WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 4 Состояние и перспективы использования наноалмазов детонационного синтеза в Белоруссии © П.А. Витязь Национальная академия наук Белоруссии, Минск, Белоруссия E-mail: vitiaz@presidium.bas-net.by Рассмотрены технологические особенности коммерческого производства наноалмазов детонационного синтеза на НП ЗАО „СИНТА“ и характеристики выпускаемых наноалмазов и алмазосодержащей шихты.

Приведены примеры использования наноалмазов в производстве композиционных электролитических покрытий на основе хрома, никеля, золота и серебра, имеющих высокие эксплуатационные свойства и обеспечивающих экономию драгоценных металлов и электроэнергии. Рассмотрены примеры применения наноалмазов для модификации пластмасс, антифрикционных смазок и оксидных покрытий, получаемых с помощью микродугового легирования алюминиевых сплавов.

Показана перспективность использования наноалмазов в качестве исходного сырья при синтезе алмазных порошков и сверхтвердых композитов методами статического и ударно-волнового нагружения.

1. Введение республику Корея и другие страны. Следует отметить, что технологические аспекты промышленного производВ настоящей работе рассмотрены состояние и пер- ства наноалмазов представляют большой интерес для спективы использования наноалмазов детонационного Белоруссии, в частности, для практической утилизации синтеза в Белоруссии. Наличие в Белоруссии развитой некоторых видов боеприпасов и жидкого ракетного инфраструктуры и квалифицированных специалистов в окислителя „меланж“. В НП ЗАО „Синта“ совместно с области опытно-промышленного производста композиИнститутом импульсных процессов успешно отработаны ционных материалов и изделий с использованием бриспособы синтеза с использованием „нештатных“ ВВ, зантных взрывчатых веществ (ВВ) послужило основой получаемых при утилизации боеприпасов. Актуальная для организации промышленного детонационного синзадача утилизации ракетного окислителя „меланж“ ретеза наноалмазов. Это производство было организовашена при участии ЦКБ „Академическое“. Это позволило но в 1993–1996 гг. в рамках Государственной научноснизить себестоимость наноалмазов, повысить кислототехнической программы „Алмазы“ в НП ЗАО „Синта“ оборот при химической очистке и улучшить качественпри поддержке и участии ведущих российских ученые показатели выпускаемой продукции.

ных и специалистов в этой области. Производственные Отличительной особенностью реализованной на НП мощности НП ЗАО „Синта“ по выпуску наноалмазов ЗАО „Синта“ технологии является „сухой“ детонацисоставляют 106 карат в год.

онный синтез, при котором операции подрыва зарядов, сбора и эвакуации продуктов детонации проводятся без 2. Коммерческий выпуск наноалмазов В период становления и освоения производства решались задачи использования конверсионных ВВ и ракетного окислителя „меланж“ для синтеза и химической очистки продуктов детонации, использования экологически чистых замкнутых методов выделения наночастиц из жидких реакционных сред, совершенствования технологии синтеза и т. д. К решению этих задач были привлечены специалисты Института импульсных технологических процессов, Института порошковой металлургии, ЦКБ „Академическое“ (г. Сосны) и др. В настоящее время на базе НП ЗАО „Синта“ успешно функционирует уникальный производственный комплекс (рис. 1), в котором используются оригинальные технические решения и выпускается продукция высокого качества. Разработаны республиканские стандарты на алмазные порошки и проведена государственная сертификация выпускаемой продукции, которая поставляется более чем 30-ти предприятиям Белоруссии, а также экспортируется в Россию, Рис. 1. Функциональная схема автоматизированного технолоУкраину, Тайвань, Индию, Германию, США, Чехию, гического комплекса НП ЗАО „СИНТА“.

592 П.А. Витязь Таблица 1. Характеристики алмазной шихты РП ЗАО „СИНТА“ (стандартизировано по ТУ РБ 28619110.003-03) Технические характеристики общий алмазный окисляемый зольность, влажность pH водных Марка углерод, углерод, углерод, wt.% сухого суспензий Назначение не менее, wt.% не более, порошка, и паст wt.% wt.% % АШ-А 87 32-55 55 3 2 7.5-9 Получение антифрикционных смазочных и полимералмазных композиций, а также модифицированных УДА АШ-Б 85 30-75 55 7 5 7.5-9 Получение базовых марок и модифицированных УДА, а также полимералмазных композиций АШ-В 80 25-75 55 10 2-5 8-10 Получение УДА базовых марок использования воды или других жидких сред. Резуль- гих поверхностных структур, значительно расширяющие татом такой технологии является формирование на по- диапазон свойств и структурных характеристик. Основверхности наноалмазов оптимального функционального ные характеристики модифицированных наноалмазных покрытия, способствующего их эффективному использо- порошков приведены в табл. 2.

ванию в смазочных и полимерных композициях.

Изменение режимов подрыва, температурных и ско3. Композиционные ростных параметров эвакуации продуктов детонации электролитические покрытия (КЭП) позволяет изготавливать в имеющихся взрывных камерах объемом 100 и 20 m3 три марки алмазосодержащей Известно, что использование наноалмазов в гальванишихты, параметры которых приведены в табл. 1.

Освоение выпуска наноалмазов проходило параллель- ческих покрытиях позволяет получать композиционный но с изучением их структуры, свойств и возможных об- слой с оптимальным содержанием алмазов 1 wt.% Отличительной особенностью таких покрытий является поластей промышленного использования с привлечением научных и учебных центров, а также ряда промышлен- вышенная микротвердость, отсутствие микропористости ных предприятий. Разработаны методы целенаправлен- и как следствие питтинговой коррозии, а также повышеного изменения функционального покрытия наноалма- ние износостойкости и снижение коэффициента трения.

Наиболее эффективные результаты при изготовления зов и их допирования различными элементами в форме адсорбатов, подвижных ионов, металлооксидных и дру- различных инструментов с помощью никель-алмазных покрытий получены на медицинских, обрабатывающих и мерительных инструментах и штамповой оснастке. Здесь Таблица 2. Диапазон характеристик модифицированных подостигнуто повышение стойкости в 1.5-2.0 раза [1,2].

рошков наноалмазов НП ЗАО „СИНТА“ (порошки стандартиС учетом того что коммерчески наиболее привлеказированы по ТУ РБ 28619110.001-95 и ТУ РБ 28619110.003-03) тельным является использование золотых и серебряных покрытий, были проведены комплексные исследования Характеристика влияния наноалмазов на механизм нанесения и свойства Содержание алмазной фазы, wt.% 40-таких покрытий.

Эти работы координировались Белорусским государСодержание общего углерода, wt.% 65-ственным университетом информатики и радиотехники.

Содержание неуглеродных 0.1-Цикл исследований, проведенных в 1997–2003 гг., пока(зольных) компонентов, wt.% зал, что осаждение КЭП с наноалмазами обеспечивает:

Удельная поверхность, m2/g 130-- увеличение скорости происходящих на электродах Адсорбционная емкость по ионам 0.1-3.реакций и, прежде всего, повышение скорости осаждеэлектролитов, mg-equiv./g 0.5-ния покрытий, что можно объяснить активирующим Электрокинетический потенциал, mV от -100 до +воздействием наночастиц на поверхность электродов;

- снижение толщины диффузионного слоя и конценТермостабильность на воздухе, K 423-трационной поляризации с улучшением физико-мехаУдельное электросопротивление, /cm 102-нических свойств, связанным с уменьшением содержа Удельная поверхность определена методом БЭТ (Бриннауера- ния водорода и ростом внутренних напряжений, что Эммета-Теллера).

вызывает изменение состава и структуры покрытий;

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Состояние и перспективы использования наноалмазов детонационного синтеза в Белоруссии - возрастание относительной износостойкости по- Цикл работ, выполненных в Институте механики и крытий с ростом концентрации в покрытии наноалмазов, надежности машин НАНБ, позволил утсановить, что которая в свою очередь зависит от плотности катодного модифицирование наноалмазами при микродуговом октока. сидировании алюминиевых сплавов АК5М2 приводит к значительному росту прочности связи покрытия с подУстановлены закономерности формирования КЭП на ложкой, а также к снижению неоднородности покрытия основе благородных металлов и наноалмазов, связываи вдвое увеличивает скорость его образования. При ющие кинетические условия осаждения и параметры микрооксидировании преобладающей фазой оксидного периодических токов со структурой и свойствами послоя является высокотемпературная -Al2O3, а микрокрытия. Это позволяет оптимизировать режимы осаждетвердость и износостойкость оксидного слоя в результания и разработать процессы формирования покрытий с те введения наноалмазов возрастают в 1.5-2.0 раза [4].

повышенной износостойкостью, низким и стабильным Следует отметить, что такой подход позволяет успешконтактным электросопротивлением. В частности, при но решить известную проблему получения плотных и осаждении композиционных электрохимических покрыпрочно связанных с основой оксидных покрытий для тий на основе серебра и наноалмазов содержание частиц алюминиево-кремниевых сплавов.

в матрице возрастает с 0.1% до 0.6 wt.% при увеличении плотности тока от 1 до 3 A/dm2. При этом введение наноалмазов в электролит изменяет не только параметры 4. Антифрикционные смазки электролиза (вязкость, электропроводность, pH и поляризацию электродов), но также и сам механизм кристалСинтезированные в сильно неравновесных условиях лизации. Диспергированные в электролите наночастицы, наноалмазы не имеют четкой кристаллической огранки, контактирующие с электродами, оказывают деполяризуих округлая форма и высокое сродство к углеродной ющее воздействие, удаляют пузырьки водорода и пленки основе масел и смазок, усиленное модификацией поверхповерхностно-активных веществ с катода, сглаживают ности, обеспечивает эффективное применение в составе поверхность и постоянно обновляют электролит в кажидких, консистентных и твердых смазок. Введение в тодной зоне. В результате степень текстурированности смазки изометрических частиц наноалмазов и конглои средний размер зерна покрытия снижаются, растут мератов графит-алмаз размером до 10 nm позволяет внутренние напряжения, увеличиваются микротвердость изменить механизм контактных взаимодействий пары и износостойкость. При этом применение периодических трения, повысить микротвердость поверхностных слоев токов и программируемых режимов электролиза позвои предотвратить контакт металл-металл на поверхности ляет оптимизировать процесс как по скорости осаждетрения. Заметно сокращается приработка, после чего ния, так и по комплексу физико-механических свойств, резко снижается (в 2–4 раза) интенсивность износа, пообеспечивая микротвердость порядка 1500-1680 MPa, верхность трения приобретает характерный зеркальный рост износостойкости в 2.6-3.2 раза и контактное блеск, связанный с заметным уменьшением шероховатосопротивление 1.43-1.48 µ /m. Скорость осаждения сти, коэффициент трения снижается на 15-20%. Алмазудалось повысить в 2.5-5 раз, а толщину покрытий ные и алмазоуглеродные кластеры повышают вязкость уменьшить в 2-3 раза без снижения электрофизических смазки в тонких пленках, динамическая прочность и и защитных свойств.

живучесть которых заметно повышаются. Это в свою Проведенные исследования позволили разработать и очередь уменьшает утечки через зазоры и уплотнения освоить три модификации автоматизированных комплекдвигателей внутреннего сгорания (ДВС) и снижает потесов „Композит“ для нанесения комплексных электролири на трение, что обеспечивает повышение компрессии, тических покрытий на основе золота и серебра методами увеличение ресурса карбюраторных и дизельных ДВС и нестационарного электролиза. Внедрение технологии и экономию топлива.

оборудования для нестационарного электролиза контакИспользование наноалмазов в твердых смазках позтов с наноалмазами на НПО „Интеграл“ позволило волило обеспечить „безызносную“ эксплуатацию подзначительно уменьшить расход электроэнергии и драшипников скольжения паровых котлов и турбоагрегагоценных металлов при снижении стоимости покрытий тов, работающих в энергосистеме Белоруссии. Большие на 15-20%. Оборудование и технология проданы в КНР потенциальные возможности нового антифрикционного и успешно используются при производстве контактов с гетерофазного материала бронза ОЦС + гранулы чугуна золотым и серебряным гальванопокрытием.

были успешно реализованы при использовании специИсследования, проведенные в Институте порошковой альной консистентной смазки с добавкой наноалмазов.

металлургии НАНБ, показали, что покрытия хром- Только применение консистентной смазки, модифициронаноалмаз, полученные методами ионно-плазменного ванной наноалмазами, обеспечило „безызносную“ эксраспыления композиционной мишени Cr + 5 wt.% нано- плуатацию опорных подшипников скольжения, отсуталмазов, имеют размер субзерен 30... 70 nm, причем ствие „схватывания“ и снижение коэффициента трения частицы наноалмазов образуют сетку по границам этих в паре со сталью от = 0.12-0.18 до 0.08-0.10 при субзерен [3]. удельных нагрузках до 300 MPa [5].

2 Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 594 П.А. Витязь 5. Модификация пластмасс методы получения поликристаллических порошков и компактов с использованием в качестве исходной шихты Работы, проводимые в Институте механики метал- доступных и недорогих порошков наноалмазов. Эти лополимерных систем, Институте физико-органической работы проводятся в Белорусском республиканском конхимии НАНБ, НИИ порошковой металлургии, Гроднен- церне порошковой металлургии и в Институте механики ском государственном университете и других организа- и надежности машин НАНБ с использованием методов циях, показывают эффективность введения наноалмазов ударноволновой и статической консолидации соответи кластеров алмазографита в полимерные композиты и ственно.

пленки на основе полиамидов, полиолефинов, фторпла- Из всех перспективных методов получения сверхтверстов и др. дых композитов на основе наноалмазов методами стаМодификация повышает механические характеристи- тического термобарического синтеза, которые исследуки и обеспечивает в ряде случаев уникальные трибо- ются в настоящее время в Национальной академии наук технические свойства за счет образования пространственной сетки физических связей на границе раздела полимерной матрицы с наночастицами, имеющими повышенные адсорбционные свойства.

В Институте порошковой металлургии НАНБ разработана технология газопламенного нанесения одно- и многослойных полимерных покрытий, в которых диспергированы наноалмазы.

При однослойном напылении материалом для нанесения покрытий является механическая смесь полиамидного порошка с ультрадисперсными алмазами (УДА), а также с добавками металлических и керамических компонентов. Разработанная технология позволяет наносить покрытия различных толщин на детали узлов трения, имеющие раличную форму и размеры.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.