Использование результатов научных разработок за 2006 г.
Физико-технические науки.

 Институт физики металлов
 

На основе разработанных матричных преобразователей, феррозондовых датчиков и компьютеризации создан ряд новых приборов и магнитоизмерительных систем для неразрушающего контроля: ферритометр ФХ-3 ИФМ, обладающий большей чувствительностью к слабым магнитным полям и ферромагнитным включениям, чем существующие аналоги (разработка передана для использования ФГУП «ВНИИНМ им. А.А. Бочвара»); тесламетр ТХ-4/1 с более широким диапазоном измерения магнитных полей, чем существующие, и возможностью измерения амплитудного значения единичного импульса магнитного поля (внедрен на ФГУП «Уральский электромеханический завод»); компьютеризированная установка для магнитного контроля сварного шва электросварных труб диаметром до 102 мм, обладающая повышенной чувствительностью и достоверностью (внедрена на совместном узбекско-американском предприятии СП «Ташкентский трубный завод»); устройство для визуализации дефектов в остаточных магнитных полях с использованием тонкопленочных матричных преобразователей, принцип действия которых основан на эффекте анизотропии магнетосопротивления в ферромагнитных пленках, что позволяет автоматизировать процесс контроля, повысить его производительность на предприятиях машиностроения, нефтегазовой отрасли.
 

Синтезированы новые материалы, превосходящие по физико-механическим свойствам существующие аналоги, в том числе: сплав с памятью формы на основе никелида титана, обладающий одновременно высокой прочностью (до 1,7 ГПа) и текучестью (до 1,2 ГПа) благодаря легированию и нанокристаллизации; инструментальные быстрорежущие стали типа Р6М5К5 с повышенной в 9-10 раз износостойкостью вследствие термомагнитной обработки с предварительным осаждением алмазоподобного покрытия; дисперсионно-твердеющий магнитотвердый сплав на основе системы Fe-Cr-Co с высокими механической прочностью и пластичностью для роторов высокоскоростных гистерезисных двигателей большой мощности (в стадии внедрения на Уральском электрохимическом комбинате, г. Новоуральск); стандартные образцы ферромагнитной фазы в аустенитных сталях с диапазоном ее изменения от 0 до 80% (внедряется в Госстандарте РФ); камеры высокого давления для определения структуры объектов при температурах до 4.2 К и давлениях до 20 ГПа (получены 2 патента РФ на полезную модель). Новые характеристики материалов и изделий расширяют возможности приборов и устройств для использования в различных областях технике и медицины.
 

Разработаны новые виды технических воздействий, применение которых существенно повышает уровень магнитных и механических характеристик функциональных материалов, расширяя области их использования и обеспечивая энергосбережение, в их числе: термомагнитная обработка в переменных магнитных полях в комбинации с предшествующей ей ионно-лучевой бомбардировкой ускоренными ионами аргона, которые на 15-20% снижают магнитные потери в магнитомягких сплавах (совместно с ИЭФ УрО РАН; подана заявка на изобретение); технология выплавки высокониобиевого орторомбического сплава, которая позволила синтезировать биметаллическое соединение – титановый сплав-орторомбический алюминид титана, высокоэффективный при эксплуатации в экстремальных условиях, (совместно с ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»); новый способ получения кристаллов с дефектами на основе твердых растворов галогенидов серебра, который обеспечил возможность получения одномодового оптического волокна для инфракрасного излучения с внутренней жилой малого диаметра, менее 30 мкм (совместно с УГТУ-УПИ, подана заявка на изобретение); методика экспресс оценки коллекторских характеристик пласта (пористость, проницаемость) с использованием ЯМР-релаксометра, позволяющая получать численные параметры непосредственно на скважине за время не более 5 минут (в содружестве с ИГФ УрО РАН; методика успешно опробована в организациях «Красноярскгеофизика», «Тюменьпромгеофизика», «Оренбурггеофизика», «Когалым-НИПИНефть»).
 

Теоретически обоснована эффективность и экономическая целесообразность применения низких температур в медицине. Разработаны и изготовлены образцы криоаппаратуры, пригодной для использования в эксперименте и клинике. Для лечения ряда хирургических заболеваний апробированы простые в использовании, малотравматичные технологии, существенно снижающие риск интраоперационных осложнений (получено 2 патента РФ).
 

Разработаны лабораторные технологии синтеза многослойных магнитных наногетероструктур для изготовления на их основе моделей сверхчувствительных
(10^-5÷10^-6 Э при комнатной температуре) датчиков магнитного поля, широкодиапазонных (до 40 кЭ) магниторезистивных датчиков магнитного поля, датчиков для локальной магнитометрии (с разрешением менее 100 нм) и интегральных элементов туннельного типа для сенсорных устройств повышенной чувствительности. На основе синтезированных магнитных наногетероструктур созданы методики диагностики, конструкции и технологии изготовления моделей датчиков магнитных полей и изготовлены их опытные образцы. Высокочувствительные магнитные датчики перспективны для применения в магнитометрии, приборостроении, дефектоскопии, магнитной микроскопии, медицине, нанотехнологиях. По результатам работ поданы 2 заявки на патенты РФ. Работа выполнялась совместно с Физическим институтом им. П.Н. Лебедева РАН (г. Москва), ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» (г. Москва), Институтом проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (г. Черноголовка, Московск.обл), ФГУП «НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина» (г. Москва, Зеленоград) и УрГУ им. А.М. Горького (г. Екатеринбург). Обсуждается возможность внедрения разработки на ЗАО «Научно-производственный комплекс «ВИП» (НПО «Автоматики», г. Екатеринбург).
 

В целях обеспечения экологической безопасности (детоксикации жидких неорганических и органических токсикантов) совместно с Институтом неорганической химии СО РАН (г. Новосибирск) разработаны твердые окислители из интеркалированных соединений фторированного графита (ИСФГ) с криогенными и жидкими фтор- и кислородсодержащими окислителями общего состава C₂F∙xR, где C₂F – фторграфитовая матрица, R – интеркалированные молекулы криогенных и жидких окислителей. (Подана заявка на изобретение). Предложен способ получения углеродного сорбента термическим разложением интеркалированных соединений фторированного графита, содержащих ацетон, или четыреххлористый углерод, или перфторциклогексан. (Подана заявка на патент РФ).
 

Создана компьютеризированная система, предназначенная для модернизации существующих установок неразрушающего контроля (НК) электросварных и горячекатаных труб. Система построена на базе промышленного компьютера (станции технологического управления Advantech SYS модели IPC-510-SYS2-1) и отвечает современным требованиям, в том числе, по дизайну. Применение компьютера существенно упрощает структурную схему дефектоскопа. Одновременно значительно увеличиваются его функциональные возможности. Технологическая станция не только управляет работой всей установки НК, но и позволяет производить визуализацию магнитных полей дефектов в форме, удобной для оператора, а также выполнять калибровку магниточувствительных элементов с целью достижения их одинаковой чувствительности.
 

Проведена модернизация и изготовлен опытный образец аппаратуры контроля повреждений изоляции газопроводов. Разработанные генераторы, отличающиеся, от ранее известных, повышенной мощностью и КПД (до 80%), позволили вдвое увеличить радиус действия аппаратуры.
 

Институт электрофизики
 

Разработан метод получения трубчатых двухслойных композиций, состоящих из газоплотного электролитического слоя, керамики кубического оксида циркония с субмикронной структурой, и пористого катодного слоя на основе манганита лантана стронция с использованием методов радиального магнитно-импульсного прессования полимер-керамических пленок из наноразмерных порошков и последующего совместного спекания при пониженных до 1200°С температурах. Удельная мощность топливных электрохимических ячеек, реализованных на такой структуре при толщинах слоя электролита от 30 до 200 мкм, достигает 1,1 – 1,3 Вт/см². Получаемые композиции электролит-катод перспективны для создания твердооксидных топливных элементов с высокой удельной генерируемой мощностью, в 2-3 раза превышающей уровень традиционных технологий.
 

Создан и опробован вакуумный диод для двухстороннего облучения объектов наносекундными пучками электронов, генерируемых одним ускорителем (получен патент РФ). Показано, что этот диод позволяет удвоить производительность процессов с использованием облучения при однородном распределении дозы по толщине объекта.
 

Совместно с ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» разработан метод мгновенного радиационного отжига промышленных алюминиевых сплавов в ходе холодной прокатки с помощью ленточного источника ускоренных ионов.
На основе полимера природного происхождения (хитозана) совместно с ИОС УрО РАН разработаны основы радиационной технологии получения сорбента с высокой селективностью к ионам меди и полнотой их извлечения до 95%. Полученный сорбент перспективен в технологиях извлечения металлов из хвостов горнообогатительных комбинатов.
 

Физико-технический институт
 

Разработан и изготовлен автономный регистратор ускорений (шифр «ПАРУС»). Регистратор обеспечивает преобразование сигналов произвольной формы, поступающих от пьезоэлектрических датчиков ускорения, в цифровой код, запоминание информации и хранение для последующего считывания в персональный компьютер, проведения экспресс-обработки и вывода на монитор в удобном для пользователя виде. Прибор позволяет работать на испытуемом изделии с воздействием на него ударного импульса до 7000 g×мс, повышенной влажности (обливание водой) и низких температур (до – 40ºС). В сравнении, например, с регистратором СИГМА, (рис.32) новый регистратор обладает развитым интерфейсом пользователя, уменьшенным в 10 раз временем передачи данных, большей стойкостью к внешним воздействиям.

Рис. 32. Регистратор СИГМА

 Применим для выполнения исследований слабо воспроизводимых и уникальных ударных процессов при отсутствии априорной информации об уровне воздействия и спектральном составе измерительного сигнала. Регистратор повышает достоверность регистрируемой информации и снижает стоимость эксперимента за счет надежности регистрации и обработки сигналов.
 

Создана система регистрации электронных спектров в режиме счета для применения в составе электронных спектрометров. Система представляет собой комплекс аппаратных и программных средств для детектирования, сбора и обработки спектральной информации в составе электронных спектрометров с различными типами энергоанализаторов. ЕЕ использование обеспечивает развертку потенциала электростатического энергоанализатора (управление энерго-диспергирующей функцией); питание детектора электронов (вторично-электронный умножитель); получение электронных спектров в режиме прямого счета в реальном времени; вывод и предварительную обработку полученных спектров. В отличие от существующих, разработанная система регистрации позволяет управлять энерго-диспергирующей функцией электростатических энергоанализаторов сверхвысокого разрешения (вплоть до 0,01 эВ) в диапазоне энергий от 0 до 3000 эВ.
 

Институт теплофизики
 

На основе методов температурных волн и лазерной диагностики предложена методика и создана экспериментальная установка бесконтактного экспресс-измерения температуропроводности анизотропных материалов. Методика предусматривает измерение фазочастотной зависимости температурной волны на фиксированном расстоянии от области нагрева пространственно ограниченным модулированным источником и позволяет в режиме тест-контроля выполнять измерения температуропроводности в диапазоне температур 80-1000 K с локальностью 0,5 мм за время менее 1 сек. Методика апробирована в опытах по определению анизотропии теплофизических свойств монокристаллического иттрия.
 

Разработан способ, позволяющий в 10-15 раз уменьшить и стабилизировать на уровне первоначальной сборки величину переходного электрического сопротивления в разборных контактных соединениях, снизить потери электроэнергии и нагрев в этих устройствах, обеспечить возможность непосредственного соединения медных и алюминиевых контакт-деталей без каких либо наплавок и вкладышей. Эффект достигнут за счет получения нового типа специальных защитных металлопокрытий, которые образуются после нанесения на токопередающие поверхности контактов поверхностно активных электроплавких сплавов заданного состава.
 

Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем машин»
 

Созданы и применены на Оренбургском газохимическом комплексе новые методы расчета накопленных повреждений и остаточного ресурса потенциально опасных объектов, работающих в сероводородной среде. Методы обеспечивают существенное повышение безопасности и долговечности конструкций за счет выявления и замены их наиболее поврежденных локальных частей.
 

Институт промышленной экологии
 

С использованием искусственных нейронных сетей в едином подходе выполнено моделирование процессов, определяющих динамику поступления в окружающую среду и дальнейшую миграцию искусственных радионуклидов из Теченского каскада водоемов ПО «Маяк» (рис.33).

Рис. 33. Результаты прогнозирования концентрация стронция-90 в воде р. Теча в створе с. Першинское. (Обучение произведено на 50 значениях, тестирование – на 10).

Сравнение результатов моделирования с данными радиационного и гидрологического мониторинга показало возможность использования созданных нейросетевых моделей для среднесрочного прогнозирования динамики уровня воды в водоеме 11 и концентрации радионуклидов в воде р. Теча в пределах Челябинской и Курганской областей.
 

Отчет о научной и научно-организационной
деятельности за 2006 г. Часть 1.