3.俄羅斯在納米領域的研究 納米工藝的有效應用,可以改善結構材料的性能。例如,借助納米工藝可以保證材料表面強化效應,能獲得表面很強而核心具有韌性的材料。同時鍍層的厚度能控制在很窄范圍內(nèi)。莫斯科鋼鐵和合金學院以E.A.列瓦紹夫教授為首的研究組,別爾哥羅德國立大學以Ю、Р、科洛博夫教授為首的納米工藝科學中心集體在這方面達到較大成就。
最近幾年,發(fā)現(xiàn)了碳的新變體Фумерены,在其基礎上可以制造全新的材料。例如,Фумерен變體納米管具有超過金剛石強度幾倍的強度,可以用作復合材料加強纖維,以及作為高效反射鍍層基體等。這個方面的進一步發(fā)展是獲得硅的類似效應,研制納米管合金化的方法。據(jù)專家的觀點,應用這些納米組份,在制造新的結構和功能材料中,能保證質量上的飛躍。
因為組織中必須具有很小尺寸的相位組份:碳化物或金屬間化合物(合金鋼),所以具有確定條件的典型鋼可以列入納米材料。
馬法航空工業(yè)大學在Р.З.瓦利耶夫教授領導下,俄羅斯科學巴伊科夫冶金和金屬學研究所在C.B.多巴特金教授領導下,進行了引人注目的工作。用大壓下量強塑性變形方法,獲得鋼的納米組織結構以及具有極好強度特性的鈦、鋁和銅合金。
冶金生產(chǎn)中已有實際應用納米工藝的例子。如阿沙冶金廠按工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)5NbCuSiB合金,是巴爾金中央黑色冶金科學研究所研制,由非晶相(20%)和尺寸約5nm~10nm納米晶(80%)組成。合金具有極好的磁導率,同樣重要的是較低的價格。在Г.格良伊德爾教授使“納米”術語通用以前,就已研制了這種合金。如今這種產(chǎn)品廣泛而成功地用于生產(chǎn)各工業(yè)部門的電子設備、繼電器、隨動系統(tǒng)組元。
研究超細度組織,可以認為是納米工藝和納米材料領域開拓的前提,永遠是中央黑色冶金科學研究所金屬學和金屬物理研究所的一個主要研究方向。原先金屬學和金屬物理研究所的創(chuàng)始人,Г、В、庫爾久莫夫院士對彌散硬化理念做出了巨大貢獻。實際上,建立了獲得高強馬氏體納米鋼的科學基礎。金屬學和金屬物理研究所的專家繼續(xù)這些研究,研制了強度超過3500MPa馬氏體時效鋼,成功地用于航天器的能量機械儲存器結構中,依靠析出尺寸幾十納米的金屬間化合物,加強馬氏體的強化效應。這種材料達到了工業(yè)應用。與傳統(tǒng)方向一樣,研究所進行了熔體超速淬火,獲得非晶態(tài)和納米晶材料的研究。這些材料新的改進型態(tài),具有高的機械性和磁性。除淬火外采用強度變形方法,以及在低溫條件下低溫變形的新方法,從而獲得具有納米馬氏體組織的鋼,強度提高4倍~5倍。中央黑色冶金科學研究所粉末冶金研究所,成功地進行了獲得納米組織粉末的工作。
最新的研究有中央黑色冶金科學研究所、中央金屬結構科學研究所“Прометей”和謝韋爾鋼切列波維茨鋼鐵公司,聯(lián)合研制大口徑鋼管用強度級達X100新耐寒微合金鋼。以前通常借助昂貴的合金化達到這些鋼的強化效應和使用壽命。在現(xiàn)在的“Метам”設計中,研究所的科學家在Ю、Д、莫羅佐夫領導下,依靠析出鉬、釩、鉻的碳氮化物納米相,選擇形變熱處理的最佳溫度制度,達到增強強化的效應。推薦小費用的工業(yè)煉鋼工藝,按照國際標準已通過了鑒定試驗。維克薩冶金廠用這些工藝制造的工業(yè)批量鋼管,在實際使用條件下試驗成功。耐寒鋼也能用于造船、海洋平臺、貯油罐、海洋碼頭等。在溫度達零下40℃,可能地震、風暴和積冰影響條件下,有靜態(tài)、周期性和動態(tài)負荷條件下,這些材料保證在北極大陸架上的安裝和使用。石油運輸公司的專家確認,在經(jīng)濟指標完全合格條件下,這種鋼在動態(tài)負荷條件下強度、韌性和抗裂性超過了所有俄羅斯和國外有名的同類產(chǎn)品。因此,甚至在現(xiàn)在特殊的經(jīng)濟環(huán)境下,中央黑色冶金科學研究所的研制產(chǎn)品也有用戶。
研究所成功研制了所謂的梯度納米材料。它們在規(guī)定的工藝制度條件下可以目標明確地改變制品不同部分的性能。例如,電動機的電樞利用了這個性能。用專門的納米組織處理方法,可以改變材料的磁性,產(chǎn)生可調整性能的“納米區(qū)”。
總之,巴爾金中央黑色冶金科學研究所在E、X、沙赫帕佐夫領導下,保持了在物理材料學領域重要中心的地位,是推廣冶金納米工藝的主要研究所,是該題目所有科學論壇和會議的參加者。
從科學工藝的新穎性和內(nèi)容上看,俄羅斯的科學家至少不遜色,而且在許多方面甚至超過了西方競爭者。例如,在納米粉末題目的典型研究中,我們的科學家毫無疑問占居第一位。這既屬于強塑性變形領域,又屬于熔體淬火的研制(例如,5NbCuSiB冶金生產(chǎn)工藝)。
俄羅斯許多科研單位都在進行納米工藝的研究,實施不同水平、規(guī)模和重要性的數(shù)百個規(guī)劃。這些規(guī)劃彼此不可分割,相互配合,總體定位在科學、組織和金融方面。