Технологические компетенции в сфере неядерной

ВНИИНМ имени А.А.Бочвара. Технологические компетенции в
сфере неядерной, общепромышленной деятельности
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических
материалов» (ВНИИНМ) является ведущей российской организацией в области
материаловедения, технологии и обращения с ядерными и специальными
материалами.
ВНИИНМ - многопрофильное предприятие, нацеленное на конечный результат: от
научных исследований до разработки и промышленной реализации разноплановых
технологических процессов. ВНИИНМ располагает исследовательско-технологической
инфраструктурой широкого профиля, квалифицированными кадрами, а также
уникальными знаниями в области своей компетенции.
Основные направления неядерной, общепромышленной деятельности:







Покрытия и специальные конструкционные материалы;
Сверхпроводящие провода и изделия на их основе;
Композитные наноматериалы;
Наноструктурные провода с высокой прочностью и электропроводностью;
Высокоэнергетические магнитные материалы;
Нанофильтрационные металлокомпозитные мембраны;
Бериллиевые окна и рентгенооптические устройства.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
ВНИИНМ в течение нескольких десятилетий является головной организацией по
разработке ядерных технологий и материалов для атомной промышленности России.
Высокая сложность и нестандартная постановка задач, повышенные требования,
предъявляемые к результатам разработок, обусловили накопление во ВНИИНМ
уникальных компетенций в области функциональных и защитных покрытий.
В настоящее время ВНИИНМ является одним из лидеров в России и в мире в области
технологии нанесения защитных и функциональных покрытий широкой сферы
применения с использованием различных технологических процессов, позволяющих
выпускать изделия нового поколения с радикально улучшенным соотношением
«цена/качество».
В стадии рассмотрения находится проект создания на базе передовых инновационных
разработок ВНИИНМ, не имеющего отечественных аналогов, современного
промышленного производства функциональных наноструктурированных покрытий с
использованием широкого спектра материалов покрытий, технологий и оборудования
для их нанесения. Создаваемый технологический комплекс будет являться одним из
базовых элементов возрождения отечественного машиностроения, повышения
эффективности, надежности и расширения эксплуатационных возможностей
машиностроительной продукции для ТЭК, машиностроения, нефтехимической и
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов»
горнодобывающей промышленности, в авиационном и энергетическом турбостроении
и др.
Использование инновационных разработок в области нанесения покрытий дает
следующий эффект:
1. Придание изделиям уникальных свойств (новое качество), достижение которых
невозможно без нанесения покрытий.
2. Повышение качества и увеличение ресурса продукции.
3. Снижение стоимости продукции.
4. Импортозамещение.
Последнее обстоятельство очень значимо. Российский рынок слабо
насыщен
оборудованием для получения надежных покрытий. Технологии покрытий всегда
были технологиями двойного назначения, поэтому их экспорт в СССР и Россию был
долгое время ограничен. Отечественные предприятия освоили производство простого
оборудования для электродуговой металлизации и газопламенного напыления, однако
сейчас их производство практически прекращено, а установки плазменного и
высокоскоростного напыления на рынке до последнего времени присутствовали в
основном в импортном исполнении.
Наиболее охваченными микроструктурированными покрытиями являются российские
рынки покрытий для авиации и нефтегазовой отрасли. Но даже на этих рынках объем
проникновения покрытий не превышает 30% от аналогичных зарубежных.
Наноструктурированные отечественные покрытия на российском рынке в значимых
объемах не применяются.
Примеры возможных и реализованных разработок ВНИИНМ в области использования
функциональных и защитных покрытий:

Композитные жаростойкие и жаропрочные покрытия для защиты от износа и
теплозащиты деталей турбин; износостойкие, твердосмазочные, коррозионно-стойкие
покрытия деталей авиационного двигателя, авионики; антиобледенительные
покрытия; замена гальванического хромирования на деталях гидравлики и шасси;
ремонт деталей вертолетной техники; защита от коррозии топливных баков; защита от
коррозии аэродромных сооружений и др.;

Многокомпонентные покрытия на основе жаропрочных сплавов с высокими
коррозионными и износостойкими свойствами для повышения ресурса работы,
жаростойкости и жаропрочности клапанно-поршневой пары двигателя внутреннего
сгорания (ДВС), топливной аппаратуры дизельных ДВС и др. элементов автомобиля;

Нанесение твердосмазочного, антисхватывающего покрытия на шестеренчатые
пары сильно нагруженных редукторов из зубчатых передач, на элементы
подшипников скольжения дизельных двигателей всех типов с эффектом снижения
расхода топлива, повышения мощности, повышения надежности, снижения шума;

Применение
многослойных
наноструктурированных
оборудования, изделий и конструкций атомной отрасли;
покрытий
для
2
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов»

Защитные
покрытия
крупногабаритных
емкостей в атомной промышленности, в том числе
транспортных
упаковочных
комплектов
из
высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Нанесение покрытия на подобный материал ранее
считалось неосуществимым;

Радиопоглощающие покрытия для использования в авиационной и ракетной
технике, включая перспективные беспилотные системы;

Применение многокомпонентных покрытий на основе нержавеющих сталей,
сплавов алюминия-хрома и др. с высокими коррозионными и светоотражающими
свойствами для замены экологически вредных химических и гальванических
технологий, используемых для защиты от коррозии, и придания декоративных свойств
изделиям;

Нанесение
тонких
керамических
покрытий
на
металлические
и
неметаллические (включая композитные материалы, пластик, резину, стекло и др.)
изделия и детали, радикально улучшающих свойства изделий по жаростойкости,
износостойкости, стойкости к агрессивным средам;

Оперативный ремонт и восстановление систем водоснабжения в ЖКХ путем
нанесения металлических покрытий на месте с использованием мобильных, в том
числе переносных установок. Антикоррозионная защита труб, арматуры и
оборудования с пожизненной гарантией.

Оперативный
ремонт
техники,
оборудования,
металлоконструкций,
трубопроводов с использованием мобильных, в том числе переносных установок для
нанесения покрытий. Высокопрочные, надежные,
герметичные, коррозионностойкие и недорогие
соединения
различных
материалов
без
предварительной
подготовки,
очистки
соединяемых, восстанавливаемых поверхностей, а
также
без их нагрева (на рисунке представлено экспресссоединение арматуры, а также соединение медного стержня со стальным гвоздем).

Ремонт и восстановление оборудования в металлургической, трубной
промышленности. Нанесение защитных и функциональных покрытий на наиболее
нагруженные элементы оборудования для придания им повышенных свойств
износостойкости и жаропрочности.

Упрочнение
и
повышение
стойкости
режущего
инструмента,
высоконагруженных элементов бурового оборудования, проходческих щитов. Ремонт и
восстановление оборудования на месте с использованием мобильных, в том числе
переносных установок для нанесения покрытий.

Нанесение
сверхтонких
керамических
покрытий на гибкие электротехнические провода с
3
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов»
высокими электроизоляционными
электрической прочности.
характеристиками
с
большим
запасом

Разработка и изготовление промышленных роботизированных комплексов для
нанесения покрытий. Комплексы обладают высокой степенью автоматизации, которая
обеспечивает гибкость настройки режимов нанесения сложных многокомпонентных
покрытий на изделия различной формы и размера.
ТЕХНОЛОГИИ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
ВНИИНМ является лидером в России по разработке технологий изготовления
сверхпроводящих материалов.
ВНИИНМ разработал технологию изготовления многоволоконных низкотемпературных
сверхпроводников (СП) и организовал на ОАО «ЧМЗ» их промышленное производство
для международного термоядерного реактора ИТЭР. Сверхпроводники ВНИИНМ
считаются лучшими среди материалов всех мировых производителей, а их
качественные показатели приняты в качестве эталонных. ВНИИНМ обладает также
опытом создания высокотемпературных сверхпроводящих материалов первого и
второго поколений.
ВНИИНМ имеет опыт и отработанные технологии создания сверхпроводниковых
проводов на основе соединения диборид магния (MgB2). Данное соединение считается
наиболее перспективным для создания СП устройств по комплексу характеристик,
среди которых дешевизна и относительная простота технологии изготовления, а также
высокие критические параметры. В настоящее время зарубежные компании бурно
развивают это направление сверхпроводящей индустрии, предполагая, что СП
материалы на основе MgB2 могут со временем заменить дорогие низкотемпературные
сверхпроводники и сделать, тем самым, использование СП устройств широко
распространенным. В настоящее время рынок делят компании из Италии и США.
Отечественные СП материалы на основе MgB2 в промышленном масштабе не
выпускаются.
Использование СП проводов позволяет снизить массогабаритные характеристики
судовых двигателей и генераторов в 2-4 раза по сравнению с традиционным
исполнением. Создание импульсного электромагнитного, лазерного, рельсового
оружия невозможно без эффективного накопителя энергии на сверхпроводниках
(СПИН). СП кабели применяются в судовых системах электромагнитного
размагничивания. Подобные элементы вооружения и специальной техники уже
используются в новейших изделиях США и стран НАТО.
Исключительно перспективно создание СП ограничителей тока, СП высокотоковых
вводов мощного промышленного и энергетического оборудования, СП магнитных
сепараторов, электродвигателей, генераторов и других устройств, которым требуется
высокое магнитное поле, мощный ток и минимальные потери энергии.
4
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов»
Высокий приоритет имеет задача создания отечественной томографической техники,
которая сегодня на 100% импортная.
ВНИИНМ в рамках партнерства по созданию СП устройств и оборудования объединил
ключевые научно-технологические российские организации. Партнерство имеет все
необходимые компетенции по разработке технологии и запуску промышленного
производства СП материалов и устройств в интересах различных отраслей.
КОМПОЗИТНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ
ВНИИНМ является уникальным в России предприятием научно-исследовательского
профиля, располагающим производственной базой с полным металлургическим
циклом, включающим плавильно-литейное оборудование, оборудование для
обработки давлением, в том числе для холодного изостатического и горячего
прессования, и механической обработки, а также комплексом оборудования для
материаловедческих исследований композиционных и порошковых материалов. В
институте накоплен значительный опыт разработки технологий создания композитных
наноматериалов с заданными свойствами на основе широкого класса металлов,
оксидов, фуллеренов, интерметаллидов и др. с повышенными техникоэкономическими характеристиками.
В качестве примера:
1) ВНИИНМ обладает технологией получения высокопористых изделий на основе
нанокристаллического алюминия с заданным комплексом физико-химических свойств
(пористость, прочность, химическая стойкость и др.) для использования в качестве
горючего. Их достоинства следующие:
Изделия на основе пористого алюминия в 1,7-2,5 раза превосходят по ряду
характеристик все существующие аналоги.
Имеется возможность регулирования основных характеристик и светового излучения. В
том числе возможность создания изделий, выделяющих до 30% энергии в виде
светового излучения.
Возможно создание эффективных видов нелетального вооружения для борьбы с
террористами, снайперами (особенно в условиях городских боёв, по типу
Евромайдана) без риска для жизни прохожих, заложников и других мирных жителей.
В полевых условиях (в том числе под водой и в помещениях спецназначения) испытано
более 200 макетных образцов на основе разработок ВНИИНМ. При этом не выявлено
ни одного случая отказа.
2) ВНИИНМ разработал технологию и освоил опытное производство вакуумплотной
бериллиевой фольги и окон рентгеновской аппаратуры с толщиной от 50 мкм до 200
мкм и диаметром до 50 мм. В продукции по требованию заказчика может быть
достигнута высокая чистота бериллия по рентгеноконтрастным примесям (<500 ppm, в
частности железа ≤100ppm), имеется возможность шлифовки и полировки поверхности
5
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов»
рентгеновских окон. В ближайшей перспективе предполагается начать выпуск фольги
толщиной 20 мкм и ниже.
НАНОСТРУКТУРНЫЕ ПРОВОДА С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ
Новый класс наноструктурных электротехнических проводов с аномально высокими
прочностью и электропроводностью был разработан во ВНИИНМ специально для
использования в устройствах, где реализуются высокие и предельно высокие
механические напряжения:
 Провода и кабели повышенной надежности для авиационной и космической
техники;
 Особо прочные микропровода для электроники, электродвигателей и линий
резонансной передачи электроэнергии;
 Фольги для гибких проводов и печатных плат;
 Высокопольные импульсные магниты с индукцией 70-100 Тл;
 Индукторы для магнитно-импульсной штамповки;
 Композиционные
контактные
провода
для
высокоскоростного
железнодорожного транспорта;
 Высокопрочные провода нового поколения для ЛЭП.
Технология позволяет производить провода, имеющие прочность на уровне стали
1200-1500 МПа и одновременно высокую электропроводность на уровне 60-75% от
электропроводности высокочистой меди.
ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ВНИИНМ обладает оборудованием и технологией производства быстрозакаленных
магнитных порошков системы Nd-Fe-B. Во ВНИИНМ создана первая в РФ опытнопромышленная установка получения пластинчатых сплавов «Strip-casting».
ВНИИНМ обладает технологиями выпуска спеченных магнитов на основе сплавов
«Strip-casting», изотропных прессованных магнитопластов на основе быстрозакаленных
порошков, анизотропных литьевых магнитопластов, полученных по технологии HDDR.
Рекордные характеристики высокоэнергетических
магнитных материалов ВНИИНМ позволяют на их
основе создавать эффективные электродвигатели,
генераторы, силовые приводы, соединительные
муфты, датчики, фильтры, магнитные подшипники,
магнитные сепараторы и др.
Во ВНИИНМ разработаны нанокристаллические высокоградиентные магнитные
системы, представляющие собой устройство, собранное на постоянных магнитах,
которое характеризуется следующими рекордными характеристиками:
 магнитное поле, генерируемое системой, почти на порядок превышает
магнитные поля самых сильных постоянных магнитов;
6
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов»
 магнитное
поле,
генерируемое
системой,
является
чрезвычайно
высокоградиентным, величина градиента gradB на несколько порядков
превышает величину градиента в известных магнитных системах;
 магнитная система обеспечивает величину силового произведения BgradB до
1011 мТл2/м, что на шесть-семь порядков больше, чем в известных магнитных
системах.
НАНОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЕ МЕМБРАНЫ
Во ВНИИНМ разработаны технологии и освоено опытное производство
многофункциональных
нанофильтрационных
металлокомпозитных
мембран,
выдерживающих экстремальные условия эксплуатации.
Фильтроэлементы на основе разработанных во ВНИИНМ мембран из пористых
коррозионностойких металлов и сплавов работают в широком температурном
интервале (от минус 200°C до температуры свыше 500°C), обладают устойчивостью к
химически агрессивным (сильнокислотным, либо сильнощелочным растворам),
радиационно-, или биологически-опасным средам. Такие исключительно надежные
фильтроэлементы обладают значительными преимуществами по сравнению с
традиционными керамическими и полимерными фильтроэлементами при работе с
горячими средами под высоким давлением при ударных нагрузках, вибрации,
радиационном и бактериальном воздействии. Эффективность фильтрации – до
99,9995%. Фильтры выдерживают многократную химическую и термическую (до 900°С)
регенерацию, стерилизацию высокотемпературным газом (паром) и химреагентами,
не выделяют токсичных загрязнений.
Технологии ВНИИНМ позволяют создавать под конкретную
задачу уникальные фильтрующие элементы, имеющие
металлическую пористую подложку разнообразной формы
пористостью до 65 %, на которую могут наноситься один
несколько
металлических
слоёв,
формирующих
проницаемую мембрану с порами заданного размера в
нанометровом диапазоне (в жидкости – до 30 нм, а в газе – вплоть до 10 нм).
с
или
Помимо использования в технологических процессах в
промышленности,
энергетике,
медицине,
металлокомпозитные мембраны могут также эффективно
применяться для регенерации ГСМ, очистки стоков и в
других случаях, когда требуется повышенная надежность,
живучесть и возможность многократного использования.
7