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