Владислав Фельдблюм



Pdf просмотр
страница11/16
Дата16.02.2017
Размер6.38 Mb.
Просмотров1835
Скачиваний1
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

Одна из наиболее перспективных разработок
– создание металлорежущего инструмента с наноструктурированным покрытием.
Разработка предназначена для применения в авиадвигателестроении, самолето- и ракетостроении, энергетическом и транспортном машиностроении, судостроении. Разместить производство намечено в городе
Рыбинске Ярославской области. Ключевая технология проекта — нанесение наноструктурированных покрытий на металлорежущий инструмент — разработана учеными РНЦ «Курчатовский институт». Такое покрытие увеличивает износостойкость инструмента в 2 — 2,5 раза, благодаря чему затраты предприятий на его приобретение снижаются. Технология нанесения наноструктурированных покрытий основывается на методе вакуумного осаждения из плазмы, получаемой в результате испарения материала

168 из металлических или металлокерамических катодов с глубоким легированием слоев формируемого покрытия ассистирующим пучком ионов.
Такое техническое решение повышает износостойкость инструмента, что позволяет производить обработку металлов на более высоких скоростях и увеличивает срок службы инструмента. Стоит отметить, что улучшение технических характеристик
(твердость, вязкость) инструмента с нанопокрытиями приводит к существенному увеличению производительности труда и снижению себестоимости изготавливаемой при помощи данного инструмента продукции. По сравнению с инструментом без покрытия происходит увеличение объема снимаемого металла в 2—2,5 раза, стойкость между переточками и скорость резания возрастает в 1,5—2 раза.


Другой проект – создание производства прецизионных, экологически чистых электрохимических станков нового поколения. Сфера применения разработки – авиадвигателестроение, энергетика, автомобилестроение, электронная и медицинская промышленность, инструментальное производство. Конкурентными преимуществами проекта являются низкие эксплуатационные расходы (высокая производительность, отсутствие износа инструмента), а также высокая точность копирования и нанометрическая точность поверхностей. Разместить производство намечено в Уфе
(Республика Башкоркостан). Электрохимические станки, выпускаемые в рамках проекта, будут предназначены для прецизионной нанометрической обработки практически всего спектра металлов, включая твердые сплавы и наноструктурированные металлы. Технология, используемая в станках, сопоставима, а по таким параметрам, как производительность и стоимость эксплуатации, превосходит технологии ведущих мировых производителей.
Кроме того, благодаря разработанному в России программному обеспечению

169 значительно расширяются возможности обработки поверхностей. Данные станки могут быть использованы как в производстве имплантатов и хирургических инструментов, так и для изготовления сложных деталей из высокопрочных материалов, применяемых в авиадвигателях или энергетических турбинах.

В настоящее время в России практически отсутствует производство станков подобного класса (менее 0,1% объема мирового рынка прецизионного станкостроения в 2008 г.). Реализация проекта позволит использовать передовые разработки отечественной школы электрохимии и внедрить современные технологии обработки поверхностей в высокотехнологичных отраслях промышленности: микроэлектронике, точном приборостроении, аэрокосмической технике, энергетике, медицине, автомобилестроении и других отраслях.
Следующий проект
– создание износостойких изделий из наноструктурированной керамики и металлокерамики. К ним относятся изделия и узлы с уникальными свойствами: высокой прочностью, износостойкостью, устойчивостью к коррозии, теплостойкостью. Это – подшипники скольжения и кольца торцовых уплотнений, осевой инструмент, сменные многогранные пластины. Сферы применения: нефтедобывающая, химическая, атомная, кабельная, горнодобывающая и целлюлозно-бумажная отрасли. Социальный эффект – создание более 200 рабочих мест.



170
В рамках проекта будет создан полный производственный цикл по выпуску из наноструктурных керамик и металлокерамик различных триботехнических изделий (узлов, подверженных трению и износу), работающих в сложных условиях эксплуатации, в том числе для насосной техники. Данные материалы по сравнению с металлами и полимерами имеют целый ряд важных преимуществ, например: повышенную износостойкость, расширенный диапазон рабочих температур, химическую инертность.
Использование наноструктурных материалов в этом случае позволяет повысить ресурс и надежность промышленного насосного оборудования на 20 — 30%. Кроме того, будет освоен выпуск керамического и металлокерамического режущего инструмента для обработки металлов и композиционных материалов, характеризующихся высокой твердостью, прочностью и термостойкостью. Его применение для соответствующих материалов позволит увеличить производительность обрабатывающего оборудования, повысить точность и неизменность геометрических параметров при обработке деталей.


Очень интересен проект РОСНАНО по созданию режущего инструмента из нанопорошка кубического нитрида бора. Проект предназначен для использования в металлообработке.
Он обеспечит повышение износостойкости и стойкости к абразивным материалам, а также многократное увеличение производительности инструментов. В рамках проекта создан полный производственный цикл — от синтеза нанопорошка кубического нитрида бора до изготовления из него режущего инструмента.
Повышенные физические характеристики инструмента из нанопорошка кубического нитрида бора (микротвердость, износо- и теплостойкость) приводят к существенно более высокой производительности инструмента.
При этом затраты на обработку деталей инструментом могут снижаться до 60%.

171

Трудно переоценить важность и проекта по созданию новых отечественных технологий обработки металлов. В рамках проекта в России создается промышленное производство оборудования для синтеза многофункциональных нанокерамических покрытий на алюминиевых и магниевых поверхностях. Они защищают металлы от коррозии, что особенно важно в автомобиле- и машиностроении. Покрытие наносится методом микродугового оксидирования, который разработали специалисты из
Российского государственного технологического университета имени К.Э.
Циолковского
(МАТИ).
Этот метод позволяет формировать наноструктурированные керамикоподобные слои на поверхности алюминия, магния, титана, циркония и других металлов. Процесс происходит в электролите под воздействием электрического тока. В зависимости от условий обработки можно получать модифицированные поверхности различного назначения: износостойкие, коррозионно-защитные, электроизоляционные, теплостойкие и другие либо их сочетания.
Ещё один интересный проект – разработка новой технологии производства сверхвысокопрочных пружин. Он реализуется совместно ОАО
«РОСНАНО» и ООО «НПЦ «Пружина». Новая технология предназначена для применения на железнодорожном транспорте, в автомобилестроении, в производстве спецтехники. Конкурентным преимуществом проекта является многократное повышение долговечности и релаксационной стойкости пружин без удорожания исходного сырья. Производство намечено разместить в городе Ижевске (Удмуртия). Социальный эффект – создание
200 новых рабочих мест. В основе новой технологии производства сверхвысокопрочных пружин лежит операция горячей навивки пружины при оптимальном сочетании температуры нагрева, степени деформации при навивке, схемы и режима охлаждения-закалки последовательно каждого витка навиваемой пружины. В результате этих операций формируются наноразмерные субструктуры, обеспечивающие высокие прочностные характеристики изделий.

172


Применение данной технологии открывает возможность производства пружин с увеличенным в несколько раз сроком службы, повышенным уровнем допустимых напряжений не менее чем в 2 раза, исключением их осадки и соударения витков, а также повышенной работоспособностью в условиях низких температур. Только на железнодорожном транспорте применение новых пружин позволит значительно сократить затраты на ремонт и эксплуатацию подвижного состава и повысить объемы грузоперевозок за счет увеличения нагрузки на вагонную ось. По оценкам, эффект от полного перевода вагонного парка (1 млн. вагонов) на новые пружины может составить примерно 4,0 млрд. рублей.
Совместный проект ОАО «РОСНАНО», ЗАО «МАНЭП» и Томского государственного университета направлен на создание наноструктурных неметаллических покрытий. Реализация этого проекта позволит осуществить производство технологических линий для нанесения пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий на алюминий, магний, титан и цирконий. Разработка будет использоваться в строительстве, и также в автомобиле- и машиностроении. Производство намечено разместить в Томске.


173


Продукцией проекта станут технологические линии для нанесения неметаллических неорганических керамических покрытий на поверхности металлов, разработанные группой профессора, д.х.н. Анатолия Ивановича
Мамаева. Технология микродугового оксидирования, используемая при этом, обеспечивает деталям из алюминия, магния, титана и циркония свойства износостойкости
(увеличение в 2 —
8 раз), защиты от коррозии, термостойкости, декоративные свойства. Это дает новые возможности для использования металлов, значительно сокращаются затраты предприятий, а отсутствие цианистых и никель/хром отходов и менее взрывоопасный процесс повышают экологическую чистоту производства.

2.8. Транспорт будущего
C внедрением нанотехнологий на транспорте грядут серьезные перемены. Через 20 лет автомобили будут летать, ездить, плавать и общаться.
Автомобили должны стать маленькими, экономичными и умными, иначе в пробках застрянет весь мир.


174




Миниатюрный автомобиль
О том, что «Автомобили, автомобили, буквально все заполонили» певец
Валерий Леонтьев пел еще в 1980-х годах прошлого века. Однако на тот момент никто даже не догадывался, насколько будет загружена дорожная сеть буквально через 20 лет. Сегодня практически все крупные города мира простаивают в многокилометровых пробках, и это, похоже, еще не предел.
По мнению аналитиков VDA (Союз автопроизводителей Германии), в 2030 году нас ожидает дорожный коллапс: на планете будут проживать 8 млрд человек, из них в городах — 60%, а количество автомобилей на городских дорогах достигнет 1,2 млрд. Если ничего не менять сейчас, весь мир застрянет в одной гигантской пробке, экология умрет, а топливо будет сверхдорогим. Ведущие автопроизводители разрабатывают свое видение транспорта будущего. В Калифорнии разработали проект транспортной системы Sky tran в виде капсулы для троих пассажиров, прицепленной сверху к монорельсу при помощи магнитного поля. Пассажир садится внутрь капсулы (официальное название — Sky pod), вводит адрес конечного пункта
— и дальнейшая работа перекладывается на компьютеризированную систему. Скорость трамвая — 240 км/ч! И никаких пробок!


175

Магнитный трамвай

Заряжающиеся от дороги автобусы могут появиться в Сеуле уже в ближайшие годы http://infox.ru/auto/highway/2010/03/...e_tr.phtml
Южнокорейские проектировщики представили новый вид общественного транспорта. Это автобусы, которые заряжаются не от рельсов или проводов, а от установленных под дорожным полотном элементов. Технология идентична той, что применятся в электрических зубных щетках.
Сеул, вероятно, станет первым городом, в котором появится новый общественный электрический транспорт. В попытке сделать экологически чистые автобусы ученые из Корейского института передовой науки и технологий разработали транспорт, работающий по той же технологии, что применяется в беспроводных электрических щетках и бритвах. Новый транспорт не подсоединен к проводам, у него нет бензобака, а энергией питается от проходящих под землей полос.
Полосы проходят под дорожным полотном на глубине нескольких сантиметров. Они подключены к мини-электростанциям. На нижней поверхности транспорта находятся управляемые датчиками магнитные устройства, которые позволяют принимать энергию без контакта с дорожным полотном. Достаточно и того, что электрокар проезжает сверху.
Один сегмент дорожного полотна, проходящего под землей, составляет в длину несколько десятков метров. Автобус, минуя каждый из таких отрезков, получает новый микрозаряд электричества. Ему не нужно заряжаться несколько часов, как мобильному телефону, говорят ученые. В отличие от обычных трамваев, которые нуждаются в контакте с дорожным полотном, новые устройства гарантируют безопасность для человека – при

176 прикосновении людей не бьет электрическим током.
Система бесконтактной передачи электричества названа индуктивной подзарядкой. Ее используют некоторые производители зубных щеток: щетка не подключаются напрямую к электричеству, а заряжается магнитным способом.
В
США разрабатывают летающий автомобиль. Этот проект демонстрирует применение нанотехнологий в гражданской и военной технике будущего.





Управление перспективных исследований Минобороны США (DARPA) назвала победителя объявленного в начале года открытого конкурса на создание летающего
«Хаммера».
Новое военное транспортное средство должно вертикально взлетать и садиться, вмещать четырех бойцов, а также ездить по земле (непременно по бездорожью). Также оно должно быть оснащено автопилотными взлетом и посадкой, чтобы им могли управлять обычные солдаты, без прав пилота.
Летающий внедорожник должен поднимать 460 кг груза и иметь возможность пролететь 460 км без дозаправки. Проект основывается на технологии так называемого винтокрыла - комбинированного летательного аппарата, способного к вертикальному взлету и посадке. Его винт будет ответствен только за подъемную силу, но не за тягу: горизонтальный полет

177 должен обеспечиваться дизелем. Крылья у машины будут складывающимися.
Топливные баки, судя по всему, расположатся в крыльях.

2.9. Нанотехнологии в строительстве и архитектуре
Для начала предлагается просмотреть видеофильм о нанотехнологиях в строительстве: http://www.youtube.com/watch?v=KawUiUioZhE

Возможности использования в строительной отрасли научно- технических разработок и продуктов нанотехнологии постепенно расширяются. Достигаемые при этом эффекты, как правило, носят многофункциональный характер.
Высокопрочные конструкционные композиционные материалы в присутствии нановолокнистых и порошковых частиц приобретают необходимую пластичность, имеют пониженные усадку и ползучесть. Самоочищающиеся износостойкие покрытия светопрозрачных конструкций могут обладать разной паро- и светопроницаемостью в зависимости от внешних условий. Разрабатываются молекулярные индикаторы, информирующие о напряженно-деформируемом состоянии несущих конструкций. Создаются покрытия, аккумулирующие солнечную энергию и другие примеры позитивного использования наноматериалов и наночастиц в строительном производстве. Задача состоит в обеспечении строительной и других отраслей рынков этими наноматериалами и наночастицами в нужном объеме с требуемыми технико-экономическими параметрами. Россия отстает в научно-техническом и особенно коммерческом использовании нанотехнологии от наиболее развитых в этом отношении стран: США, Европы и Японии, которые уже приступили к активной коммерциализации имеющихся наноизобретений, в том числе в строительстве.
Россия же пока находится на этапе
НИОКР.
Новые стройматериалы испытывают и в России. К примеру, в Сочи, как подарок к будущей Олимпиаде, построили мост из углестеклопластика. Он особенно красив вечером, когда включена подсветка. Мост городу презентовала компания ООО «НТИЦ АпАТэК-Дубна», которая производит конструкции из композитных материалов — углестеклопластика с добавками углеродных волокон, трубок, наномеди. В прозрачных поручнях моста есть включения наноалмазов, его износостойкое покрытие содержит углеродные волокна и нанокарбиды, а в состав материалов основного каркаса входят нанотрубки и медь. Медные нанопорошки придают им огнестойкость, углеродные трубки уменьшают деформацию, возникающую при остывании

178 материала. Чего в этом мосте нет, так это железа, поэтому он не заржавеет.
Конструкция из углестеклопластика такая лёгкая, что её смонтировали за
20 минут.

Прозрачные поручни углестеклопластикового моста в центре Сочи
включают наноалмазы, а покрытие – углеродные нановолокна
Наряду с известнейшими старинными памятниками архитектуры, туристов, посещающих Рим, привлекает необычное здание в духе постмодернизма — церковь Dives in Misericordia («Щедрый в милосердии»). Это белое сооружение из сборного железобетона и стекла состоит из трёх изогнутых конструкций, напоминающих раковины или лепестки цветка. Церковь возведена в 2003 году по проекту американского дизайнера Ричарда Мейера, а осуществить его замысел помогла итальянская компания Centro Technico di Gruppo. Проект церкви требовал особых технологий: её стены должны быть белоснежными и как можно дольше сохранять свою чистоту. Для решения этих задач специалисты компании выбрали цемент, изготовленный ими по новой технологии: в его состав входят наночастицы диоксида титана (TiO2). Благодаря фотокатализу поверхность из такого цемента может сама собой очищаться. Происходит это так: когда солнечные лучи касаются стен здания, диоксид титана, входящий в их состав, действует как катализатор и ускоряет химическую реакцию. Загрязнения самой различной природы — бактерии, споры бактерий, плесень, которыми покрыты стены любого здания, — просто разлагаются на воду, кислород и соли в присутствии катализатора.


179


Ослепительную белизну церкви Dives in Misericordia в Риме обеспечивают
наночастицы диоксида титана

Кроме того, цемент с наночастицами сам себя моет. Известно, что практически любая твёрдая поверхность отталкивает воду. Степень отталкивания зависит от угла между краем капли и твёрдым телом.
Обычно угол смачиваемости равен порядка 80 градусов. После того как солнечные лучи попадают, например, на бетонную стену дома, в состав которой входит диоксид титана, этот угол уменьшается до 0 градусов. В это время поверхность становится восприимчивой к смачиванию — гидрофильной, то есть вместо образования капель вода равномерно по ней растекается. В течение последующих 1–2 дней гидрофильность сохраняется, а затем угол смачиваемости начинает постепенно увеличиваться, пока не достигнет снова 80 градусов. Поверхность становится водоотталкивающей, а накопившаяся за это время вода скатывается с неё, увлекая за собой частички грязи.

180
Церковь, построенная из белого бетона и стекла, буквально «светится», что особенно заметно на фоне окружающих её жилых построек 1970-х годов.
Новые строительные материалы помогли воплотить в жизнь замысел Ричарда
Мейера, считающего, что «свет является средством, с помощью которого мы способны испытывать то, что называется божественным».
Ещё один экспериментальный проект — Большой национальный театр в
Пекине. Его автор — француз Поль Андрё. Под сферической оболочкой из стекла и бетона расположены три самостоятельные площадки — оперный и концертный залы, театр. Здесь же — многочисленные выставочные павильоны, рестораны и магазины.

Стеклянный купол Большого национального театра в Пекине покрыт
самоочищающейся плёнкой
Архитектор Андрё назвал своё детище «Городом театров». Сооружение находится посреди искусственного озера, из-за формы купола и отражения в воде местные жители назвали театр «яйцом». Стеклянная поверхность купола всегда прозрачна, так как покрыта тонкой плёнкой из катализатора
TiO2, благодаря которому под действием фотокатализа купол самоочищается. Через панели многослойного теплоизолирующего стекла можно наблюдать происходящее внутри.
Самоочищающийся вид цемента с диоксидом титана использовали и при строительстве памятника жертвам холокоста в Берлине в 2005 году — множество бетонных прямоугольных плит в центре города.


181

Памятник жертвам холокоста в Берлине не покроет плесень, потому что
он построен из бетонных плит с наночастицами диоксида титана


2.10. Нанотехнологии в лакокрасочной промышленности


Нанотехнологии играют немаловажную роль в разработке современных красок и покрытий. Получение определенных наноструктур и использование наночастиц в покрытиях и красках позволяет создавать продукцию с улучшенными или абсолютно новыми свойствами. Сложно представить, но материалы, разработанные в советские времена, такие как эмали АС-554 или лаки АС-528 встанут в ряды нанотехнологий. В настоящее время существует несколько малых и средних компаний, выпускающих нанотехнологические продукты на рынок. К таким видам продукции относятся: антибактериальные краски; самоочищающиеся покрытия; покрытия, стойкие к царапанию; прозрачные покрытия с повышенной защитой от УФ-излучения; краски, экранирующие электромагнитное излучение. Нанотехнологии открывают для лакокрасочной промышленности большие возможности, но вместе с тем и несут некоторые риски. Наночастицы изучены еще недостаточно хорошо для того, чтобы полностью оценить их воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Однако исследовательские программы уже дали определенные результаты, показывающие, что оснований для паники нет.
Союз немецкой лакокрасочной промышленности заказал Дрезденскому техническому университету исследования наночастиц. В результате исследований не было обнаружено опасности нанопокрытий для здоровья человека или окружающей среды. Кроме того, в планах союза немецкой лакокрасочной промышленности продолжить исследования, чтобы получить представление о влиянии атмосферных воздействий на порошковые покрытий и обработанные покрытия, содержащие наночастицы.

182

В рамках этих исследований в первую очередь изучается влияние нанотехнологических продуктов на здоровье людей, занимающихся покрасочными работами самостоятельно или находящихся в жилых помещениях. Вместе с тем, результата исследования применимы к вопросу безопасности и гигиены на крупных и мелких производствах.
Производственная безопасность и гигиена регулируется прововыми нормами и директивами различных страховых ассоциаций. Кроме того, Союз немецкой лакокрасочной промышленности разработал специальную инструкцию по нанесению покрытий. Эта инструкция оговаривает опасность попадания наночастиц в легкие при дыхании. Проникновение частиц через пищевод или кожу имеет второстепенное значение. Так или иначе, ввиду применения растворителей используются предметы, защищающие кожу: очки, одежда, перчатки. Прием пищи во время производственного процесса запрещен. Необходимо отметить, что используемые на предприятиях защитные фильтры надежно задерживают наночастицы. Страховыми ассоциациями были проведены измерения соответствующих параметров в автомобильной промышленности, в которой также используются краски с наночастицами. Было обнаружено отсутствие наночастиц в окружающем воздухе. В лакокрасочной промышленности наночастицы используются уже не одно десятилетие, и нет никаких данных о профессиональных заболеваниях, связанных с этими частицами. Можно сделать вывод, что риска для здоровья рабочих не существует. Нанотехнологии дают широкий спектр новых возможностей для лакокрасочной промышленности. В частности,, возникает возможность производить покрытия, не только защищающие подложку и служащие украшением, но и выполняющие другие полезные функции. Необходимо упрочить и расширить присутствие нанотехнологий на мировом рынке. Пойти на это можно только при условии, что законодательные органы будут поддерживать новые технологии. Этот вопрос обсуждается в Европейском союзе.
Рекомендуем просмотреть видеофильм о применении нанотехнологий в лакокрасочной промышленности: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=ltuGMMKQW3c
Начиная с 2006 года, в промышленном производстве появились краски, полученные с использованием нанотехнологий. Само понятие нанокраска при использовании этих новейших технологий поднимает это понятие на совершенно новый уровень восприятия. Подобные краски обладают совершенно уникальными свойствами. Это фасадные и интерьерные краски, грунтовки и противопожарные краски. К примеру, нанотехнологическая

183 краска, самоочищающаяся под воздействием света, может быть использована для внутренних работ. Это краска матовая и выполнена на водной основе.


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал