Geum.ru

Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материалаДокументы

Содержание


Технология пайки стали с цветными, тугоплавкими и редкими металлами
ЭКОР - материал XXI века
Подобный материал:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   60

Технология пайки стали с цветными, тугоплавкими и редкими металлами


Сорокин А.Н., Дровосеков С.П., Собко С.А., Куранов В.В., Борисов В.Н., РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И.Забабахина

В приборостроении, как и в других областях машиностроения, наблюдается тенденция все более широкого применения неразъемных соединений из материалов с различными физико-механическими, физико-химическими, химическими свойствами. Оптимальное сочетание свойств материала элементов конструкции с условиями эксплуатации этих элементов позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики приборов при одновременном снижении затрат за счет экономии дорогостоящих материалов.

В Российском Федеральном Ядерном Центре - Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) для ряда приборов, предназначенных для работы под воздействием динамических и термических нагрузок, возникла потребность в получении герметичных соединений деталей из нержавеющей стали с конструкционными элементами из алюминия, титана, тантала, вольфрама, рения и других металлов.

Анализ литературных данных показал, что известные способы соединения приводят к получению в этих системах сварных и паяных швов с низкой прочностью и склонностью к хрупкому разрушению. Низкое качество соединений обусловлено, как правило, образованием тугоплавких окисных пленок, формированием хрупких легкоплавких фаз на основе интерметаллидов, что приводит к снижению пластичности, термостойкости и жаропрочности соединений; возникновением термически напряжений с величиной, превышающей предел текучести и прочности соединяемых материалов.

В РФЯЦ-ВНИИТФ для получения качественных соединений разнородных металлургически несовместимых металлов разработана технология пайки, включающая сочетание нескольких способов пайки с применением специально разработанного припоя, а также выбор материалов, формы и размеров конструктивных элементов паяного соединения.

Припой позволяет традиционным способом пайки в вакуумных термических печах соединять детали из стали 12Х18НЮТ с металлами V, VI, VII групп таблицы Менделеева.

Разработанный припой не содержит драгоценных металлов, обладает высокой электро- и теплопроводностью, обеспечивает температуру распая не менее 1000°С и прочность 15 кг/мм2 , позволяет уменьшить склонность швов и хрупкому разрушению.

Создание припоев для непосредственной пайки сталей с алюминием и титаном затруднено из-за отсутствия в природе достаточно тугоплавких металлов, которые не образуют интерметаллидов с соединяемыми металлами и могут быть использованы в качестве основы припоя. Поэтому для соединения стали с алюминием и титаном разработаны комплексные технологии пайки с применением барьерных элементов, обеспечивающие получение высоких механических характеристик паяных швов.

Разработанный комплекс технологий и припой позволяют получать переходные элементы: сталь-алюминий, сталь-титан, сталь-тантал, сталь-вольфрам, которые в дальнейшем могут быть соединены с соответствующими однородными металлами сваркой плавлением.

Паяные соединения в переходных элементах выдерживают многократный нагрев до 600°С для соединения "сталь-алюминий" и до 1000°С в случае других перечисленных сочетаний материалов без потери герметичности.

К преимуществам разработанной технологии относятся:

- повышение прочности швов при воздействии статических и динамических нагрузок;

- возможность реализации нахлесточного соединения при толщине стенки соединяемых металлов до 0,3 мм;

- отсутствие ограничений по форме поперечного сечения, более широкий диапазон размеров соединяемых деталей (от 1 до 100 мм), а также возможность получения соединений из большего числа разнородных сочетаний материалов;

- возможность соединения окончательно изготовленных деталей без последующей механической доработки.

Кроме того, качество соединения может быть оценено, в отличие от сварки в твердом состоянии, визуально - по величине контактного угла смачивания. Таким образом, разработанная технология позволяет с применением одного припоя и при использовании стандартного термического и сварочного оборудования получать герметичные соединения стали с алюминием, титаном, вольфрамом, танталом и рением.

При необходимости соединения стали с другими металлами III, IV, V, VI, VII групп таблицы Менделеева, возможно рассмотрение пригодности данной технологии для решения конкретных задач. Изготовленные по данной технологии переходные элементы могут быть использованы в ответственных элементах конструкции, испытывающих в процессе эксплуатации термоциклические, вибрационные и ударные воздействия.

ЭКОР - материал XXI века


Беляев С.Т., Калиниченко Б.С., Перевозчиков С.А., Швецов И.К., Козодаева М.М., МСОО «Евразийское физическое общество» (ЕАФО)

Королев В.С., ФГУП «НИЦ «СНИИП» РФ

Новый материал, запатентованный в России и имеющий торговый знак ЭКОР®, был разработан группой ученых из различных отраслевых научно-исследовательских институтов России. В результате разработки материала и всестороннего исследования его свойств был создан ряд кремнийорганических эластомеров, обладающих уникальным комплексом свойств. В первую очередь это относится к высокой радиационной стойкости материала, поскольку первоначальной целью его разработки являлась консервация аварийного 4 блока Чернобыльской АЭС. Данная работа была проведена при финансовой и организационной поддержке МСОО «Евразийское физическое общество».

В настоящем сообщении мы рассмотрим потенциальные возможности применения материала ЭКОР как в области атомной техники и промышленности, так и в других отраслях производственной деятельности.

Конкурентоспособность материала ЭКОР основывается на уникальности присущего ему комплекса свойств. К ним в первую очередь относятся: широкий диапазон плотности, высокая коррозионная стойкость в растворах минеральных кислот, высокая радиационная стойкость, негорючесть, возможность регулирования теплопроводности, водонепроницаемость и гидрофобность, сорбционная инертность, высокие электроизоляционные параметры, высокая адгезионная активность, устойчивость к климатическому старению, экологическая чистота, легкость утилизации.

Такие показатели характеризуют исключительную рентабельность и перспективность ЭКОРа среди материалов, традиционно применяемых сегодня в атомной промышленности, авиации, космонавтике, различных видах транспорта и других.

Например, в атомной технике ЭКОР незаменим в технологических процессах обращения с ядерным топливом и различного вида радиоактивными отходами (РАО). С помощью ЭКОРа можно создавать надежные гидроизоляционные и диффузионные барьеры, обеспечивающие защиту от неконтролируемого распространения радионуклидов в окружающую среду.

ЭКОР с успехом можно использовать в качестве матрицы для инкорпорирования измельченных или порошкообразных РАО. ЭКОР применим также и для контейнерной упаковки РАО как для транспортировки, так и в технологии обработки РАО для длительного контролируемого и неконтролируемого захоронения. Кроме того, ЭКОР незаменим при необходимости консервации загрязненных радионуклидами помещений, зданий и сооружений, в том числе снятых с эксплуатации, путем их частичного или полного омоноличивания.

Велики перспективы применения ЭКОРа при создании современных региональных хранилищ РАО. Имея высокие показатели радиационной стойкости, материал ЭКОР обладает уникальной устойчивостью к старению. В условиях средней полосы России срок его службы неопределенно длителен. Экспериментально-расчетным путем показано, что степень деструкции материала за каждые сто лет эксплуатации в естественных природных условиях не превышает 0,06%.

Весьма выгодным представляется применение ЭКОРа в качестве покрытия (как внутреннего, так и наружного) емкостей и контейнеров для РАО, увеличивающего ресурс их эксплуатации, поскольку выщелачиваемость ЭКОРа в нейтральных солевых растворах минеральных кислот практически отсутствует.

В качестве альтернативного традиционно применяемым сегодня процессам фиксации в матрице битума или цемента низко- и среднеактивных РАО можно рассматривать процесс инкорпорирования в матрицу ЭКОРа такого вида радиоактивных отходов. В ходе лабораторных экспериментов с имитаторами типичных для атомной промышленности РАО (ионообменные смолы, сорбенты, соли, золы и т.п.) была показана возможность их надежного капсулирования в матрицу ЭКОРа. При этом по сравнению с цементом или битумом эффективность ЭКОРа значительно выше, так как он позволяет внедрить в собственную матрицу и надежно зафиксировать в ней в 4-6 раз больше РАО на единицу массы матрицы, чем традиционные материалы.

Широкие возможности имеет ЭКОР в решении проблем эксплуатации действующих АЭС. Его с уверенностью можно рекомендовать в качестве теплоизоляционного материала на паропроводах парогенераторов АЭС, а также изолирующего и пожарозащитного материала в трубных коридорах и кабельных проходках в помещениях реакторного блока и машинного зала АЭС. В настоящее время проводятся полномасштабные испытания опытных модулей в лабораторных условиях и на площадке АЭС.

Перспективным следует считать радиационностойкий ЭКОР и в проблемах снятия АЭС с эксплуатации, где потребуется достаточно долговременная консервация реакторных блоков в ходе естественного спада наведенной активности в конструкционных материалах. То же касается и снятия с эксплуатации и демонтажа атомных подводных лодок. Применение ЭКОРа (даже в случае омоноличивания крупногабаритных конструкций) дает возможность в будущем легко провести расконсервацию, так как он доступен обработке любым, даже самым примитивным режущим инструментом. Очень важным фактором является то, что при расконсервации объектов, обработанных ЭКОРом, объем получаемых отходов, большая часть которых не радиоактивна, по крайней мере, на порядок меньше, чем при применении цементов или других известных консервантов.

По нашему мнению ЭКОР должен привлечь внимание служб, связанных с ликвидацией чрезвычайных ситуаций. Простота синтеза ЭКОРа, заключающаяся в смешении двух компонентов без какого либо дополнительного воздействия, позволяет создать мобильные установки, обеспечивающие возможность оперативной ликвидации радиационных или других техногенных и экологически опасных аварий, связанных, например, с распространением в окружающей среде токсичных или ядовитых веществ.

Материал ЭКОР по своим характеристикам вполне конкурентоспособен, а по некоторым (высокая адгезия, термостойкость, долговечность, технологичность синтеза) превосходит используемые сегодня материалы. В первую очередь это относится к возможности создания противопожарных конструкций и защитных кожухов на объектах, представляющих собой потенциальную пожарную опасность. К ним можно отнести практически все виды транспорта, а особенно морской и авиационный. С помощью ЭКОРа могут быть созданы защитные элементы и спецодежда пожарных для случаев, где применение известных средств не может достичь нужного эффекта.

В качестве примера можно привести применение ЭКОРа как теплоизоляционного материала для обеспечения сохранения информации в штатных контейнерах защищенного бортового накопителя полетной информации (так называемого «черного ящика»). Такие реальные изделия с применением ЭКОРа прошли комплекс испытаний на сверхскоростные ударные нагрузки и противопожарную стойкость. Испытания показали, что свойственные ЭКОРу параметры, такие как высокая адгезия, заданные упругие свойства, низкая теплопроводность и теплостойкость обеспечили 100%-ое сохранение информации в накопителе. Кроме того, применение ЭКОРа позволило исключить в конструкции изделия необходимость применения сложных крепежных и амортизирующих узлов для модуля памяти, помещаемого в контейнер.

Кроме того, материал применен в демонстрационном варианте в помещениях аварийного 4 блока Чернобыльской АЭС в качестве гидроизолирующего покрытия для предотвращения неконтролируемого распространения в окружающую среду оставшихся в блоке ядерных материалов под воздействием грунтовых вод и атмосферных осадков, а также в качестве пылеподавляющего материала для поверхностей загрязненных радионуклидами.

С помощью материала типа ЭКОР выполнено защитное покрытие на токоподводах печи остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов ЭП-500/4 Производственного объединения «Маяк». Покрытие было применено для одновременного решения следующих задач: гидроизоляция и сопротивление гидронапору токоподводов, коррозионная защита токоподводов, электроизоляция токоподводов. Режим эксплуатации покрытия имеет непрерывный длительный ресурс, давление воды в токоподводах 1,7 ати, температура эксплуатации 50-250°С, концентрация паров азотной кислоты до 1 моль/литр.

Из материала типа ЭКОР изготовлены 3 серии уплотнительных элементов (от 200 до 1000 мм в диаметре) контейнеров различного назначения для Горнохимического комбината (г. Железногорск, Красноярский край) и Сибирского химического комбината (г. Северск, Томская область). Основное назначение уплотнительных элементов это защита находящихся в контейнерах радионуклидов от воздействия влаги воздуха и предотвращение выхода содержимого в окружающую среду.

Если рассматривать возможности применения ЭКОРа в других отраслях производственной деятельности, то мы видим следующие перспективные направления: в качестве наполнителя амортизирующих конструкций, в холодильной технике, для звукоизоляции, в химической промышленности, в электротехнике, в производстве облегченных силовых конструкций.