Днище в алмазах: корпуса кораблей хотят укрепить драгоценными камнями.

03/апреля/2019, 00:05iz.ru
Построенные из уникального сплава суда будут легче, прочнее и дешевле существующих.

Для изготовления легких и высокопрочных корпусов кораблей российские ученые предлагают применять наночастицы алмазов. Они получили особый сплав, который по своим характеристикам превосходит все используемые в современном судостроении материалы.
Корабли из него будут еще и значительно дешевле, рассказали «Известиям» создатели экспериментального материала.
Впрочем, некоторые эксперты в дешевизне «бриллиантового» состава сомневаются.

Вместо скандия
Ученые Томского государственного университета совместно с коллегами из Университета Брунеля (Лондон, Великобритания) завершили эксперимент по введению наноразмерного алмаза в алюминиевый расплав с применением ультразвуковой обработки.

Новый композитный материал может быть использован при создании корпусов для морского транспорта.

Чем легче судно, тем больше груза на него можно поместить, поэтому при изготовлении судов используют дешевый и легкий алюминий, но вот его прочностные характеристики оставляют желать лучшего.

— Сегодня в судостроении используют алюминиевые сплавы с добавками скандия, — рассказал «Известиям» сотрудник лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ Николай Кахидзе. — Несмотря на его высокие прочностные и эксплуатационные характеристики, а также технологические преимущества, скандий — дорогой металл.

Себестоимость сплава, содержащего наноразмерные частицы алмаза, существенно ниже. А прочность, пластичность и эксплуатационные характеристики нового материала превышают даже экономнолегированные сплавы с содержанием скандия. То есть наша разработка позволит снизить расходы при кораблестроении.

Алмазный порошок
Наноалмазный порошок состоит из частиц размером несколько нанометров. В эксперименте были использованы уникальные вспомогательные мастер-сплавы — лигатуры. Они применяются для введения в жидкий металл других элементов.
— В данном эксперименте лигатуры представляют собой прутки — монолитные материалы в виде цилиндров, которые в дальнейшем будут достаточно удобны и технологичны для применения в судопроизводстве, — отметил Николай Кахидзе.
— Существует ряд сложностей при введении наночастиц в металл: они всплывают, слипаются между собой, образуют высокую пористость вокруг себя и так далее. Лигатуры заметно облегчают процесс легирования, что является плюсом при получении композитов в промышленных масштабах.

Созданные материалы также могут найти применение в авиастроении, автомобилестроении и космической индустрии: для изготовления корпусов, внутренней отделки и прочих элементов, не связанных с исполнительными механизмами (двигателями, редукторами). Они позволят уменьшить массу и улучшить параметры безопасности транспортных средств.

Цена вопроса.
Исследование российских и британских ученых очень перспективно, уверен директор центра научно-технического прогнозирования ИСИЭЗ НИУ ВШЭ Александр Чулок.
— По нашим прогнозам, в следующем году рынок наноалмазов выйдет в России на передний рубеж, мы можем стать одними из мировых лидеров в этой области, — уверен он. — Поэтому всё, что делают сибирские ученые, крайне интересно с точки зрения экономики. Тем более судостроение является приоритетной отраслью для государства. Так что разработка однозначно найдет применение.
Однако не все эксперты столь оптимистичны. Представитель кафедры цветных металлов и золота, профессор НИТУ «МИСиС» Евгений Александров полагает, что композиты «алюминий-наноалмазы» не имеют перспектив для кораблестроения.
— Алмазные наночастицы, покрытые газовой или жидкой оболочкой, при введении в алюминиевую матрицу образуют пузыри, что приводит к формированию пористости в материале и снижает его прочностные характеристики, — уверен эксперт.
— Это обусловлено плохой смачиваемостью наночастиц
— атомы на их поверхности имеют нескомпенсированные химические связи и стремятся немедленно после получения вступить в реакцию с окружающей средой.
По его словам, избавиться от адсорбированных газов для таких мелких частиц, как наноалмазы, практически невозможно. Ультразвуковая обработка хотя и решает частично проблему смачивания, не является перспективной для создания многотоннажных продуктов.
Евгений Александров добавил, что технология применима только к граммовым, максимум килограммовым партиям продуктов, а в случае кораблестроения она сделает композит очень дорогим по стоимости.
Однако в ТГУ считают, что так как процент наноалмазов невелик (от 5 до 10%), то сплав точно будет дешевле того, что содержит скандий.
Кроме того, в этом случае наноалмазы не покрыты газовой оболочкой, они находятся в составе лигатуры, где матричным материалом является алюминий. Наноалмаз в этом композитном материале распределен равномерно.
По данным разработчиков, эксперимент показал, что полученный сплав имеет высокое качество, в нем нет пор и дефектов.

Исследование было проведено в лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ в рамках масштабного проекта, связанного с производством сплавов для морского судостроения.

Сам эксперимент прошел на базе подразделения Университета Брунеля — Brunel Centre for Advanced Solidification Technology (BCAST).