Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения электрохимических металл-алмазных покрытий высокой стойкости к внешним воздействиям на основе модифицированных детонационных наноалмазов. Этап I.

Докладчик: Долматов Валерий Юрьевич

Должность: зам.директора по наноматериалам

Цель проекта:
1. Научно-техническая задача заключается в получении достаточных научных и практических данных по технологиям нанесения электрохимических покрытий с новым поколением ДНА с целью успешного масштабирования гальванических процессов с получением высоких качественных и количественных характеристик металл-алмазных пленок 2. Получение значимых научных результатов для организации производства и получения высокой стойкости электрохимических металлических покрытий, содержащих модифицированные детонационные наноалмазы и обладающих сверхвысокими: микротвердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью; высокой изоляционной стойкостью (анодно-оксидные покрытия алюминиевых сплавов); - Разработка и вывод на рынок технологий электрохимических покрытий мирового уровня; - Повышение эффективности применения находящихся в эксплуатации гальванических технологических линий; - Снижение экологической опасности за счет перехода на менее токсичные электролиты; - Создание новых рабочих мест.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты:
- Патентные исследования разработанных ранее способов и технологий получения металл-алмазных покрытий;
- Научные и научно-технические основы новых методов получения металл-алмазных покрытий высокой стойкости на основе хрома, никеля, цинка, серебра, золота и МДНА;
- Отдельные технологические решения по анодному оксидированию сплавов алюминия и МДНА;
- Рекомендации по реализации новых гальванических методов и технологических решений в реальном секторе экономики.
2. В результате проведенных работ должны быть получены конкретные параметры (условия) ведения процессов хромирования, никелирования, цинкования, серебрения, золочения и анодирования, позволяющие поднять уровень микротвердости покрытий на 50%, износостойкости – в 2-3 раза, коррозионной стойкости – в 1,5-2,0 раза, рассеивающей способности электролита на 30-40%, выход по току на 3-5 %, электропробоя анодно-оксидного покрытия на 40-50% по сравнению с существующими в промышленности лучшими результатами.
3. Поставлена реальная задача синтезировать в процессе детонации мощных ВВ новое поколение МДНА с изменением кристаллической решетки ДНА и новыми функциональными поверхностными группами с оптимальными для электрохимического нанесения КЭП свойствами.
К числу новых методов относится подрыв зарядов ВВ в оболочке из водных растворов легирующих элементов и подрыв зарядов ВВ, содержащих легирующие элементы или их соединения. Полученные ДНА должны обладать высокой седиментационной устойчивостью в сильных электролитах.
Данные разработки имеют высокую вероятность патентной защиты как способов получения и модификации ДНА, так и способов нанесения с такими ДНА различных металл-алмазных покрытий.
4. Приоритет открытия самих ДНА, разработки способов и технологий получения КЭП на основе ДНА и новых способов получения модифицированных ДНА (МДНА) принадлежит России.
Исследовательские работы по электрохимическому нанесению покрытия с ДНА ведутся во многих странах мира (Германия, Великобритания, Франция, Финляндия, КНР, Ю.Корея, Япония, Индия, США и др.), однако, они могут использовать только стандартные, недостаточно эффективные, ДНА. Модифицированные вышеуказанными способами ДНА производятся только в ФГУП «СКТБ «Технолог» (Санкт-Петербург).
5. Актуальным является получение постоянно воспроизводимых высококачественных электрохимических покрытий на основе широкой номенклатуры металлов и дисперсионно устойчивых в водных электролитах ДНА нового поколения. Такие наноалмазы получаются за счет существенного изменения условий детонационного синтеза – подрыва зарядов ВВ в водном растворе соединений бора и фосфора и за счет модификации самих зарядов ВВ (вводя внутрь заряда элементы: бор, кремний, алюминий, сера или соединения фосфора, бора, германия). Получаемые после подрыва таких ВВ ДНА обладают набором сильно отличающихся свойств, а ряд таких ДНА имеет высокую коллоидную устойчивость в сильных электролитах. Последнее обстоятельство позволяет уверенно надеется на получение металл-алмазных покрытий высокого качества, в том числе и на масштабирование разрабатываемых способов до промышленных объемов.
Для достижения заявленных результатов будет осуществлено следующее:
- проведен детонационный синтез для получения модифицированных ДНА (МДНА) в различных условиях (в водной оболочке раствора различных соединений и модифицированных различными элементами и соединениями зарядов ВВ);
- различными химическими способами выделены МДНА из полученной алмазосодержащей шихты (АШ);
- исследованы свойства полученных МДНА с помощью различных инструментальных и приборных методов;
- исследована седиментационная способность МДНА в водных суспензиях и в среде сильных электролитов;
- проведены экспериментальные работы в лабораторных условиях по исследованию процесса осаждения гальванических покрытий из электролитов с шестивалентным и трехвалентным хромом, никелем, цинком, серебром, золотом; а также процесса получения анодно-оксидного покрытия алюминиевых сплавов;
- исследованы следующие свойства таких покрытий инструментальными методами: микротвердость, износостойкость, коррозионная стойкость, равномерностью нанесения покрытий, стойкость к электропробою (для анодно-оксидного покрытия алюминия);
- проведены работы по масштабированию результатов лабораторных работа на крупных промышленных гальванических линиях для подтверждения лабораторных результатов.
Полученные результаты по детонационному синтезу, химической очистке МДНА, технологиям нанесения покрытий с МДНА будут защищены патентами РФ и зарубежных стран.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Ожидаемые результаты (покрытия хрома, никеля, цинка, анодно-оксидное покрытие алюминия) могут быть использованы в машиностроении, самолето- и кораблестроении, приборостроении (Ni, Cr, Zn), в радиоэлектронике и электротехнике (Au, Ag, Al), в часовой и ювелирной промышленности (Au, Ag).
2-3. Способы использования – электрохимические металл-алмазные покрытия деталей и механизмов, работающих на износ (Cr, Ni) (валы, цилиндры, пресс-формы) с целью увеличения ресурса в 2-4 раза; антикоррозионные покрытия (Ni, Zn, Al) деталей автомашин, кораблей, самолетов для увеличения ресурса – до 13 раз; сильноточных электроконтактов (Ag, Au) для увеличения ресурса в 8-10 раз; для декоративных целей в часовой и ювелирной промышленности (Ag, Au) – увеличение ресурса в 2-4 раза.
Крупные потребители – АвтоВАЗ, КАМАЗ, Газпром, нефтедобывающие компании, судо- и самолетостроительные компании.
Использование нового поколения ДНА – МДНА и усовершенствованных электрохимических технологий позволит улучшить потребительские свойства существующей продукции, увеличив ресурс их использования, в среднем, в 4-6 раз.
Технологии получения МДНА, нанесения с ними электрохимических покрытия являются патентоспособными для РФ и ряда зарубежных стран (страны Евросоюза, Япония, КНР, Республика Корея, США, Индия), лицензионные возможности на разработанные технологии достаточно велики.
Возможные потребители ожидаемых результатов – это предприятия машиностроения (АвтоВАЗ, КАМАЗ), нефтегазового комплекса (ГАЗПРОМ, Роснефть).
Потребность индустриального партнера - технология нанесения хром-алмазных покрытий высокой стойкости, серебро- и золото-алмазных покрытий.
Работы по исследованию процессов получения металл-алмазных покрытий с традиционными ДНА и разработке технологий электрохимического нанесения композитов были начаты авторским коллективом в 1999 году и успешно продолжаются по настоящее время; опубликовано 30 статей в рейтинговых российских и зарубежных журналах и 6 патентов РФ, Японии, Ю.Кореи и Европатент.
Технология получения хром-наноалмазных покрытий внедрена авторами на фирме «Samhung Precision Ind. Co., Ltd» (SAM) (Ю.Корея) и ООО «РАМ» (г. Юбилейный, Россия), олово-наноалмазных покрытий - на фирме «Hwabaek Engineering Co. Ltd» (Ю.Корея); серебро-алмазных покрытий – на заводе «Электроприбор» (Санкт-Петербург, Россия).
У авторского коллектива имеются необходимые химические реактивы для нанесения хром-, никель-, цинк-, серебро-, золото-алмазных покрытий и анодного оксидирования сплавов алюминия. Имеются МДНА собственного производства (14 типов новых ДНА). Имеется необходимое лабораторное оборудование для нанесения металл-алмазных электрохимических покрытий, наличие 16-летнего методического опыта работы с подобными композиционными системами, имеется необходимый технологический задел и кадры необходимой квалификации.

Текущие результаты проекта:
На данном этапе:
- Проведен анализ существующей научно-технической и патентной информации по получению металл-алмазных покрытий.
- Обоснован выбор оптимальных вариантов получения модифицированных детонационных наноалмазов (МДНА) во время детонационного процесса, пригодных для электрохимического нанесения металл-алмазных покрытий.
- Определена возможность синтеза органических соединений элементов Периодической системы (ПС) элементов им. Д.И.Менделеева (бор и фосфор), модифицирующих ДНА
- Проводится исследование кинетики процесса получения анодно-оксидного покрытия алюминиевых сплавов:
а) с МДНА, прошедших аммиачную обработку при высокой температуре и давлении;
б) при температурах 9-10 и 14-15 град.С в разбавленной серной кислоте (без добавок алмазосодержащего материала) и при плотностях тока в диапазоне 0,5 - 3 А/кв. дм при постоянном количестве электричества.
- Ведется синтез соединений (с бором и фосфором) для модификации зарядов взрывчатых веществ (ВВ) с целью последующей модификации ДНА
- Принято участие в 2-х международных конференциях:
1) Международная конференция по Алмазным и Углеродным Материалам (International Conference on Diamond and Carbon Materials), 7-11
сентября 2014, Мелия Кастилла, Мадрид, Испания (Melia Castilla, Madrid, Spain)
2) XVII Международная конференция «Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и применения», 14 - 20 сентября 2014 г., г. Трускавец, Украина
- Подготовлены и переданы для публикации статьи:
а) "Инфракрасные спектры детонационных наноалмазов, модифицированных во время синтеза", авторы В.Ю.Долматов, И.И.Кулакова, В.Мюллюмаки, А.Н.Панова, А.П.Возняковский
б) "Влияние условий синтеза детонационных наноалмазов на их термостойкость", авторы В.Ю.Долматов, А.Н.Панова, А.А.Бочечка, М.В.Веретенникова, В.Мюллюмаки, С.А.Душенок, Е.В.Никитин, Г.Г.Цапюк, Е.В.Ищенко
- Предложены 3 варианта получения МДНА: - путем подрыва стандартного заряда ВВ в водном растворе неорганических солей необходимых для модификации поверхности ДНА элементов ПС; - путем подрыва зарядов ВВ с введенными в заряд элементами (бор, кремний, сера, алюминий и т.д.) или их неорганическими соединениями; - путем подрыва заряда ВВ с введенными в заряд органическими соединениями, содержащими ковалентную связь -С-элемент.