Наноалмазы в резинах.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОАЛМАЗОВ В РЕЗИНАХ

При модификации резин из натуральных каучуков (задача: повышение срока службы крупногабаритных шин) и бутадиен-нитрильных каучуков (задача: получение резин стойких к взрывной декомпрессии)  добавками наноалмазов при нормальных условиях испытаний  получены следующие результаты:

На сегодняшний день  актуальной задачей во всем мире является создание таких упрочняющих покрытий, которые смогли бы объединить в себе такие качества, как высокая износостойкость в условиях абразивного износа и узлах трения, сравнительно низкий коэффициент трения, высокая коррозионная стойкость, технологичность и сравнительно невысокая стоимость.  Для решения самых различных технических задач широкое распространение получило твердое хромирование. Однако технология наноалмазного хромирования позволяет в значительной степени улучшить физико-механические показатели твердого хромирования. Так  износостойкость наноалмазного хромирования по сравнению с твердым хромированием  увеличивается в 2 – 5 раз,  а коэффициент трения  уменьшается  на 15-25 %.  Благодаря своей более безпористой структуре наноалмазное  хромирование имеет также более высокую коррозионную стойкость. Таким образом, обладая улучшенными свойствами, предлагаемые упрочняющие покрытия при себестоимости на 10-15% превышающим твердое хромирование, может в два и более раза повысить ресурс работы деталей и узлов,  работающих в условиям абразивного и коррозионного износа.

Получение композиционных покрытий методом соосаждения мелкодисперсных частиц с металлом (например хромом) гальваническим способом известно  давно.  Однако поскольку электролиты хромирования являются сильно окислительными средами, выбор материала для соосаждения с хромом достаточно узок. Наноалмазные частицы, полученные детонационным способом, в подобных случаях являются наиболее перспективным материалом благодаря таким  свойствам алмаза, как сверхтвердость, низкий коэффициент трения, высокая теплопроводность и химическая инертность.  Эти  свойства  алмаза являются одними из определяющих, но еще не достаточными в выборе их, как модификатора покрытий.

Главным образом   две основные характеристики  наноалмазов  детонационного синтеза, а именно -  малый размер (3-10 нм) , что определяет их удельную поверхность (до 450 м? на 1 г порошка)  и очень высокая поверхностная активность, обусловленная функциональными группами  на их поверхности, определяют  свойства наноалмаза модифицировать различные материалы в которых они распределены, изменяя  физико-химические и механические свойства самих материалов.

Доказано, что наноалмазы, которые находятся в электролите хромирования при протекании гальванического процесса ,  соосаждаясь с хромом на токопроводящие поверхности  образуют композит (хромалмаз), обладающий высокими противоизносными и триботехническими характеристиками. Именно это и положено в основу технологии получения комозиционных наноалмазных хромовых покрытий. Наноалмазное  хромовое покрытие значительно превосходит известное и широко используемое в самых различных производственных циклах твердое хромирование, что позволяет существенно улучшить технические характеристики  покрытий, а также значительно расширить сферы применения наноалмазного хромирования.

Хром-алмазное хромирование изделий

Наноалмазное хромовое покрытие характеризуется повышенной твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения и обеспечивает повышение срока службы инструмента и деталей узлов трения в 2-15 раз. Высокая коррозионная стойкость наноалмазного хромирования позволяет исключить в ряде производств использование нержавеющих сталей.

Технология наноалмазного хромирования легко адаптируется к традиционной линии хромирования без значительных финансовых затрат на организацию производственного процесса.

НАЗНАЧЕНИЕ хромалмазного покрытия:

Композиционное хромовое покрытие предназначено для повышения ресурса работы:

• дерево- и металлообрабатывающего инструмента (фрез, сверл, метчиков, зенкеров, протяжек, ножей, ножовочных полотен  и др.);
• деталей узлов трения (подшипников, штоков гидроцилиндров, поршневых колец, плунжеров, валов ДВС и т.д.);
• деталей оборудования, работающего в условиях интенсивного износа и в коррозионных средах (гильз и шнеков экструдеров; ножей, решеток и шнеков мясорубок; штоков насосов и др.);
• прессформ, матриц, пуансонов;
• медицинского инструментария и других изделий.

Основные технико-экономические характеристики технологии композиционного хромирования:

ПРЕИМУЩЕСТВА:

• Композиционное хромовое покрытие характеризуется повышенной твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения и обеспечивает повышение срока службы инструмента и деталей узлов трения в 2-15 раз.
• Возможность использования недорогих и недефицитных марок металлов. Высокая коррозионная стойкость хромалмазного покрытия позволяет исключить в ряде производств использование нержавеющих сталей.
• Повышение выхода по току.
• Возможность реализация технологии на стандартном оборудовании.

ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ НАШИХ ТЕХНОЛОГИЙ:

• Деталь фильеры линии по производству пластиковых труб. Нанесение хромалмазного покрытия толщиной ХХ мм на рабочую поверхность детали:

  

  Полученный эффеккт:

  • Ресурс детали фильеры возрос на 80%
  • Количество брака уменьшилось на 200%

• Оправка для протяжки нержавеющих труб: 
  Предприятие производит специальные нержавеющие трубы для ядерной и химической промышленности. В процессе производства  используются хромированные оправки (длиной 350 мм) для протяжки труб. Длина трубы 10 метров. Нами  была внедрена на предприятии технология композиционного хромнаноалмазного покрытия оправки.
  Эффективность: Продолжительность работы оправки с композиционным хромнаноалмазным покрытием увеличилась в 6 раз по сравнению с хромированным покрытием.

• Плита для нанесения рисунка на керамику:
  Производитель использует плиту для нанесения декоративного рисунка на изделия из керамики. Плита изготовлена из латуни и на ней выгравирован рисунок. Плита покрыта хромом, толщина покрытия 30 микрон.
  Эффективность: Продолжительность работы плиты увеличилась в 3-3.5 раза.

• Режущий инструмент (свёрла, метчики, фрезы, развёртки, ножи и т.д.):
  Применение композиционного хромнаноалмазного покрытия толщиной 6 микрон для нанесения на режущий инструмент приводит к повышению стойкости инструмента в 2-8 раз в зависимости от обрабатываемого материала при незначительном увеличении себестоимости покрытия.

• Ролик для протяжки жилы кабеля:
  Предприятие использует профилированные стальные ролики в процессе производства кабеля.
  Были изготовлены ролики из менее дорогой стали и их рабочая поверхность покрыта композиционным хромнаноалмазным покрытием толщиной 15 микрон.
  Эффективность: Продолжительность работы ролика увеличилась в 3.5-4 раза.

• Поршневые кольца для автомобильных двигателей и компрессоров:
  Предприятия-производители поршневых колец намерены использовать для упрочнения рабочей поверхности композиционное хромнаноалмазное покрытие взамен стандартного хромового.
  Эффективность: Продолжительность работы кольца увеличилась в 2 раза, стенок цилиндра на 20-30%.

• Матрица для производства черепицы:
  Производитель использует стальную матрицу (400*400 мм) для изготовления методом прессования полимер-песчаной черепицы.
  Была изготовлена матрица из менее дорогой стали и её рабочая поверхность покрыта композиционным хромнаноалмазным покрытием толщиной 15 микрон.
  Эффективность: Продолжительность работы матрицы увеличилась в 3.5-4 раза.

• Абразивный инструмент:
  В соответствии с общепринятой технологией изготовления алмазно-гальванического инструмента процесс состоит из 2 стадий:
  1.   Закрепление алмазного зерна на рабочей поверхности инструмента.
  2.   Заращивание алмазного зерна на заданную толщину никелевого слоя.
  При использовании наноалмазов были опробованы два варианта:
  А.  Наноалмазы добавляли в электролит для заращивания закрепленного алмазного зерна.
  Б. Электролит с наноалмазами использовали для нанесения дополнительного композиционного слоя толщиной 5-7 мкм.
  В обоих случаях использовался композиционный электролит никелирования с функциональными добавками и оптимальной концентрацией наноалмазов.
  Эффективность: Износостойкость инструмента повысилась в 3 раза.