В рамках прогрессивных исследований студенты и материалы НИТУ «МИСиС» при активной поддержке представителей промышленности впервые представили революционно новый тип сверхтвёрдых сплавов, специально созданных для тяжёлых условий эксплуатации на горнодобывающем оборудовании. Эти новейшие материалы предназначены для работы в исключительных климатических зонах, таких как Арктика, где экстремальные температуры и немыслимые нагрузки традиционно становились преградой для эффективной работы техники.
Преодоление сложнейших вызовов Арктики
Суровые арктические условия и значительные перепады температур диктуют свои жесткие требования к добывающему оборудованию. Материалы, используемые для создания буровых коронок и резцов, должны демонстрировать максимальную устойчивость к износу и разрушению, а также сохранять пластичность – именно такие качества обеспечивают бесперебойную и безопасную добычу полезных ископаемых даже в самых уникальных климатических областях страны. Новый класс сплавов, разработанных командой из НИТУ «МИСиС», существенно превосходит по эксплуатационным характеристикам все известные аналоги, повышая прочность и износостойкость техники практически в два раза.
Инновационная структура материала
Потребности современного производства потребовали нестандартного подхода к созданию сплавов. Российские ученые смогли реализовать принципиально новую многоуровневую структуру, где каждая составляющая – от микрочастиц до наночастиц – вносит свой вклад в общую стойкость и пластичность сплава. Диапазон размеров частиц варьируется от 6–8 микрометров до всего лишь 10 нанометров. Благодаря уникальному сочетанию округлых зерен карбида вольфрама и наноразмерной кобальтовой связки материал обретает повысившуюся трещиностойкость, долговечность и устойчивость к неблагоприятным воздействиям.
Технологический процесс и промышленное внедрение
Разработанная в НИТУ «МИСиС» технология базируется на добавлении инновационных легирующих компонентов и оптимизации каждого этапа создания материала. В результате, в кобальтовой связке формируются специальные пластинчатые наночастицы размером 4–5 нанометров, дополнительно укрепляя структуру сплава. Такой подход позволяет инструментам с легкостью противостоять механическим ударам и резкому изменению температуры, неизбежным в добыче на северных территориях страны.
В ноябре 2019 года новый сплав успешно прошёл производственные испытания в шахте «Полысаевская» Кузбасса, где комбайны, оснащённые инновационными резцами, смогли обработать более 700 кубических метров породы на глубине 250 метров. Итоги испытаний превзошли ожидания: новые инструменты показали отсутствие сколов, а их ресурс был на 80–100% выше лучших отечественных и зарубежных образцов. Компании, такие как СУЭК – один из лидеров отрасли, уже всерьёз заинтересованы в внедрении этих новшеств.
Востребованность среди крупнейших добывающих компаний
Полученные в результате многолетних исследований сплавы находят своё применение на предприятиях, специализирующихся на добыче угля, соли, апатита, кимберлитов и других минеральных ресурсов. К числу главных потребителей относятся такие гиганты как АО «Сибирская угольная энергетическая компания» (СУЭК), ПАО «Мечел», ПАО АК «АЛРОСА», АО «Апатит» и другие. Имплементация новых технологий позволяет значительно повысить производительность в самых сложных природных условиях, тем самым увеличивая экономическую рентабельность разработки месторождений Арктики и других отдалённых районов России.
Современные решения, предложенные НИТУ «МИСиС», обеспечивают российской промышленности уверенность в завтрашнем дне, ускоряя освоение богатых природных ресурсов северных территорий. Повышение износостойкости оборудования ведёт к снижению затрат на ремонт и обслуживание, а также позволяет избежать простоев, которые в суровом климате могут обернуться существенными финансовыми потерями.
Государственная поддержка и перспективы развития
Реализация данного проекта стала возможной благодаря государственной программе развития Арктики и поддержке Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Вложения в инновационные разработки сегодня уже приносят плоды, способствуя укреплению технологической независимости горнодобывающей отрасли страны и открывая путь для дальнейшего прогресса.
Выход на рынок нового поколения сверхтвёрдых сплавов служит примером успешного сотрудничества науки и промышленности. Промышленные партнёры, такие как СУЭК, АЛРОСА, «Апатит», оказывают всестороннюю поддержку внедрению сырья и оборудования в реальный производственный цикл. Благодаря внедрению этих инноваций, Россия уже сегодня делает уверенные шаги к укреплению лидерства в освоении и рациональном использовании природных богатств Арктики.
Партнёрство и стратегическая значимость разработки
Нарастающее внимание к Арктике, огромные запасы минеральных ресурсов и необходимость надёжного оборудования стимулируют к интенсивному развитию новых материалов. Сплавы, созданные в прямом сотрудничестве с ведущими российскими промышленными компаниями – такими как ПАО «Мечел» и АО «Апатит», позволят сделать добычу полезных ископаемых не только более эффективной, но и экологически безопасной. Специализированное оборудование, сочетающее долговечность и устойчивость к воздействию внешних факторов, становится важнейшим элементом стратегии экономической самостоятельности России в освоении северных регионов.
Эксперты прогнозируют, что дальнейшие разработки в области сверхтвёрдых и адаптивных к экстремальному климату сплавов выведут отечественную промышленность на новый масштаб, увеличат уровень безопасности труда и диверсифицируют подходы к развитию инфраструктуры Арктики и других сложных регионов страны.
Источник: scientificrussia.ru
