В декабре 2017 года по итогам конкурса «УМНИК – 2017» (участник молодежного научно-инновационного конкурса) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере эксперты отметили 13 проектов молодых омских ученых и рекомендовали их для финансирования
Победители получат по 500 тысяч рублей на реализацию своих идей. «Коммерческие вести» продолжают знакомить читателей с авторами наиболее интересных проектов.
Сегодня нанотехнологии активно развиваются во всех сферах производства. Студент второго курса магистратуры ОмГТУ Ренат КАМЕНОВ уже четыре года занимается разработкой установки для получения многокомпонентного порошка из любых твердых материалов высокоскоростным способом в криогенной среде. Его проект оценило жюри конкурса «УМНИК». Корреспондент «КВ» Анастасия ИЛЬЧЕНКО попыталась понять, как используется установка и какие практические задачи выполняет.
– Ренат, на каких производствах применяются установки, подобные вашей?
– В так называемой порошковой металлургии. Чаще всего такие порошки получают на мельницах. Я не нашел ни одного похожего образца, который бы измельчал материалы похожим методом. Сам нанопорошок используется много где, в частности, в активно развивающейся области аддитивных технологий (печати на 3D-принтерах). Его различными способами спекают в заготовки, что позволяет меньше обрабатывать детали. Также нанопорошки используются при создании новых материалов, например в качестве добавки в топливо для ракет. При добавлении в определенной пропорции алюминия к ракетному топливу порошок выступает как катализатор, т. е. увеличивает полноту сгорания.
– А какие твердые материалы используете вы?
– Любые, из которых можно сделать заготовку-пруток. В теории это даже может быть резина, поскольку жидкий азот делает ее хрупкой и она не изламывается. Мы уже получали порошок из алюминия, меди, керамики, неодимового магнита. Интересно, что в последнем случае порошок после обработки сохраняет свои магнитные свойства.
– Какие еще результаты были получены в ходе экспериментов?
– Мы брали пруток из металла, устанавливали его в приспособление и измельчали мелющим диском. Его абразивные головки на высокой скорости, порядка 300 метров в секунду (это примерно как пуля летит), измельчали материал. Важно, что у нас именно высокоскоростная установка. В итоге получали порошок средней дисперсностью от 100 до 800 нанометров. Это при том что нанометр в миллион раз меньше, чем миллиметр.
– В чем специфика вашей установки?
– В отличие от аналогов у нас практически не изнашиваются компоненты, в частности сама камера. В мельнице материал засыпают в барабан, туда же помещают размольные шары из твердого материала и долго – пару дней – все это крутят. Шары бьются о материал, и он измельчается. Но также они воздействуют друг на друга и на барабан. От них получается достаточно много примесей, да и сам барабан изнашивается. У нас же идет непосредственный контакт абразивных головок и заготовки. Высокие скорости позволяют получать мелкие частицы при первом же соприкосновении. Не нужно два дня измалывать – за 15 минут мы измельчаем пруток длиной 15 миллиметров.
– Но головки-то изнашиваются?
– Да. Но мы сделали интересное открытие: при высокоскоростной обработке абразивные головки самозатачиваются. От них отлетают маленькие части, за счет чего они становятся только острее.
– Криогенная среда какую роль играет?
– У нее две задачи. Во-первых, сделать материал более хрупким. Во-вторых, и это главное – чем меньше материал, тем сильнее он контактирует с окружающей средой. Поэтому если не использовать криогенную среду, то после измельчения наночастицы за доли секунды окислятся под воздействием кислорода. А в криогенной среде они покрываются оксидной пленкой, которая на некоторое время их защищает.
– Как работает установка?
– Она сделана на базе шлифовального станка, который мы переделали – добавили высокоскоростной шпиндель (электродвигатель, на рабочем валу которого закрепляется мелющий диск). Он может разгоняться до 30 тысяч оборотов в минуту. Вставляем в крепление пруток, мелющий диск разгоняется до определенных скоростей и подается к заготовке. В процессе их соприкосновения и происходит измельчение. Вокруг мелющего диска камера, чтобы порошок не разлетался. Она герметичная и имеет отверстие для жидкого азота, причем подается он непосредственно на заготовку.
– Насколько продуктивна данная установка?
– Сейчас за одну минуту мы снимаем один миллиметр материала с заготовки. В идеале хотим, чтобы заготовки подавались беспрерывно, не нужно было вставлять их вручную. На создание этого механизма будут потрачены средства, которые я выиграл на конкурсе «УМНИК». Также планируем изменить камеру. Из-за быстрого вращения мелющего диска в ней образуются воздушные потоки, которые за собой могут тянуть порошок. И у меня родилась идея создать условия, при которых порошок через небольшие отверстия вместе с воздушными потоками будет вылетать и складироваться в контейнер.
– Какой экономический эффект вы ожидаете от установки, есть ли у вас бизнес-план?
– Мы его представляли на «УМНИКе». На первом этапе планируем доработать установку, чтобы постоянно получать порошок. На втором -подключить к ней станок с ЧПУ, чтобы автоматизировать процесс. На третьем этапе займемся привлечением сторонних организаций, поиском выходов на более широкий рынок.
После полуфинала к нам обратились из организации, которая занимается производством керамических изделий и в данный момент использует самодельную мельницу для получения керамического порошка. Они спросили, сможем ли мы для них сделать партию. Мы провели эксперимент, получили удовлетворительный результат. Если сможем изготавливать порошок в более промышленных масштабах, они готовы с нами сотрудничать. Через пару лет мы доработаем установку и сможем предлагать ее предприятиям. А затем можно будет создать свое предприятие по его производству. В среднем нанопорошок алюминия стоит 19-20 тысяч за килограмм. У нас его себестоимость составит порядка 9-10 тысяч рублей, т. е. в два раза меньше.
– Как вы увлеклись этой темой?
– На втором курсе бакалавриата попал на кафедру «Металлорежущие станки и инструменты». Меня спросили, хочу ли поработать. Я согласился. Наука лучше усваивается, когда ты что-то делаешь руками. Мне предложили заниматься этой темой под руководством аспиранта Юрия Владимировича ТИТОВА и кандидата технических наук Дениса Сергеевича РЕЧЕНКО. Установка у нас получилась многоцелевой, потому что ОмГТУ все-таки нацелен не на промышленную деятельность, а на научную. На ней также затачиваются так называемые суперлезвия, т. е. пластины остротой порядка одного микрометра. Они используются для обработки деталей и получения поверхностей, чистота которых сравнима со шлифовкой.
– Как долго вы занимаетесь непосредственно разработкой установки?
– Начиная со второго курса бакалавриата (не считая последнего, когда работал над дипломом). Это мой третий «УМНИК» (смеется). Я только с третьего раза победил. Когда пришел на конкурс впервые, мне не хватало умения выступать. Думал, просто прочитаю по бумажке, а когда вышел, растерялся – что-то своими словами сказал, что-то вообще опустил. Еще и вопросы начали задавать.
– На этот раз тоже были вопросы?
– Да, но теперь отвечать на них было гораздо легче. Когда ты занимаешься одной темой четыре года, можешь говорить о ней свободно. Чтобы научиться хорошо выступать, меня на кафедре готовили, отправляли на различные конференции, на занятия к студентам. В итоге все это сработало.
– Какие из проектов этого «УМНИКа» вам запомнились?
– Самые необычные, наверное: одна девушка презентовала сыр с водорослями спирулина и дала всем попробовать, другой участник пришел с шариком, оказалось, что это робот, который может сам передвигаться. Дарья БАЛОВА из нашего университета выступала с титановыми винтами для сращивания костей.
– Ренат, вы в следующем году оканчиваете магистратуру. Чем планируете заняться?
– Поступить в аспирантуру ОмГТУ. Кроме учебы я сейчас работаю инженером-программистом 1-й категории на ПО «Полет». Занимаюсь администрированием программы жизненного цикла изделия Teamcenter. Тем не менее думаю о науке, там каждый день что-то новое, интересное.
– А в свободное время чем увлекаетесь?
– Большую его часть провожу с друзьями, играем в пейнтбол, страйкбол. Люблю читать. Из прозы больше нравится зарубежная литература – Ремарк «На западном фронте без перемен», из поэзии – русские авторы, особенно Бродский.
Биография
Ренат КАМЕНОВ родился 19 октября 1994 года в Омске. В 2012 году окончил школу № 67, по целевому направлению поступил в ОмГТУ в Машиностроительный институт на направление «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств и комплексов» (кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»). Бакалавриат окончил в 2016 году, сейчас учится на втором курсе магистратуры ОмГТУ. С 2017 года работает инженером-программистом 1-й категории на ПО «Полет».
Холост.
Материал подготовлен при организационной и финансовой поддержке ООО «Омсктехуглерод»