Наноструктурные Наноструктурные материалыматериалы

ООО «Сферамет»ООО «Сферамет»ООО «НПП Элстин-СООО «НПП Элстин-С

1. Наименование проекта1. Наименование проекта

«Разработка технологии получения «Разработка технологии получения наноструктурных материалов на наноструктурных материалов на

базе сферических гранул базе сферических гранул химически активных металлов, химически активных металлов, сплавов и интерметаллидов с сплавов и интерметаллидов с

использованием метода использованием метода центробежного распыления центробежного распыления

расплавов»расплавов»

2. Цели и задачи проекта2. Цели и задачи проекта

Цель проекта:Цель проекта: создание производства сферических гранул химически активных создание производства сферических гранул химически активных

металлов, таких как титан, цирконий, ниобий, тантал, сплавов на их металлов, таких как титан, цирконий, ниобий, тантал, сплавов на их основе, интерметалллидов. Например, системы титан – алюминий, основе, интерметалллидов. Например, системы титан – алюминий, титан – никель на установке центробежного распыления;титан – никель на установке центробежного распыления;

разработка технологии получения наноструктурных материалов на разработка технологии получения наноструктурных материалов на базе сферических гранул.базе сферических гранул.

Разработка технологии на начальном этапе освоения производства Разработка технологии на начальном этапе освоения производства сферических гранул будет реализована созданием нового сферических гранул будет реализована созданием нового наноструктурного материала в системе титан-алюминий, наноструктурного материала в системе титан-алюминий, представляющего собой матрицу титанового сплава, упрочненного представляющего собой матрицу титанового сплава, упрочненного сеткой интерметаллида сеткой интерметаллида TiAlTiAl, что позволяет обеспечить высокие , что позволяет обеспечить высокие эксплуатационные и технологические свойства изделий в условиях их эксплуатационные и технологические свойства изделий в условиях их работы при повышенных нагрузках и температуре, а также работы при повышенных нагрузках и температуре, а также воздействии радиационного облучения и химически агрессивных воздействии радиационного облучения и химически агрессивных сред. сред.

Принцип формирования наноструктурных Принцип формирования наноструктурных матариалов с использованием сферических матариалов с использованием сферических

гранул двух фракционных составовгранул двух фракционных составов

5. Суть проекта5. Суть проекта Инвестиционным проектом предусматривается создание Инвестиционным проектом предусматривается создание

производства сферических гранул, включащего изготовление производства сферических гранул, включащего изготовление пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки центробежного распыления расплава химически активных центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, что создает возможность организации металлов и сплавов, что создает возможность организации работ по промышленному освоению производства работ по промышленному освоению производства сферических гранул для различных отраслей сферических гранул для различных отраслей промышленности. промышленности.

Получение сферических гранул металлов и сплавов методом Получение сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного распыления происходит следующим образом:центробежного распыления происходит следующим образом:- во вращающийся с заданной скоростью гарнисажный тигель - во вращающийся с заданной скоростью гарнисажный тигель поступает расплав, получаемый путем регулируемого поступает расплав, получаемый путем регулируемого плавления исходной заготовки в плазменном разряде;плавления исходной заготовки в плазменном разряде;- из вращающегося тигля, под действием центробежных сил, - из вращающегося тигля, под действием центробежных сил, капли расплава вылетают из него и кристаллизуются в полете капли расплава вылетают из него и кристаллизуются в полете в виде сферических частиц.в виде сферических частиц.

5. Суть проекта5. Суть проекта Инвестиционным проектом предусматривается создание Инвестиционным проектом предусматривается создание

производства сферических гранул, включащего изготовление производства сферических гранул, включащего изготовление пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки пилотных образцов вакуум-плазменной печи и установки центробежного распыления расплава химически активных центробежного распыления расплава химически активных металлов и сплавов, что создает возможность организации металлов и сплавов, что создает возможность организации работ по промышленному освоению производства работ по промышленному освоению производства сферических гранул для различных отраслей сферических гранул для различных отраслей промышленности. промышленности.

Получение сферических гранул металлов и сплавов методом Получение сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного распыления происходит следующим образом:центробежного распыления происходит следующим образом:- во вращающийся с заданной скоростью гарнисажный тигель - во вращающийся с заданной скоростью гарнисажный тигель поступает расплав, получаемый путем регулируемого поступает расплав, получаемый путем регулируемого плавления исходной заготовки в плазменном разряде;плавления исходной заготовки в плазменном разряде;- из вращающегося тигля, под действием центробежных сил, - из вращающегося тигля, под действием центробежных сил, капли расплава вылетают из него и кристаллизуются в полете капли расплава вылетают из него и кристаллизуются в полете в виде сферических частиц.в виде сферических частиц.

Суть проектаСуть проекта Изменяя скорость вращения гарнисажного тигля можно Изменяя скорость вращения гарнисажного тигля можно

эффективно и целенаправленно влиять на эффективно и целенаправленно влиять на фракционный состав получаемого сферического фракционный состав получаемого сферического порошка. При этом фракционный состав гранул может порошка. При этом фракционный состав гранул может находиться в пределах 10-800мкм.находиться в пределах 10-800мкм.

Создание наноструктурных материалов происходит в Создание наноструктурных материалов происходит в процессе компактирования изделий из гранул и процессе компактирования изделий из гранул и проведения их спекания и термообработки. При этом проведения их спекания и термообработки. При этом сферические гранулы разнородных материалов сферические гранулы разнородных материалов предварительно рассеиваются на необходимые предварительно рассеиваются на необходимые фракции и смешиваются. В процессе термообработки фракции и смешиваются. В процессе термообработки происходит взаимная диффузия химических элементов происходит взаимная диффузия химических элементов с возможностью образования новых фаз и образования с возможностью образования новых фаз и образования объемной сетки (каркаса) материала нового качества. объемной сетки (каркаса) материала нового качества. Толщина объемной сетки составляет от нескольких Толщина объемной сетки составляет от нескольких атомов до десятков микрон. атомов до десятков микрон.

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

Плазмотрон для установки Р-1Плазмотрон для установки Р-1

Источник питания для создания азотной и аргоновой Источник питания для создания азотной и аргоновой плазмыплазмы

Напряжение холостого Напряжение холостого хода 160входа 160вМаксимальный ток Максимальный ток 2500а2500а

ШпиндельШпиндель

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

Схема плавильной вакуум-плазменной гарнисажной печи с Схема плавильной вакуум-плазменной гарнисажной печи с электромагнитным управлением плазменным разрядом и электромагнитным управлением плазменным разрядом и

перемешиванием расплава для выплавки химически активных перемешиванием расплава для выплавки химически активных металлов и сплавовметаллов и сплавов

ПримерыПримерыиспользования материаловиспользования материалов

№№п/пп/п Номенклатура Номенклатура

производства производства

ОжидаемаОжидаемая я

потребностпотребность на ь на

первом первом этапеэтапе

(тонн в (тонн в год)год)

Применение Применение

11 Жаропрочные Жаропрочные сплавы сплавы

10 00010 000Авиационное двигателестроение, Авиационное двигателестроение, детали судовых двигателей и др.детали судовых двигателей и др.Пресс инструмент, литейные Пресс инструмент, литейные формы.формы.

22Дисперсионно Дисперсионно упрочненные упрочненные жаропрочные жаропрочные сплавы. сплавы. Нанострук-турные Нанострук-турные материалыматериалы

1010Авиационное двигателестроение. Авиационное двигателестроение. Мишени для магнитронного и Мишени для магнитронного и ионно-плазменного напыления.ионно-плазменного напыления.

33Конструкционные Конструкционные сплавы для сплавы для средненагруженнсредненагруженных и ых и высоконагруженнвысоконагруженных изделий ых изделий

20 00020 000Изделия деталей машин, Изделия деталей машин, механизмов приборов например механизмов приборов например шестерни, фланцы, зубчатые шестерни, фланцы, зубчатые колеса, седла и корпуса клапанов, колеса, седла и корпуса клапанов, муфты, эксцентрики, корпуса муфты, эксцентрики, корпуса подшипников, диски, втулки и др. подшипников, диски, втулки и др. для автомобильной, тракторной, для автомобильной, тракторной, судовой промышленности, судовой промышленности, машиностроения. машиностроения.

44 Химически активные Химически активные сплавысплавы

100100Изделия для авиационной Изделия для авиационной промышлен-ности, фильтры для промышлен-ности, фильтры для очистки воды, запорная арматура очистки воды, запорная арматура для агрессивных сред, гранулы для для агрессивных сред, гранулы для напыления на изделия, напыления на изделия, работающие в агрессивных средах работающие в агрессивных средах гранулы для изготовления гранулы для изготовления наноструктурных материаловнаноструктурных материалов

5050Изделия для атомной Изделия для атомной промышленности, фильтры для промышленности, фильтры для очистки воды, запорная арматура очистки воды, запорная арматура для агрессивных сред, гранулы для для агрессивных сред, гранулы для напыления на изделия, напыления на изделия, работающие в агрессивных средах,работающие в агрессивных средах,гранулы для изготовления гранулы для изготовления наноструктурных материалов. наноструктурных материалов.

1010 Изделия для атомной Изделия для атомной промышленности, гранулы для промышленности, гранулы для изготовления наноструктурных изготовления наноструктурных материаловматериалов

Примерыиспользования материалов

ПримерыПримерыиспользования материаловиспользования материалов

55 Интерметаллиды Интерметаллиды

2020Жаропрочные изделия для Жаропрочные изделия для авиационной промышленности, авиационной промышленности, мишени для магнитронного и мишени для магнитронного и ионноплазиенного напыления, ионноплазиенного напыления, клапана ДВС и др клапана ДВС и др

4040Жаропрочные изделия для Жаропрочные изделия для авиационной промышленности, авиационной промышленности, сплавы с памятью формы. сплавы с памятью формы.

66 Тугоплавкие Тугоплавкие материалыматериалы

5050Наплавка на изделия Наплавка на изделия подвергающиеся ударному подвергающиеся ударному абразивному износу, буровой абразивному износу, буровой инструмент инструмент

1010Мишени для магнитронного и Мишени для магнитронного и ионноплазиенного напыленияионноплазиенного напыления

6. Инициаторы и участники 6. Инициаторы и участники проектапроекта

ООО «Сферамет»ООО «Сферамет» - - научно-производственное научно-производственное предприятие, специализирующееся в области предприятие, специализирующееся в области разработки и внедрения передовых материалов и разработки и внедрения передовых материалов и оборудования в порошковой металлургии.оборудования в порошковой металлургии.

ООО «НПП Элстин-С» - ООО «НПП Элстин-С» - научно-производственное научно-производственное предприятие, специализирующееся в области предприятие, специализирующееся в области разработки и внедрения передовых материалов, разработки и внедрения передовых материалов, оборудования и технологий в энергетике, оборудования и технологий в энергетике, строительстве, горно-перерабатывающей, строительстве, горно-перерабатывающей, металлургической областях и других отраслях металлургической областях и других отраслях промышленности - коллективный член Международной промышленности - коллективный член Международной Академии наук экологии, безопасности человека и Академии наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ).природы (МАНЭБ).

ОАО Электромеханика -ОАО Электромеханика - изготовитель источника изготовитель источника питания и установки центробежного распыления.питания и установки центробежного распыления.

ООО НПКО «Стальпроект»ООО НПКО «Стальпроект» - проектант, рабочая - проектант, рабочая документация для изготовления оборудования. документация для изготовления оборудования.

7. Преимущества проекта7. Преимущества проектаК преимуществам предлагаемого проекта К преимуществам предлагаемого проекта

относятся:относятся: обеспечение невысокого уровня рисков для обеспечение невысокого уровня рисков для

участников проекта, обусловленное участников проекта, обусловленное наработанным научно-производственным наработанным научно-производственным потенциалом участников;потенциалом участников;

обеспечение предпосылок для эффективности обеспечение предпосылок для эффективности и своевременного возврата инвестиций, и своевременного возврата инвестиций, основанное на знании конъюнктуры рынка основанное на знании конъюнктуры рынка материалов;материалов;

уникальность разработанной технологии;уникальность разработанной технологии; высокая патентоспособность.высокая патентоспособность.

8. Текущая стадия исполнения 8. Текущая стадия исполнения проекта.проекта.

Установка центробежного распыления Установка центробежного распыления находится в стадии горячих испытаний находится в стадии горячих испытаний на ОАО «Электромеханика».на ОАО «Электромеханика».

Вакуумно-плазменная гарнисажная Вакуумно-плазменная гарнисажная печь в стадии проектирования в ООО печь в стадии проектирования в ООО «НПКО Стальпроект»«НПКО Стальпроект»

9. Технико-экономические показатели9. Технико-экономические показателиВакуум-плазменная гарнисажная печь с электромагнитныВакуум-плазменная гарнисажная печь с электромагнитны управлением плазменным разрядом и перемешиванием управлением плазменным разрядом и перемешиванием

расплаварасплава

Наименование Наименование Характеристики Характеристики Ед.Ед.

измерения измерения Показатели Показатели

Внутренний Внутренний диаметр тиглядиаметр тигля

Медный Медный водоохлаждаемыйводоохлаждаемый

мммм

300; 400; 500 300; 400; 500

Масса сливаемого Масса сливаемого расплава расплава (по титану) (по титану)

С электромагнитным С электромагнитным перемешиванием перемешиванием

расплаварасплавакг кг 30; 60; 30; 60; 110 110

Масса сливаемого Масса сливаемого расплава расплава (по железу)(по железу)

С электромагнитным С электромагнитным перемешиванием перемешиванием

расплаварасплавакг кг 60; 120; 230 60; 120; 230

Наименование Наименование Характеристики Характеристики Ед.Ед.измерения измерения

Показатели Показатели

Размеры Размеры отливаемых отливаемых заготовокзаготовок

ДиаметрДиаметр мм мм 30 - 80 мм 30 - 80 мм Длина Длина м м до 1 м до 1 м

Параметры Параметры вакуумного вакуумного плазмотронаплазмотрона

Сила тока дуги Сила тока дуги кА кА 3 ÷ 7,5 3 ÷ 7,5 Напряжение дуги Напряжение дуги В В 30 ÷ 75 30 ÷ 75

Мощность Мощность плазменной дуги плазменной дуги

кВт кВт до 450 до 450

Энергетические Энергетические показателипоказатели

Расход Расход электроэнергии при электроэнергии при плавке сплавов плавке сплавов титанатитана

кВт∙ч/кг кВт∙ч/кг 5 ÷ 7 5 ÷ 7

Расход Расход электроэнергии при электроэнергии при плавке сплавов плавке сплавов железа железа

кВт∙ч/кг кВт∙ч/кг 2 ÷ 3 2 ÷ 3

Продолжительность Продолжительность плавки сплавов плавки сплавов титанатитана

ч ч 0,6÷2,0 0,6÷2,0

Продолжительность Продолжительность плавки сплавов плавки сплавов железа железа

ч ч 1 ÷ 2,5 1 ÷ 2,5

Наименование Наименование Характеристики Характеристики Ед.Ед.измерения измерения

Показатели Показатели

Объем камеры Объем камеры дозатора для дозатора для введения введения легирующих легирующих элементовэлементов

л л 20 20

Параметры Параметры электромагнитных электромагнитных устройств устройств

Мощность Мощность электромагнитов для электромагнитов для управления дугойуправления дугой

кВт кВт не более 1 не более 1

Мощность Мощность электромагнитов для электромагнитов для перемешивания перемешивания расплава расплава

кВт кВт не более 2 не более 2

Напряжение питания Напряжение питания электромагнитовэлектромагнитов

В В 24 24

Характеристики Характеристики Ед.Ед.

измерения измерения Показатели Показатели ПримечаниеПримечание

Габариты установки Габариты установки м м 5,0 х 6,0 высота 5,0 х 6,0 высота 6,0 6,0

Диаметр камеры в Диаметр камеры в зоне распылениязоне распыления

м м 2,0 2,0

Метод плавления Метод плавления исходной шихты исходной шихты

Плазменный Плазменный

Плазмообразующий Плазмообразующий газ газ

Аргон, гелий, Аргон, гелий, азот, смесь газов азот, смесь газов

Расход газа с Расход газа с рециркуляциейрециркуляцией

м3/час м3/час 0,1 0,1

Максимальная Максимальная мощность мощность плазмотронаплазмотрона

кВт кВт 150150

Общая мощность Общая мощность установкиустановки кВт кВт 170 170

Установка центробежного распыления расплава Р-1

Характеристики Характеристики Ед.Ед.

измеизмеренирени

я я

Показатели Показатели ПримечаниеПримечание

Источник питанияИсточник питания ИПН 160 – 2500 ИПН 160 – 2500 Имеет возможность Имеет возможность работы в режиме работы в режиме аргонной и азотной аргонной и азотной плазмы плазмы

Расход воды на Расход воды на охлаждениеохлаждение

м3/м3/час час

10 10

Исходная шихтаИсходная шихта Электрод Электрод диаметром 40мм, диаметром 40мм,

50мм, длиной 50мм, длиной 1000мм.. 1000мм..

Возможно увеличение Возможно увеличение диаметра электрода до диаметра электрода до 80мм, и массы электрода 80мм, и массы электрода до 40кг до 40кг

Масса электрода ЖС Масса электрода ЖС диаметром 40 ммдиаметром 40 мм

кг кг 11 11

Масса электрода ЖС Масса электрода ЖС диаметром 50 ммдиаметром 50 мм

кг кг 15,715,7

Характеристики Характеристики Ед.Ед.

измерения измерения Показатели Показатели ПримечаниеПримечание

Время смены Время смены электрода электрода

минмин 55

Получаемый Получаемый продукт продукт

Частицы Частицы сферической сферической формы размером формы размером 25мкм – 800 мм. 25мкм – 800 мм.

Максимальная Максимальная производительностьпроизводительность

кг/часкг/час До 35До 35

Производительность Производительность гранулирования гранулирования сплавов ЖС в сплавов ЖС в капельном режимекапельном режиме

кг/часкг/час Не более 20 Не более 20

Производительность Производительность кг/сменукг/смену 110110

тонн/годтонн/год 2525

Объем инвестицийОбъем инвестиций

Инвестиции, необходимые для создания Инвестиции, необходимые для создания пилотного образца установки пилотного образца установки центробежного распыления расплава центробежного распыления расплава химически активных металлов и химически активных металлов и сплавов, а также для разработки сплавов, а также для разработки технологии получения жаропрочного технологии получения жаропрочного нано-структурного сплава на базе нано-структурного сплава на базе интерметаллида (титан алюминий) - интерметаллида (титан алюминий) - 205 млн. руб.205 млн. руб.

Ожидаемый годовой экономический Ожидаемый годовой экономический эффект - 100 млн. руб.эффект - 100 млн. руб.