В Политехе разрабатывают ресурсосберегающие технологии в металлургии
Доцент опорного университета получает алюминиевые сплавы из вторичного сырья
Доцент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии» Иван Тимошкин — один из лауреатов конкурса денежных выплат для молодых ученых и конструкторов, работающих в Самарской области. Высокой оценки удостоилась его разработка ресурсосберегающих технологий получения алюминиевых сплавов.
«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 счет использования низкотемпературных режимов плавки».
Под вторичным металлом ученый подразумевает, в частности, электротехнические отходы — проволоку, которая отслужила свой срок.
«Не мы первые придумали ее переплавлять, — отмечает Тимошкин. — Но обычно вторичное сырье 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 ее 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 нем, а просто всплывет 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 твердых 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.
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 партнеров 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 определенный объем жидкого металла, кристаллизуем его, — объясняет Иван. — Затем определяем массу образца и по простой формуле рассчитываем плотность расплава».
Ученый 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 объем 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.
