. У вуза есть определенные наработки для получения такого материала.

В настоящее время УГАТУ совместно с УМПО занимается большим проектом по производству лопатки с измельченным зерном для самолетов-истребителей. Также интересны разработки алюминиевых сплавов высокой прочности для фюзеляжей самолетов.

Любопытна вузовская разработка упрочнения алюминия для электропроводов:

— Измельчая зерно металла, мы делаем провод более прочным, не применяя дополнительное легирование. Это повышает прочность, но не уменьшает и электропроводимость. Сейчас провода на линии электропередач ставят сталеалюминевые, в которых ток передается по алюминиевой обмотке, а стальной трос-сердечник обеспечивает необходимую прочность. Стальной сердечник – малопроводящий. Если сделать провод из наноструктурного алюминиевого сплава, то благодаря его высокой прочности стальной трос будет не нужен. За счет отсутствия стального сердечника  использование наноструктурного высокопрочного и  высокоэлектропроводного алюминиевого провода позволяет увеличить проводимость линий электропрередач на 40 процентов. Так как алюминий легкий материал, можно будет увеличить диаметр провода и сечение, не увеличивая вес провода, тем самым увеличив электронагрузку. При этом опоры электролинии менять не придется (что очень дорого).