Микрометаллургия

Современная металлургия гордится своими гигантскими агрегатами - огромными домнами в 5000 м³, 350-т конверторами. Конструкторы работают над созданием еще больших агрегатов - и вдруг ...микрометаллургия. Зачем она?

Всем известен лесковский Левша, который подковал блоху, видимую лишь в "мелкоскоп". Правда, позднее писатель признался, что ни Левши, ни микроскопической блохи на самом деле не было, все это он придумал.

Микрометаллургия

Однако в наши дни существует несколько таких умельцев, ничуть не уступающих легендарному Левше в своем мастерстве.

В 1974 г. в Москве впервые собрались вместе удивительные мастера, о феноменальных трудах которых уже ходят легенды - Н. Сядристый, М, Маслюк, Э. Казарян, Н. Воробьев, Д. Хандрос.

Больше сотни работ привезли мастера с собой в Политехнический музей на выставку "Мир чудес". Среди экспонатов мотор-пылинка, замок, который в 50 000 раз меньше макового зерна, самый маленький в мире мозаичный глобус и десятки других уникумов.

Агроному из Закарпатья Н. С. Сядристому удалось не только подковать блоху в буквальном смысле слова и оставить на подковах свои инициалы, но и сделать миниатюрную розу, спрятанную в высверленном волосе. Чтобы ее рассмотреть, нужно увеличение в 900 раз.

Блоха, которую подковал тульский кузнец Левша

Удивительные изделия уральского умельца А. М. Сысолятина также известны многим. Представьте себе швейную иглу диаметром 0,8 мм, в ней еще одну, а в этой - третью диаметром 0,15 мм, или самовар высотой 5 мм, состоящий из многих деталей.

Микроинструменты

Вначале фантастическое мастерство миниатюры вызывало только восхищение. В искусстве этих мастеров не видели какого-либо практического значения, например, для техники. Теперь же оказалось, что их труд может приносить ощутимую практическую пользу, может внести существенный вклад в технический прогресс.

Ученым-микробиологам потребовался инструмент для хирургии живой клетки. От сложного заказа отказались специальные предприятия - советские и зарубежные. Их смог выполнить А. М. Сысолятин, создав уникальные микроинструменты, вдвое меньше заказанных!

Изготовленный Н. С. Сядристым бронхоскоп помог спасти жизнь ребенку. Ему заказывают инструменты врачи, научные работники, инженеры.

Недаром его пригласили работать в лаборатории прославленного Института сверхтвердых синтетических материалов в Киеве. Там он создает разнообразные резцы, иглы.

Современную технику характеризуют тенденции - рост гигантов и миниатюризация. Микроминиатюризация, объединяющая химические средства и миниатюрные по размерам устройства, получает все большее применение в радиотехнике и электронике. Такое направление развития техники возможно и в других отраслях, например в металлургии.

Микрометаллургия сейчас уже имеет свою историю.

Институт прикладной физики при Ленинградском госуниверситете в 1934-1935 гг. начал промышленное использование токов высокой частоты для плавки, закалки и пайки металлов. Талантливый экспериментатор в области металлургии А. В. Улитовский применил плавку малых количеств металла при помощи токов высокой частоты на радиочастотных диапазонах коротких волн. В маленькой мастерской на самодельном оборудовании методом жидкой штамповки чугуна получали в смену 20000 мелких деталей массой около 100 г каждая.

Эту технологию изготовления изделий непосредственно из жидкого металла академик И. П. Бардин назвал микрометаллургией.

В 1936 г. в том же институте на маленьких валках диаметром 20-30 мм прокатывали ленту из жидкого чугуна шириной 2 см и толщиной десятые доли миллиметра.

Весной 1937 г. впервые в истории металлургии на заводе имени МОПРа была прокатана жидкая сталь и получена доброкачественная стальная лента.

В 1952-1956 гг. А. В. Улитовский получил микропроволоку в стеклянной изоляции. За эту работу ему посмертно была присуждена Ленинская премия 1960 г.

Сейчас в СССР имеется уже несколько заводов по выпуску микропроволоки. Ведущим среди них считается кишиневский завод "Микропровод". Его продукция защищена 70 авторскими свидетельствами и экспортируется в 30 стран. На мировом рынке ей нет равных.

Вполне возможно, что теперь паутине, одной из самых тончайших природных нитей, придется уступить "роль" эталона литому эмалированному проводу, способ производства которого предложен в Кишиневском НИИ электроприборостроения, 12000 м такой надежно изолированной металлической нити с высокой электропроводностью будут весить всего 1 кг. Диаметр нового электропровода вместе с изоляцией 4 мкм. А гибкость эмалированной нити позволяет наматывать ее на каркасы диаметром 20-30 мкм. Все эти особенности электропровода-паутины обеспечат ему широкое применение в приборостроении, радиотехнике, радиоэлектронной промышленности.

Лаборатория проволоки калиброванного металла Магнитогорского научно-исследовательского института метизной промышленности наладила изготовление тончайшей железной проволоки, тоньше человеческого волоса. "Железный волосок" диаметром 40 мкм отгружают предприятиям сотнями килограммов. Обладая высокими электрофизическими свойствами, проволока широко используется в различных узлах и элементах электронной аппаратуры.

Переход на массовое производство микроминиатюрных приборов, превосходящих по своим качествам обычные, ежегодно сберегает тысячи тонн цветных металлов и трансформаторной стали. А использование этих приборов в народном хозяйстве экономит более ста миллионов рублей в год.

Миниатюрный прокатный стан высотой ниже человеческого роста с мощностью электродвигателей всего 55 кВт и площадью в 25 м² создан в Киеве.

Стан-лилипут прокатывает в листовой материал холодные порошки железа, нержавеющей стали, вольфрама или смесь порошков.

Полученная из порошков широкая прессованная лента проходит операцию спекания в печи, после чего становится гибкой и упругой. Толщина ее может быть не больше толщины лезвия безопасной бритвы. Таким способом из порошков получают материал, сплошь пронизанный мельчайшими порами.

Если через него профильтровать загрязненное масло или горючее для самолетов, то они становятся совершенно чистыми.

На этом же стане можно получать биметаллический провод - алюминиевый со стальной сердцевиной, а также плотные медные, никелевые, магнитномягкие ленты, проволоку, прокатанные из порошков различных сплавов - все это прекрасные материалы для штамповки деталей различных приборов автоматической и телевизионной, радио- и электротехнической аппаратуры.

Сотрудники ВНИИметмаша и ЦНИИчермета создали прокатный стан, который свободно умещается в... чемодане. Диаметр отдельных его валков - всего 1,5 мм. И из этих валков выходит лента почти в 50 раз тоньше человеческого волоса.

Стан-малютку создали в лаборатории электроники АН БССР. Вместе с мотором он весит менее 5 кг и вполне уместится... в хозяйственной сумке. Его используют для получения тончайших ленточек из тугоплавких металлов. Проволока, прокатываемая валками микростана, в 10 раз тоньше человеческого волоса, а ленточки, получаемые там же, - в 50 раз. Работа на агрегате ведется при помощи микроскопа, имеющего стократное, увеличение.

Специальная турбинка наматывает нити ленточек любой длины на барабан.

Микрометаллургия проникла и в область плавки металлов, созданы лабораторные установки для полу-чения редких металлов, масса плавки не превышает десятков граммов. Однако уже и сейчас, не вскрывая вакуум-камеру, производят множество плавок.

Прокатный стан

Техника в наши дни предъявляет все больший спрос на редкие и сверхчистые металлы. Появились новые металлургические процессы: дуговой, электроннолучевой, зонный, капельный и др. Однако в электропечах эти металлы загрязняются стенками тигля. В 1930 г. ленинградский профессор В. П. Вологдин впервые применил токи высокой частоты для плавки металлов. Группе ученых лаборатории высокочастотной электротермии института им. А. Ф. Иоффе АН СССР под руководством канд. техн. наук А. А. Фогеля удалось создать печь без стенок. В нее не проникает ни одна посторонняя частица.

Сердце установки - небольшая камера, образованная двумя кольцами - высокочастотными индукторами.

Кольца создают электромагнитное поле, в котором свободно висит металлический шар. Через 2-3 мин висящий в пространстве металл разогревается индукционными токами до температуры 2000-3000°С. Для выпуска готового металла уменьшают мощность тока, и струя расплава, не касаясь кольца, стекает в массивную медную изложницу или же для большей чистоты замораживается в висячем состоянии.

Новый процесс обеспечивает получение плотных однородных слитков многокомпонентных сплавов из порошкообразного прессованного материала. Чистота готового сплава не ниже чистоты исходных материалов.

В микрометаллургических исследованиях возможно использование минимальных количеств веществ: от 30 до 340 г. Такая миниатюризация исследований резко повышает экономичность и производительность лабораторных работ: продолжительность опытной плавки снижается до 5-10 мин, стоимость оборудования, расход сырья, эксплуатационные расходы намного ниже обычных. Состав металла контролируется легко и с большой точностью, обеспечивается полнота наблюдений и надежность полу-чаемой информации. Использование малых количеств материалов позволяет обойтись без громоздких запасов и складских помещений. В Англии таким способом ведутся работы по изысканию новых высокопрочных нержавеющих сталей.

Развитие микроэлектроники вызвало интенсивное развитие методов получения пленочных схем, их дефектоскопии, термообработки и исследования электрофизических и других свойств. Разрабатываются новые методы микрометалловедения, которые, по мнению чл.-корр. АН СССР Е. М. Савицкого, в ряде случаев вытеснят громоздкие, требующие много металла и больших объемов экспериментальной работы прежние методы.

Микрометаллургия обещает дать большую экономию дорогих материалов, а также высокое качество продукции.

ДВС для китайских погрузчиков посмотреть.