Инструментальные, триботехнические и нанопористые материалы

Инструментальные наноматериалы. Условия эксплуатации изделий из наноматериалов в инструментальной промышленности предполагают в большинстве случаев (за исключением ударных и знакопеременных нагрузок) схему сжимающих напряжений, что не требует высоких пластических характеристик и благоприятно для использования наноматериалов

Высокими эксплуатационными свойствами обладает разработанный в Институте проблем материаловедения Академии наук УССР в 1970 – 1980-х гг. нанокристаллический материал гексанит (разработка Института проблем материаловедения АН УССР 1970 – 1980 годов) на основе нитрида бора (получается методом высоких давлений при высоких температурах), используемый для высокочистовой обработки резанием.

Проводятся исследования в области инструментальных наноматериалов (твердые сплавы, быстрорежущие стали, чистовой инструмент из нанокристаллов алмаза, новые сверхтвердые материалы и др.).

Добавки нанопорошков карбида вольфрама (5 – 8 %) к стандартным твердым сплавам повышают однородность структуры и снижают разброс значений прочности;

Сверхтвердые фуллериты с HV 100 ГПа, а в отдельных случаях до 300 ГПа (компактированные фуллерены С₆₀) (получаются компактированием при высоких давлениях (9–13 ГПа) в интервале температур 200– 1600^оС), применяются для изготовления инденторов в устройствах для измерения твердости и трибологических характеристик твердых материалов, включая наноструктурные пленки.

Триботехнические наноматериалы. Наноструктурные карбидные, нитридные и боридные пленки (TiC, TiN, TiB₂, Ti(C, N), (Ti, A1)N и др.) используются во многих странах в промышленном масштабе в качестве износостойких покрытий на металлообрабатывающем инструменте, что повышает рабочий ресурс последнего в несколько раз.

Однослойные пленки TiN и Ti(C, N) толщиной 1,5 – 3,5 мкм благодаря высокой коррозионной и эрозионной стойкости, а также высокому сопротивлению термической усталости оказались перспективными для покрытия металлических форм, использующихся для литбя аод давлением алюминиевых сплавов.

В промышленности широко используются полировальные пасты и противоизносные препараты на основе наночастиц. Последние (например, на основе бронзы) вводят в зоны трения машин и различных механизмов, что значительно повышает ресурс их работы и улучшает многие технико-экономические показатели (например, снижается в 3 – 6 раз содержание СО в выхлопных газах). При этом, на поверхности пар трения в процессе эксплуатации формируется противоизносный слой, образующийся при взаимодействии продуктов износа и вводимых в смазку наночастиц (например, подобные препараты типа РиМЕТ производятся в России научно-производственным предприятием «Высокодисперсные металлические порошки» (Екатеринбург).

Для аэрокосмических технологий разработаны пленочные антифрикционные композиционные наноматериалы на основе TiN/MoS₂, TiB₂/MoS₂, аморфный yглерод/WS₂(получаются лазерным испарением), имеющие низкий коэффициентом трения в воздухе в широком интервале температуры.

Керметные нанокомпозиты на основе А1₂0₃ с добавками Fe и FeCr (размер кристаллитов 40 – 60 нм) (получаются механохимическим синтезом с последующим горячим изостатическим прессованием) обладают твердостью HV 10–15 ГПа, высокой трещиностойкостью и эффективно используются в низко- и высокотемпературных узлах трения.

Нанопористые материалы. Катализаторы, краски, пористые среды, включая фильтры, химические источники энергии и сенсоры – это одни из наиболее характерных приложений наноматериалов в химической и других отраслях промышленности.

Ультрадисперсные порошки используют для изготовления многослойных фильтров тонкой очистки. Например, в научно-производственном центре «Ультрам» (Москва) разработана широкая гамма пластинчатых и трубчатых фильтрующих элементов из пористой нержавеющей стали со слоем из ультрадисперсного порошка на основе TiN или Ti0₂. Тонкость фильтрации для газовых сред таких фильтров доходит до 10 нм (при перепаде давления 0,1 атм) и для жидких сред – до 10– 100 нм (при перепаде давления 2 – 5 атм). Данные фильтры применяются для разделения водно-масляных эмульсий, очистки сточных вод, жидких радиоактивных отходов, фильтрация продуктов распада клеток, осветления фруктовых соков и др.

Другие наноматериалы. Гидриды как аккумуляторы водорода (например FeTiH₂, LaNi₅Н₂, MgН₂ и др.) имеют множество технических приложений и рпассматриваются как перспективные устройства для перехода питания автомобильных двигателей с бензина на водород. Значительная активация сорбционных свойств гидрида магния наблюдается также при введении добавок графита при измельчении магния, а небольшие добавки наночастиц Ti к NaAlH₄, вводимые при совместном измельчении, повышают скорость сорбции водорода при мерно в 40 раз и обеспечивают содержание водорода 4,6 мас. %.

Кроме того используются магнитные, проводящие, изоляционные, полупроводниковые, разработанные для нужд ядерной энергетики (изделия из бериллия пористостью 20 –30 % играют роль отражателя и размножителя нейтронов, пористый бериллий считается перспективным для изготовления тритийвоспроизводящего бланкета термоядерных реакторов) и другие наноматериалы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: