«Лаборатория электронной микроскопии и нанотехнологии» РГП «Карагандинский государственный индустриальный университет»

Направление деятельности лаборатории: нанотехнологии и новые материалы; технологии для углеводородного и горно-металлургических секторов и связанных с ними сервисных отраслей: 1. Научные основы получения наноструктурных материалов интенсивной пластической деформацией. 2. Физико – химические основы создания принципиально новых сплавов на основе металлов, производимых в Казахстане. 3. Научные основы современных металлургических процессов для создания конкурентноспособных технологий. 4. Современные подходы к переработке техногенных отходов металлургического производства, углеобогатительных фабрик и угольных разрезов. Лаборатория создана в 2008 году (Приказом председателя Комитета науки МОН РК 58 от 3 апреля 2008 года) Цель лаборатории: Разработка научных основ и технологий создания новых перспективных материалов для металлургической и машиностроительной отрасли, производства комплексных ферросплавов и промышленного использования отходов

Штат и квалификация персонала лаборатории 1. Найзабеков Абдрахман - научный руководитель лаборатории, д.т.н., Батырбекович профессор, академик НАН ВШ, академик КНАЕН РК. 2. Нурумгалиев Асылбек - заведующий лабораторией, д.т.н., Хабадашевич профессор. 3. Лежнев Сергей - старший научный сотрудник, к.т.н Николаевич 4. Кулжабаева Айгуль - научный сотрудник, к.т.н. Аманалиевна 5. Андреященко Виолетта - младший научный сотрудник Александровна магистр наук 6. Аменова Алия - младший научный сотрудник Абуовна магистр наук 7. Ульева Гульнара - младший научный сотрудник Анатольевна 8. Ахметова Гульжайна - младший научный сотрудник Есенжоловна магистр наук 9. Мигачев Борис - консультант, д.т.н., профессор Александрович 10. Арбуз Александр - младший научный сотрудник Сергеевич магистр наук 11. Герасимов Александр - мастер Петрович

На базе лаборатории проводятся следующие плановые долгосрочные исследования: -разработка теоретических основ получения объемных наноструктурных материалов интенсивной пластической деформацией и разработка на основе этих исследований энергосберегающие технологии обработки металлов давлением с целью получения субультромелкозернистой структуры (наноструктуры). -разработка технологии получения и пластического деформирования сплава системы Al – Si – Fe с рациональным содержанием элементов, который будет характеризоваться следующими свойствами: 1) невысокой массой по сравнению с многими сплавами на основе Fe; 2) высокой прочностью и достаточной пластичностью; 3) высокой магнитной проницаемостью; 4) высоким электросопротивлением; 5) низкой коэрцитивной силой. -разработка технологии выплавки комплексных ферросплавов из некондиционных видов сырья. -разработка технологии промышленного использования отходов углеобогатительных фабрик, расположенных в хвостохранилищах и угольных разрезов, накопленных в отвалах, позволяющая снизить себестоимость выпускаемой продукции промышленных предприятий и улучшить экологическую обстановку в районах их расположения. По данным направлениям исследований в 2010 году на базе лаборатории КГИУ выполнялись следующие проекты:

- «Разработка и опытно – промышленное опробование новых технологий получения объемных наноструктурных материалов ковкой и прокаткой». Программа «Развитие нанонауки и нанотехнологий в республике Казахстан на 2010 – 2012 годы» (Договор 262 от г. Объем финансирования – 5 млн тенге). - По программе: «Международное сотрудничество и международное научно- технические программы и проекты»: «Использование ресурса пластичности непрерывно литых заготовок для производства горячее- и холоднокатаного листового металла с заданными структурой и свойствами в условиях АО «АрселорМиттал Темиртау» (ранее Карагандинских металлургический комбинат)» (Договор 358 от г. Объем финансирования – 5 млн тенге). - По программе «Инициативные и рисковые научные исследования и разработки на 2010 год» проект: «Разработка технологии ковки металлов и сплавов в инструменте, реализующем интенсивные пластические деформации с целью получения металлоизделий с субультрамелкозернистой структурой и повышенными и механическими и эксплуатационными свойствами при незначительных энерго- и трудозатратах» (Дополнительное соглашение 2 к договор 226 от г. Объем финансирования – 10 млн. тенге).

Полученные результаты научных исследований: - Разработаны теоретические основы получения объемных наноструктурных материалов пластической деформацией и разработаны на основе данных исследований энергосберегающие технологии обработки металлов давлением с целью получения субультрамелкозернистой структуры, такие как прессование в равноканальной ступенчатой матрице и деформирование на установке, реализующей совмещенный процесс «прокатка-прессование». - Разработана технология выплавки комплексных ферросплавов из некондиционных видов сырья. - Разработана технология промышленного использования отходов УОФ, расположенных в хвостохранилищах и угольных разрезов, накопленных в отвалах, позволяющая снизить себестоимость выпускаемой продукции промышленных предприятий и улучшить экологическую обстановку в районах их расположения.

В настоящее время многие новые технологии внедрены в производство или же прошли опытно-промышленное опробование. Так например: технологии обработки металлов давлением и инструменты, позволяющие получать металл с субультрамелким зерном прошли опытно- промышленное опробование в условиях АО «Арселор Миттал Темиртау», в ходе которого были получены опытные образцы заготовок, предназначенных для металлорежущих инструментов, которые обладают высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Так же прошел опытно-промышленное опробование и сам металлорежущий инструмент (в частности сверла, метчики, резцы) изготовленный из заготовок продеформированных по новой технологии, в ходе которого было подтверждено, что срок службы металлоизделий изготовленных из обычных легированных сталей, продеформированных по новой технологии не уступает сроку службы металлоизделий изготовленных из высоколегированных инструментальных марок сталей, продеформированных по действующей технологии. Кроме этого учеными университета совместно с сотрудниками технического отдела АО «Арселор Миттал Темиртау» была разработана и внедрена новая технология производства горячекатаной стали, используемая для изготовления труб (Экономический эффект составил около 80 млн. тенге). Последним достижением ученых университета является новая технология прокатки сортового металла, которая позволяет получать высококачественный сортовой металл при незначительных энергозатратах. В настоящее время достигнута договоренность и разрабатывается техническая документация для внедрения данной технологии на АО «АрселорМитталТемиртау», что позволит принести существенный экономический эффект.

Публикации Результаты исследований опубликованы в зарубежных и республиканских научных журналах (14 статей), доложены на международных конференциях (24 доклада). Некоторые из них приведены ниже (с момента открытия лаборатории): 1.Obtaining of bulky nanocrystaline materials by plastic deformation.// 18-th International Conference on metallurgy and materials METAL, Ostrava, Czech Republic Развитие и совершенствование технологий получения высокопрочных металлов и сплавов интенсивной пластической деформацией.// Международная юбилейная школа-конференция «Прогрессивные технологии пластической деформации», Москва Prospects of introduction of nano - structural metals and alloys for making metal cutting tools and parts of critical purpose.//1st Conference with International Participation NANOCON Ostrava, Czech Republic Исследование физико-химических свойств углеотходов с целью улучшения показателей производства.// Всероссийская конференция с международным участием "Исследования в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов". Екатеринбург, Россия Development and improvement of production of solid nano-structural materials and alloys by nigh – rate plastic deformation.// XI International scientific conference «New technologies and achievements in metallurgy and material engineering», Czestochowa, Poland Effect of billet turning on stressed and strained state of metal during rolling-extrusion joint process.// 19- th International Conference on metallurgy and materials METAL, Ostrava, Czech Republic Achievements and perspectives of development of Karaganda state industrial university for the research of new technologies and methods of plastic metal working.// Internationale Tagung Umformtechnik «MEFORM 2010» 80 Jahre Walzwerks- und Werkstofftechnologiein Freiberg, Германия Prospects of industrial introduction of new technologies of making metals and alloys of sub ultra fine – grain structure and manufacturing metal cutting tools and critical parts// The 6th International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing, Guilin, China, На все разработанные в рамках данных исследований способы деформирования и инструменты для их реализации получены инновационные патенты и патенты Республики Казахстан.

РГП «КГИУ» имеет договора о научно-техническом сотрудничестве с: 1.Фрайбергской Горной Академией (Германия); 2.Техническим университетом г. Острава (Чехия); 3.Ченстоховским Политехническим университетом (Польша); 4.Техническим университетом г. Харбин (Китай); 5.Национальным исследовательским техническим университетом «МИСиС»; 6. Санкт-Петербургским государственным политехническим университетом; 7. Южно-Уральским Государственным Университетом (г. Челябинск); 8.Уральским государственным техническим университетом (Екатеринбург); 9. Днепродзержинским государственным техническим университетом (Украина) 10. Днепропетровской металлургической академий (Украина) и др. Организации-партнеры: 1. АО «Арселор Миттал Темиртау»; 2. ТОО «EGS-Solutions»; 3. Корпорация «Казахмыс»; 4. АО «ТНК Казхром».

Лаборатория располагается в 6–ти аудиториях с подсобными помещениями общей площадью 465 кв. метров. Лаборатория электронной микроскопии и нанотехнологии оснащена следующим оборудованием: 1. Камерные и трубчатые печи сопротивления Nabertherm Предназначены для нагрева различных материалов и проведения разнообразных видов термообработки при температуре до 1300ºС.

2. Отрезной станок Labotom 3. Полировально-шлифовальный станок Tegra Force – высокоточный отрезной станок, предназначенный для точного бездеформационного отрезания металлов с твердостью от 30 до 2000 HV. Отрезной станок позволяет получить срез, имеющий ровную, минимально деформированную поверхность. Абразивное мокрое отрезание обеспечивает минимум повреждений поверхности, что облегчает и ускоряет дальнейшую подготовку образцов. Предназначен для высококачественного автоматизированного шлифования и полирования. Станок используется с применением шлифовальных дисков и полировальных сукон на магнитной фиксации MD-System. Станок позволяет производить материалографическую подготовку материалов с твердостью 30 – 2000 HV. 4. Высокоточный отрезной станок Accutom-5 -предназначенный для точного бездеформационного отрезания всех материалов, в том числе для тонких срезов. Высокоточный отрезной станок Accutom-5 используется для подготовки образцов для исследований субультра- и наноструктурных материалов.

5. Универсальная крутильно-разрывная машина МИ-40КУ 6. Универсальный измерительный микроскоп УИМ-23 Универсальный измерительный микроскоп УИМ- 23 (тип УИМ-200Э) предназначается для измерения линейных и угловых размеров различных изделий в прямоугольных и полярных координатах. В частности, на микроскопе можно измерять всевозможные резьбовые изделия, режущий инструмент, профильные шаблоны и лекала, кулачки, конусы, метчики, резьбонарезные гребенки и др. Универсальная крутильно-разрывная машина МИ-40КУ предназначена для испытания образцов на растяжение, сжатие и кручение. Машина используется совместно с IBM – совместимой ПЭВМ и обеспечивает построение графиков зависимости усилия и момента от деформации на дисплее ПЭВМ. Машина позволяет автоматически производить следующие измерения: – значения линейного перемещения траверсы; – значения текущей нагрузки F тек; – значения углового перемещения захвата кручения; – значение текущего момента М тек.

7. Рентгеновский дифрактометр ДРОН 6 8.Комплекс рентгеновский измерительный «РИКОР» Комплекс рентгеновский измерительный «РИКОР», предназначен для измерения интенсивности аналитических линий рентгеновской флуоресценции химических элементов, массовой концентрации элементов (от Р (15) до U (92)), угловых положений и интенсивности дифракционных пиков возникающих от воздействия направленного на анализируемый образец сфокусированного рентгеновского излучения, а также для структурного и элементного анализа порошковых образцов. Применяемая рентгеновская схема – «Метод параллельного пучка». Предназначен для анализа фазового состава при создании новых современных материалов и технологий, при отработке оптимальных технологических режимов термической, химико-термической, механической обработки, сварки, нанесении покрытий. Определение внутренних напряжений, изучения влияния деформации на текстуру поликристаллических материалов, оценки изменений в структуре материала при эксплуатации или испытаниях, исследования диаграмм состояния сплавов и др.

9. Оптические микроскопы OLIMPUS и LEICA 10. Спектрометр искровой SPEKTROLAB Прибор, предназначенный для определения химического состава металлов и сплавов с помощью искровой спектрометрии. Анализ производится методом возбуждения электрической искры или дуги между образцом исследуемого металла (сплава) и электродом, в результате которой часть металла испаряется. Прибор имеет возможности определения химического состава сплавов на основе железа, алюминия, меди и цинка с добавлением до 20 легирующих элементов (Сг, V, W, S, Р, С, Nb, Мо, Ni, Тi, Аs и др.). Предназначен для исследования фазового состава и структурных особенностей металлов и сплавов при увеличении до х 1000 раз (от х 100). Оснащен приставкой для определения микротвердости отдельных фаз, приставкой для автоматической микрофотосъемки микроструктуры, а также оригинальным программным обеспечением для определения балла зерна и количества фаз.

11. Электронный сканирующий растровый микроскоп JEOL 5910 Сканирующий (растровый) электронный микроскоп является дорогостоящим инструментом в большом списке научных приборов, состоящих на службе металлурга. Увеличение можно получить от 18 до 300 тысяч крат. Микроскоп позволяет наблюдать топографию поверхности вследствие большой глубины фокуса. Имеется возможность исследования тонких деталей структуры. Можно изучать и получать снимки объемных изображений и конфигураций структуры.

12. Электронный просвечивающий микроскопом JEM-2100 фирмы JEOL. Увеличение микроскопа от 50 до крат позволяет полностью изучать атомно-кристаллическую структуру материала, включительно морфологию и характеристику кристаллической структуры, характеристики типа и распределения разных дефектов кристаллического строения (границы зерен, дефекты упаковки, дислокации, разные комбинации точечных дефектов), а также проводить химический анализ выделяющихся в сплавах частиц и разных включений (в том числе газовых пузырей, пустот), изучать доменную структуру. Объекты исследования просвечивающего микроскопа: Высокодисперсные порошки, осаждаемые на пленку-подложку после специальной операции. Окисные пленки – фольга, пленки металлов. Тонкие пленки, получаемые из массивных объектов путем химического утончения. Реплики, то есть тонкие пленки, воспроизводящие рельеф поверхности изучаемого объекта.