Skip to Content

МЕТАЛЛОВЕДЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

В Уральском отделении РАН Алексея Викторовича Макарова, недавно избранного членом-корреспондентом Академии, хорошо знают в качестве исполняющего обязанности главного ученого секретаря Отделения. Сегодня мы представляем его как ученого. Член-корреспондент А.В. Макаров — известный специалист в области физического металловедения, заведующий отделом материаловедения и лабораторией механических свойств ИФМ УрО РАН, автор более 300 статей, 2 монографий, 4 учебных пособий и Международной энциклопедии по трибологии, 12 патентов и 2 авторских свидетельств на изобретения. В Уральском федеральном университете он читает курсы лекций по лазерным термическим, модифицирующим и аддитивным технологиям. А.В. Макаров — лауреат премии УрО РАН им. академика В.Д. Садовского и премии МАИК «Наука/Интерпериодика» за лучшие публикации. Недавняя разработка возглавляемого им научного коллектива — износостойкие покрытия на никелевой основе для высокотемпературных применений в металлургии — вошла в перечень важнейших достижений Уральского отделения за 2019 г. 
— Уважаемый Алексей Викторович, можно сказать, что вы как ученый продолжаете семейные традиции?
— Да, в определенной степени. Мои родители — инженеры в области химического машиностроения. Отец Виктор Матвеевич Макаров в 40 лет стал директором Уралхиммаша, которым руководил 18 лет. Был доктором технических наук, профессором, в 1986–1994 гг. — первым директором-организатором Института машиноведения УрО РАН. Старший брат Александр Викторович тоже стал доктором наук (экономических) и профессором. Мама Алевтина Гавриловна была конструктором в НИИХиммаше.
Я поступил на механико-машиностроительный факультет Уральского политехнического института, ныне УрФУ. Первое мое знакомство с академическими учеными произошло на четвертом курсе: как секретарю комитета комсомола факультета мне поручили подготовить речь по выдвижению академика С.В. Вонсовского в депутаты Верховного совета РСФСР. После окончания института по приглашению В.Ф. Ухова устроился на работу в Институт металлургии УНЦ АН СССР, там же проходил аспирантуру, а исследования проводил в Институте физики металлов в лаборатории В.М. Счастливцева. В 1986 г. окончательно перешел в ИФМ, где занимался повышением износостойкости сплавов, в том числе с помощью лазерного упрочнения. Лазерной тематикой живо интересовался академик В.Д. Садовский, с именем которого связаны классические работы по проявлению структурной наследственности в сталях при лазерном нагреве. И мне в течение восьми лет довелось общаться с Виссарионом Дмитриевичем. Об этом я написал в «Гимне металловедов»:
Вместе мы полжизни
прошагали
Вдоль по коридорам ИФМ,
И с самим Садовским
обсуждали
Запросто мы тысячи
проблем.
В 2000–2014 гг. я заведовал лабораторией конструкционного материаловедения Института машиноведения УрО РАН, а затем снова вернулся в ИФМ в качестве заведующего отделом материаловедения, который ранее возглавляли академики В.Д. Садовский, В.М. Счастливцев и член-корреспондент В.В. Сагарадзе.
Вот такая научная биография. Я принадлежу к уральской школе металловедения, которой посвящены стихотворные строчки:
Так будем этим дорожить,
И дальше преданно служить
Науке вечной о металлах,
Науке, без которой
нам не жить.
— Чем вы занимались в первый ИФМовский период?
— Специализировался как в области металловедения, так и в области электромагнитного неразрушающего контроля, чему послужило предложение Э.С. Горкунова о совместных исследованиях. При этом проблемы износостойкости и контроля качества износостойких материалов и покрытий я рассматривал с точки зрения металловеда.
60-80% изделий машиностроения выходят из строя вследствие поверхностного разрушения при изнашивании. Процессы коррозионного, эрозионного разрушения и даже появления усталостных трещин также развиваются в поверхностных слоях изделия. Чтобы повысить долговечность и надежность различных деталей и инструментов, нужно сформировать на их поверхности высокопрочные, износостойкие и коррозионностойкие поверхностные слои и покрытия. Их получают, например, с помощью лазерной закалки или наплавки. В те годы своего технологического лазера у нас не было, вернее, был маломощный твердотельный лазер, который быстро отработал свой ресурс. Впрочем, и до сих пор лазера нет. И тем не менее мы получали фундаментальные результаты и предлагали промышленности реальные технологии.
Так, в конце 1980-х гг. мы с Л.Г. Коршуновым разработали технологию упрочнения деталей буровых долот. Начали с лазерного метода формирования износостойких структур, а в итоге стали создавать требуемые структуры на доступном для массового производства оборудовании, имеющемся на заводе. Я тогда до семи месяцев в году проводил в командировках, отслеживая изготовление и испытания опытных долот. Чтобы внедрить технологию, нужно было получить положительные результаты приемочных испытаний в пяти различных регионах России. Поэтому довелось побывать в Сургуте, Салехарде, Ноябрьске, Тарко-Сале, Тевризе и других городах Западной Сибири. Нас забрасывали вертолетом — «бортом» — на буровые станции, куда добраться можно было еще только по замерзшей дороге (зимником). Испытания прошли успешно, и в 1989 г. наша технология упрочнения была внедрена на заводе «Уралбурмаш» в Верхних Серьгах в крупносерийном производстве 11 типов буровых шарошечных долот. Экономический эффект только для одного типа долот составил 2,5 миллиона рублей в год, при том что годовой бюджет большой (более 30 сотрудников) лаборатории физического металловедения, где я тогда работал, был в несколько раз меньшим. Мы даже получили максимально возможный гонорар — 20 тысяч рублей за внедренное рацпредложение и авторское свидетельство на эту технологию. Правда, когда эти деньги до нас дошли в пору бешеной инфляции начала девяностых, вместо трех автомобилей на них можно было купить всего пару батонов колбасы.
В память о тех годах сохранились строчки, посвященные моему главному учителю в науке доктору технических наук Льву Георгиевичу Коршунову:
Тот край суровый не забыть
 нам нипочем,
Куда дорога только
«зимником» и «бортом»,
Где буровых на горизонте
профиль гордый
И факела над ними
плещут кумачом.
— Что дало дальнейшее изучение способов повышения износостойкости материалов?
— Мы исследовали процессы, которые происходят в тонких поверхностных слоях при трении. Оказалось, что на поверхности трения металлических материалов всегда естественным путем возникают нанокристаллические структуры. Их изучение позволило объяснить важнейшие трибологические (от лат. tribos — трение) свойства металлов и сплавов. Более того, у нас возникла идея использовать трение для целенаправленного фрикционного наноструктурирования материалов, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики поверхности.
— Значит, трение может быть полезным?
— Трение наряду с гравитацией — важнейшие процессы, определяющие жизнедеятельность на Земле. Основополагающий вклад в осмысление явления трения внес гениальный мыслитель эпохи Возрождения и величайший инженер Леонардо да Винчи, что стало особенно очевидно после сенсационной находки в 1960-х гг. в Национальной библиотеке Мадрида двух неопубликованных рукописей, названных «Мадридский кодекс». Великий Леонардо на основе опытов открыл основные законы трения и впервые ввел в инженерный обиход понятие коэффициента трения.
В самой природе трения заложено важнейшее условие деформационного наноструктурирования — создание напряженного состояния, реализуемого при сдвиге под высоким давлением. Технологию формирования на поверхности материала наноструктурированного слоя назвали наноструктурирующей фрикционной обработкой. Она позволяет повысить твердость, износо- и теплостойкость, а также коррозионную стойкость поверхностных слоев металлических материалов и одновременно улучшить качество их поверхности, уменьшить ее шероховатость. Это касается практически любых сплавов, включая высокопрочные и труднодеформируемые термоупрочненные стали или хромоникелевые лазерные наплавки.
Наши фундаментальные разработки в этой области уже находят применение в машиностроительном производстве. Совместно с коллегами из ООО «Сенсор» (г. Курган), которое возглавляет доктор технических наук В.П. Кузнецов, была разработана финишная технология наноструктурирующего выглаживания (этому посвящена докторская диссертация Виктора Павловича). Технология успешно используется на этом предприятии при изготовлении запорной арматуры и деталей погружных насосов. Мы продолжаем исследования в этом направлении. В 2018 г. получен патент РФ на новый способ ультразвуковой ударно-фрикционной обработки, предложено использовать фрикционную обработку для активизации химического модифицирования при плазменных обработках, а также перед нанесением тонкопленочных покрытий.
— Одна из ваших последних разработок — износостойкие покрытия на никелевой основе для высокотемпературных применений. В чем их преимущества?
— Мы обнаружили новый эффект: в результате высокотемпературного отжига в лазерном покрытии на основе никеля формируются термически стабильные износостойкие структуры каркасного типа с крупными карбидами и боридами хрома. После такой обработки материал из класса теплостойких переходит в класс жаропрочных. Этот эффект использован в инновационной технологии изготовления стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок с композиционными износостойкими покрытиями. В свое время такими машинами славился Уралмаш, а сейчас мы покупаем их в основном за рубежом. В процессе эксплуатации стенки кристаллизаторов подвергаются интенсивному нагреву, значительным механическим нагрузкам, износу, коррозии и эрозионному разрушению. Это дорогостоящий расходный материал. Традиционно для упрочнения импортных стенок из медных сплавов применяются гальванические покрытия. Использование композиционных покрытий с термической обработкой повышает ресурс стенок в 3–12 раз относительно зарубежных аналогов. В Нижнем Тагиле на ЗАО «Машпром», которое возглавляет А.Б. Котельников, организовано производство плит кристаллизаторов с износостойкими покрытиями, которое полностью покрывает потребности российских предприятий и ориентировано на экспорт продукции. Испытания новой импортозамещающей технологии прошли на крупнейших металлургических комбинатах России, и суммарная эффективность ее применения уже превысила 10 млрд рублей.
Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото С. НОВИКОВА
 
5 марта член-корреспондент РАН А.В. Макаров отметил 60-летие. Президиум УрО РАН, коллективы Института физики металлов, Института машиноведения и редакция газеты «Наука Урала» поздравляют Алексея Викторовича с юбилеем и желают новых научных достижений!
 
Накануне юбилея вышла книга песен и стихотворений Алексея Макарова «Времени бег». В стихотворных строчках отражены события, свидетелем и участником которых стал автор, а самое главное — люди, чьи судьбы автору довелось наблюдать и разделять. Особое место в книге отведено науке и ученым, песни о которых звучат на конференциях и в кругу друзей. Некоторые из них стали визитной карточкой уральских металловедов. Предлагаем читателям небольшую подборку стихотворных текстов из новой книги. 
 
Друзья
Есть в России такой обычай —
Уходящим в поход сыновьям
Мать-Земля рукой горемычной
Дарит горсть своего огня.
Эта горсть напóит-накормит,
Эту горсть у сердца хранят,
И о друге она напомнит,
Что остался в родных краях.
Припев: Друзья — это времени бег,
Друзья — это памяти снег,
Что сугробами прожитых лет
Согревает тебя, человек.
Для нас стройотряд зваться
Чем-то вроде Родины стал,
Это Родина нашего братства,
Где друга другом назвал.
Из прожитых не впустую
Дней, что делом накалены,
Мы выносим дружбу мужскую,
Как горсть родимой земли.
Друзья становятся старше,
Но сердца не устанут петь —
Стойотрядовской дружбе нашей
Не дано никогда стареть.
Так пускай эта дружба крепнет,
Как мускулы наших рук,
Могут руки согреть планету,
По которой идешь ты, друг.
 
За науку
От меди до тантала
Нет того металла,
Который не исследовали мы
На предмет сомнений
В свойствах и строении,
На предмет структурной красоты.
Лазером и взрывом
В творческом порыве
Жгли металлов звонкое нутро,
И магнитным полем
Нагружали вволю,
Всем известным правилам назло.
Припев: Так выпьем за науку —
За свою подругу,
А если нам не хватит по одной,
Мы добавить рады —
Все науки ради,
За нее тряхнем мы стариной.
Экран у микроскопа,
Словно глаз циклопа,
В темноте рефлексами горит,
Мы бродим по рефлексам,
Как по звездным безднам
Над планетой плыл Экзюпери.
От вредных измерений
Слегка мы угорели,
Но ответим тем, кто упрекнет:
С наше поснимайте
И пооблучайте,
С наше поисследуйте хоть год.
Есть, чтоб выпить, повод —
За научный довод,
И, традиционно, за успех,
Как мы начинали
И открыть мечтали
Свой металловедческий эффект.
Без души, товарищ,
Стали не закалишь,
И нужна при этом голова —
Так станем докторами
И профессорами,
Ну, а кандидатами сперва.
Год: 
2020
Месяц: 
март
Номер выпуска: 
5
Абсолютный номер: 
1209
Изменено 18.03.2020 - 13:17


2012 © Российская академия наук Уральское отделение
620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
makarov@prm.uran.ru +7(343) 374-07-47