четверг, 26 января 2012 г.

Эволюция "Булата"

научно-детективная история

Один из векторов развития мировой индустрии связан  с созданием новых материалов. Этот лозунг звучит примерно так: «Больше материалов, хороших и разных». Свою лепту в их создание внес в свое время и Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт». В конце 60-х начале 70-х годов прошлого века он осуществил высокотехнологическую разработку – синтез высокотвердых покрытий нитрида титана вакуумно-дуговым способом. Эта разработка оказала существенное влияние на технологии обработки металлов резанием. Поэтому, стоит напомнить ее краткую историю.


Хорошо забытое

В истории науки и техники немало почти детективных сюжетов, завязка которых происходила и 100, и 150 лет назад, когда кто-то делал преждевременное открытие или изобретение, а потом оказывался забытым на долгие годы вместе со своим открытием.

Впервые вакуумный дуговой разряд с холодным катодом начал исследовать профессор Йельского университета Артур Райт в 1876 г. в связи с попытками улучшить вакуум, получаемый ртутным насосом. Спустя 10 лет этим разрядом заинтересовался Эдисон. Он десять лет отстаивал свои права первооткрывателя в Патентном ведомстве и даже получил соответствующий патент, но в укороченном виде. Изобретения Райта и Эдисона оказались преждевременными и были надолго забыты.

Надолго, но не навсегда. Почти через 100 лет в Харьковском физико-техническом институте в отделе физики плазмы по проблеме управляемого термоядерного синтеза заработала стеллараторная программа, руководителем которой был назначен молодой тогда Владимир Тарасович Толок. 25 декабря прошлого года члену-корреспонденту НАНУ В.Т. Толоку исполнилось 85 лет и эту статью можно считать посвященной славной дате.

Стеллараторщики тоже столкнулись с проблемой получения высокого вакуума в большом объеме и тоже обратились к вакуумной дуге как к инструменту улучшения вакуума. В общем, в вакуумируемом объеме практически постоянно горела дуга, а из нее вылетали разнообразные частицы, образовывавшиеся из материала катода (титан) и из остаточных газов (в основном, из азота). Весь этот мусор благополучно оседал на многочисленных элементах внутренних конструкций стелларатора. Был не тот случай, когда на мусор можно было закрыть глаза: время от времени его необходимо было убирать. И тогда занимавшиеся уборкой машины лаборанты столкнулись с тем, что это очень непросто сделать: “мусор”, с одной стороны, хорошо цеплялся за металлические поверхности, а с другой – обладал очень высокой твердостью. Очищался он только по-русски – “с помощью ломика и какой-то матери”. Когда слухи об этих затруднениях достигли начальника отдела, Владимир Тарасович распорядился замерить твердость покрытия. И тогда оказалось, что она превосходит твердость лучших инструментальных сталей! Вот так в отделе возникла новая тема, никем не утвержденная и никем не финансируемая. Понятно было, что “в этом что-то есть” – Владимир Тарасович сразу оценил возможный потенциал нового эффекта, но легализовать его исследования оказалось очень проблематично.

Времена не выбирают – в них живут и умирают…

Проблематично в первую очередь потому, что у руководителей института были свои пристрастия в научной тематике, и мысль об отвлечении ограниченных бюджетных средств от любимых детищ на эту непрошенную, – пусть даже и трижды перспективную, но чужую, – тему, вызывала у них аллергию. В общем, новая тема ко двору не пришлась и Владимир Тарасович оказался обреченным на подпольную деятельность. Нет, можно было бы и ничего не делать, и с точки зрения многих и многих это и было бы самым правильном, но… знаете, как говорят: “Кто не рискует, тот не пьет шампанского”. А кто не любит шампанское? Любил и Владимир Тарасович, и ничего зазорного в этом нет.

На этом поприще, – не шампанского, конечно, а высокотвердых покрытий, – завязались у него определенные отношения с директором харьковского же завода транспортного машиностроения им. Малышева, для которого большой головной болью был быстрый износ режущего инструмента. Владимир Тарасович предложил ему упрочнять его рабочие части новым высокотвердым покрытием.

На тот момент это было уникальное торговое предложение. Испытания упрочненного инструмента превзошли самые смелые ожидания. С завода в Москву улетели победные реляции. А в институте об этом ничего не знали. И, когда из Москвы пошли в институт звонки, для дирекции это было, как снег на голову. А на голову В.Т. Толока обрушились директорские громы и молнии.

Но обрушились – поздно. “Прикрыть” “Булат” – так назвали разработку у Толока – было уже невозможно, в действие вступили силы, куда более мощные, чем дирекция ХФТИ. В отделе В.Т. Толока появилась новая – “булатная” –  лаборатория, ее начальником стал довольно молодой для такой должности Валентин Глебович Падалка. Это был высокий, худой и очень серьезный человек с грустными выпуклыми глазами. Парадоксально, – я бы сказал, – серьезный, потому что при всей серьезности он очень иронично преломлял через себя окружающую действительность. Стояли мы с ним как-то в очереди в институтской столовой.

– Валентин Глебович, вам что взять – чай или кофе?

Запустил серьезный (очень серьезный) глаз в прейскурант:

– Я думаю, лучше пить не-чай за пять копеек, чем не-кофе за десять...

 Для него эта должность стала восхождением на Голгофу. Потому что “булатный” скандал еще не закончился. Дело в том, что московское начальство решило успех ХФТИ коммерциализировать, то ли в самом деле не понимая, что сделать это надо в первую очередь у себя в СССР, то ли имея тайный умысел. С этой целью в декабре 1979 года было подписано лицензионное соглашение, согласно которому американской фирме «Noble Field» (после переименования «Multi Arc Vacuum Systems» или MAVS) передается технология осаждения покрытий TiN на инструменты из быстрорежущих сталей и «пилотный» образец установки «Булат-3». В полной мере используя приобретённое исключительное право на технологию, MAVS создаёт сеть дочерних фирм более чем в 40 пунктах Североамериканского, Европейского и Азиатского континентов. Быстро стало ясно, что на вложенные миллионы американцы получат многие миллиарды отдачи. То есть, для страны министерская “коммерция” обернулась колоссальными убытками. И тогда в институте пошли разговоры, что это все Падалка… То ли он украл, то ли у него украли. Валентин Глебович такого “нимба” не выдержал – он ушел из ХФТИ заведовать кафедрой, а спустя некоторое время  заболел и умер. На сегодняшний день этот замечательный человек практически полностью забыт. При написании текста статьи я полез в интернет – поискать хотя бы минимальные сведения о нем, но нашел только имя в списках авторов многочисленных изобретений и патентов. Да и те – российские. Не в первый уже раз возникает у меня впечатление, что Украина никогда всерьез не заботилась о своих интеллектуальных приоритетах.

Светлая ему память.

Птица Феникс

Конечно, продажа всех прав на “Булат” за границу, обернувшаяся огромными утраченными прибылями, была не самым мудрым решением: она нанесла сильный удар по моральному духу исследователей и несколько притормозила дальнейшее развитие технологии. Однако же в этом деле – изобретательстве – есть одна важная и тонкая деталь. Называется она “формула изобретения”. То-то и то-то, основанное на том-то и том-то и для достижения таких-то и таких-то целей отличающееся тем-то и тем-то. Примерно так. То есть можно взять в качестве прототипа тот же “Булат” – прошедшего поколения – и совершенствовать его, а предела совершенству нет. Эти  идеи  по созданию вакуумно-дуговой установки нового поколения  пришли к нынешнему заместителю гендиректора по технологическим и опытно-конструкторским работам  ННЦ “ХФТИ” В.М. Шулаеву.

– Валерий Михайлович, насколько актуальны сегодня исследования покрытий нитрида титана?

– Нитрид титана – это самый коммерциализированный на сегодня материал в сравнении с другими типами покрытий из тугоплавких нитридов и карбидов на основе переходных металлов. Тысячи установок для нанесения покрытий нитрида титана на различные изделия эксплуатируются в развитых странах мира. Много десятков новых установок каждый год внедряются в мировую индустрию и  расширяют сферу использования покрытий нитрида титана. Уже невозможно составить полный перечень всех их практических применений.

Например, декоративные покрытия нитрида титана, имитирующие цвет золота. Они сверкают на куполах церквей, элементах архитектурных сооружений, бижутерии, зубных протезах, деталях автомобилей, различной мебельной фурнитуре, водопроводной арматуре, оправах очков, спортивных товарах, сантехническом оборудовании и т.д.

Относительно новая область биомедицинских применений, благодаря совместимости покрытий нитрида титана с тканями человеческого организма, превратилась в самостоятельную отрасль (медицинские приборы, стоматологические инструменты, хирургические имплантаты и др.)

– Так что, у нитрида титана началась вторая жизнь?

– Можно, конечно, и так сказать. Хотя у него и первая не прерывалась. Казалось бы, ужесточающаяся конкуренция должна была сузить сферу практического применения  покрытий нитрида титана, как упрочняющего материала. Но нитрид титана оказался не так прост. Новые научные открытия выявили его новые уникальные свойства (в первую очередь сверхвысокую твердость, Hм  выше 40 ГПа), но уже у наноструктурного кубического нитрида титана сильно нестехиометрического состава. Новая технология синтеза основывалась на использовании пульсирующей плазмы.  Наноструктурные покрытия сильно нестехиометрического кубического нитрида титана, соответствующие некоторым  определенным составам, как оказалось, обладают замечательными электрическими, оптическими, оптоэлектронными, механическими и другими свойствами…

– Какую твердость вам удавалось получить?

– 40-60 ГПа! Это очень высокий показатель. Пока он не превзойден.


 - Валерий Михайлович, а за счет чего происходит такое сильное упрочнение покрытия?

- Различие между традиционной вакуумно-дуговой технологией предыдущего поколения и осаждением наноструктурных покрытий нитрида титана с использованием пульсирующей плазмы состоит лишь в том, что при одинаковом химическом составе в новом способе синтеза имеет место эффект упорядочения в неметаллической подрешетке азота на основе фазового перехода первого рода «беспорядок-порядок».

- И каким образом Вы собираетесь использовать новые возможности?

- На основе этих исследований разработана новая «НИТТИН» технология» синтеза сверхтвердых наноструктурных  покрытий нитрида титана, а также оборудование для синтеза таких покрытий – новая вакуумно-дуговая установка также с торговым знаком «НИТТИН». С точки зрения физики – это другой материал, хотя, конечно и близкий родственник прежнего. Потому и название у него другое.

Комментариев нет:

Rambler's Top100 Полный анализ сайта Всё для Blogger(а) на Blogspot(е)! Закладки Google Закладки Google Закладки Google Delicious Memori БобрДобр Мистер Вонг Мое место 100 Закладок