Главная / Текущий номер журнала / Новосибирская область. Наука и промышленность / Прикладная механика в промышленном фокусе /

Прикладная механика в промышленном фокусе

  Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук организован в числе первых научно-исследовательских институтов при создании Новосибирского научного центра. Основными направлениями научно-исследовательской деятельности являются математическое моделирование в механике, аэрогазодинамика, физико-химическая механика.

В ИТПМ на мировом уровне выполняются теоретические и экспериментальные исследования по до-, сверх- и гиперзвуковой аэрогазодинамике, возникновению турбулентности, отрывным течениям, высокоскоростному взаимодействию тел, сверхзвуковому горению, композиционным материалам, физике многофазных сред, взаимодействию лазерного излучения с веществом, плазмодинамике дисперсных систем, термомеханике новых материалов и технологий. Учеными и высокопрофессиональными специалистами выполняется большой объем исследований не только фундаментального, но прикладного характера. Разработаны и эффективно развиваются новые перспективные технологии. В настоящее время на предприятиях страны успешно применяются лазерные технологии резки различных материалов, холодное газодинамическое напыление, плазменные технологии, плазмотермическая переработка твердых промышленных и бытовых отходов и другие разработки, созданные в институте. Представим лишь некоторые из научно-технических разработок ИТПМ СО РАН.

Технология холодного газодинамического напыления

Нанесение покрытий осуществляется высокоскоростным потоком частиц порошка, ускоряемых сверхзвуковой струей газа при температуре существенно меньшей температуры плавления материала частиц. Следствием этого является отсутствие порообразования и окислительных процессов, что обеспечивает высокие антикоррозионные и электропроводящие свойства покрытий. Метод позволяет получать покрытия из металлов (Al, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Ti, V, Sn и др.), сплавов, а также их механических смесей на различные изделия из метал-лов, диэлектриков, включая керамику, стекло и т. д. Значение адгезии 30—80 МПа, пористость 1—10 %, толщина слоя 10—10 000 мкм. Температура рабочего газа 0—500 ºС, размер напыляемых частиц 1—50 мкм, производительность напыления до 18 кг/час.

Мобильная установка газодинамического напыления позволяет наносить покрытия на труднодоступные элементы конструкций, поверхности полузамкнутых объемов, резервуаров, в том числе при проведении ремонтно-восстановительных и реставрационных работ. Установки по нанесению антикоррозионных покрытий на профильный, листовой прокат, трубы и т. п. Например, установки для нанесения антикоррозионных алюминиевых, цинко-вых и алюмо-цинковых покрытий на внешнюю и внутреннюю поверхность труб диаметром от 100 мм и более, длиной до 12 м. Разработаны технология и оборудование для нанесения токопроводящих защитных покрытий на алюминиевые кабельные наконечники (КН), изготовлены серии образцов, по которым проведены испытания и введено изменение в ГОСТ 9581-80 «Наконечники кабельные алюминиевые и медно-алюминиевые, закрепляемые опрессовкой. Конструкция и размеры».

Область применения данной разработки — металлургия, машиностроение, электротехника, авиастроение, автомобиле- и приборостроение и т. д. Технология запатентована в РФ, США, Германии, Франции. Опытные и экспериментальные образцы установок изготовлены и поставлены в МАИ (Москва, Россия), Даймлер Бенц (Германия), Институт исследования металлов Китайской академии наук (Шэньян, Китай), Международный центр передовых технологий и порошкового напыления (Хайдарабад, Индия).

Автоматизированный лазерный технологический комплекс

В институте теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича разрабатываются лазеры СО2 мощностью 1,5—15 кВт, автоматизированные лазерные технологические комплексы (АЛТК) и технологии на их базе. Созданные лазерные технологии позволяют осуществлять резку листовых материалов и нанесение высокоэффективных покрытий, сварку и термическую обработку, закалку и лазерно-порошковую наплавку, а также другие процессы, требующие большой точности работ. Такие лазеры являются единственными в мире, использующими специальный самофильтрующий резонатор, который разрешает получить высокое качество излучения при высокой мощности до 10 кВт, работают на газах технической чистоты и смеси СО2 — воздух (без N2 и He). Комплексы применяются на предприятиях машиностроительной, электротехнической, атомной, приборо­строительной, автомобильной и других отраслей промышленности. Среди них: ОАО «НовосибирскНИИхиммаш» (раскрой листовых материалов, наплавки, закалки); НПО «ЭЛСИБ» ОАО г. Новосибирск (раскрой электротехнической стали); ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» (раскрой и сварка листов нержавеющей стали толщиной до 20 мм) и др. Разработка защищена патентами Российской Федерации.

Плазмотермическая переработка твердых промышленных и бытовых отходов

Плазмотермическая технология предназначена для обезвреживания твердых промышленных и бытовых отходов любой степени опасности. Ее применение позволяет сжигать горючие составляющие отходов, переводя их в газовую фазу и расплавлять неорганическую их часть. Неорганическая часть отходов в виде остеклованного химически инертного шлака может использоваться в качестве строительного материала. Содержание вредных примесей (NOX, SOX, пыли, углеводородов-канцерогенов, диоксинов и фуранов) в отходящих газах не превышает санитарных норм ЕЭС. Области применения подобной технологии от экологии (обезвреживание твердых бытовых и промышленных отходов) до металлургии (плавка, рафинирование и восстановление мелкодисперсных продуктов). Разработка находится на начальной стадии производства. Созданы и прошли опытную проверку в Южной Корее два типа плазмотермических установок: плазмотермическая установка для обезвреживания отходов сложного морфологического и химического состава, в частности медицинских отходов; плазмотермическая установка для переплава сыпучих мелкодисперсных отходов типа золы от установок огневого мусоросжигания. Плазмотермическая установка для переработки медицинских отходов защищена патентом РФ.

Высокоэффективное оборудование и технологии плазменного напыления, обработки порошков и упрочнения поверхности

Создан многоцелевой плазмотрон для обработки порошковых материалов, нанесения покрытий и модификации поверхности. Основные области применения плазмотрона с межэлектродной вставкой (МЭВ) и диффузной привязкой дуги на аноде: нанесение покрытий из любых порошковых материалов и прежде всего тугоплавких; плазменная обработка порош-ков, включая их сфероидизацию, денсификацию и др.; термообработка поверхности материалов высококонцентрированной ламинарной струей плазмы, включая оплавление покрытий, упрочнение и модификацию поверхности, нитрирование поверхности металлов и др. Главными пользователями плазмотрона могут быть предприятия машиностроительного, энергетического и ремонтного профилей, а также научные группы и фирмы, занимающиеся исследованием и отработкой технологий получения новых материалов. Испытан и в течение ряда лет успешно эксплуатируется опытно-промышленный образец плазмотрона. В России плазмотрон используется на нескольких предприятиях, в том числе на якутском судоремонтном заводе, ремонтно-эксплуатационной базе флота АООТ «Западно-Сибирское речное пароходство» при восстановлении винтов речных судов и на опытном участке Государственной академии водного транспорта в Новосибирске.

Однако для дальнейшего развития представленных уникальных разработок необходимо привлечение инвесторов.