Технологии

Новые материалы

Значительный интерес представляют наукоемкие технологии получения деталей из пластичных вольфрамовых сплавов типа ВНЖ и ВНМ (W-Ni-Fe, W-Ni-Cu) и пористого материала на основе вольфрама.
Разработана технология получения сплавов с температурой плавления от 50 до 660 ^оС, которые находят широкое применение в качестве термоиндикаторов и припоев.
Благодаря созданным технологиям, имеется возможность:

• изготовления горячим прессованием деталей в виде пластин, дисков, втулок диаметром до 200 мм и высотой до 20 мм из тугоплавких керамических материалов: карбида бора, нитрида бора, твердых сплавов;
• изготовления опытных партий деталей из оксидной керамики (на основе Al₂O₃, SiO₂^.MgO), пьезокерамических материалов: возможно изготовление пьезоэлементов в виде пластин, колец, дисков из материалов ЦТС, ПКР;
• разработки новых керамических и композиционных материалов с требуемыми характеристиками и изготовление опытных партий деталей из разработанных материалов;

Создан проволочный пресс-материал, представляющий собой проницаемый массив из сцепленных между собой взаимно подвижных спиралей... далее>>>

Защитные покрытия

Апробированные составы и технологии нанесения металлических, лакокрасочных и порошковых органических покрытий позволяют решать проблемы защиты от коррозии узлов и деталей, а также повышать надежность и долговечность продукции.
Технология термовакуумной обработки урановых деталей позволила решить проблемы оксидной коррозии. Процесс нанесения композиционных рентгенозащитных резиноподобных материалов и технология сварного навесного монтажа ЭРЭ позволили обеспечить защиту изделий от воздействия рентгеновского излучения.
Проблема защиты деталей от всех видов коррозии была решена разработкой малоотходной технологии гальванического покрытия.
Ведутся исследования по снижению паропроницаемости полимерных защитных покрытий гидридных деталей путем введения в покрытие фуллероидных добавок и молекулярного наслаивания на поверхность покрытия гидрофобных материалов.
Продолжаются работы по исследованию свойств и разработке технологических процессов нанесения плазменных покрытий различного функционального назначения (электроизоляционные, упрочняющие, термозащитные и т. д.). Отработаны режимы нанесения фторопластового покрытия. Получены положительные результаты изготовления корковых деталей системы вольфрам-медь путем плазменного напыления вольфрамового каркаса с последующей пропиткой медью.

Обработка металлов давлением

Сильфон ААК8.025	Деталь с особо широким фланцем	Коробчатая деталь с фланцем

В РФЯЦ-ВНИИЭФ разработаны несколько способов листовой штамповки-вытяжки, повышающих точность штамповки, значительно (в разы) увеличивающих глубину вытяжки и уменьшающих утонение штампуемых деталей. В частности, хорошо себя зарекомендовала точная бесспутниковая штамповка полусферических оболочек.

Большой экономический эффект получен от внедрения способов глубокой вытяжки особо тонкостенных деталей с толщиной стенки, равной 0,13 мм и менее.
Разработаны технологии, позволяющие проводить глубокую штамповку-вытяжку деталей с особо широким фланцем. Разработанные способы дают возможность осуществлять глубокую вытяжку как осесимметричных, так и коробчатых деталей с фланцем.
На разработанные способы и устройства для глубокой вытяжки-штамповки получены патенты РФ на изобретения.

Нанотехнологии и наноструктурные материалы

В РФЯЦ-ВНИИЭФ работы по наноматериалам ведутся в течение последних десяти лет. Они направлены в первую очередь на повышение функциональных свойств консолидированных наноматериалов – металлов, керамик, полимеров, покрытий. В разработках используются самые современные методы - механоактивация, интенсивная пластическая деформация, объемное модифицирование, плазменное и детонационное напыление, самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
Так, применение механоактивации при изготовлении компонентов карбид-борной керамики позволило разработать материал, обладающий повышенной плотностью и прочностью для пожаростойких деталей и бронезащитных керамических изделий. Испытания макетов при обстреле показали возможность создания более эффективной бронезащиты от стрелкового оружия.
Механоактивация – это высокоэнергетический процесс измельчения и наноструктурирования исходных промышленных порошков в планетарных шаровых измельчителях, где обеспечивается ударное нагружение со сдвигом. Она позволяет уменьшить размеры частиц порошка, например, карбида бора в среднем с 60 до 0,250 мкм с наличием значительной доли частиц с размерами до 50 нм.

Планетарная мельница МПЛ-3 (Россия) Ускорение – 30 g Загрузка – 3 × 1330 см3	Активатор АПФ-3 (Россия) Ускорение – 60 g Загрузка – 4 ×550 см3

Разработана технология изготовления нанопористых фильтрующих и каталитических материалов. Один из них – технический углеродный материал с системой микропор на уровне 1,5-2 нм – получают карбонизацией полимера, полученного по золь-гель-технологии. Технологию выгодно отличают от аналогов простота и малоотходность, используемые материалы недороги, производятся отечественной промышленностью. Уже сейчас такие материалы используются для изготовления катодов ускорителей электронов. Использование этого материала взамен графита позволяет повысить энергию генерируемого излучения более чем на 50 % и существенно увеличить стабильность от импульса к импульсу.
Другой перспективный материал – пористый наноструктурный никель – получают по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Такой материал может быть использован как фильтрующий материал, основа каталитического слоя, насадка для нейтрализаторов выхлопных газов, в токопроводящих клеевых композициях.
Существует два пути получения объемных наноструктурных материалов. Первый, так называемый снизу вверх, заключается в консолидировании нанодисперсных порошков, включающем, как правило, сжатие при повышенных температурах. Этот метод, с одной стороны, приводит к росту зерна, с другой, не позволяет получать приемлемые значения механических характеристик за счет остаточной пористости. Второй путь, сверху вниз. В этом случае берется материал в исходном состоянии и путем технологических переделов структура материала измельчается до уровня наноструктурной. В ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" работа в данном направлении была начата в 2002 году. Известно, что методы интенсивной пластической деформации, такие как равноканальное угловое прессование (РКУП), всесторонняя ковка, кручение под давлением, винтовая экструзия и др., приводят к значительному измельчению зерна, и как следствие, к высоким значениям прочностных характеристик при сохранении пластичности, достаточной для последующих технологических переделов. Исследования, проводимые в институте, были сконцентрированы на процессе РКУП. Процесс РКУП заключается в продавливании заготовки через два пересекающихся канала одинакового сечения.

Принципиальная схема РКУП	Компьютерное моделирование процесса РКУП	Разборный штамп для РКУП	Гальваническое покрытие меди на магнитомягком сплаве 27К Х

В технологическом отделении ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" создана экспериментальная база, позволяющая проводить РКУП заготовок различного сечения (квадрат 8x8 мм, круг Ø10, 20 и 40 мм), при угле пересечения каналов от 90 до 135 ^o и температурах от комнатной до 450 ^oС. Разработана принципиально новая конструкция штампа для РКУП, позволяющая оперативно восстанавливать его изношенные поверхности и извлекать заготовку при ее заклинивании. На конструкцию штампа получены патенты РФ.
С целью снижения трения и предотвращения схватывания при прессовании для ряда материалов отработана технология нанесения на заготовки гальванического покрытия меди, толщиной 70-80 мкм, что позволило уменьшить коэффициент трения при прессовании в 3-4 раза.
Отработана технология РКУП и проведены исследования свойств следующих материалов: технически чистой меди марок М1и М0б, технически чистого титана марок ВТ1-0 и Gr4, двухфазных титановых сплавов марок ВТ6 и Ti-6Al-4V, материала с памятью формы Ti-Ni, нержавеющей стали 12Х18Н10Т, магнитомягкого материала 27КХ, тантала ТВЧ.
Применение РКУП позволяет довести размер зерна примерно до 300 нм, в результате чего значительно увеличивается прочность при сохранении пластичности, достаточной для последующих технологических переделов. Металлы и сплавы с ультрамелким зерном имеют большую перспективу использования в медицине, автомобилестроении, спортивной индустрии.
Разработаны способы получения полимеров с повышенными эксплуатационными характеристиками с применением объемной и поверхностной модификаций. Модификация позволила существенно улучшить термические, механические свойства полимеров, радиационную стойкость. В результате удалось повысить температуру начала деструкции на 30-60 ^oС, снизить скорость деструкции в 2-4 раза, увеличить относительное удлинение при разрыве в 4,5 раза, увеличить пластичность полимерных покрытий, снизить трещинообразование в процессе эксплуатации при сохранении прочности на разрыв и паропроницаемости. Применение аналогичных добавок в клеевых соединениях позволяет заметно увеличить прочность на разрыв склеенных композиций, стойкость к воздействию агрессивных сред.
Разработаны технологии получения защитных покрытий из ультрадисперсных материалов методами плазменного и детонационного напыления. Прочность сцепления становится в два раза выше, чем стандартная.

Сварка и пайка различных материалов

Институт обладает большим опытом в разработке, внедрении новых и в совершенствовании существующих технологических процессов прецизионной электронно-лучевой сварки сталей различных марок, коррозионно- и водородостойких сплавов, тугоплавких и цветных металлов, а также их сочетаний, позволяющих сваривать детали без последующей механической обработки.

Установки электронно-лучевой сварки и лазерные установки нового поколения с программируемыми параметрами процессов сварки и резки, а также новые технологии прецизионной сварки коренным образом повлияли на конструкции важных узлов и изделий, повысив их прочность, надежность, герметичность и технологичность.
Разработаны технологии аргонно-дуговой, контактной, и микроплазменной сварки узлов из различных металлов и сплавов толщиной от 0,01 мм.
Отработана технология пайки малогабаритного металлокерамического гермовывода (Ø5x6 мм) активным припоем с герметичностью не хуже 1^.10^-8 м³ Па/с. Корпус, токовывод гермовывода из сплава 29НК, титана ВТ1-0 в любых сочетаниях, изолятор гермовывода из керамики ВК94-1 (22ХС), ЛФП.
Создана экспериментальная база и разработаны уникальные технологии взрывной штамповки полусферических оболочек из труднодеформируемых сплавов и взрывной сварки листовых и цилиндрических слоев разнородных биметаллов.

Рельефные печатные платы

Разработана и внедрена технология изготовления рельефных печатных плат высокой плотности, позволившая миниатюризировать специальные электронные приборы.
Постоянно ведутся исследования по разработке и оптимизации производственных технологических процессов. Примером может служить создание технологии рельефных печатных плат. Их отличительная особенность в том, что проводящие дорожки утоплены в основание печатной платы. Это позволяет уменьшить расстояние между проводниками и увеличить плотность монтажа, что непосредственно связано с миниатюризацией приборов.
Несмотря на то, что технология внедрена в производство, исследования рельефных печатных плат продолжаются и направлены на увеличение плотности проводящего рисунка и повышение их термостойкости.

Лайнерные системы

Диод АТС-2000К1.100	Экран АТС-2000К1.210

В результате расчетно-теоретических и экспериментальных исследований созданы экспериментальные образцы СВЧ-генераторов с виртуальным катодом (виркаторы) с новыми характеристиками.
С 2001 года ведутся исследования по созданию лайнерных систем на основе проволочных сборок для проведения научных исследований в области физики высоких плотностей энергии, в частности, генерации мощных потоков мягкого рентгеновского излучения (МРИ) и сжатия продольного магнитного поля.
Разработана технология проволочных сборок на основе компактных пружинных проволочных подвесов, позволяющая формировать сборки с необходимым количеством проволочек (их может быть 50, 100, 200 и 1080) диаметром 8, 11, 20 мкм и более на диаметрах лайнера 60, 70, 100, 140 и 200 мм с заданной точностью позиционирования проволочек. На данном этапе она не хуже 40 мкм.

Проволочная сборка для сжатия магнитного поля с запиткой от ВМГ-200	Проволочная сборка для получения МРИ с запиткой от ВМГ-200	Проволочная сборка для установки «СарМАТ»	Двойная проволочная сборка для получения МРИ с запиткой от ДВМГ-240

Химические источники тока

Разработка и опытное производство во ВНИИЭФ химических источников тока (ХИТ) определили значительный объем технологических исследований, среди которых:

• принципиально новая для ВНИИЭФ высокопроизводительная технология пайки керамики с металлами в составе гермовыводов ХИТ с использованием экологически чистых припоев на основе меди и титана;
• оригинальная технология получения герметичных металлостеклянных спаев системы "ковар-стекло-титан" с предварительным нанесением активирующего подслоя на основе бора;
• технология изготовления никелевых сеток для анодных систем ХИТ методом избирательного высаживания никеля на промежуточную подложку из нержавеющей стали.

Особо сложная технологическая задача при производстве ХИТ (импульсных химических источников тока) – изготовление тонкостенных малогабаритных сильфонов из нержавеющей стали с большим рабочим ходом, являющихся сосудами для долговременного хранения агрессивного раствора тионил-хлорида. Новая технология изготовления сильфонов из листа повышает их качество и стабильность рабочих размеров.

Исследования физико-механических и теплофизических свойств материалов

Проводятся исследования физико-механических и теплофизических свойств материалов в широком диапазоне нагрузок, скоростей деформаций, температур с целью получения исходных данных для оценки надежности, разработки технологий и прогнозирования гарантийных сроков эксплуатации и т. д.
Виды проводимых испытаний:

• испытания при кратковременном нагружении монотонно нарастающей нагрузкой при растяжении, сжатии, сдвиге, срезе, статическом изгибе, отслаивании  и т. д.;
• испытания при длительном нагружении (релаксация, ползучесть, длительная прочность);
• испытания по определению ударной вязкости;
• испытания по определению теплофизических свойств и коэффициента линейного температурного расширения;
• температурное воздействие на материалы.

Испытательная база материалов позволяет проводить исследования механических свойств материалов в широком диапазоне нагрузок от 0-0,02 Н до 0-100 кН, скоростей деформирования от 10^-6 до 10³ с^-1 и температур от минус 150 до плюс 1200 ^оС, измерять теплоемкость >10⁶ Дж/(м^3.К) и коэффициент теплопроводности 0,1-5 Вт/(м^.К) в интервале температур от минус 100 до плюс 400 ^оС.
В настоящее время испытательная база представляет собой довольно мощный парк оборудования, в который входят разрывные машины и маятниковые копры, теплофизические установки и температурные камеры.

Разрывная машина	Машина для испытаний на ползучесть и длительную прочность	Маятниковый копер	Маятниковый копер	Автоматизированная система контроля АСК "Скат-2"

Неразрушающие методы контроля

Исследования по разработке новых технологических процессов сопровождаются совершенствованием методов и средств неразрушающего контроля изделий.
Широкая гамма неразрушающих и автоматизированных методов контроля на основе ультразвукового и радиационного излучений, а также тепловых эффектов распределения электрического тока в материалах обеспечивает возможность качественного обмера деталей, выявления внутренних дефектов в материалах и сварных соединениях. При этом особое внимание уделяется автоматизации процессов контроля и компьютерной обработке результатов измерений.
Одна из последних разработок – ультразвуковая установка "Скат-2" для контроля разнотолщинности оболочек.

Определение гарантийных сроков

Одно из важнейших направлений технологических исследований – определение гарантийных сроков эксплуатации конструкционных материалов.
В настоящее время ведутся работы по установлению максимальных гарантийных сроков следующих материалов: металлов и сплавов, керамики, различных видов пластмасс и материалов, полученных на их основе (пенопластов, полиэтиленов, стеклопластиков, композиционных материалов), прочих материалов (резин, клеев, компаундов, грунтов, насыпных материалов, микросфер, тканей и пр.).