Учёный Самарского политеха разрабатывает ресурсосберегающие технологии в металлургии
Иван Тимошкин – доцент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии». Он – один из лауреатов конкурса денежных выплат для молодых учёных и конструкторов, работающих в Самарском регионе. Высокой оценки удостоилась его разработка ресурсосберегающих технологий получения алюминиевых сплавов.
Вторая жизнь электропроводки
– Ресурсосберегающие технологии в металлургии в первую очередь включают в себя рециклинг, то есть использование вторичных металлов, – объясняет Иван Тимошкин. – Также имеется в виду экономия электроэнергии при изготовлении сплавов за счёт использования низкотемпературных режимов плавки.
Под вторичным металлом учёный подразумевает, в частности, электротехнические отходы – проволоку, которая отслужила свой срок.
– Не мы первые придумали её переплавлять. Но обычно вторичное сырьё используют для приготовления низкосортных сплавов, где не учитывается структура металла, которая отвечает за механические свойства изделия. Мы же, чтобы повысить качество конечного продукта, делаем сплав с учётом структурной информации, заложенной в шихте, не изменяя при этом её химический состав.
Шихта, исходная смесь компонентов, необходимых для получения сплава, нередко представляет собой порошкообразный материал с размером частиц в несколько микрометров. При добавлении его в основу сплава возникают трудности из-за разной плотности составляющих элементов. Например, если ввести порошок кремния в жидкий металл с высокой температурой, он не растворится в нём, а просто всплывёт на поверхность и окислится. Эта проблема решается путём применения низкотемпературных режимов плавки, подхода, основанного на принципе контактного плавления. Правда, механизм его начальной стадии ещё до конца не выяснен, но процесс, во время которого в месте контакта разнородных твёрдых веществ при температуре ниже их точек плавления появляется жидкость, широко применяется в металлургии.
Использование же вторичных металлов при создании сплавов снижает нагрузку на окружающую среду, экономит природные ресурсы и сокращает энергозатраты. Например, на производство первичного алюминия затрачивается энергия, равная 174 гигаджоулей на тонну металла,а на производство рециклируемого алюминия – всего 20 гигаджоулей на тонну.
Запатентовано в Политехе
Сплавы, которые получаются в результате применения разработанной политеховцем технологии, по качеству не уступают сплавам из первичных металлов. Разработанными способами можно получать литейные и деформируемые сплавы, а также лигатуры (промежуточные, вспомогательные сплавы, используемые для введения в основной сплав некоторых составных частей), модификаторы и припои.
В частности, по данной технологии специалисты Политеха делают припои на основе цинка и алюминия для московского машиностроительного завода. Сотрудники кафедры выполняют заказы и для партнёров в Самарском регионе, таких как АО «РКЦ «Прогресс» и ПАО «АвтоВАЗ».
Занимаясь исследованиями по теме, Иван Тимошкин запатентовал низкотемпературную технологию получения алюминиево-кремниевых лигатур и полезную модель для определения плотности алюминиевых расплавов: на кафедре литейных и высокоэффективных технологий разработан специальный пробоотборник, который позволяет быстро определить плотность расплавов без использования дорогостоящего оборудования.
– Нашим пробоотборником мы фиксируем определённый объём жидкого металла, кристаллизуем его, – объясняет Иван. – Затем определяем массу образца и по простой формуле рассчитываем плотность расплава.
Учёный добавляет, что плотность расплава из крупнокристаллической и мелкокристаллической шихты различается.
– Зная эти цифры, можно перед началом разливки сплава в формы спрогнозировать, какая структура получится в отливке. Но для этого необходим большой объём экспериментальных данных.
К слову, задачу прогнозирования качества сплавов Иван Тимошкин решает в составе новой междисциплинарной проектной команды Политеха под руководством завкафедрой «Информационно-измерительная техника» Екатерины Ярославкиной.