наноструктурированных абразивных материалов

реклама
УДК 621.92
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПОБОЧНЫХ
ПРОДУКТОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Фроленков К.Ю., Барсукова О.С.
Россия, г. Орел, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»
Авторами приводиться сведения о возможности наноструктурированния абразивных материалов, получаемых из техногенных побочных продуктов промышленности.
Ключевые слова: наноструктурирование поверхности, диффузионные покрытия, вторичные техногенные
отходы, абразивные материалы
The author gives information about the possibility of nanostructuring abrasive materials derived from industrial byproducts industry.
Keywords: surface nanostructuring, diffusion coatings, secondary, technogenic waste, abrasives
Высокие требования, предъявляемые к точности и качеству деталей машин, а также
применение труднообрабатываемых материалов в машиностроении и других отраслях
промышленности привели к возрастанию удельного веса абразивной обработки в общем
объеме механической обработки.
О большом внимании индустриально развитых стран к абразивным материалам,
как наиболее прогрессивным инструментальным, а в ряде случаев и конструкционным материалам, свидетельствует тот факт, что в настоящее время ведущие промышленно развитые страны (США, Япония, Германия, Англия, Италия, Франция) используют до 80% всех
добываемых природных и производимых искусственных абразивов. При этом одной из
основных областей применения абразивов является машиностроение, металло- и камнеобработка. В этих отраслях используется около 70% общего объема производства абразивных материалов.
Основными достоинствами абразивных материалов являются их высокие твердость, износо- и теплостойкость. Эти материалы позволяют обрабатывать заготовки со
скоростью резания до 120 м/с, а в отдельных случаях и более. Такие инструменты дают
возможность проводить окончательную обработку заготовок, имеющих высокую твердость, полученную после термической обработки. Такие заготовки, как правило, не подлежат обработке лезвийным инструментом. Применяемые в качестве абразивов минералы
естественного и искусственного происхождения: алмазы; кубический нитрид бора; электрокорунды белый, нормальный и легированный хромом и титаном и др. очень дорогие и
у них низкая стойкость к удару. Ежегодная потребность в таких материалах более 100
млн. тонн.
Большинство развитых зарубежных стран давно практикует политику сбережения
своих минеральных ресурсов, интенсивно вовлекая в переработку техногенные месторождения, утилизируя отходы производства, разрабатывая технологии переработки этих отходов. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде,
Великобритании, ЮАР, Испании и других странах.
Основная особенность предлагаемой разработки это использование техногенных
побочных продуктов промышленности, например, отходов производств, что позволит
снизить стоимость абразивного материала в 5 – 10 раз при обеспечении необходимой
твердости и прочности, а так же ввести в хозяйственный оборот вторичные ресурсы. В
России скопилось в отвалах более 80 млн. тонн конвертерного шлака, который серьезно
осложняет экологическую обстановку.
Особенно остро нуждается в создании отечественного абразивного материала с заданными функциональными свойствами отрасли промышленности, связанные с производством космической, ракетной и военной техники, авиа-, судо-, автомобиле- и машиностроением, где широко используется технология резания труднообрабатываемых, высоко-
прочных и толстолистовых материалов сверхзвуковой гидроабразивной струей, альтернативы которой зачастую нет. В настоящее время производство и продажа оборудования для
гидроабразивного резания самый быстрорастущий сегмент станкостроительной промышленности. По данным маркетингового исследования только в России эксплуатируется
около 500 гидроабразивных установок, в основном зарубежного производства.
Традиционно используют только импортный абразив типа граната, добываемого
заграницей в Австралии, Индии, Китае, Новой Зеландии. Отечественным предприятиям
приходится его использовать, несмотря на высокую цену, так как в России и в ЕЭС абразивные материалы для этих целей не производят. Затраты на абразив для одной установки
составляют 60 %, порядка 3,0 млн. руб. в год. Использование сверхтвердых и более дорогих абразивов типа электрокорунда и карбида кремния, производимых в России, оказалось
непрактичным, потому что они быстро изнашивают сопла.
При этом только в России при отсутствии аналогов спрос на подобные абразивные
материалы очень велик и составляет не менее 5 тыс. тонн в месяц.
Основным конкурентным преимуществом продукции полученной при выполнении
проекта это снижение себестоимости на 20 – 50 %.
Коллектив исполнителей проекта на протяжении последних 20 лет выполняла исследования в области прочности абразивных материалов при сверхзвуковых взаимодействиях, проводила испытания на прочность различных типов абразивных материалов,
изучала закономерности структурно-фазовых превращений и связанных с ними изменений свойств абразивных материалов при различных воздействиях. Нами не найдены аналогичные решения на рынке.
Основные недостатки абразива из техногенных побочных продуктов промышленности – не высокая твердость и низкая ударная вязкость 5 – 6 по шкале Мооса. Остается
не решенной проблема улучшения функциональных свойств этих материалов для абразивной обработки. Поэтому изучение формирования структурно-фазового состояния тонкого поверхностного слоя техногенных неорганических веществ может стать чрезвычайно
перспективным направлением как в фундаментальном аспекте понимания механизма ноноструктурирования хрупких материалов, так и в прикладном – при разработке абразивных материалов с уникальными физико-механическими характеристиками для промышленного применения.
Успешное выполнение данной работы позволяет решить весьма актуальную проблему создания термостойких, механически прочных, инертных и относительно дешёвых
абразивных инструментов из техногенных побочных продуктов промышленности на основе оксидов железа, кремния, магния и кальция.
Задача изучения строения и энергетического состояния поверхностных фаз - сверхтонкого (в несколько атомов) слоя на границе раздела фаз, находящегося в состоянии термодинамического равновесия с объёмом и обладающего своей собственной кристаллической и электронной структурами - важнейшее направление в области создания наноматериалов.
Впервые объектом исследований, проводимых в настоящей работе, являются поверхностные слои наноструктурированных абразивных материалов, получаемых из техногенных побочных продуктов промышленности [1, 2].
Список литературы
1. Барсуков, Г.В. Разработка технологии модификации вторичных техногенных абразивных материалов для гидроабразивного резания [Текст] / Г.В. Барсуков, А.А. Александров, К.Ю. Фроленков // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – № 3-2. - 2013. – С. 82 – 90.
2. Барсуков, Г.В., Исследование процесса диффузионного нанесения покрытий на поверхность абразивного зерна [Текст] / Г.В. Барсуков, А.А. Александров, А.В. Михеев, К.Ю. Фроленков / Международная
конференция «Научные принципы и подходы, методы и технологии, системный анализ и статистическая
обработка данных о создании, диагностике, модернизации композиционных материалов и покрытий с нано-
добавками, работающих в условиях динамического и высокоэнергетического нагружения» 26 – 27 сентября
2013 г. Россия, Москва. – C. 78 – 85.
Степанов Юрий Сергеевич, д.т.н., профессор, директор НОЦ «Орелнано» ФГБОУ ВПО
«Госуниверситет-УНПК», г. Орел.
Тел. (4862) 541503, E-mail: yury057@yandex.ru
Барсуков Геннадий Валерьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «КТОМП» ФГБОУ
ВПО «Госуниверситет-УНПК»
Тел. (4862) 541503, E-mail: awj@list.ru
Фроленков Константин Юрьевич, к.т.н., доцент кафедры «Химия и биотехнология»
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»
Тел. (4862) 41-98-92, E-mail: chemistry@ostu.ru
Барсукова Олеся Сергеевна, инженер ООО «Орловский абразивный завод»
E-mail: orelabraziv@mail.ru
Скачать