А что мы имеем уже сейчас?
Повышение износостойкости механизмов и инструментов. Именно здесь отечественные учёные достигли наибольших успехов. Износ — неизбежное свойство всех вещей. Об этом я уже писал. Но, одно дело — изношенный ботинок, другое — изношенный бур.
Все видели буровые вышки. А почему не бурят с земли? Начинают-то бурить с земли, но с углублением скважины нужно наращивать длину труб, передающих буру вращение. А когда бур износился, поднимать его для замены, разбирая цепочку труб. Для этого и служит вышка, играя роль подъёмного крана. Чем глубже скважина, тем больше времени занимает процесс поднимания и опускания бура по сравнению с самим процессом бурения. Повышение износостойкости бура резко сокращает затраты на бурение. В качестве режущей поверхности используют самые твёрдые материалы, вплоть до алмазов. Но алмазы технические, с большим количеством дефектов кристаллической решётки. А именно наличие этих дефектов — причина износа.
Можно изготовить бур с применением нанотехнологий — без дефектов. Но он станет дороже, чем если бы в нём в качестве режущих элементов использовались даже ювелирные бриллианты с более совершенной кристаллической решёткой, чем у технических алмазов.
Как же сделать бур прочнее?
Автолюбители помнят, как в конце 80-х — начале 90-х годов на рынках появились многочисленные пузырьки с присадками, добавляемыми в масло. Обещалось уменьшение износа и даже восстановление трущихся деталей и резкое увеличение экономичности и срока службы двигателей. Но этого не происходило. Почему?
Идея была хорошая. В пузырьках находился порошок дисульфида молибдена. Его уникальные свойства объясняются структурой его кристаллической решетки. Связи между ее слоями относительно слабы, что допускает возможность сдвига при малых напряжениях и обеспечивает низкий коэффициент трения. Такие присадки должны были подноситься моторным маслом к трущимся поверхностям и мягко заполнять микровпадины, как бы выравнивая поверхности деталей. При этом снижалось бы давление в сопряжениях, ускорялась бы приработка деталей и теплопередача между поверхностями трения. Но, частицы порошка были крупными и задерживались в масляных фильтрах.
Также давно существовало понятие «порошковая металлургия», когда из порошков со специальными свойствами спекали нужные детали или напыляли эти порошки на поверхность других металлов. Причем с уменьшением размеров частиц порошка их свойства улучшались, но все равно существовали дефекты их кристаллической решётки.
Сейчас же с помощью нанотехнологий налажено производство нанодисперсных порошков. Их частицы очень малы, а структура правильна. Производить отдельно порошки проще. Они достаточно дороги — 20 долларов грамм, но области применения очень широки.
Эти составы в виде суспензии добавляются в масло в объеме 0,3−0,4 грамма. Через 100−200 километров автомобиль начинает жить другой жизнью: повышается компрессия двигателя, снижается вибрация и шум, выравнивается работа цилиндров, экономия топлива составляет 5−15% и до 50% сокращаются выхлопы вредных газов. Все это многократно испытано и на автомобилях, и на двигателях тепловозов, и на дизелях кораблей, и на энергетических установках. При широком внедрении это может дать мощнейший экономический эффект в масштабах страны. Технология апробирована не только в России, но и в Китае, Турции, Чили.
При наноструктурировании рабочих поверхностей инструментов их износостойкость повышается в полтора-два раза. Головка для глубинного сверления, о которой я писал выше, стоит, например, 160 евро. Ее хватает на один проход, а используются они сотнями. Нетрудно посчитать экономию, если повысить в полтора-два раза износостойкость только этого инструмента. Даже без учета времени на подъём и опускание бура.
Взять, к примеру, машиностроение. У нас огромный станочный парк, в котором миллионы единиц оборудования. Этот парк отработал 10−20 лет. Естественно, станки износились, а поменять этот парк, выкинуть его весь невозможно. И здесь нанодисперсные порошки имеют огромные перспективы.
Сейчас всё только начинается…