«Тоньше волоса»: сибирское предприятие производит «космическую» проволоку из эксклюзивного сплава.

Как предприятию удалось стать единственным в России и за рубежом поставщиком такой проволоки и в чём секрет её высокой термостойкости и электропроводности, почти воздушной лёгкости, рассказала эксперт – главный материаловед НПЦ магнитной гидродинамики, кандидат технических наук Галина Усынина.

• В чем особенность проволоки, которую вы поставляете на рынок?

Сегодня производители стараются заменять проводники из традиционных и широко распространённых медных сплавов на изделия из алюминиевых сплавов. Они имеют в три раза меньшую плотность и гораздо легче. Это очень важно, например, в авиации, где вес воздушного судна напрямую влияет на аэродинамику и безопасность полета.

К бортовым проводам из алюминиевых сплавов предъявляют особые требования: они должны обладать высокой электропроводностью, схожей с электропроводностью технического алюминия, умеренными прочностью и пластичностью. Эти качества сплав должен сохранять в течение десятков тысяч часов полета при температурах до 250-280о С: быть прочным при высоких температурах и термостойким.

Проволока, которую производит НПЦ магнитной гидродинамики – особо тонкая, лёгкая и предназначена для самолётов, в том числе БЕ-200, который занимается пожаротушением.

• Расскажите об особенностях сплава, из которого изготовлена эта «воздушная» проволока.

Секрет алюминиевого сплава 01417 в добавке редкоземельных металлов – церий, лантан, празеодим составляют не более 7% в соотношении с алюминием, однако эта, казалось бы, малая доля существенно меняет свойства сплава. Это как раз тот случай, когда «золотник мал, но дорог» во всех смыслах.

Сегодня в России при производстве алюминиевых сплавов из всех 17 видов редкоземельных металлов в основном используют скандий. И только в одном сплаве – 01417 – лантан и церий с сопутствующими иттрием и празеодимом.

Скандий выделяется среди всех редкоземельных металлов по эффективности положительного влияния на структуру и свойства алюминия и его сплавов. Предел прочности на разрыв у чистого скандия около 400 МПа (40 кгс/мм2), у титана, например, 250-350 МПа, а у нелегированного иттрия 300 МПа. Добавление в алюминиевые сплавы скандия увеличивает их прочность на 40 %, пластичность – на 50 %, коррозионную стойкость – в 10 раз, температурный интервал устойчивой работы сплавов возрастает на 100-500 0С.

Наша компания производит проволоку из алюминиевых сплавов со скандием для использования в аддитивных технологиях.

Кроме того, НПЦ магнитной гидродинамики действительно единственный поставщик в Российской Федерации и за рубежом, в дружественных государствах, проволоки диаметром 0,5 мм из алюминиевого сплава 01417, легированного церием, лантаном и празеодимом. Удельное электросопротивление этого сплава 0,031–0,032 Ом·мм2/м. Это составляет 54% электропроводности меди и 90% чистого алюминия. Он может быть хорошим проводником электрического тока при температурах до 250 оC. Такая проволока может использоваться в авиации.

• Как работают редкоземельные металлы в составе этого сплава?

Высокий уровень электропроводности сплава 01417 обеспечивается благодаря тому, что церий, лантан и празеодим, которыми легирован сплав, не растворяются в алюминиевом твёрдом растворе.

Эти компоненты присутствуют в структуре сплава в виде дисперсных интерметаллидов Al4РЗМ.

Длинномерные слитки диаметром 9 или 12 мм сначала прессуются на установке «Конформ» для калибровки и получения гомогенной (однородной) структуры до диаметра 2,56 мм, а затем они подвергаются процессу волочения до требуемого диаметра.

• Расскажите подробнее о технологии получения прутковой заготовки для замены меди на алюминий в авиационной бортовой электронике.

Специалисты НПЦ Магнитной гидродинамики создали уникальные литейные установки и освоили непрерывное литьё длинномерной заготовки малого сечения (8-15 мм) в бухтах. Если ранее нужно было изготавливать проволоку из прутков, то сегодня мы развиваем технологию и оборудование для непрерывного литья длинномерных слитков малого диаметра и получения из них напрямую проволоки без долгой и энергозатратной технологии.

Литьё слитков осуществляют в высокочастотном электромагнитном поле. Его действие удерживает расплав от растекания, и создает в нем интенсивную магнитогидродинамическую циркуляцию (МГД-циркуляцию). Постоянное перемешивание расплава, как в гигантском миксере, делает химический состав особенно однородным, а неметаллические включения в расплаве мигрируют из зоны действия электромагнитного поля, «выдавливаются» им. Это гарантирует высокую степень чистоты металла.

После того, как расплав «перемешан», его охлаждают с помощью воды, поступающей из спрея-охладителя – металл кристаллизуется. Далее намоточный механизм непрерывно вытягивает формирующуюся заготовку требуемого диаметра с заданной скоростью и сматывает её в гигантскую «катушку», которую металлурги называют бухтой.

Задача нашего производства – поставлять на рынок конечную продукцию в виде проволоки из высоколегированных, в том числе, эксклюзивных сплавов, которые невозможно или достаточно трудно получать традиционным литьём.

• В чём ещё преимущества вашей технологии?

Основное преимущество технологии литья слитков диаметром 8-15 мм в высокочастотном электромагнитном поле – это их высокая скорость кристаллизации (до 103-104 град С/с,).

Высокая скорость кристаллизации металла достигается на производстве благодаря малому объему кристаллизующейся массы металла и интенсивной теплоотдаче поверхности слитка. Охлаждение идёт и благодаря попаданию воды на поверхность кристаллизующегося слитка, и с помощью отведения тепла от сердцевины слитка за счет вынужденных течений в лунке слитка, что обеспечивается перемешивателями.

В результате таких манипуляций удается получать длинномерные слитки малого диаметра с дисперсной плотной структурой, свободные от первичных интерметаллидных включений, несмотря на высокую легированность применяемых сплавов. Далее такие слитки удобнее использовать для производства проволоки и другой продукции.

Технология доведена до промышленного уровня и опередила лучшие отечественные и зарубежные достижения.

• Расскажите, где востребована ваша проволока, где ее применяют? Есть ли в мире похожие разработки и области применения?

Разработанную нашим коллективом проволоку из сплава 01417 применяют в изготовлении токопроводящих жил монтажных проводов для специальной аппаратуры. Например, она обеспечивает стойкость токопроводящих жил к монтажным изгибам при монтаже методом сварки. Токопроводящей жилой называют металлический проводник (одну проволоку или пучок из нескольких проволок, по которым движется ток) – это основной элемент любого электрического кабеля или провода.

Также новая проволока снижает вес проводов – это особенно важно для авиационной техники. Проволока из сплава 01417 используется в широко известных самолетах БЕ-200, предназначенных для пожаротушения.

Провода предназначены для монтажа участков подвижных конструкций электрической аппаратуры и работы в условиях гермозоны и вне гермозоны при электрическом напряжении до 600 В и частоты до 6000 Гц переменного тока (до 850 В постоянного тока).

Существует импортный аналог таких проводов – монтажные провода серии 82А фирмы «TE Connectivity» (США). Они предназначены для внутреннего фиксированного монтажа бортовой электрической сети авиационной техники и работы при электрическом напряжении 250 В, частоты до 6000 Гц (электрическом напряжении 350 В) при атмосферном давлении от 0,67 до 60 кПа или электрическом напряжении 600 В частоты до 6 000 Гц (электрическом напряжении 850 В) при атмосферном давлении выше 60 кПа. Также похожие провода производятся во Франции (EN 2267, EN 2714 фирмы «Nexans»). Однако же проволоку из сплава 01417 за рубежом не производят, это наша российская уникальная разработка.

• Насколько экономически и экологически целесообразна ваша проволока для авиации?

В отличие от традиционной, технология литья, которую применяют на НПЦ Магнитной гидродинамики позволяет получать непрерывным литьем слитки малых диаметров в высокочастотном электромагнитном поле. Это исключает появление в слитке – исходной заготовке для волочения проволоки – металлургических дефектов: шлаковых включений, оксидных плёнок, неслитин и др.

Традиционная технология производства для изготовления проволоки технологически многоступенчатая, длительная и очень энергозатратная. К тому же, образуется большое количество отходов как при литье слитков, так и в процессе прессовании прутков. Наша технология с использованием непрерывнолитой заготовки Ǿ8-15мм позволяет значительно увеличить объем готового продукта при производстве проволоки. Кроме того, дефекты прессованной заготовки уже не влияют отрицательно на качество получаемой проволоки.

Проще говоря, мы повышаем качество исходной заготовки для производства проволоки авиационного и космического назначения, увеличиваем выход продукта –проволоки без дефектов литейного и прессового происхождения. Так мы сокращаем материальные затраты на производство проволоки благодаря снижению энерго- и трудозатрат. За счёт такого технологического процесса уменьшается количество промежуточных отжигов (промежуточным отжигом называется процесс, выполняемый для повышения пластичности проволоки при переходе с одного диаметра на другой), а это означает существенный рост производительности при волочении проволоки.

Производство проволоки из заготовки методом электромагнитной кристаллизации – это становление критической технологии, обеспечивающей технологический суверенитет и конкурентоспособность Российской Федерации в производстве проволоки для авиации и космоса.