Гендиректор ИЛМиТ Роман Вахромов: Алюминий остается материалом XXI века

Фото предоставлено ИЛМиТ

Генеральный директор Института легких материалов и технологий (ИЛМиТ) Роман ВАХРОМОВ рассказал корреспонденту «НГ» Василию СТОЛБУНОВУ о сегодняшних задачах организации, ее планах и перспективах на будущее.

– Роман Олегович, институт был создан РУСАЛом при поддержке Минпромторга, Минобрнауки и Алюминиевой ассоциации. Кто из коммерческих, помимо РУСАЛа, и государственных компаний является партнером института? От кого идут заказы на проведение опытных работ? Как вы взаимодействуйте с потребителями различных отраслей промышленности?

– Стратегия компании РУСАЛ предполагает постепенное наращивание объемов производства продукции с добавленной стоимостью. Этого невозможно добиться без вывода на рынок инновационных продуктов, которые призваны частично заменить другие, устаревшие материалы. Но требования к новым продуктам могут сформулировать только потребители. Именно поэтому мы работаем в тесной кооперации с предприятиями транспортного машиностроения, судостроения и нефтегазовой, комической отраслей. Основной принцип взаимодействия складывается по простой схеме. Отрасль-потребитель алюминия выставляет требования к материалу, либо к технологии его обработки с учетом всех нюансов, в том числе его прочности и надежности, стоимости. ИЛМиТ же в свою очередь выполняет НИОКР, результатом которого является опытный образец продукции, который должен быть испытан и аттестован потребителем. Такая схема позволяет подтвердить технологичность разработки непосредственно на существующей базе потребителя, что существенно сокращает сроки по дальнейшему внедрению. Данная схема успешно подтвердила свою эффективность в рамках взаимодействия с крупными отечественными и зарубежными компаниями.

– В настоящее время институт уделяет особое внимание созданию литейных и деформированных сплавов, сплавов для аддитивных технологий. Над какими сплавами сейчас работает институт? Для каких отраслей?

– Институт работает по четырем направлениям: развитие литейных сплавов, деформируемых, аддитивных технологий и алюмооксидных продуктов. В настоящее время ИЛМиТ работает над созданием как новых деформируемых сплавов, так и над усовершенствованием существующих. Например, проводится разработка нового сплава для использования в нефтегазовом секторе, а именно в бурильных трубах. Разрабатываемый сплав будет обладать улучшенными эксплуатационными характеристиками, при этом себестоимость производства прессованных полуфабрикатов из данного сплава будет на 10% ниже, по сравнению с трубами из сплава, применяющегося в настоящий момент. Мы активно работаем над повышением технологичности сплавов для экструзии. В 2019 году мы успешно запустили линейку сплавов серии 6ХХХ, которые отличаются повышенной скоростью прессования. При этом по всем остальным показателям материал полностью соответствует российским и зарубежным стандартам. Проведенные опробования данных слитков у клиентов компании, как в России, так и за рубежом, подтвердили их высокое качество и повышенную на 25% скорость прессования. Еще один сплав был разработан учеными института для применения в железнодорожной технике - в цистернах для перевозки концентрированной азотной кислоты. Так, новый сплав Р-1407 по коррозионной стойкости сопоставим с чистым алюминием, но по прочности превосходит его в два раза. Данный факт позволяет разработчикам новой цистерны значительно массу тары, а следовательно перевозить больше продукции.

В плане аддитивных технологий мы успешно реализуем стратегический проект по созданию новых алюминиевых порошковых материалов для технологий селективного лазерного сплавления (SLM). Компания РУСАЛ успешно освоила выпуск порошков для аддитивных технологий, который благодаря высокому качеству и хорошей цене востребован не только в России, но и за рубежом. Традиционные алюминиевые сплавы, которые обычно используются при 3D печати, имеют ряд ограничений, связанных с их невысокой прочностью. Но мы создали и вывели на рынок линейку порошков из алюминиевых сплавов под маркой РС. Новые сплавы отличаются повышенной прочностью по сравнению с базовыми материалами и хорошо печатаются на различных принтерах. Так, например, нами создан сплав РС-553, легированный небольшой добавкой скандия. Его химический состав подобран таким образом, что без проведения закалки и искусственного старения можно добиться прочности на уровне 500МПа, что в 1,5 раза выше по сравнению со сплавом AlSi10Mg. Мы также успешно испытали наш сплав РС-320 при печати реальной детали. Стендовые испытания у потребителя показали, что напечатанная деталь лучше отлитой как по весовым показателям, так и по ресурсу. Мы также активно работаем над материалами для автомобилей, так как видим большой интерес со стороны европейских автопроизводителей.

– Какие есть препятствия для распространения 3D материалов? Только себестоимость?

– В первую очередь, если мы говорим о порошковых технологиях, а в частности о powder bed fusion, необходимо понимать, что есть ограничения по размерам печати готовой детали. Кроме того, стоимость оборудования и его производительность пока не позволяют перейти к массовому производству изделий. Эти технологические ограничения напрямую влияют на потребление порошков для аддитивных технологий.

Еще одним достаточно серьезным ограничением к применению являются необходимые процедуры сертификации материалов и технологий печати для ответственных применений. Так как аддитивные технологии сильно отличаются от традиционного металлургического передела, то пока только еще формируются нормы проведения данных мероприятий. В любом случае данный процесс занимает более года и требует значительных финансовых затрат, что также препятствует широкому распространению аддитивных технологий.

Поэтому вы правы, основным ограничением является все-таки себестоимость технологии в целом. Если говорить о материалах, то предприятия РУСАЛа успешно освоили выпуск алюминиевых порошков для аддитивных технологий.

Кроме того, с учетом «молодости » технологий на данный момент достаточно остро стоит вопрос с подготовкой технологического и обслуживающего персонала. Подготовка 3D модели, создание и правильное расположение поддерживающих структур, специализированные алгоритмы обработки контуров деталей требуют понимания процессов и специализированных навыков, поэтому наблюдается определенный дефицит высокопрофессиональных кадров.

– Над какими еще прорывными технологиями/продуктами с добавленной стоимостью сейчас работает ИЛМиТ и в чем заключается их уникальность?

– В настоящее время мы работаем над важным проектом, направленным на создание литейного сплава для автомобилестроения. У нас есть пул заказчиков, которые четко сформулировал свои требования – материал должен обладать высокими литейными свойствами, иметь коррозионную стойкость лучше у применяющегося сейчас силумина и при этом обеспечивать аналогичную прочность без применения упрочняющей термообработки (закалки). Задача не простая, но исключение из технологической цепочки закалки обеспечивает снижение на 17% себестоимости детали, как за счет сокращения производственного цикла, так и за счет устранения брака, вызванного поводками. Основная уникальность разработки состоит в том, что наш сплав не имеет аналогов по своему химическому составу, так как типичные коммерческие литейные сплавы в основной своей массе представлены материалами на основе системы алюминий-кремний с различными добавками. Мы же смогли адаптировать к литью принципиально иную композицию, сохранив высокую технологичность при литье. Необходимо отметить, что наш сплав успешно прошел испытания в двух европейских институтах литья и мы в ближайшее время уже переходим на испытания полноразмерных деталей.

Также сейчас перед нами стоит амбициозная задача по созданию высокожаропрочного алюминиевого материала, пригодного для 3D печати, который может составить конкуренцию титану и сталям. Основная проблема состоит в том, что аддитивное производство дает высокие скорости охлаждения, что делает структуру сплава нестабильной – достаточно маленького нагрева и характеристики прочности падают. Однако у нас есть собственные оригинальные наработки и мы уверены, что в ближайшее время сможем предложить рынку новый уникальный материал на основе алюминия. Также мы ведем работы по 3D-печати алюмоматричных композиционных материалов.

Мы выполняем и проект по разработке материалов для строительства, в частности для конструирования мостов. Наша основная задача представить материал с повышенной стойкостью коррозии, так как снижение стоимости эксплуатации и повышение срока службы – это ключевые преимущества алюминиевых решений. Но при этом мы должны повысить предел прочности для того, чтобы снизить материалоемкость конструкции при сохранении несущей способности конструкции в целом.

– Существует мнение, что композитные материалы в ближайшей перспективе заменят алюминий в авиакосмической отрасли. Согласны ли вы с этим утверждением? И насколько развитие аддитивных технологий может составить конкуренцию распространению композитным материалами в авиакосмической отрасли?

– Действительно, тренд такой есть, однако речь не идет о полном вытеснении. Безусловно, каждый из материалов имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому истинное мастерство конструктора и технолога заключает в поиске оптимальной комбинации материалов. Тем не менее это не значит, что алюминиевая отрасль смирилась с таким раскладом дел. Ежегодно появляются новые материалы, которые успешно конкурируют с полимерами. Кроме того, алюминиевые сплавы находят все большее применение в автомобилестроении и строительстве. Процесс перераспределения отраслей-потребителей совершенно естественный, так как окружающая среда и общество постоянно формулируют новые требования к окружающим изделиям науки и техники. Мы наблюдаем постоянный рост потребления алюминия, поэтому несмотря ни на что алюминий остается материалом XXI века.

Аддитивные технологии в этом плане хорошее «подспорье» для алюминия, так как использование новых материалов может позволить алюминиевым сплавам успешно конкурировать с другими материалами. Аддитивное производство пока позволяет производить небольшие детали, поэтому в данном сегменте алюминий конкурентоспособен с полимерами, кроме того во многом определяющим фактором также является и «традиционность» конструкторов, которые привыкли работать с металлами и заменить металл на металл для них проще, чем перейти на ПКМ с учетом особенностей его поведения при эксплуатации.

– Одной из стратегической целей института является «организация на основе института межотраслевого кластера потребителей и переработчиков для расширения применения алюминия и материалов на его основе». Какая работа проделывается в данном направлении?

– Кластеры – достаточно популярная форма научно-технических объединений за рубежом. Их деятельность в основном направлена на формирование своеобразного пула Потребителей инноваций. Основным преимуществом такой системы является возможность инициации проектов, которые необходимы и безусловно поддерживаются несколькими компаниями из одинаковых отраслей. Для научных институтов это позволяет напрямую общаться с индустриальными партнерами и выполнять работы с учетом особенностей и текущих трендов в отрасли, а для представителей бизнеса эти площадки позволяют достаточно оперативно и за существенно меньшие деньги чем при прямом заказе решать свои производственные задачи, ведь в данном случае затраты делятся на несколько индустриальных партнеров. РУСАЛ, например, является членом немецкого кластера АМАР, который расположен в г. Ахен и создан на базе Рейнско-Вестфальского технического университета.

Мы считаем, что такая схема может быть вполне использована и для российской практики. Именно поэтому мы ведем переговоры и налаживаем тесный контакт с крупными отечественными переработчиками и потребителями алюминия. У нас хорошие взаимоотношения с космической отраслью, мы сотрудничаем с рядом металлургических заводов. Кроме того, мы наладили кооперацию и общение с различными техническими вузами России. Сейчас нам во многом помогает членство в Алюминиевой Ассоциации, так как именно под ее эгидой собраны представители бизнеса. Мы сформировали концепцию кластера, представляли её в профильных министерствах и получили одобрение. Думаю, что в скором будущем кластер сформируется именно в том виде в котором и было запланировано.

– Есть ли у института планы по расширению направлений деятельности, увеличению штата персонала?

– Конечно, ведь прогресс не стоит на месте. Мы в качестве одной из ветвей своего развития видим создание на нашей базе инжинирингового центра. Сейчас мы уже сделали первый шаг – на базе ИЛМиТ создан аддитивный центр, который представляет собой полный инженерно-производственный цикл, начиная от производства порошка, заканчивая печатью деталей и их пост-обработкой. При этом мы имеем современное ПО, которое позволяет проводить расчет и оптимизацию 3D-моделей деталей с учетом особенностей их нагружения в процессе работы. Поэтому уже сейчас мы готовы предложить Потребителю полный комплекс услуг по выбору сплава из нашей новой линейки под его требования с оптимизацией геометрии для максимального снижения веса. Мы успешно выполнили несколько коммерческих проектов по редизайну и надеемся, что сможем только наращивать количество заказов в данной области.

ИЛМиТ дополнительно оснащен программными комплексами по моделированию фазового состава, процессов литья и деформации, с применением которых мы намерены оказывать услуги по разработке или оптимизации существующих технологий в условиях металлургических или обрабатывающих предприятий. Наши специалисты обладают всеми необходимыми компетенциями для того, чтобы решать повседневные технологические задачи. Зачастую именно от решения мелких задач зависит, насколько тот или иной продукт будет успешно применен. Наша цель – стать своеобразным центром компетенции в алюминиевой отрасли. Комплексный подход к решению проблем – наше основное конкурентное преимущество.

– Сколько в институте работает людей и какой средний возраст сотрудников?

– В настоящее время в институте работают 37 человек. Все наши специалисты имеют профильное образование в своих сферах, большинство имеют ученые степени. При этом коллектив достаточно молодой, ведь средний возраст наших сотрудников 37 лет.

– Как оценивается эффективность работы института? Количество патентов, созданных сплавов? Или есть показатели, которые можно привязать к финансовым показателям РУСАЛа?

– Для нас основной показатель успеха – это применение наших решений. Использование наших материалов напрямую влияет на повышение продаж алюминия, ведь, как и говорилось раньше, одна из основных задач ИЛМиТа разрабатывать и внедрять материалы, которые позволят расширить области применения алюминия. Любой проект НИОКР как инвестиционное мероприятие оценивается, исходя из различных факторов, начиная технической возможностью и целесообразностью, и заканчивая экономической оценкой. Мы гордимся тем, что все наши проекты инициированы исходя из реальных проблем и потребностей клиентов и поэтому нам гораздо проще доводить все результаты до практического применения. Во многом нам помогает Алюминиевая ассоциация, которая объединила под своей эгидой вех крупных игроков в алюминиевой отрасли, поэтому использование данной площадки позволяет оперативно и эффективно находить общий язык с различными индустриями.

При этом, разумеется, мы не забываем защищать наши разработки патентами. ИЛМиТ создан в 2017 году, но в нашем портфеле уже десятки заявок и патентов на разработанные материалы, включая международные.

– Насколько институт оснащен современным оборудованием и планируется ли закупка нового оборудования? Если да, то когда и для чего?

– В настоящее время Испытательный центр ИЛМиТ оснащен полным комплексом новейшего оборудования для проведения исследований алюминиевых сплавов и изделий из них. Наш испытательный центр, состоящий из 4 лабораторий может проводить широкий комплекс исследований и испытаний по российским и зарубежным методикам.

Парк исследовательского оборудования включает приборы для металлографического анализа микроструктуры (световые микроскопы Zeiss Axio Observer, сканирующий электронный микроскоп Tescan Mira), коррозионных испытаний (камера соляного тумана, климатическая камера), анализа химического состава (оптико-эмиссионный спектрометр Bruker Magellan Q8, анализатор газов Bruker Galileo G8, атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой Perkin Elmer Avio 200), анализа физико-химических характеристик (термоаналитический комплекс компании Netzsch). Мы можем предложить проведение различного типа механических испытаний с использованием испытательного оборудования производства MTS (США), включая испытания по определению характеристик длительной прочности и ползучести.

Мы успешно прошли аккредитацию на соответствие ГОСТ/ISO. Наш испытательный центр достаточно компактен, но при этом многопрофильный, поэтому мы готовы проводить исследования и по внешним запросам. С учетом того, что наше оборудование одно из лучших среди аналогов, мы пока сосредоточены на развитии наших компетенций в качестве. Вопрос о дальнейшем расширении необходимо ставить, когда мы не сможем справлять с текущим кругом задач, однако наши сотрудники непрерывно проводят мониторинг на предмет наличия новых методик испытаний и новых типов оборудования.

– Какие институты являются конкурентами ИЛМиТа?

– Слово «конкурент» является не совсем верным. У нас в целом не стоит задача замкнуться исключительно на себе. Всем давно известно, что наиболее эффективная работа ведется, когда есть сильные партнеры. Мы всегда открыты к сотрудничеству и готовы совместно доводить новые идеи до внедрения. У нас очень хорошо выстроено партнерство с рядом отечественных ВУЗов, институтов Академии наук, мы реализуем некоторые совместные проекты. Если говорить о конкурентах, то скорее тут правильнее иметь в виду зарубежные производственные компании и научные центры, которые предлагают свои разработки европейским представителям различных индустрий. Наша основная задача – успешно внедрить свои разработки на зарубежных рынках, и в первую очередь европейских, для того, чтобы стать центром с мировым именем.

– Как вы оцениваете мировую потребность в новых алюмосодержащих материалах? Какие вы сейчас видите тренды в использовании алюминиевой продукции (например, через 10 лет аддивные технологии заменят литейные сплавы)

– По данным различных источников, мировая потребность в алюминиевых материалах для аддитивных технологий в среднесрочной перспективе составит 300 тонн в год. Что касается замены литейных технологий аддитивными, то можно с полной уверенностью утверждать, что в полной мере этого никогда не произойдет. С учетом как минимум двух дополнительных технологических переделов по сравнению с литьём, применение аддитивных технологий для крупносерийного изготовления геометрически несложных изделий экономически нецелесообразно. Аддитивные технологии уже нашли нишевое применение, заменив некоторые детали, изготовленные литьем, механической обработкой и деформацией. Эта ниша будет увеличивается за счет снижения стоимости материалов для аддитивных технологий и оборудования, а также появления новых технологий аддитивного производства. Активно развивается еще одно направление аддитивных технологий – печать проволокой. Данная технология уже имеет широкое применение в космической отрасли за рубежом и позволяет получать крупногабаритные конструкции с коэффициентом использования металла близким к единице.

Основные тренды рынка:

- изготовление изделий из алюминиевых сплавов с применением топологической оптимизации;

- агрегатирование (объединение нескольких элементов изделий в один)

- расширение линейки порошковых сплавов со специальными свойствами для применения в аддитивных технологиях

- разработка материалов для аддитивных технологий с заменой дорогостоящих легирующих комплексными экономными добавками для снижения стоимости порошков

- распространение применения алюминиевых сплавов в аддитивных технологиях с применением проволоки (Direct Energy Deposition) для производства крупногабаритных изделий.