Перспективные направления применения нанотехнологий в машиностроении

♦ снижение шума текстильных машин до уровня не более, чем 80 дБ;

♦ снижение расходов на материалы для изготовления деталей на 15-20%.

б) физико-механические, обеспечивающие:

♦ абсолютную плотность, в 2,5 раза меньшую, чем абсолютная плотность сталей и чугунов;

♦ твердость по Виккерсу в пределах от 1000до 1400 НУ;

♦ предел прочности при растяжении- 300-400 МПа;

♦   предел прочности при изгибе – 400-600 МПа.

в) технологические, обеспечивающие:

♦ хорошую технологичность при механической обработке и деформировании материалов;

♦ возможность практического серийного изготовления материалов и, прежде всего, на уже имеющихся производствах по выпуску материалов аналогичного класса, например медных нанострукурных материалов ДИСКОМ.

Для известных автомобилестроительных фирм разработаны или разрабатываются приведенные ниже полимерные нанокомпозиты. Они предназначены для ненагруженных элементов и деталей кузова и подкапотного пространства автомобиля и двигателя, внешней облицовки (молдинга, бамперы, обвесы, спойлеры и др.), внутренних элементов (панели приборов, перегородки, усиливающие элементы кресел, коврики, шумо-, пыле-, грязезащитные элементы и др.), трубок и быстроразъемных систем топливоподачи, трубок, дефлекторов и направляющих кожухов системы охлаждения двигателя и кондиционирования салона, трубок подвода и отвода масла, щеток стеклоочистителя, шин и др. (13):

• силикатные нанокомпозиты на основе нейлона-6 (фирмы Тоуоtа и Мitsibisi и фирмы UВЕ (США));

• нанокомпозиты на основе термопластичных олефинов (корпорация Volvo, General Motors);

• каучуковые нанокомпозиты;

• биоволокнистые нанокомпозиты;

• биопенопласты;

• углерод-полимерные нанокомпозиты с использованием нанотрубок;

• нанокрасители, отталкивающие грязь с поверхности облицовки, самоочищающие и противообледенительные составы, а также многофункциональные наноуглепластики с плотностью 400 кг/м³, позволяющие изменять первоначальный цвет окраски по желанию потребителя.

Кроме того, непосредственно  в машиностроении уже используются технологии и оборудование для изготовления деталей машин с нанометровой точностью, и в этом направлении продолжаются дальнейшие исследования: электроискровая и электрохимическая обработка, фрезерование, шлифование, полирование, доводка и др.

Большие возможности для машиностроительных отраслей промышленности в области применения НМ и нанопокрытий представляют имеющиеся и будущие разработки износо-, и коррозионностойких и других функциональных нанопокрытий, а также композитов и других материалов, упрочненных наноразмерными материалами, предназначенных для авиа- и ракетно-космической техники.[14]

Из 37 продуктов Перечня наиболее вероятных областей применения нанотехнологий в недалеком будущем автор работы [15] отмечает 4, относящиеся к машиностроению (см. табл. 2).

Таблица 2. Перспективные  будущие области применения нанотехнологии для машиностроения

 

 

 

Экономическая эффективность

 

Эффект от использования  НМ выражается в экономии средств на транспортировку, сокращении энергозатрат, ослаблении нагрузки на окружающую среду, повышении эксплуатационных свойств. Несмотря на ожидаемое развитие производства изделий с их использованием, до сих пор нет обобщающих работ по оценке экономической эффективности этого направления науки и техники. В работе [16] впервые предпринята попытка восполнить этот пробел. Сложность ее заключается в том, что до сих пор, как упоминалось ранее, идут в основном научные проработки на лабораторном уровне. Существует множество вариантов получения необходимых свойств. Поэтому пришлось выбрать определенные наиболее вероятные цепочки техники и технологии получения и использования НМ и на основе аналогий определить затраты на производство.

Оценка экономической эффективности использования НМ проводилась путем сопоставления их оценочной стоимости со стоимостью заменяемого материала с учетом оценки возможного изменения его расхода и эксплуатационных показателей изделий. Ориентировочная оценка эффективности использования НМ представлена в табл. 3.

Таблица 3. Эффективность  использования наноматериалов

Эффективность использования НМ и функциональных нанопокрытий может быть обеспечена при наличии соответствующих специалистов.

В настоящее  время в ряде передовых ВУЗов  России (МИСиС, МФТИ, МАИ, МГУ и др.) уже имеются факультеты и кафедры по выпуску инженеров и исследователей для работы в области НТ.

РОСНАНО продолжает проведение конкурсов на лучшие учебные программы для этой области науки и технологии. Заводы, осваивающие НТ совместно с высшими учебными заведениями, разрабатывают учебные программы и осуществляют по ним обучение инженеров и специалистов для обеспечения производства конкурентоспособной продукции. Так, при сознании завода для производства режущих инструментов с износостойкими нанопокрытиями, профессорско- преподавательским составом Рыбинской государственной авиационно-технологической академии совместно со специалистами НПО «Сатурн» были разработаны учебные программы по НТ, технологическому и измерительному оборудованию и др. Эти программы были использованы для обучения всего инженерно-технического персонала строящегося завода.

Однако, существенное значение имеет не только подготовка специалистов, непосредственно занимающихся исследованиями и созданием продукции наноиндустрии, но и специалистов отраслей промышленности, которые будут использовать производимые наноматериалы и наноустройства, а может быть, и смогут подключиться к производству тех или иных НМ и изделий из них.

 

 

 

 

 

Заключение

 

На основании  анализа открытых информационных источников установлено:

• машиностроение, в основном, является потребителем как наноструктурных, так и наноструктурированных материалов, и нанотехнологий;

• отечественный уровень научных разработок наноматериалов и нанотехнологий для машиностроительных отраслей соответствует мировому, а порой и превосходит его;

• нанотехнологии и наноматериалы могут найти применение во всех технологических переделах машиностроительного производства; литейное (ультразвуковые нанотехнологии подготовки формовочных материалов и изготовления гипсовых форм с повышенными физикомеханическими свойствами для цветного литья [20], влияние наносекундных электромагнитных импульсов на расплавы цветных металлов [21] и др.), кузнечно-прессовое, сварочное, инструментальное производства, термообработка, гальваника, сборка, нанесение износо-, и коррозионностойких, лакокрасочных, воодоотталкивающих и других покрытий, а также при ремонте как технологического, так и выпускаемого предприятием оборудования;

• тормозом для освоения нанотехнологий и наноматериалов для машиностроения является как низкий технический уровень предприятий машиностроительных отраслей России, так и отставание предприятий России в производстве наноматериалов (нанопорошков, нанотрубок, фуллеренов и др.);

• существующие ставки банковского кредита делают невозможным рентабельное освоение инноваций;

• недостаточное внимание вопросам обучения и повышения квалификации специалистов - будущих потребителей нанотехнологий и наноматериалов (в том числе руководителей и специалистов машиностроительных отраслей промышленности), а также пропаганде достижений в области наноиндустрии для машиностроения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

 

1. Эрик Лендре. Общие направления развития нанотехнологии до

2020 г. Пер.  с акл. О.Ю. Сапфировой // Российские нанотехнаюгии.

Том 2,№ 34,2007.-С 8-15

2. Нанотехнологии в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований/Дж. Уайтсайдес, Д. Эйглер, Р. Андерс и др./Под

ред. Р.С. Уильямса и П. Аливисатоса. Пер с англ. М.: Мир, 2002 - 292с.

3. Рощин В.Е. Основы производства нанокристаллических и аморфных металлов: учеб. пособие / В.Е. Рощин, А.В. Рощин. - Челябинск:

Изд-й дом ЮУрГУ, 2009. - 168 с.

4. Ультрадисперсные среды. Получение нанопорошков методом химического диспергирования и их свойства: Учеб. пособие/Д.И. Рыжонков, В.В. Левина, Э.Л. Дзиндзигури и др.- М.: МИСиС, 2007. - 135с.

5. Мухаметшин Ф.М. Развитие ионосферы в Росии и международное

научно-техническое  сотрудничество//Нанонаука и нанотехнологии. Энциклопедия систем жизнеобеспечения / Главные соредакторы: Осамо О. Авадежсрим (США), Ю. Чуньли Бай (КНР), С.П. Капица (Россия). Изд-ва: Юнеско, ЕOLSS и изд-й дом МагистрПресс, Москва, 2009.

6. Кочанов Д. И. Накаматериллы и нанотехнологии для машиностроения: состояние и перспективы применения// РИТМ, № 8(56), 2010.

7. Раков Э.Г. Состояние производства углеродных нанотрубок и коноволокон// Российские нанотехнологии. Том 3,№ 910,2007. - С 89-94.

8. Ютанов П.Ю. (Рабочая группа по Форсайту РНЦ Курчатовский ин-т) Сценарии научнотехнологического развития России/ Российские нанотехнологии. Том 4 № 56 - 2009. -С 26- 32.

9. Чеховой А.Н. (ООО ИЦ РИА «Передовые технологии», Москва).

/Классификация наноматериалов и нанотехнологий для машиностроения и метрология наносостояния// Конструкции из композиционных материалов, вып. 4, 2005 - С. 8-17.

10.  Алфимов М.В., Разумов В.Ф. Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2010гг.»//Российские нанотехнологии. Том 2, №12,2007. - С. 12-25.

11. Проспекты с выставки «Руснанотех 2010». Москва, 1-3 ноября 2010.

12. Шалунов Е.П., Матросов А.Л., Аврелькин В.А. (Центр НИИМиТ

«ДИСКОМ», Чувашский ГУ; г. Чебоксары). Объемные наноструктурные материалы на основе алюминия с высокими прочностными и антифрикционными свойствами // «Нанотехнологии производству -

2008». Тезисы докладов конф-ии, 23ноября-27ноября 2008г., Фрязино

2008. - М.: «Янус-К», 2008- С 122-124.

13. Клименко А.В., Рябиков О.Б. Основные направления работ по полимерным бионанокомпозитам для автомобилестроения // Труды НАМИ/ ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». Вып. № 243 Производство энергии и биотоплив

второго поколения  из непищевой биомассы: VII Международный автомобильный научный форум (21-22 октября 2009г.): сб. докл. М., 2010. – С.100-116.

14. Коротеев А.С. Функциональные наноматериалы для космической техники//Материлы Первой Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. Москва, 24-26 декабря 2009 г./Под общ. редакцией академика РАН А.С. Коротеева - М.: ФГУП «Цектр Келдыша». 2009г. – С. 3-5.

15. Уильямс, Л. Нанотехнологии без тайн/Л. Уильямс, У. Адамс: пер. с англ. Ю.Г. Гордиенко. М.: Эксмо, 2009. 368с

16. Оценка экономической эффективности использования конструкционных наноматериалов//Н.П. Лякишев, А.А. Бродов, Т.И. Казакова, Б.В. Молотилов (ИМЕТ РАН, ФГУП ЦНИИчермет)// Сталь, №5,2006.-С. 119-122.

17. Механизмы реализации стратегии формирования наноиндустрии в регионах России: монография/авт. коллектив: О.В. Иншаков и др.- Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2009.

18. Кочанов Д.И. Введение в наноиндустрию: инф.-справочное издание. – М.: Пзд-во «КУБиК», 2010 - 40с.

19. Кочанов Д.И. Наноматериалы и нанотехгологии для авиа- и ракетно-космической техники: состояние и перспективы применения//РИТМ, № 3(61), 2011.-С. 24-28.

20. Знаменский Л.Г. Ультразвуковые нанотехнологии точного литья в гипсовые формы: монография/ Л.Г. Знаменский О.В. Иншаков, Б.А. Кулаков, И.Н. Ердаков. - Челябинск: Изд-во НИТИ, 2005. - 127с.

21. Балакирев  В.Ф. Электроимпульсные нанотехнологии/ В.Ф. Балакирев, В.В. Крымский, Б.А. Кулаков, Ри Хосен; под ред. чл.кор. РАН Л.А. Смирнова. – Екатеринбург: УрОРАН, 2009. – 141 с.