Наноструктурные материалы ООО «Сферамет» ООО «НПП Элстин-С

1. Наименование проекта «Разработка технологии получения наноструктурных материалов на базе сферических гранул химически активных металлов, сплавов и интерметаллидов с использованием метода центробежного распыления расплавов» «Разработка технологии получения наноструктурных материалов на базе сферических гранул химически активных металлов, сплавов и интерметаллидов с использованием метода центробежного распыления расплавов»

2. Цели и задачи проекта Цель проекта: создание производства сферических гранул химически активных металлов, таких как титан, цирконий, ниобий, тантал, сплавов на их основе, интерметалллидов. Например, системы титан – алюминий, титан – никель на установке центробежного распыления; создание производства сферических гранул химически активных металлов, таких как титан, цирконий, ниобий, тантал, сплавов на их основе, интерметалллидов. Например, системы титан – алюминий, титан – никель на установке центробежного распыления; разработка технологии получения наноструктурных материалов на базе сферических гранул. разработка технологии получения наноструктурных материалов на базе сферических гранул. Разработка технологии на начальном этапе освоения производства сферических гранул будет реализована созданием нового наноструктурного материала в системе титан-алюминий, представляющего собой матрицу титанового сплава, упрочненного сеткой интерметаллида TiAl, что позволяет обеспечить высокие эксплуатационные и технологические свойства изделий в условиях их работы при повышенных нагрузках и температуре, а также воздействии радиационного облучения и химически агрессивных сред. Разработка технологии на начальном этапе освоения производства сферических гранул будет реализована созданием нового наноструктурного материала в системе титан-алюминий, представляющего собой матрицу титанового сплава, упрочненного сеткой интерметаллида TiAl, что позволяет обеспечить высокие эксплуатационные и технологические свойства изделий в условиях их работы при повышенных нагрузках и температуре, а также воздействии радиационного облучения и химически агрессивных сред.

Принцип формирования наноструктурных матариалов с использованием сферических гранул двух фракционных составов

5. Суть проекта Инвестиционным проектом предусматривается создание производства сферических гранул, включащего изготовление пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, что создает возможность организации работ по промышленному освоению производства сферических гранул для различных отраслей промышленности. Инвестиционным проектом предусматривается создание производства сферических гранул, включащего изготовление пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, что создает возможность организации работ по промышленному освоению производства сферических гранул для различных отраслей промышленности. Получение сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного распыления происходит следующим образом: Получение сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного распыления происходит следующим образом: - во вращающийся с заданной скоростью гарнисажный тигель поступает расплав, получаемый путем регулируемого плавления исходной заготовки в плазменном разряде; - из вращающегося тигля, под действием центробежных сил, капли расплава вылетают из него и кристаллизуются в полете в виде сферических частиц.

5. Суть проекта Инвестиционным проектом предусматривается создание производства сферических гранул, включащего изготовление пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, что создает возможность организации работ по промышленному освоению производства сферических гранул для различных отраслей промышленности. Инвестиционным проектом предусматривается создание производства сферических гранул, включащего изготовление пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, что создает возможность организации работ по промышленному освоению производства сферических гранул для различных отраслей промышленности. Получение сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного распыления происходит следующим образом: Получение сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного распыления происходит следующим образом: - во вращающийся с заданной скоростью гарнисажный тигель поступает расплав, получаемый путем регулируемого плавления исходной заготовки в плазменном разряде; - из вращающегося тигля, под действием центробежных сил, капли расплава вылетают из него и кристаллизуются в полете в виде сферических частиц.

Суть проекта Изменяя скорость вращения гарнисажного тигля можно эффективно и целенаправленно влиять на фракционный состав получаемого сферического порошка. При этом фракционный состав гранул может находиться в пределах мкм. Изменяя скорость вращения гарнисажного тигля можно эффективно и целенаправленно влиять на фракционный состав получаемого сферического порошка. При этом фракционный состав гранул может находиться в пределах мкм. Создание наноструктурных материалов происходит в процессе компактирования изделий из гранул и проведения их спекания и термообработки. При этом сферические гранулы разнородных материалов предварительно рассеиваются на необходимые фракции и смешиваются. В процессе термообработки происходит взаимная диффузия химических элементов с возможностью образования новых фаз и образования объемной сетки (каркаса) материала нового качества. Толщина объемной сетки составляет от нескольких атомов до десятков микрон. Создание наноструктурных материалов происходит в процессе компактирования изделий из гранул и проведения их спекания и термообработки. При этом сферические гранулы разнородных материалов предварительно рассеиваются на необходимые фракции и смешиваются. В процессе термообработки происходит взаимная диффузия химических элементов с возможностью образования новых фаз и образования объемной сетки (каркаса) материала нового качества. Толщина объемной сетки составляет от нескольких атомов до десятков микрон.

Установка центробежного распыления Р-1 Установка центробежного распыления Р-1

Плазмотрон для установки Р-1

Источник питания для создания азотной и аргоновой плазмы Напряжение холостого хода 160в Максимальный ток 2500а

Шпиндель

Схема гарнисажной вакуум-плазменной печи для выплавки жаропрочных и конструкционных сплавой

Схема плавильной вакуум-плазменной гарнисажной печи с электромагнитным управлением плазменным разрядом и перемешиванием расплава для выплавки химически активных металлов и сплавов

Примеры использования материалов п/ п Номенклатура производства Ожидаемая потребност ь на первом этапе (тонн в год) Применение 1 Жаропрочные сплавы Авиационное двигателестроение, детали судовых двигателей и др. Пресс инструмент, литейные формы. 2 Дисперсионно упрочненные жаропрочные сплавы. Нанострук-турные материалы 10 Авиационное двигателестроение. Мишени для магнитронного и ионно-плазменного напыления. 3 Конструкционные сплавы для средненагруженны х и высоконагруженн ых изделий Изделия деталей машин, механизмов приборов например шестерни, фланцы, зубчатые колеса, седла и корпуса клапанов, муфты, эксцентрики, корпуса подшипников, диски, втулки и др. для автомобильной, тракторной, судовой промышленности, машиностроения.

4 Химически активные сплавы 100 Изделия для авиационной промышлен-ности, фильтры для очистки воды, запорная арматура для агрессивных сред, гранулы для напыления на изделия, работающие в агрессивных средах гранулы для изготовления наноструктурных материалов 50 Изделия для атомной промышленности, фильтры для очистки воды, запорная арматура для агрессивных сред, гранулы для напыления на изделия, работающие в агрессивных средах, гранулы для изготовления наноструктурных материалов. 10 Изделия для атомной промышленности, гранулы для изготовления наноструктурных материалов Примеры использования материалов

5Интерметаллиды20 Жаропрочные изделия для авиационной промышленности, мишени для магнитронного и ионноплазиенного напыления, клапана ДВС и др 40 Жаропрочные изделия для авиационной промышленности, сплавы с памятью формы. 6 Тугоплавкие материалы 50 Наплавка на изделия подвергающиеся ударному абразивному износу, буровой инструмент 10 Мишени для магнитронного и ионноплазиенного напыления

6. Инициаторы и участники проекта ООО «Сферамет» - научно-производственное предприятие, специализирующееся в области разработки и внедрения передовых материалов и оборудования в порошковой металлургии. ООО «Сферамет» - научно-производственное предприятие, специализирующееся в области разработки и внедрения передовых материалов и оборудования в порошковой металлургии. ООО «НПП Элстин-С» - научно-производственное предприятие, специализирующееся в области разработки и внедрения передовых материалов, оборудования и технологий в энергетике, строительстве, горно-перерабатывающей, металлургической областях и других отраслях промышленности - коллективный член Международной Академии наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ). ООО «НПП Элстин-С» - научно-производственное предприятие, специализирующееся в области разработки и внедрения передовых материалов, оборудования и технологий в энергетике, строительстве, горно-перерабатывающей, металлургической областях и других отраслях промышленности - коллективный член Международной Академии наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ). ОАО Электромеханика - изготовитель источника питания и установки центробежного распыления. ОАО Электромеханика - изготовитель источника питания и установки центробежного распыления. ООО НПКО «Стальпроект» - проектант, рабочая документация для изготовления оборудования. ООО НПКО «Стальпроект» - проектант, рабочая документация для изготовления оборудования.

7. Преимущества проекта К преимуществам предлагаемого проекта относятся: обеспечение невысокого уровня рисков для участников проекта, обусловленное наработанным научно-производственным потенциалом участников; обеспечение невысокого уровня рисков для участников проекта, обусловленное наработанным научно-производственным потенциалом участников; обеспечение предпосылок для эффективности и своевременного возврата инвестиций, основанное на знании конъюнктуры рынка материалов; обеспечение предпосылок для эффективности и своевременного возврата инвестиций, основанное на знании конъюнктуры рынка материалов; уникальность разработанной технологии; уникальность разработанной технологии; высокая патентоспособность. высокая патентоспособность.

8. Текущая стадия исполнения проекта. Установка центробежного распыления находится в стадии горячих испытаний на ОАО «Электромеханика». Установка центробежного распыления находится в стадии горячих испытаний на ОАО «Электромеханика». Вакуумно-плазменная гарнисажная печь в стадии проектирования в ООО «НПКО Стальпроект» Вакуумно-плазменная гарнисажная печь в стадии проектирования в ООО «НПКО Стальпроект»

9. Технико-экономические показатели Вакуум-плазменная гарнисажная печь с электромагнитны управлением плазменным разрядом и перемешиванием расплава управлением плазменным разрядом и перемешиванием расплава НаименованиеХарактеристикиЕд.измеренияПоказатели Внутренний диаметр тигля Медный водоохлаждаемый мм 300; 400; 500 Масса сливаемого расплава (по титану) С электромагнитным перемешиванием расплава кг 30; 60; ; 60; 110 Масса сливаемого расплава (по железу) С электромагнитным перемешиванием расплава кг 60; 120; 230

НаименованиеХарактеристикиЕд.измеренияПоказатели Размеры отливаемых заготовок Диаметрмм мм Длинам до 1 м Параметры вакуумного плазмотрона Сила тока дуги кА 3 ÷ 7,5 Напряжение дуги В 30 ÷ 75 Мощность плазменной дуги кВт до 450 Энергетические показатели Расход электроэнергии при плавке сплавов титана кВтч/кг 5 ÷ 7 Расход электроэнергии при плавке сплавов железа кВтч/кг 2 ÷ 3 Продолжительность плавки сплавов титана ч0,6÷2,0 Продолжительность плавки сплавов железа ч 1 ÷ 2,5

НаименованиеХарактеристикиЕд.измеренияПоказатели Объем камеры дозатора для введения легирующих элементов л20 Параметры электромагнитных устройств Мощность электромагнитов для управления дугой кВт не более 1 Мощность электромагнитов для перемешивания расплава кВт не более 2 Напряжение питания электромагнитов В24

ХарактеристикиЕд.измеренияПоказателиПримечание Габариты установки м 5,0 х 6,0 высота 6,0 Диаметр камеры в зоне распыления м2,0 Метод плавления исходной шихты Плазменный Плазмообразующий газ Аргон, гелий, азот, смесь газов Расход газа с рециркуляцией м3/час0,1 Максимальная мощность плазмотрона кВт150 Общая мощность установки кВт170 Установка центробежного распыления расплава Р-1

ХарактеристикиЕд. изме рени я ПоказателиПримечание Источник питания ИПН 160 – 2500 Имеет возможность работы в режиме аргонной и азотной плазмы Расход воды на охлаждение м3/ча с 10 Исходная шихта Электрод диаметром 40мм, 50мм, длиной 1000мм.. Возможно увеличение диаметра электрода до 80мм, и массы электрода до 40кг Масса электрода ЖС диаметром 40 мм кг11 Масса электрода ЖС диаметром 50 мм кг15,7

ХарактеристикиЕд.измеренияПоказателиПримечание Время смены электрода мин5 Получаемый продукт Частицы сферической формы размером 25мкм – 800 мм. Максимальная производительность кг/час До 35 Производительность гранулирования сплавов ЖС в капельном режиме кг/час Не более 20 Производительностькг/смену110 тонн/год25

Объем инвестиций Объем инвестиций Инвестиции, необходимые для создания пилотного образца установки центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, а также для разработки технологии получения жаропрочного нано-структурного сплава на базе интерметаллида (титан алюминий) млн. руб. Инвестиции, необходимые для создания пилотного образца установки центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, а также для разработки технологии получения жаропрочного нано-структурного сплава на базе интерметаллида (титан алюминий) млн. руб. Ожидаемый годовой экономический эффект млн. руб. Ожидаемый годовой экономический эффект млн. руб.