ИННОВАЦИИ: Фокус для металлургов
Процесс изготовления лопаток газотурбинных двигателей очень сложен и дорогостоящ. Технология такова, что часто образуются бракованные детали, выбрасывать которые было бы непростительным расточительством. Однако стандартные методы для переплавки подобного металлолома не годятся.
Лопатки газотурбинных двигателей делают из заведомо жаростойких, прочных и очень дорогих сплавов - в них есть хром, кобальт, вольфрам, ниобий, а порой и самый редкий металл нашей планеты - рений. Значит, выбрасывать брак жалко. К тому же дефектная лопатка - это не просто сплошной кусок металла определенной формы. Дело в том, что внутри лопатки должны быть пронизаны тонкими ходами, поэтому при отливке будущие пустоты формируют с помощью керамических стержней, которые из готовых лопаток удаляют. В этом-то и дело - стержни тонкие, хрупкие и вынуть их целиком удается далеко не всегда. В результате внутри главной детали газовой турбины остаются кусочки керамики.
Для того чтобы переплавить такие дефектные лопатки, нужна температура не меньше 2000оС. Значит, необходимы специальные печи, и в целом процесс оказывается очень дорогим.
Необычный способ переплавки дефектных лопаток придумали специалисты из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (Черноголовка). Предложенный учеными метод называется самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. Внешне это выглядит так: бракованную деталь кладут в форму, засыпают специальным порошком, поджигают - и вскоре слиток первоклассного металла готов.
Из школьного курса химии многие помнят, что если смешать алюминий с порошком ржавчины и слегка нагреть, а потом поднести огонь, то эта смесь загорится. При таких реакциях выделяется огромное количество тепла - температура может достигать 2400 градусов. В результате получают расплав металла, на котором сверху плавает "пенка" шлака, которую легко удалить с поверхности остывшего слитка. Этот метод, названный алюмотермией, академик Николай Бекетов придумал еще в 1859 г., а ученые из Черноголовки использовали его современный вариант - на этот раз для переплавки жаростойких деталей.
Итак, в форму из графита кладут дефектную лопатку и засыпают ее шихтой - смесью порошков алюминия и оксидов металлов, взятых в строго определенных пропорциях. Затем в специальном реакторе в атмосфере аргона и под давлением содержимое формы нагревают и поджигают. Если все сделать правильно, то через некоторое время форма наполнится расплавленным металлом, а застрявшая в лопатке керамика вместе со шлаком поднимется вверх. В результате получится этакий двухслойный пирог: наверху - застывшая "пенка" шлака, от которой легко избавиться, а внизу - слиток ценного жаростойкого металла заданного состава, готовый вновь стать лопатками для газотурбинных двигателей.