Библиографическое описание:

Гордеева А. В. Плазменно-электролитное формование наноструктурированной связки алмазно-абразивных инструментов // Молодой ученый. — 2012. — №12. — С. 43-45.

Абразивные и алмазные инструменты широко применяют в машиностроении и приборостроении. Их используют для шлифования, притирки, полирования деталей, а также заточки и доводки режущих и других инструментов с целью достижения высокой производительности, точности и низкой шероховатости обработки. Несмотря на широкое распространение, они имеют ряд существенных недостатков. Основным недостатком является короткий срок службы и выпадение искусственных алмазных зерен. Для устранения данного недостатка металлическая связка должна наноситься методом плазменно-электролитного формования. Это позволяет увеличить срок службы в два раза, улучшить прочностные характеристики, повысить износостойкость. При всем этом себестоимость инструмента практически не увеличится.

Существует огромное количество разных видов алмазно-абразивных инструментов. Для изготовления алмазных инструментов повышенной износостойкости используют металлическую связку. Недостатком изготовленного инструмента является сравнительная дороговизна отдельных компонентов, например кобальта, высокие температуры спекания преимущественно с применением вакуума, а также сравнительно быстрое засаливание и потеря режущей способности, - особенно в отсутствие интенсивного охлаждения. А так же недостатком современной металлической связки являются недостаточная твердость и относительно невысокая стойкость при механической обработке керамических материалов с высоким содержанием твердых включений (кварц, агат и др.). Связка скрепляет между собой абразивные зерна – алмазы. Довольно распространены инструменты с искусственными(синтетическими) алмазами. Серьезный недостаток покрытий из синтетических алмазных зерен — отсутствие самозатачивания. Октаэдральная кристаллическая решетка синтетического алмаза не позволяет образовываться микросколам, и поэтому алмаз со временем вырывается из металла полностью. Это происходит из-за низкого качества современной металлической связки. Решением данной проблемы является наноструктурированная связка, которая наносится плазмено-электролитным формаванием. Данное покрытие многофункциональное твердое, коррозионно-, термо-, износостойкое, а также защитно-декоративное. Оно позволит алмазу намного дольше не вырываться из металла, обеспечит равномерное покрытие, увеличит срок службы инструмента, улучшит прочностные характеристики, повысит твердость и стойкость.

Абразивный инструмент представляет собой инструмент, который изготовлен из абразивных материалов. Этот тип инструментов выпускают в виде брусков, лент, абразивных кругов и др.

В настоящее время абразивные инструменты являются наиболее эффективными при обработке материалов синтетического (пластики), металлического и минерального происхождения (гранит, мрамор, камень и т.п.). Бесспорным достоинством абразивных инструментов является высокое качество и скорость обработки материалов, а также экологическая чистота и безопасность осуществляемых работ. Данные качества объясняют широкое распространение всевозможных абразивных инструментов среди профессиональных пользователей инструмента, а также среди аматеров.

Абразивные инструменты находят свое применение практически в любой сфере промышленности: в машиностроительной, металлообрабатывающей, пищевой, целлюлозно-бумажной и т.д. Абразивные инструменты широко используются как в ручных шлифовальных машинах, так и на станках.

Для укрепления алмазных зерен используют различные методы. Мы используем метод плазмено-электролитного формования. Плазмено-электролитное формование - это этап технологического процесса, при котором происходит формирование связующего материала. В этот период создается конечная структура материала, формируются его свойства, и фиксируется форма изделия.

Разработка и совершенствование технологических процессов, обеспечивающих сокращение расхода металлов и позволяющих повысить качество выпускаемых изделий, является весьма актуальной задачей. Одним из таких процессов является электрохимическое формование, заключающееся в получении деталей путем электроосаждения металла на форму в гальванической ванне. Уже сейчас получают широкое использование композиционные материалы, совмещающие положительные свойства металлов и неметаллов, а также оксидов, карбидов, нитридов и др. В современной гальванотехнике одним из актуальных направлений является создание композиционных электрохимических покрытий (КЭП), которые получают путем соосаждения вместе с металлами из электролитов-суспензий дисперсных частиц различных видов и размеров. Включаясь в структуру металлов, частицы существенно улучшают их эксплуатационные свойства (твердость, износостойкость, коррозионную устойчивость) и придают им новые качества (антифрикционные, магнитные, каталитические). В связи с этим, КЭП находят широкое применение в различных отраслях промышленности, а разработка новых видов композиционных покрытий с различными свойствами и получение новых композиционных материалов, исследование кинетических закономерностей их электроосаждения и свойств осадков, а также изучение структурных превращений в концентрированных растворах электролитов является актуальной научной задачей. Алмазно-абразивные инструменты, несмотря на высокую популярность, имеют ряд недостатков. Главными недостатками абразивных инструментов, является сравнительная дороговизна отдельных компонентов, например кобальта, высокие температуры спекания преимущественно с применением вакуума, а также сравнительно быстрое засаливание и потеря режущей способности, - особенно в отсутствие интенсивного охлаждения. А так же недостатком является недостаточная твердость и относительно невысокая стойкость при механической обработке керамических материалов с высоким содержанием твердых включений (кварц, агат и др.), и при этом происходит полное выпадение алмаза из связки.

Для решения данных проблем коллективами кафедр ТФиЭ КФУ и ТОЛПиМ КНИТУ был разработан метод электрохимической формации с применением никелевых наночастиц. Для осуществления данного метода на первоначальном этапе нам необходимо получить коллоидные нано частицы. Есть много известных маршрутов и стратегий подготовки наноразмерных частиц, включая применение принципа микроэмульсии, подход золь-гель технологии, химические сокращение соли, электрохимические методы, аэрозольный метод, метод фото и термического разложения, микроволнового излучения или газовых микроразрядов. Список можно продолжать долго, и бесконечно, где применяют данные принципы, включающие в себя химические или физические явления, низких или высоких энергий, во влажных или сухих средах. Использование электрических разрядов в электролитических средах синтеза наноматериалов полволило получить образование металлических нано-сфер несколько переходных металлов, например, Ni, Ti, Ag и Au. Мы будем использовать Ni, так как он имеет невысокую себестоимость. Газоразрядным способом получаем коллоидные наночастицы. Добавляем в электролит алмазные зерна и наносим на инструмент плазмено-электролитным формованием. Данный способ решает множество проблем современных абразивных инструментов. Это покрытие многофункциональное твердое, коррозионно-, термо-, износостойкое, а также защитно-декоративное. Связка из этого материала позволит алмазу намного дольше не вырываться из металла, обеспечит равномерное покрытие, увеличит срок службы инструмента, улучшит прочностные характеристики, повышает твердость и стойкость.

В результате НИР получены экспериментальные образцы, которые были исследованы и подвергались различными физическими воздействиями. Срок службы стоматологического алмазного бора (с искусственными алмазами) был увеличен до двух раз.

На данный момент времени не существует аналогов данной связки для алмазно-абразивных инструментов. Применение данной технологии позволит повысить конкурентную способность алмазно-абразивных инструментов на рынке, как в России, так и в других странах. Рынок абразивно-алмазных инструментов очень обширен. Среди покупателей крупные, средние и малые производственные предприятия, строительные и обслуживающие компании, авторемонтные предприятия, торговые компании. Так же потребность в таких видах инструментов растет, так как, век водостойких абразивных материалов даже на российском рынке подходит к концу. Это сегодня уже не вызывает сомнений у профессионалов. Республика Татарстан не является исключением. У нас так же развиваются и модернизируются различные отрасли, где данные инструменты не заменимы, к примеру, стоматология.

В процессе реализации могут возникнуть распространенные риски, такие как технологический риск и риск с интеллектуальной собственностью. Технологический риск имеет низкую вероятность, так как полученные нами образцы прошли первичную проверку, и показали очень хороший результат. Образцы приобрели нужные нам характеристики. Риск с интеллектуальной собственностью исключен, так как подано заявление на патент. Итак, это ноу-хао относится к гальванотехнике, в частности к электрохимическому осаждению никелевых нанопокрытий. Его можно применять в машиностроении ( круги, бруски, головки шлифовальные, карандаши, звездочки, шарошки, шкурка шлифовальная, паста), в медицинском оборудовании (алмазные стоматологические боры) и промышленности. Оно имеет хорошие характеристики, легко наноситься и является экономически выгодным.


Литература:

  1. Nano Technologies,William Andrew, 2009.

  2. J. Belloni, H. Remita, Radiation Chemistry: FromBasics to Applications in Material and Life Sciences, EDP Sciences, 2008 (chapter 7)

  3. V.K. Jain, S.K. Chak, Machining Science and Technology 4 (2000) 277

  4. Хрущев М.М. Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М., 1970.

Основные термины: абразивных инструментов, срок службы, алмазных зерен, алмазно-абразивных инструментов, прочностные характеристики, современной металлической связки, покрытие многофункциональное твердое, срок службы инструмента, отсутствие интенсивного охлаждения, обработке керамических материалов, абразивных материалов, абразивных кругов, высокие температуры спекания, содержанием твердых включений, механической обработке керамических, сравнительная дороговизна отдельных, потеря режущей способности, недостаточная твердость, высоким содержанием твердых, дороговизна отдельных компонентов

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle