Наука о трении работает на страну.
Алексей МАКАРОВ (на снимке) недавно избран действительным членом РАН. Он руководит отделом материаловедения и лабораторией механических свойств Института физики металлов им. М.Н.Михеева (ИФМ УрО РАН) и вместе с коллегами получил уникальные научные результаты, уже принесшие большой экономический эффект и помогающие отечественной промышленности избавиться от импортозависимости. О своем пути в науку и прорывных исследованиях, которые выполняются под его руководством, ученый рассказал «Поиску» вскоре после выборов.
– Уважаемый Алексей Викторович, вы более чем достойно продолжаете традиции инженерно-научной семьи. Ваш отец Виктор Макаров, Герой Социалистического Труда, был не только блестящим инженером, заслуженным изобретателем и машиностроителем СССР, легендарным директором завода-гиганта «Уралхиммаш», но и крупным ученым, доктором наук, профессором, директором-организатором Института машиноведения УрО РАН. Повлиял ли он в свое время на ваш выбор профессии, кто были ваши учителя?
– Разумеется, отец, в сорок лет возглавивший завод, а потом производственное объединение, ставшее не только флагманом химического машиностроения Советского Союза, но и крупнейшим в Европе, всегда был связан с большой наукой. Один из отзывов на его докторскую диссертацию написал тогдашний президент АН СССР академик А.Александров, причем написал «вживую» - от руки - в таком виде отзыв и поступил в ВАК. Как известно, Александров занимался атомным проектом, был соратником И.Курчатова, а развитие химического и атомного машиностроения играло в этом проекте важнейшую роль.
Конечно, я вырос в соответствующей атмосфере, но отец никогда не диктовал, чем заниматься, ни мне, ни моему старшему брату Александру, доктору наук и профессору в области экономики. Пожалуй, главное, чем отец конкретно помог в моем профессиональном становлении, - познакомил с Владиленом Уховым, моим первым научным руководителем, замечательным специалистом в области физической химии, на всю жизнь определившим тематику моих занятий: модифицирующие, упрочняющие поверхности металлов технологии, прежде всего с помощью лазеров.
А перед этим я окончил механико-машиностроительный факультет Уральского политехнического института, ныне - УрФУ, три года был ленинским стипендиатом, возглавлял факультетскую комсомольскую организацию, был комиссаром стройотряда «Пламя», сочинял строй-отрядовские песни, которые до сих пор поются. Кстати, первое мое приобщение к академической науке состоялось именно по комсомольской линии, когда на четвертом курсе мне поручили подготовить речь по выдвижению академика С.Вонсовского, возглавлявшего Уральский филиал АН СССР, в депутаты Верховного Совета РСФСР.
А после окончания УПИ по приглашению В.Ухова я пришел в Институт металлургии УНЦ АН СССР, где окончил аспирантуру - уже под руководством легендарного главного конструктора прокатного производства «Уралмаша» члена-корреспондента АН СССР Г.Химича. При этом исследования, связанные с повышением износостойкости сплавов, в том числе с помощью лазерного упрочнения, я проводил в Институте физики металлов, в лаборатории выдающегося металловеда В.Счастливцева, куда в 1986 году официально перешел работать.
И, конечно, огромную благодарность навсегда сохраню к моему самому близкому наставнику, сыгравшему важнейшую роль в моем профессиональном и человеческом становлении, Льву Коршунову, доктору технических наук, крупному специалисту в области трения и износа металлических материалов.
Вообще же, об учителях, наставниках, предшественниках надо говорить, начиная с первых лет развития академической науки на Урале - с 30-х годов прошлого века, с основоположника уральской школы металловедения С.Штейнберга, первого из уральских ученых члена-корреспондента АН СССР и одного из директоров Физико-технического института, предшественника ИФМ.
Его преемником стал В.Садовский, в 1968 году избранный членом-корреспондентом, в 1970-м - академиком, за огромные заслуги в теории и практике металлургии получивший звание Героя Социалистического Труда. С ним мне выпала удача трудиться рядом и общаться целых восемь лет, и об этом есть строчки в сложенном мной «Гимне металловедов».
Песню эту очень любил академик Счастливцев, сменивший Садовского на посту заведующего лабораторией, с которым мы тесно работали с 1984 года. Виссарион Дмитриевич Садовский создал в институте отдел материаловедения, который позже возглавляли В.Счастливцев и крупнейший специалист по фазовым и структурным превращениям в металлах и сплавах при экстремальных внешних воздействиях член-корреспондент РАН В.Сагарадзе.
А его на этом посту довелось сменить уже мне после возвращения в ИФМ в 2014-м. Предыдущие 14 лет были отданы работе в Институте машиноведения УрО РАН, куда меня пригласил заведующим лабораторией конструкционного материаловедения тогдашний директор академик Эдуард Степанович Горкунов. Совместно с Э.Горкуновым было развито новое направление в области неразрушающего контроля износостойкости металлических сплавов и качества поверхностных упрочняющих обработок. Таков круг моих учителей и наставников.
– Высшие ваши достижения связаны с процессами трения. Но за новыми технологиями - история науки, огромный исследовательский путь. С чего он начинался и что из сделанного под вашим руководством считаете наиболее существенным?
– Трение наряду с гравитацией - один из важнейших процессов, определяющих жизнедеятельность на Земле. Как пел Владимир Высоцкий в «Песне об обиженном времени», «все на свете портится от трения». Значительная доля вырабатываемой человечеством энергии тратится на преодоление трения, в частности, примерно треть расхода топлива в автомобилях, а около 80% механизмов приходят в негодность по причине изнашивания.
Основополагающий вклад в осмысление и эффективное использование явления трения внес гениальный художник и величайший инженер эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, что стало особенно очевидно после сенсационной находки в 1960-х годах в Национальной библиотеке Мадрида двух его неопубликованных рукописей, названных «Мадридский кодекс». На основе опытов Леонардо открыл основные законы трения, заложив основы науки трибологии (по латыни трение называется tribos).
Так сложилось, что основная часть моей научной деятельности направлена либо на минимизацию потерь на трение, либо на его использование в технологических процессах. Что касается достижений по снижению износа и коэффициента трения (до 0,03 без подачи смазки), первое из них - короткоимпульсные лазерные технологии получения керамических покрытий и легированных слоев с уникальными триботехническими характеристиками вплоть до реализации нового эффекта безызносности, основанного на устранении адгезии (способности поверхностей сцепляться - Прим. ред.). Второе - формирование износостойких композиционных покрытий на стенках кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с последующей термической обработкой, позволяющей повысить теплостойкость и износостойкость покрытий.
Демонстрация на Международной промышленной выставке «Иннопром-2025» в Екатеринбурге технологии восстановления плиты кристаллизатора методом сварки трением с перемешиванием. Фото предоставлено ИФМ УрО РАН
– Для неспециалиста звучит сложновато…
– Такие кристаллизаторы играют ключевую роль в металлургических агрегатах для разливки стали, то есть в металлургии в целом, и долгое время они практически полностью закупались за рубежом. Наша же технология получила широкое применение, и сегодня доля отечественных слябовых кристаллизаторов на российских металлургических комбинатах увеличилась с 3% в 2012 году до 60% к 2024-му, с кратным повышением стойкости стенок и качества получаемых заготовок.
Таким образом, когда производители этой продукции из Германии, Италии, Японии ушли с нашего рынка в 2022-м, это не привело к серьезным проблемам в сталелитейном производстве. В 2023 году на промышленной выставке «Иннопром» в Екатеринбурге с этой технологией ознакомился премьер-министр РФ Михаил Мишустин, назвав ее «очень важным проектом».
Сейчас мы решаем проблему восстановления изношенных медных плит-кристаллизаторов (прежде отправлявшихся в металлолом) методом сварки трением с перемешиванием, результаты были представлены уже на «Иннопроме-2025» в нынешнем июле. В итоге соединение новых технологий должно полностью исключить потребность в импорте, ведь восстановленных плит с нанесенными износостойкими покрытиями нам хватит еще на десятки лет.
В способе сварки трением с перемешиванием трение используется в качестве «инструмента» для нагрева и перемешивания материала в твердом, но уже пластифицированном состоянии.
Другое направление применения трения получило развитие в наших оригинальных научных и технологических разработках, среди которых - наноструктурирующая фрикционная обработка скользящими иденторами (фрикционный - действующий посредством сил трения; индентор - твердый инструмент, вдавливливающийся в материал), промышленная технология наноструктурирующего выглаживания, ультразвуковая ударно-фрикционная обработка, наноструктурирующие комбинированные деформационно-химико-термические обработки.
Эти подходы основаны на том, что в самой природе трения заложено важнейшее условие деформационного наноструктурирования - создание напряженного состояния, реализуемого при сдвиге под высоким давлением. Такие технологии позволяют повысить твердость, износостойкость 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. Модифицированием поверхностного слоя мы главным образом и занимаемся, поскольку именно с поверхности начинаются и развиваются основные виды разрушения инструментов, деталей и механизмов в технике: коррозия, эрозионно-коррозионные повреждения при кавитации, зарождение усталостных трещин и, конечно, износ.
Наши разработки мы представляли на заседаниях межведомственного научного совета по трибологии, созданного в 1960-е годы по инициативе академика С.Королева и руководимого ныне академиком И.Горячевой.
Кроме того, думая о подготовке нового поколения специалистов в нашем деле, более пятнадцати лет читаю лекции в Институте новых материалов и технологий УрФУ и надеюсь, что смена у нас будет достойная. Практически все молодые сотрудники, которых я пригласил работать со мной в институтах физики металлов и машиноведения, прослушали эти лекции.
– Вот уже восемь лет вы исполняете обязанности главного ученого секретаря Уральского отделения РАН. Количественная сторона этой огромной работы - сколько проведено заседаний президиумов, общих собраний, подготовлено экспертиз, аналитических материалов - регулярно отражается в нашей газете. Но все это должно работать и работает на качественную сторону. Каковы здесь приоритеты и в чем особенность уральской науки, каково ее место на общеакадемической карте страны?
– Подразделения, находящиеся под научно-методическим руководством Уральского отделения РАН, расположены не только в уральском географическом регионе - это огромная наукоемкая территория, раскинувшаяся «от Оренбурга и до Северных морей».
В последние годы руководство УрО во главе с председателем академиком В.Руденко поставило задачу охватить вниманием всю территорию, что было непросто, но это удалось. В результате появилась впечатляющая уточненная карта отделения, дополнительно включающая единственный город Ненецкого автономного округа Нарьян-Мар и даже архипелаги Новая Земля и Земля Франца-Иосифа с самым западным в России островом Виктория.
Спектр исследований, ведущихся на этой территории, очень широк и включает все важнейшие фундаментальные и прикладные направления, в том числе критически важные для конкретных регионов. И все же лицо Урала, «опорного края державы», традиционно определяют металлургия, машиностроение, предприятия оборонного, атомного комплекса и их научное сопровождение.
В декабре 2023 года я делал доклад на Общем собрании РАН о достижениях отечественной науки в обеспечении технологического суверенитета страны в металлургии и машиностроении с акцентом именно на «уральские» результаты. На основе материалов этого доклада в журнале «Вестник РАН» вышла наша совместная с академиками А.Иноземцевым и В.Дегтярем, а также другими соавторами статья, где содержится вывод: «перспективные базовые наукоемкие технологии невозможно купить, их можно только создать и развивать».
Фактически это предложенный и хорошо принятый коллегами девиз обеспечения технологического суверенитета РФ - главный приоритет, на который все мы работаем.
– Ваши профессиональные, творческие интересы лежат не только в сфере трибологии и академического Урала. По вашей инициативе на Алтае в прошлом году прошла международная конференции по научному и культурно-историческому значению Центрально-Азиатской экспедиции Николая Рериха, посвященная 100-летию ее проведения и 150-летию ее организатора.
– Творчество, личность Н.Рериха всегда привлекали людей самых разных профессий, взглядов, конфессий, ведь это фигура планетарного масштаба. Не случайно в нашей конференции, организованной Уральским и Сибирским отделениями РАН, участвовали десятки ученых разных специализаций из 20 субъектов РФ, Китая, Белоруссии, Узбекистана, она получила большой резонанс.
Рерих был не только крупнейшим художником, путешественником, но и великим философом, мыслителем, горячо любившим Россию, страстно защищавшим ее от клеветы и нападок с Запада.
В его огромном наследии есть короткое, но удивительно емкое эссе 1940 года с ярким названием «Не замай!», где он пишет: «Сколько новых незаслуженных оскорблений вынес народ русский! Даже самые, казалось бы, понятные и законные его действия зло толковались. То, что в отношении других стран деликатно умалчивалось, вызывало яростные нападки иноземного печатного слова. Но не помогло обидчикам русского народа все это. Всякий, кто ополчится на народ русский, почувствует это на хребте своем».
Сегодня это звучит более чем актуально. Николай Константинович пророчески предвидел азиатский вектор развития страны через Урал и Сибирь, упорно прокладывал конкретные пути этого развития, и его пророчество сбывается.
В прошедшем году инициативу Уральского отделения по проведению юбилейной «рериховской» академической конференции поддержало Сибирское отделение РАН, что абсолютно естественно, ведь Алтай входит в зону научной ответственности СО, да и одни из первых выставок работ Рериха в стране прошли в конце 1950-х годах в зарождавшемся Новосибирском Академгородке.
В году нынешнем уже УрО РАН примет эстафету от Сибирского отделения по экспозиции выставки «Вселенная Мастера», подготовленной к 150-летию со дня рождения художника.
С марта 2024 года выставка экспонировалась в Российском центре науки и культуры в столице Индии Нью-Дели, индийском городе Шимле, на родине художника в Санкт-Петербурге, во Владивостоке, а с марта представлена в Выставочном центре СО РАН в Новосибирске.
Переезд выставки в Екатеринбург планируется в октябре, она будет размещена в новом здании администрации Академического района.
Беседовал Андрей ПОНИЗОВКИН
Обложка: фото Сергея Новикова
