Разработка способа и оборудования высокоскоростного диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения для получения ультрадисперсных порошков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Титов Юрий Владимирович

• Титов Юрий Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Титов Юрий Владимирович

Список сокращений и обозначений

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Анализ существующих способов получения порошков и обоснование высокоскоростного способа диспергирования

1.1 Назначение и области применения УДП в различных отраслях промышленности

1.2 Особенности размеров, формы и свойств УДП

1.3 Анализ способов получения УДП

1.3.1 Достоинства и недостатки физических способов получения УДП

1.3.2 Достоинства и недостатки химических способов получения УДП

1.3.3 Достоинства и недостатки механических способов получения УДП

1.4 Критерии выбора оборудования

1.5 Обоснование применения высокоскоростного способа диспергирования и выбора многокомпонентных материалов для получения УДП

1.6 Задачи исследований

Глава 2 Разработка установки диспергирования многокомпонентных материалов высокоскоростным способом в условиях низкотемпературного охлаждения

2.1 Обоснование принципиальной схемы лабораторной установки для получения УДП высокоскоростным способом диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения

2.2 Разработка узла диспергирования образца

2.3 Разработка или проектирование приспособления для крепления образца

2.4 Разработка камеры сбора порошка

2.5 Разработка системы низкотемпературного охлаждения

2.6 Обоснование режимов технологического процесса диспергирования образца

2.7 Выводы по главе

Глава 3 Исследование высокоскоростного процесса диспергирования многокомпонентных материалов

3.1 Исследование влияния низкотемпературного охлаждения на температуру в зоне диспергирования и окисление УДП

3.2 Влияние скорости рабочей зоны диска на средний размер частиц УДП

3.3 Влияние параметров измельчающих элементов и удельного расхода алмазов на средний размер частиц УДП

3.4 Влияние скорости подачи рабочей зоны диска на износ измельчающих элементов и средний размер частиц УДП

3.5 Влияние физико-механических свойств диспергируемого материала на средний размер частиц УДП

3.6 Результаты исследований химического и структурно-фазового состояния

монолитного образца и УДП из латуни марки Л63

3.6.1 Методики и результаты проведенных исследований элементного состава и структурно-фазового состояния материала марки Л63

3.7 Разработка рекомендаций диспергирования многокомпонентных материалов на основе оценки напряжений в образце

3.8 Выводы по главе

Глава 4 Практическое применение УДП, полученных высокоскоростным способом диспергирования, при изготовлении деталей с требуемыми параметрами

4.1 Применение УДП из латуни Л63 в составе эластомерного композита

4.2 Применение УДП из сплава М2Мп1п в твердотельном охладителе

4.3 Возможное применение УДП в качестве добавок при изготовлении изделий из керамики

4.4 Возможное использование УДП в качестве пигментов металлизированных красок

4.5 Выводы по главе

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения

Приложение А

Приложение Б

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

НМ - наноматериал.

ОмГТУ - Омский государственный технический университет.

ПАВ - поверхностно-активные вещества.

УДМ - ультрадисперсный материал.

УДП - ультрадисперсный порошок.

ЧПУ - числовое программное управление.

РСА - рентгеноструктурный анализ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способа и оборудования высокоскоростного диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения для получения ультрадисперсных порошков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современные технологии изготовления деталей с применением ультрадисперсных порошков (УДП) из металлических и керамических материалов с заданными свойствами имеют ряд проблем. Получение требуемых свойств материалов с применением УДП, например, магнитных, токопроводящих, при этом имеющих различную температуру плавления элементов сплава и др., при сохранении в УДП первоначальных свойств сырья обеспечивается большим разнообразием методов и технологий. При этом постоянно повышается интерес к применению именно УДП, связанный с возможностью получения новых, зачастую уникальных свойств материалов и деталей. Такие УДП находят широкое применение в различных отраслях промышленности - в электронике, медицине, фармакологии, машиностроении, химической и нефтяной промышленности, космической и авиационной технике и т.д. Поэтому получение УДП из различных многокомпонентных материалов, имеющих узкий диапазон среднего размера частиц, с сохранением первоначальных свойств сырья является актуальной задачей.

Основные требования, предъявляемые к УДП, применяемому в машиностроении, определены следующими параметрами: средний размер частиц, находящийся в диапазоне от 200 нм до 10 мкм; многокомпонентность, обусловленная тем, что каждая частица должна состоять из нескольких химических элементов; сохранение физико-механических свойств и химического состава относительно первоначального сырья, а также степень загрязнения порошка, не превышающая 2-3 %, определяющаяся износом измельчающих элементов.

Обеспечение предъявляемых требований возможно за счет существующих сложных и энергозатратных технологий на основе физических, химических, механических методов получения УДП, вносящих значительные изменения, как в состав, так и кристаллическую решетку отдельных частиц.

Поэтому при создании новых материалов и для обеспечения вышеуказанных требований необходимо провести анализ существующих способов и сформировать требования к разрабатываемому способу.

Повышение скорости воздействия измельчающих элементов на образец приводит к изменению механизма изнашивания зерен диспергируемого материала, от вырывания целого зерна до его скалывания на макро или микроуровне. Из научно-технической литературы и практического опыта установлено, что высокоскоростным способом диспергирования со скоростями воздействия на обрабатываемый материал свыше 100 м/с и в условиях низкотемпературного охлаждения веществами, возможно получение УДП с требуемыми параметрами.

Степень разработанности темы исследования. Вопросам получения и изучения ультра и нано дисперсных порошков, а также процессам формирования частиц, посвящено большое количество работ известных зарубежных и российских ученых: Dong Wang, Chen J, Elsen S.R., Rodnianski V., Lee H.W., Р.А. Андриевского, М.И. Лернера, В.Ф. Петрунина, А.Д. Помогайло и др. В этих трудах рассматриваются требования, предъявляемые к порошку, высокоскоростные способы его получения, влияние низкотемпературного охлаждения на процесс получения порошка и вопросы получения материалов с новыми свойствами за счет добавления порошка в качестве одного из компонентов.

Большинство работ по получению УДП механическими способами связаны с исследованием высоких температурных воздействий, которые приводят к фазовым превращениям и изменениям свойств исходного материала, особенно многокомпонентного, а также с невозможностью получения порошков из материалов с широким диапазоном физико-механических свойств, например, магнитных. Также, практически все способы приводят к загрязнению полученного порошка материалами измельчающих элементов, что приводит к ухудшению эксплуатационных свойств деталей, изготовленных из данного порошка.

Цель диссертационной работы. Разработка способа и оборудования высокоскоростного диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения для получения ультрадисперсных порошков из многокомпонентных материалов с сохранением свойств исходного материала.

Для достижения цели в работе решались следующие задачи:

1. Определить условия, при которых образование частиц происходит скалыванием.

2. Разработать высокоскоростной способ диспергирования многокомпонентных материалов в условиях низкотемпературного охлаждения, реализующийся применением оригинальной лабораторной установки и технологической оснастки, измельчающих элементов, рациональных условий и режимов диспергирования.

3. Обосновать эффективность предлагаемого способа получения ультрадисперсного порошка из многокомпонентных материалов с ударной вязкостью от 4 до 245 Дж/см2, твердостью от 100 до 712 НВ, прочностью на изгиб от 145 до 1750 МПа.

4. Исследовать влияние режимов диспергирования (скорость рабочей зоны диска и скорость подачи образца на рабочий диск) в условиях низкотемпературного охлаждения на размер и морфологию получаемых частиц, уровень их окисления и степень загрязнения порошка продуктами износа измельчающих элементов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в:

- разработанном и апробированном высокоскоростном способе диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения для получения ультрадисперсного порошка из многокомпонентных материалов;

- определении условий, заключающихся в низкотемпературном охлаждении до -100...-175 °С и повышении скорости рабочей зоны диска выше 100 м/с, при которых имеет место переход вида разрушения диспергируемых

многокомпонентных материалов от вязкого к хрупкому при формировании частиц ультрадисперсного порошка;

- установленных закономерностях влияния режимов диспергирования (скорость рабочей зоны диска и скорость подачи образца на рабочий диск), характере влияния параметров измельчающих элементов (зернистость, вид связки и др.) и условий низкотемпературного охлаждения на средний размер частиц ультрадисперсного порошка из многокомпонентных материалов.

Теоретическая значимость работы. Результаты, представленные в диссертационной работе, расширяют научные представления в области получения многокомпонентных УДП и заключаются в установленных закономерностях влияния режимов диспергирования, параметров измельчающих элементов (зернистость, вид связки и др.) на средний размер частиц УДП за счет высокоскоростного способа диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения.

Практическая значимость работы.

1. Разработана и изготовлена лабораторная установка для диспергирования многокомпонентных материалов, реализующая высокоскоростной способ получения УДП в условиях низкотемпературного охлаждения (патент на полезную модель 146455 РФ: «Устройство для получения металлических порошков» и на изобретение 2621204 РФ: «Способ получения металлического порошка механической обработкой цилиндрической заготовки»).

2. Экспериментально установлено, что высокоскоростной способ диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения позволяет из многокомпонентного легкоплавкого сплава М^Пп с температурой плавления 156,6 °С (сплава Гейслера) получать частицы ультрадисперсного порошка со средним размером 300 нм.

3. Разработаны технологические рекомендации по диспергированию исследуемых материалов высокоскоростным способом в условиях низкотемпературного охлаждения: сплав твердый спеченный ВК8 по ГОСТ

3882-74; сталь инструментальная Р18 по ГОСТ 2590-2006; латунь Л63 по ГОСТ 15527-2004; алюминиевый сплав Д16 по ГОСТ 4784-97; феррит марганец-цинковый (ферромагнетик) М2500НМС1; неодимовый магнит N45M (NdFeB).

Методы исследования. Исследования процессов диспергирования высокоскоростным способом производились на основе теории резания и теории упругости. Постановка экспериментальных исследований осуществлялась с использованием планирования экспериментов и методов оптимизации. Статистическая обработка полученных экспериментальных результатов производилась с использованием математического аппарата программных комплексов Sigma Plot v.11 и Excel. При конструировании узлов лабораторной установки использовалось 3D-моделирование в системах автоматизированного проектирования КОМПАС и ANSYS. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных стандартных и специальных измерительных приборов: тензометр T2020-DC10, двухканальный переносной анализатор спектра сигналов ZET 017-U2, атомно-силовой микроскоп NTEGRA PRIMA (NT-MDT), инфракрасная камера TR-01400, металлографический микроскоп МИМ-7 и растровый электронный микроскоп Jeol JCM-5700, используя метод стандартного количественного анализа (ZAF Method) и др.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанный способ высокоскоростного диспергирования многокомпонентных материалов в условиях низкотемпературного охлаждения при температуре -100...-175 °C, реализованный в конструкции лабораторной установки с рабочим диском, обеспечивающий средний размер получаемых частиц ультрадисперсного порошка в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от типа многокомпонентного материала.

2. Экспериментально установленные режимы высокоскоростного диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения многокомпонентных материалов, ограниченных свойств (ударная вязкость -4.245 Дж/см2, твердость - 100.712 НВ, прочность на изгиб - 145.1750

МПа), обеспечивающие условия образования частиц ультрадисперсного порошка сколом.

3. Результаты экспериментальных исследований ультрадисперсных многокомпонентных порошков, полученных высокоскоростным способом диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения со средними размерами частиц от 200 нм до 10 мкм и степенью загрязнения не более 2...3 % от общей массы материала.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ФГУП «Федеральный научно-производственный центр «Прогресс» при изготовлении чувствительного элемента, введенного в резинокордное изделие, а также на кафедре магнетизма физического факультета ФГБОУ ВО «МГУ имени М.В. Ломоносова» при изготовлении рабочего тела твердотельной охлаждающей системы из многокомпонентного сплава Гейслера М^пИп.

Достоверность результатов исследований. Полученные теоретические и эмпирические закономерности, а также новые технические решения, использованные в конструкции лабораторной высокоскоростной установки диспергирования, были опробованы экспериментально в лабораториях кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» ФГБОУ ВО «ОмГТУ». Высокоскоростной способ диспергирования применен при получении ультрадисперсных порошков из широкого круга многокомпонентных материалов. Характеристики полученных порошков оценены с использованием материаловедческих исследований и аналитического оборудования, имеющего необходимые свидетельства о метрологической аттестации. Все выводы диссертационного исследования имеют экспериментальное подтверждение.

Личный вклад автора заключается в разработке и техническом усовершенствовании экспериментального оборудования, планировании, постановке и проведении экспериментов, обработке, обобщении и анализе полученных результатов. Совместно с руководителем были подготовлены публикации по тематике данной работы и сформулированы основные положения и выводы, выносимые на защиту.

Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались в 2013-2019 гг. на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: III Всероссийская конференция «Теория и практика успеха»; научно-техническая конференция «Инновации в машиностроении»; II Международный форум «Инновации в машиностроении - 2016»; II Региональная научно-техническая конференция «Ученые Омска - региону»; VI Международная конференция «Техника и технологии машиностроения»; VIII Международная научно-техническая интернет-конференция молодых ученых «Автоматизация, мехатроника, информационные технологии»; VIII Всероссийская научная конференция, посвященная памяти главного конструктора ПО «Полет» А.С. Клинышкова; III Международная научно-техническая конференция «Проблемы машиноведения» и других.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 8-ти публикациях, из них 4 опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК, 2 опубликованы в журналах, входящих в базы цитирования Scopus и Web of Science, получен один патент РФ на полезную модель и один патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 167 наименований. Она изложена на 171 странице машинописного текста, содержащих 77 иллюстраций и 19 таблиц.

Глава 1 Анализ существующих способов получения порошков и обоснование высокоскоростного способа диспергирования

Существует множество способов, позволяющих получать порошки из широкого диапазона материалов. Однако есть необходимость в получении УДП с сохраненными первоначальными свойствами исходного многокомпонентного материала. Материалы, из которых требуется получить УДП, могут быть с разной температурой плавления элементов, а также с определенными магнитными свойствами.

Многокомпонентные магнитные материалы наиболее сложны для диспергирования в связи с низкой точкой Кюри, при которой значительно ухудшаются магнитные свойства. При получении УДП из магнитных материалов следует не допускать высоких температурных воздействий, а также обеспечивать минимальную деформацию частиц. Для решения научных и технических задач необходимо получение УДП со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от типа многокомпонентного материала, с помощью которых можно получить материалы, недоступные при использовании порошков наименьшего размера. Это, в первую очередь, касается материалов с магнитными и сверхпроводящими свойствами.

Для определения эффективности предлагаемого способа необходимо проанализировать применяемые в промышленности способы получения порошков. Под термином эффективность в работе понимается получение УДП со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от типа материала; минимальное температурное воздействие на получаемый порошок; минимальное загрязнение полученного порошка материалами измельчающих элементов. Необходимо определить условия, при которых получают порошки с широким диапазоном физико-механических свойств, со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, а также порошков с элементами, имеющими разную температуру плавления.

1.1 Назначение и области применения УДП в различных отраслях

промышленности

Области применения УДП не ограничиваются порошковой металлургией. УДП может использоваться как самостоятельный продукт или применяться в качестве исходных компонентов для получения других материалов или деталей. Основные области применения УДП представлены на рисунке 1.1.1 [64].

Рисунок 1.1.1 - Основные области применения УДП [64]

Существует необходимость получения УДП из вязких материалов для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования по электропроводности, теплопроводности и коррозионной стойкости [8, 72]. Добавление УДП в качестве одного из компонентов позволяет приобретать новые свойства конечному продукту (детали) [13, 68, 71, 85].

По мнению авторов монографии [121], наибольшие перспективы имеют УДП, с помощью которых можно получить материалы, недоступные при использовании микронных порошков. Это, в первую очередь, касается материалов со сверхпроводящими, оптическими или магнитными свойствами. Авторами работы [74] разработан способ получения нанокристаллических порошковых материалов для создания эффективных систем электромагнитной защиты на основе радиопоглощающих материалов. УДП из металлов с включениями карбидов

используют в качестве шлифующего и полирующего материала на заключительных стадиях обработки полупроводников и диэлектриков [16, 35, 64, 67].

Большой интерес у специалистов различного профиля существует к магнитным наноматериалам (НМ), особенно, к ферромагнетикам, используемым в системах записи и хранения информации, в новых постоянных магнитах, в системах магнитного охлаждения, в качестве магнитных сенсоров и т.п. В статье [7] отмечается, что для получения НМ могут быть использованы такие способы как диспергирование в шаровых мельницах, испарение-конденсация, лазерная абляция или способы, основанные на концепции сборки «снизу». Для получения УДП из магнитных материалов важен контроль размеров частиц, их форм, состава, структуры и физических свойств.

Использование порошков в транспортной промышленности, медицине, энергетике и других отраслях описано в работах [4, 31, 63, 101, 143]. Из приведенных примеров использования УДП видно, что применение данного вида материалов достаточно многогранного. Причем множество исследований проводится по поиску новых перспективных применений УДП и УДМ, для которых потребуется создание новых порошков. Получение порошков именно из многокомпонентных материалов на сегодняшний день является одной из актуальных и сложных проблем. Подобные порошки обладают одновременно несколькими различными управляемыми параметрами.

1.2 Особенности размеров, формы и свойств УДП

Существующие способы получения порошков позволяют управлять их параметрами, а именно размерами и формой частиц, гранулометрическим составом, загрязнением, величиной удельной поверхности и т.д. Данные параметры порошков изменяются в значительных пределах, в зависимости от способа их получения, который, в свою очередь, выбирается исходя из необходимости обеспечения заданных свойств конечного продукта - деталей [67].

Для обоснования принятой в работе терминологии по существующим классификаторам необходимо определить группу, к которой относятся порошки со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм. Относительно выделения ультрадисперсного диапазона в классификации порошков по размерам частиц нет однозначного толкования. Например, согласно работе [5] размер УДП лежит в пределах от десятых долей до 100 нм. В монографии [121] про УДП сказано, что они имеют микронные и более мелкие размеры частиц.

В работе [89] размеры частиц подразделяются на три типа:

- наноразмерные (ультрадисперсные)............от 1 до 50 нм;

- высокодисперсные..............................от 50 до 500 нм;

- частицы микронных размеров............от 500 до 10000 нм.

Достаточно подробный анализ существующих взглядов и подходов к

классификации частиц по ее размерам осуществлен в работе [99]. Авторы предлагают классификацию, представленную на рисунке 1.2.1. По этой классификации УДП имеют размеры частиц от 100 нм до 10 мкм. Такой же диапазон размеров частиц УДП определен и в работе [123]. Поэтому в данной работе принято считать диапазон УДП от 100 нм до 10 мкм.

мкм

Рисунок 1.2.1 - Классификация дисперсных материалов по размерам частиц [99]

Условия получения УДП, которые реализуются в том или ином способе, определяют форму частиц. Например, авторы работы [67] выделяют сферическую, гексагональную, губчатую, хлопьевидную и игольчатую формы порошков, получаемых различными способами.

В работе [99] форма частицы определяется исходя только из способа. Например, отмечается, что при получении порошка способом распыления струи расплава жидкостью или газом получаются частицы каплевидной или сферической формы, при больших скоростях охлаждения частицы могут получаться неправильной формы. Для иллюстрации на рисунке 1.2.2 приведены некоторые формы частиц порошков, полученных разными способами [143].

д) е)

Рисунок 1.2.2 - Фотографии частиц УДП различной формы, полученные [143]:

а - фрезерованием; б - водной атомизацией; в - газовой атомизацией;

г - электролизом; д - осаждением; е - электрическим взрывом проводников.

Форма частиц порошка определяет размеры, которые характеризуют данную частицу: для сферической и хлопьевидной формы - радиус или диаметр, для произвольной формы - эквивалентный (шар, имеющий объем частицы) и седиментационный (шар, обладающий одинаковыми с частицей скоростями оседания и плотностью) диаметры [130].

Определение среднего размера частиц возможно с помощью определения гранулометрического состава и является достаточно сложной и трудоемкой задачей (обмер порядка 1000 частиц), связанной с применением электронно-микроскопических и аналитических методов [99]. Для примера, на рисунке 1.2.3 показано распределение частиц порошка оксида алюминия [130]. Большая часть порошка оксида алюминия лежит в диапазоне от 10 до 140 нм. Вид функции распределения зависит от способа получения порошка.

О Ф.| 0.2 О.) 0 4

а, мкм

Рисунок 1.2.3 - Распределение частиц оксида алюминия по размерам (ДN - число частиц в интервале диаметров Дё) [130]

Средний размер частиц порошка - важный параметр всех способов получения порошков [138]. Анализ литературных данных позволил определить, что форма, узкий диапазон размера частиц получаемого порошка, а также

минимальное загрязнение и окисление - наиболее важные требования, предъявляемые к порошку для дальнейшего изготовления деталей.

1.3 Анализ способов получения УДП

На сегодняшний день разработано и внедрено в практику множество способов (и их различных модификаций) получения УДП и УДМ [61]. Следует отметить, что, несмотря на многообразие способов получения УДП, одного универсального способа не существует. Под критериями универсальности подразумевается получение порошков из многокомпонентных материалов с широким диапазоном механических и физических свойств, со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от типа многокомпонентного материала, а также с разной температурой плавления элементов. Каждый технологический процесс ориентирован на практическое назначение конкретного порошка и позволяет получать в основном однокомпонентный порошок в промышленных объемах [121]. В работах [61, 67] авторы выделяют механические, физические и химические способы получения порошков. При этом строгого разделения способов на физические и химические авторы не делают, поскольку физические процессы и химические реакции протекают одновременно.

Ниже приведен анализ основных способов получения УДП с целью определения условий, при которых возможно получение порошков:

- из многокомпонентных материалов;

- из материалов с широким диапазоном механических и физических свойств, например, магнитных;

- со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от типа многокомпонентного материала;

- с минимальной деформацией частиц;

- при минимальном температурном воздействии.

1.3.1 Достоинства и недостатки физических способов получения УДП

В основе физических способов получения УДП лежат фазовые превращения. В работе [64] представлены типы фазовых превращений (рисунок 1.3.1.1).

Рисунок 1.3.1.1 - Типы фазовых превращений [64]

В работах [53, 76, 81, 89, 136, 140, 146, 156] выделены следующие основные физические способы получения частиц: молекулярные пучки малой и большой интенсивности, катодное распыление, ударные волны, аэрозольный способ, низкотемпературная плазма. В таблице 1.3.1.1 приведен краткий анализ достоинств и недостатков основных физических способов получения порошков.

Основными недостатками физических способов получения порошков являются узкий диапазон механических и физических свойств используемых материалов, а также значительный нагрев, сопоставимый с температурой плавления исходного материала. Достоинство всех физических способов -получение порошка с размером частиц в диапазоне от 0,1 нм до 1.5 мкм.

Таблица 1.3.1.1 - Достоинства и недостатки физических способов получения УДП

Получение УДП из

Основные физические способы получения УДП Получение УДП из многокомпонентных материалов материалов с широким диапазоном механических и физических свойств Минимальные деформации частиц УДП

Молекулярные пучки + +

малой интенсивности

Молекулярные пучки большой интенсивности + - +

Катодное распыление - - +

Ударные волны - - -

Аэрозольный способ - - -

Низкотемпературная

плазма

Анализ таблицы 1.3.1.1 позволил определить, что физического способа, который позволил бы получать порошки из многокомпонентных материалов с широким диапазоном физико-механических свойств, минимальной деформацией частиц, со средним размером частиц в диапазоне от 200 нм до 10 мкм, а также с минимальными температурными воздействиями на данный момент нет.

1.3.2 Достоинства и недостатки химических способов получения УДП

Отличительной чертой всех химических способов получения УДП является их стадийность [67]. В работах [1, 37, 45, 61, 89, 99, 149, 154, 157] выделены следующие основные химические способы:

- разложение (пиролиз и распад под действием облучения);

- восстановление в растворе;

- криохимический синтез;

- электрохимический синтез;

- золь-гель;

- самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

В таблице 1.3.2.1 приведен краткий анализ достоинств и недостатков основных физических способов получения порошков.

Таблица 1.3.2.1 - Достоинства и недостатки химических способов получения УДП

Основные физические способы получения УДП Получение УДП из материалов с широким диапазоном механических и физических свойств Минимальные деформации частиц УДП Минимальное температурно е воздействие

Разложение - + +

Восстановление в растворе - + +

Криохимический синтез - + -

Электрохимический синтез + - +

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Титов Юрий Владимирович, 2021 год

• • -

450

400 и

350 и Э U

300 У U

а м

250 ч ь Я

п о

200 а м т н

м и

150 и м

с V

100 о н м Ч m

50 Н

0

0,2 0,4 0,6 0,8

Скрость подачи, мм/мин

1 1,2 1,4 1,6

y = 16,013x3 - 26,044x2 + 11,954x + 0,1847 R2 = 0,9647

6

4

2

0

0

Рисунок 3.4.2 - Зависимости среднего размера частиц аср и износа измельчающих элементов от скорости подачи рабочего диска на образец для ВК8 В графическом виде зависимости среднего размера частиц аср и износа измельчающих элементов от скорости подачи для Д16 на рисунке 3.4.3.

5 5 Н

и «

Т

а

«

« а

35 5 5

Ч ш

а

и

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

размер частиц из Д16

износ измельчающих элементов

ТТТТГ»

З^ооооо^из •

180

160 и

и

140 Э и

и

120 а м

ч

100 ь п И о

а т

80 м н

м и

60 и с м

40 о п

н т

20 н

0

0,2 0,4 0,6 0,8

Скорость подачи, мм/мин

1 1,2 1,4 1,6

у = 286,94х3 - 493,68х2 + 237,92х - 2,2221 R2 = 0,9745

Рисунок 3.4.3 - Зависимость среднего размера частиц УДП из Д16 и износа измельчающих элементов от скорости подачи рабочего диска на образец

Проведенными исследованиями установлено влияние скорости подачи образца на средний размер частиц и износ измельчающих элементов в условиях низкотемпературного охлаждения. Средний размер частиц УДП при скорости подачи до 1 мм/мин меняется незначительно, рисунок 3.4.1 - 3.4.3. Также незначителен и износ измельчающих элементов. Повышение скорости подачи приводит к значительному увеличению износа измельчающих элементов, то есть к увеличению весового загрязнения УДП, эта тенденция повторялась на всех исследуемых материалов [162]. Ограничение скорости подачи значением 1 мм/мин позволяет ограничивать весовое загрязнение УДП в диапазоне от 2 % до 3 %. Степень загрязнения, полученного УДП измельчающими элементами, определялась по соотношению его массы на единицу массы диспергируемого материала при скорости рабочей зоны диска 300 м/с (весовым способом).

3.5 Влияние физико-механических свойств диспергируемого материала на

средний размер частиц УДП

0

Физико-механические свойства материала оказывают существенное влияние на ресурс деталей в конечном изделии. При этом, исходя из свойств

материала, подбираются технологические режимы их обработки при изготовлении деталей машин.

Ранее (пункт 2.6) было определено, что размер частиц УДП зависит от предела прочности диспергируемого материала на растяжение а, но с точки зрения получения порошка из различных материалов, наиболее важными свойствами являются твердость, прочность на изгиб и ударная вязкость. Рассмотрим возможную корреляцию среднего размера частиц аср от других физико-механических характеристик. В качестве рассматриваемых показателей возьмем твердость, предел прочности на изгиб и ударную вязкость. В таблице 3.5.1 приведены численные значения рассматриваемых параметров. Там же приведены средние значения размеров частиц УДП аср, полученные при: скорости рабочей зоны диска 300 м/с, скорости подачи рабочего диска на образец 1 мм/мин, а также в условиях низкотемпературного охлаждения зоны диспергирования (см. табл. 3.1.1).

Таблица 3.5.1 - Показатели физико-механических характеристик материалов

Материал Твердость НВ Прочность на изгиб, МПа Ударная вязкость, Дж/см2 аср, мкм

ВК8 712 [27] 1750 [27] 245 [43] 1,4

Р18 255 [109] 1600 [109] - 0,9

Л63 130 [50] - 100 [52] 0,8

Д16 - - 25 [120] 0,25

М2500НМС1 120 200 [47] 4 0,25

Ш5М - 145 [103] - 0,2

На основании данных таблицы 3.5.1 построены зависимости рассматриваемых показателей физико-механических характеристик материалов и средних размеров частиц УДП. В графическом виде эти зависимости представлены на рисунках 3.5.1 - 3.5.3. На этих рисунках материалы расположены в порядке возрастания величины рассматриваемого показателя.

я

5 Н

и «

Т

а I

г? 2 «

а

35 5 5

Ч «

а

и

1,6 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

0

♦ 1

1 -М2500НМС1

2 - Л63

3 - Р18

4- ВК8

200 400

Твердость материалов, НВ

600

800

у = 0,0167x0,6889 R2 = 0,5961

Рисунок 3.5.1 - Корреляционные зависимости средних значений размеров частиц УДП и

твердости

я и т с а

ч р

е м

а р

35

и

н

д

е р

С

1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

♦ 4

♦ 3

1 - Ж5М

2 - М2500НМС1

3 - Р18

4 - ВК8

500

1000

Прочность на изгиб материалов, МПа

1500 2000

у = 0,0058х0'7092

R2 = 0,9737

4

3

2

1

2

0

Рисунок 3.5.2 - Корреляционные зависимости средних значений размеров частиц УДП и

предела прочности на изгиб

1,6

1,4

1,2

1 -М2500НМС1

2 - Д16

3 - Л63

4 - ВК8

50

100 150 200

Ударная вязкость УДП, Дж/см2

250

300

у = 0,1395х0'4034 R2 = 0,9867

4

Рисунок 3.5.3 - Корреляционные зависимости средних значений размеров частиц УДП и

ударной вязкости

Построенные зависимости на рисунках 3.5.1 - 3.5.3 позволяют по твердости, прочности на изгиб и ударной вязкости диспергируемого материала спрогнозировать средний размер частиц УДП, при скорости 300 м/с в условиях низкотемпературного охлаждения. Некоторые значения физико-механических характеристик материалов приняты из литературных данных, остальные определены опытным путем. Распределение материалов осуществлялось исходя из его физико-механических характеристик, пункт 1.5. Между показателями значений средних размеров частиц УДП и твердости для исследуемых материалов корреляции не наблюдается. При увеличении показателей прочности на изгиб и ударной вязкости - увеличивается средний размер частиц УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения.

3.6 Результаты исследований химического и структурно-фазового состояния монолитного образца и УДП из латуни марки Л63

Латунь Л63 - двухкомпонентный сплав меди и цинка, ее химический состав согласно ГОСТ 15527-2004 [21] приведен в таблице 3.6.1

Таблица 3.6.1 - Химический состав латуни Л63 по ГОСТ 15527-2004 [21]

Массовая доля, %

Элемент

Медь Свинец Железо Сурьма Висмут Фосфор Цинк Прочие

Cu Pb Fe Sb Bi P Zn элементы

62,0 - 65,0 0,07 0,2 0,005 0,002 0,01 34,21 - 37,21 0,5

На рисунке 3.6.1 приведен фрагмент диаграммы состояния системы Cu - Zn до содержания цинка 70 % - область латуни Л63.

í,°C 1083

900 700 500 300 100

0 20 40 60 80 Zn, %

Рисунок 3.6.1 - Фрагмент диаграммы состояния системы Cu - Zn [33]

Ж«-а Ж ж+о /

905с\ \ . 836° 1 4

а \ - 3+Y

453*1-u+ß'l ^ 1 н • - • ■ 470° У - 84

i i i » 1 1 1 ■ i . i • 270е

Из диаграммы ^ - 7п (см. рисунок 3.6.1) следует, что любой сплав с содержанием меди 67,5 - 61 % в диапазоне низких температур (от 0 до 400 °С)

имеет однофазную структуру а-латуни. При повышении температуры фигуративные точки этих сплавов могут попасть в двухфазную область а + Р-латуней, или даже в однофазную область Р-латуни. Другими словами, при нагревании или при охлаждении фазовый состав этих сплавов претерпевает изменения. При нагревании может происходить частичное или полное превращение а ^ р, а при охлаждении - частичное или полное превращение Р ^ а. Количество второй фазы во многом зависит от температуры нагрева и скорости охлаждения [135].

Рассмотрев поведение латуни Л63, содержащей 62 % меди или примерно 38 % цинка можно сделать следующие выводы. При комнатной температуре это однофазный материал, содержащий а - фазу или а-латунь. При нагреве примерно до 500 °С вертикаль попадает в область двух фаз аир. При дальнейшем повышении температуры до 700 °С структура латуни будет состоять примерно на 50 % из а - фазы и на 50 % из Р - фазы. При температуре 850 °С вертикаль латуни попадает в однофазную область Р-латуни.

Граница существования а - фазы соответствует предельной растворимости цинка в меди, составляющей примерно 35 %. В сплавах, содержащих большее количество цинка, избыточная часть этого элемента образует с медью электронное соединение Си-7п. Часть меди растворяется в Си-7п, образуя кристаллы р - твердого раствора. То есть в соединении присутствуют кристаллы двух видов твердого раствора [33].

Правая граница области существования а - фазы представляет собой кривую изменения растворимости 7п в Си с температурой. Как видно из рисунка 3.6.1 с понижением температуры концентрация 7п в кристаллах а -фазы повышается. В результате в сплавах с первоначальной структурой а твердого раствора при нагреве и последующем остывании по мере понижения температуры а - кристаллы обогащаются цинком. Согласно диаграмме состояния системы Си - 7п при 905 °С эти сплавы содержат 32,5 % 7п, а при 0 °С содержание цинка составляет уже 39 % 7п [135].

В области твердого раствора а (раствор цинка в меди) решетка кристалла кубическая гранецентрированная, параметр решетки а при 100 % Си равен 3,608 А, при 62,5 % Си он равен 3,693 А. Область в - фазы построена на базе химического соединения электронного типа Си7п с переменным содержанием меди и с кубической решеткой типа сбс1. Концентрация меди в в - фазе в зависимости от температуры может изменяться от 63 % до 56,5 %. Решетка в -фазы объемно-центрированная кубическая, а = 2,94 А [135]. По данным [54] при концентрации цинка от 48,23 до 49,3 % (ат.) параметр решетки а изменяется от 2,9558 до 2,9582 А. Авторы статей [29, 100] приводят следующие данные. Параметр решетки а - фазы при содержании 5 % (ат.) 7п составляет 3,620 А, а при увеличении содержания 7п от 11,41 до 33,56 % (ат.) изменяется в пределах от 3,6327 до 3,6898 А соответственно.

3.6.1 Методики и результаты проведенных исследований элементного состава и структурно-фазового состояния материала марки Л63

Исследование элементного состава и структурно-фазового состояния материала проводились на подготовленных образцах из латуни марки Л63, имеющие вид стержня (образец) и УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования.

Элементный состав осуществлялся с помощью энерго-дисперсионного анализа на растровом электронном микроскопе /ео1 /£М-5700.

Исследования структурно-фазового состояния проводились на приборе ДРОН-3. Съемка дифрактограмм исследуемого материала проводилась при непрерывном 20-сканировании с фокусировкой по Брэггу - Брентано в излучении медного анода (длина волны излучения СоКа X = 1,78 А). Идентификация кристаллических фаз проводилась с использованием базы данных JCPDS PDF-2 структурного банка данных ICDD.

Рентгенографическое определение параметра кристаллической решетки основано на точной регистрации положений дифракционных максимумов, которые связаны с размером элементарной ячейки [20].

В большинстве случаев для кристаллов кубической сингонии наилучшие результаты при определении параметров решетки дает использование функции Нельсона - Райли [20].

Для получения достоверных данных по изменению размера параметра кристаллической решетки в работе проведен рентгеноструктурный анализ материала марки Л63 (цилиндрический образец) и УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования из образца [152].

На рисунке 3.6.1.1 приведена дифрактограмма материала цилиндра из латуни Л63.

Рисунок 3.6.1.1 - Рентгенограмма латуни Л63 цилиндра

Методом рентгеноструктурного анализа (РСА) установлено, что материал исследуемого образца представляет собой смесь двух основных фаз в соответствии с равновесной диаграммой состояния системы Си - 7п, таблица

3.6.1.1. Основными фазами являются фазы Си7п (в - фаза) и твердый раствор цинка в меди (а - фаза).

Таблица 3.6.1.1 - Данные по параметрам решетки материала цилиндрического образца

Фаза Параметр кристаллической решетки а, А

Эксперимент Литературный источник

[135] [54] [29]

а - фаза 3,7034 3,6080 * 3,6930 - 3,6327 * 3,6889

в - фаза 2,9350 2,9400 2,9558 * 2,9582

Видно, что экспериментальные значения параметра кристаллических решеток обеих фаз близки к значениям параметров решеток, приведенных в научно-технической литературе [29, 54, 135].

На рисунке 3.6.1.2 представлена дифрактограмма УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования из цилиндрического образца Л63, со скоростью 300 м/с, в условиях низкотемпературного охлаждения.

Как и для материала цилиндрического образца так и для порошка характерно наличие двух основных фаз: твердого раствора цинка в меди Си-гп (а - фаза) и Сигп (в - фаза). К уширению рентгеновских линий приводит размер измельчающихся блоков и возникающая микро деформация.

Определение параметра кристаллических решеток латунного порошка дало следующие результаты. Параметр кристаллической решетки ГЦК - фазы аГщ = 3,6690 А для правых рефлексов, для левых рефлексов ащ^ = 3,6860 А. Параметр кристаллической решетки фазы CuZn аСигп = 2,9420 А, что практически соответствует литературным данным (см. значения параметра в таблице 3.6.1.1). В таблице 3.6.1.2 приведены полученные данные по параметру решетки а-фазы и в-фазы материалов образца и порошка.

Таблица 3.6.1.2 - Параметр решетки а материалов цилиндрического образца и порошка из материала марки Л63, А

Фаза Образец Порошок

а -фаза 3,7034 3,6690

в - фаза 2,9350 2,942

Сопоставление полученных данных показывает, что по параметру кристаллической решетки отличие для а-фазы материалы образца и порошка составляет 0,0344 А (0,93 %). Для в-фазы отличие параметра кристаллической решетки составляет 0,007А (0,24 %).

Для сравнения, некоторые физические и химические способы вносят изменения в кристаллическую решетку полученного порошка от 0,5 % и более. Однако они позволяют получать порошки только из узкого диапазона материалов. Механические способы получения порошка (высокоэнергетические измельчения с помощью различных мельниц) являются самыми разрушающими, с минимальным изменением параметра кристаллической решетки от 5 % и более. [36, 137, 141]. Можно сделать вывод, что высокоскоростной способ вносит минимальные изменения в

кристаллическую решётку диспергированного образца, в сравнении с исходным материалом [114, 161].

3.7 Разработка рекомендаций диспергирования многокомпонентных материалов на основе оценки напряжений в образце

Получение УДП из различных многокомпонентных материалов всегда связано с рекомендациями по назначению режимов и условий диспергирования. Один из наиболее важных критериев полученного УДП - это средний размер его частиц, поэтому назначение режимов происходит исходя из этого критерия. Таким образом, если исходить из того, что необходимо получение УДП, с минимально возможным средним размером частиц (200-400 нм), будут следующие рекомендованные режимы:

- интенсивность подачи азота - 0,8л/мин, пункт 3.1;

- скорость рабочей зоны диска - 300м/с, пункт 3.2;

- параметры измельчающих элементов - АС 4 (Бак) 83/60, пункт 3.3;

- скорость подачи образца на рабочий диск - 1мм/мин (пункт 3.4).

В случае необходимости получения определенного среднего размера частиц УДП, необходимо определить скорость и величину подачи рабочего диска по соотношению (1), пункт 2.6.

Получение УДП из различных материалов, особенно хрупких, обладающих низкой ударной вязкостью, требует проработки возможного разрушения образца в процессе диспергировании высокоскоростным способом. Разрушение образца может произойти вследствие реализации больших изгибных напряжений в месте его закрепления, а также привести к разрушению измельчающих элементов. С целью оценки уровня изгибных напряжений были проведены расчетно-экспериментальные исследования по оценке напряжений, возникающих в образце, в процессе его диспергирования.

В качестве расчетной схемы рассматривается образец в виде стержня, один конец которого жестко закреплен. К свободному концу стержня приложена нагрузка, перпендикулярная оси стержня. Максимальный прогиб (стрела прогиба) стержня реализуется на свободном конце в точке приложения усилия в направлении его действия и связан с ним следующим соотношением [30]:

3 Я • / • я • 0З

4

УЗ

Р=----,

64 • Щ '

где Е - модуль упругости первого рода (модуль Юнга), МПа; / -максимальный прогиб, мм; 0З - диаметр обрабатываемого образца, мм; 1З -длина вылета образца, мм.

В свою очередь напряжения, возникающие при изгибе стержня, реализуются в заделке и определяются величиной усилия [30]:

32•Р • и

О =

Таким образом, если известна величина максимального прогиба, то можно рассчитать значение усилия и по нему оценить уровень напряжения.

Для определения сил, возникающих при диспергировании, использовалась лабораторная установка для получения УДП высокоскоростным способом. Образец цилиндрической формы, диаметром 10 мм с конусом 15 градусов на торце. Длина образца выбиралась такой, чтобы после ее закрепления вылет равнялся 100 мм. Материал образца -алюминиевый деформируемый сплав Д16. Диспергирование производилось рабочим диском с алмазными головками AC4 на металлической связке со скоростью рабочей зоны диска 300 м/с и скоростью подачи рабочего диска на образец 1 мм/мин. Зона диспергирования охлаждалась жидким азотом, с интенсивностью подачи 1 л/мин.

Замер стрелы прогиба образца производился при помощи индикатора часового типа, расположенного над образцом в его крайней точке. В ходе эксперимента производилась видеозапись, по которой точно определялась величина прогиба, таблица 3.7.1.

Таблица 3.7.1 - Результаты экспериментов и расчетов

Скорость рабочей зоны диска, м/с Скорость подачи образца на рабочий диск, мм/мин Прогиб f мм Сила Р, Н

300 1 0,001 0,106

300 1,5 0,002 0,212

300 2 0,004 0,424

300 3 0,007 0,742

Как отмечалось ранее (см. п.3.2) оптимальными режимами диспергирования сплава Д16 являются скорость рабочей зоны диска 300 м/с и скорость подачи образца на рабочий диск 1 мм/мин. Для этих условий по данным таблицы 3.7.1 величина усилия Р составляет 0,106 Н. Этому усилию соответствует напряжение:

32 • Р • L 32 • 0,106 • 100

о =-=-—=-= 0,11 МПа.

л •Di Tf 103

Предел прочности на изгиб сплава Д16 равен 450 МПа.

С целью определения предельного значения усилия был проведен расчет с использованием программного пакета APM FEM - системы прочностного анализа для КОМПАС-30.

На рисунке 3.7.1 представлены результаты расчета напряжений, реализующихся в стержне при его изгибе. Уровень напряжений 450 МПа реализуется при действии усилия 170,5 Н, что также значительно выше усилия, реализовавшегося при обработке образца (см. таблицу 3.7.1).

Рисунок 3.7.1 - Распределение напряжений в стержне

Проведенные исследования позволили оценить и определить, что вероятность разрушения образца в процессе диспергирования высокоскоростным способом мала.

3.8 Выводы по главе 3

1. Высокоскоростной способ диспергирования позволяет получать из твердых многокомпонентных материалов УДП со средним размером частиц от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от материала, при скорости рабочей зоны диска от 100 до 300 м/с.

2. Скорость подачи образца до 1 мм/мин при высокоскоростном способе диспергирования позволяет получать УДП со степенью загрязнения измельчающими элементами в диапазоне 2...3 %, при больших значениях скорости подачи образца степень загрязнения УДП становится недопустимой.

3. Рассмотрено влияние параметров (связка, зернистость) измельчающих элементов на средний размер УДП. Установлено, что с уменьшением

зернистости измельчающих элементов на обеих связках (металлической и бакелитовой) средние размеры частиц порошка и их разброс уменьшаются.

4. Применение азота при высокоскоростном способе диспергирования с интенсивностью подачи 1 л/мин позволяет снизить уровень окисления УДП, в сравнении с порошком, полученным без применения низкотемпературного охлаждения.

5. Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что полученный из многокомпонентных материалов высокоскоростным диспергированием УДП, имеет изменения параметра кристаллической решетки, в сравнении с исходным материалов, не превышающие 1 %, что позволяет применять разработанный способ получения УДП из широкого круга материалов с различными свойствами.

6. Проведены расчетно-экспериментальные исследования напряжений, возникающих в образце при его диспергировании. Показано, что при скорости 300 м/с уровень напряжений существенно ниже предела прочности диспергируемого материала на изгиб.

Глава 4 Практическое применение УДП, полученных высокоскоростным способом диспергирования, при изготовлении деталей с требуемыми

параметрами

Существуют различные технологии получения деталей с требуемыми «управляемыми» параметрами, такими как намагниченность, тензочувствительность и т.д. Детали из подобных материалов находят все большее применение в технике, однако для их изготовления необходимо применение элементов (УДП), с исходными свойствами материала. При разработке подобных материалов, выдвигаются требования к: поверхности частиц, то есть их форма должна быть развитой и не шарообразной; среднему размеру частиц порошка, а также к сохранению исходных свойств материала. Все эти требования необходимы при изготовлении деталей из многокомпонентных материалов с «управляемыми» параметрами.

4.1 Применение УДП из латуни Л63 в составе эластомерного композита

Номенклатура резинокордных изделий, применяемых в промышленности, достаточно широка [40]. При этом при их проектировании формируют требуемые параметры за счет расчетных методов и последующих натурных испытаний, определяющие надежность, работоспособность и физико-механические свойства. Важно оценивать напряженно-деформированное состояние конструкции детали во время ее эксплуатации, что позволяет оценить уровень аварийности и своевременно принимать решения по замене детали или узла, а также проводить сбор статистики для эффективной разработки новых и совершенствования старых элементов деталей.

Методы контроля напряженно-деформированного состояния непосредственно в ходе эксплуатации, по мнению авторов статьи [44], имеют ряд недостатков: малый срок эксплуатации измерительных и чувствительных

элементов, внесение ими погрешности в работу конструкции, а также невозможность измерения, например, при работе в агрессивных средах.

Работа по самотестированию состояния изделий широко проводится различными шинными компаниями и научно-исследовательскими центрами [40, 127]. Наличие электронных устройств (датчиков, микрочипов) на ободе колеса во внутренней полости шины или в ее протекторе, позволяют получить информацию о состоянии шины, которая передается на компьютер, расположенный в автомобиле (рисунок 4.1.1).

2

а) б)

Рисунок 4.1.1 - Шины с датчиками (1) и приемное устройство (2) [127]:

а - в зоне борта шины; б - в зоне беговой дорожки шины

Специалисты компании Continental [127] работают над системой, которая позволит на основании анализа температуры и деформации шины сообщить водителю транспортного средства о наличии льда, снега или воды на дороге. Определенных успехов в направлении создания «умных» шин достигла и компания Pirelli.

Авторы публикации [44] говорят об использовании в качестве чувствительного элемента - электропроводящей резины, обладающей стабильной тензочувствительностью. Электропроводящая резина позволяет

исключить влияние чувствительного элемента на свойства изделия (шины), так как материалы их близки по свойствам и долговечности. Величина удельного электрического сопротивления электропроводящих резин зависит от типа каучука и количества наполнителя, в роли которого выступают: углеродные частицы (графит, сажа), углеродные нанотрубки и порошки металлов [150]. В статье рассмотрены результаты исследования электропроводящей резины, полученной по заводской технологии. Кроме того, показана схема одного из вариантов установки чувствительного элемента из такой резины в шину (рисунок 4.1.2).

Рисунок 4.1.2 - Схема установки элемента в шину [44]

Подобные датчики должны иметь высокий коэффициент тензочувствительности, широкий интервал температур эксплуатации, мало влиять на характеристики изделия и испытывать без разрушения, а также большие деформации.

Понятие тензочувствительности связано с измерением возникающей от приложения силы деформации с помощью тензорезисторов, которое, в свою очередь, основано на тензоэффекте [62]. Он заключается в наличии зависимости электрического сопротивления металлического проводника от его механической деформации. Указанный эффект характеризуется сигналом на выходе, зависящим от относительного изменения сопротивления тензорезистора AR/R. Здесь R - электрическое сопротивление проводника до деформации, а AR - его приращение после деформации.

Отношение AR/R к вызвавшей его относительной деформации s при некоторых, постоянных, значениях тока, температуры и других факторов, называют коэффициентом тензочувствительности резистора К. То есть величина коэффициента тензочувствительности равна:

К = AR/Rs.

Данное соотношение справедливо для относительных деформаций не более 5х10-3. Коэффициент тензочувствительности является величиной безразмерной [62, 139] и не может быть измерен, а только определен расчетным методом.

В научном проекте № 16-38-00706 «Разработка схемы автоматизированного эксплуатационного контроля напряженно-деформированного состояния эластомерного композита в составе резинокордного изделия» [65] предложено в качестве добавки к применяемым наполнителям использовать УДП из латуни Л63, полученный высокоскоростным способом диспергирования. Чувствительный элемент изготовлен из электропроводной резины. Подобные работы уже проводились [41, 44], поэтому было необходимо использование нового УДП, используемого в составе чувствительного элемента. К УДП предъявлены следующие требования: размер частиц применяемого порошка должен лежать в интервале от 1 до 50 мкм и сторонние примеси не должны быть более 3 % от исходного состава материала (ГОСТ 15527 - 2004 [21]). При этом для контроля состояния

и ресурса в шину внедряется чувствительный элемент, в зависимости от состава резины и эксплуатационных условий. Эксперименты проводились с применением двенадцати резиновых электропроводных составов, в шесть из которых добавляли электропроводный углерод марок СН85 и СН210, а в остальные шесть - УДП из Л63, полученные высокоскоростным способом диспергирования. УДП имел размер частиц не превышающий 50 мкм, а сторонние примеси не превышали 3 % от исходного состава материала (ГОСТ 15527 - 2004).

С целью сравнения резин с добавкой порошка Л63 и с добавкой электропроводного углерода проведена оценка коэффициента тензочувствительности каждого состава. Изготовленные из указанных смесей образцы подвергались механическому нагружению на разрывной машине «Тензометр Т2020-0с10» с одновременной регистрацией электросопротивления.

Величина электрического сопротивления рассчитывалась по напряжениям, измеренным с помощью анализатора спектра 7ЕТ 017-Ш, согласно зависимости

Р — /£вых _ л \

л лвнутр ( ^

где Я - электрическое сопротивление образца; Явнутр - внутреннее сопротивление входного канала 7ЕТ 017-Ш, равное 99 кОм; ивых - напряжение на выходе анализатора; и1 - напряжение на первом канале анализатора.

Основные технические характеристики используемых средств измерения. Разрывная машина «Тензометр Т2020» используется для измерения силы и деформации в ходе статических испытаний образцов материала в условиях растяжения или сжатия. В качестве материала служат полимеры и резина [91]. Конструкция тензометра состоит из следующих блоков (см. рисунок 4.1.3): основание с закрепленной рамой подвижной траверсы; датчик силы; зажимы для крепления образцов; экстензометр; компьютер.

Подвижная траверса перемещается по направляющим колоннам, используя винтовые пары. Датчик силы крепится на траверсе. Один зажим присоединен к основанию, другой - к датчику силы. Тензометр позволяет преобразовать приложенную к образцу силу и испытываемую им деформацию в электрические сигналы. Они поступают в электронный блок управления, расположенный в основании. Программное обеспечение компьютера позволяет в автоматическом режиме проводить измерения и регистрировать результаты в удобном виде (таблицы, графики) [91].

Характеристики тензометра (метрологические и технические) обеспечивают необходимый уровень точности проводимых измерений. Так пределы допускаемой погрешности измерения силы и деформации составляют +1 %.

Рисунок 4.1.3 - Внешний вид «Тензометра Т2020-0с10» [91]

На основании результатов проведенного исследования можно сделать вывод о возможности использования УДП, полученного высокоскоростным

способом в условиях низкотемпературного охлаждения, для улучшения электрических свойств резины. В результате коэффициент тензочувствительности с применением УДП из Л63 увеличился в 5.. .7 раз (по сравнению с электропроводным углеродом), с сохранением исходных физико-механических свойств. Чувствительные элементы, изготовленные из такой резиновой смеси, дают возможность создания «умных» композитов, а также осуществлять более точный контроль напряженно-деформированного состояния. По результатам данных исследований составлен акт внедрения, (приложение А).

4.2 Применение УДП из сплава №2Мп1п в твердотельном охладителе

Разработка твердотельных охлаждающих систем является актуальной задачей. По сравнению с парокомпрессионным охлаждением твердотельное охлаждение позволяет уменьшить габаритные размеры холодильных установок (при одинаковой холодопроизводительности). Оно более удобно в эксплуатации и при сервисном обслуживании. Привлекательным в твердотельном охлаждении является бесшумность и осуществление дистанционного управления. Но при этом следует сказать и о некоторых недостатках, заключающихся в высокой стоимости применяемых материалов и сложности технологии изготовления. К твердотельным системам охлаждения относят следующие системы: термоэлектрическое; электрокалорическое; магнитокалорическое; эмиссионное и др. [12]. Во всех указанных системах охлаждения не используются газы или жидкости. То есть основным преимуществом является их экологичность. Преимущество и эффективность калорических методов охлаждения связаны с тем, что нагрев и охлаждение являются обратимыми термодинамическими циклами (процессы сжатия и расширения пара в парокомпрессионных холодильниках необратимы). При

комнатной температуре калорические холодильные установки на 20^30 % эффективнее устройств, работающих по парогазовому циклу [112].

Эффект охлаждения в таких системах обеспечивается материалом, способным намагничиваться. На задней стенке холодильной установки находится сильный постоянный магнит и вращающийся диск с намагничивающимся материалом. При обороте диска материал входит в поле постоянного магнита, намагничивается и нагревается. И, наоборот, на выходе из магнитного поля, материал размагничивается и охлаждается. При этом охлаждение происходит до температур, существенно более низких, чем температура окружающей среды. По эффективности превращения электрической энергии в холод магнитокалорические холодильные установки примерно в 1,5 раза лучше, чем компрессионные [12, 112]. Таким образом, большой интерес в последние годы к новым твердотельным сплавам, на структуру и свойства которых влияет внешнее магнитное поле, обусловлен как новым уровнем технологии, так и повышением энергоэффективности охлаждающих систем.

Охлаждающие системы в качестве рабочего тела из намагничивающего материала (манганины, гадолиний и его сплавы, сплав Fe-Rh и т.д.) также применяют сплавы Гейслера системы Ni-Mn-Z (где Z=In, Ga, Sn) (рисунок 4.2.1).

Сплав Гейслера системы Ni-Mn-In вызвал интерес исследователей в 2004 году [38, 58]. В этих сплавах происходит фазовый переход первого рода, а температура перехода чувствительна к изменению магнитного поля. При этом переходе наблюдается магнитокалорический эффект (МКЭ).

Высокая эффективность магнитных охлаждающих систем зависит от свойств рабочих тел, таких как величина МКЭ, физико-механические свойства и технологичность.

Рисунок 4.2.1 - Внешний вид твердотельной охлаждающей системы из сплава №-Мп-1п [12]

При изменении внешнего магнитного поля от 0 до 2 Тл сплава М2Мп1п температуры ДТаа изменяется по адиабатическому процессу (рисунок 4.2.2).

Рисунок 4.2.2 - Зависимость МКЭ сплава системы №2Мп1п от температуры [66]

Величина максимального МКЭ ДТаа в данном сплаве составляет 1,51 К при температуре 317 К. Максимум МКЭ наблюдается вблизи температуры Кюри Тс, указанной выше и найденной по зависимости намагниченности от температуры.

Получено большое количество результатов исследований сплава системы М^пМ для объемных поликристаллических образцов. При практическом применении данного сплава необходимо иметь характеристики материала в исходном состоянии, так как любое изменение может повлиять на магнитные свойства сплава [66]. Также на практике, при изготовлении рабочего тела твердотельной охлаждающей системы, применен УДП из многокомпонентного сплава М^пГп, полученного высокоскоростным способом диспергирования в условиях низкотемпературного охлаждения. Требуемым параметром данной детали является необходимость изготовления ее из УДП, каждая частица которого должна быть многокомпонентной. При этом температура плавления М составляет 156,6 °С, поэтому при получении УДП из многокомпонентного сплава Ni2MnIn, одним из условий является обеспечение низкотемпературного охлаждения зоны диспергирования, что также приводит к формированию частиц УДП сколом. Размер частиц УДП из сплава М^пГп, находился в диапазоне от 200 до 400 нм, а также отличие параметра кристаллической решетки у полученного УДП, в сравнении с исходным образцом, составило менее 1 %.

Исследования, проведенные в МГУ показали, что изменение температуры для УДП составило 5 °С/Тл. Для порошка, полученного в шаровой мельнице, наилучший показатель равен 2 °С/Тл. Применение УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования, для изготовления рабочего тела твердотельной охлаждающей системы, позволило в два раза увеличить скорость теплообмена. По результатам исследования составлен акт внедрения, приведенный в Приложении А2.

Несмотря на перечисленные выше достоинства и недостатки, твердотельные магнитокалорические охлаждающие системы в будущем, при широком применении нанотехнологий, могут постепенно вытеснить традиционные системы в промышленности и бытовой технике. Многие исследователи считают, что перспективна разработка материалов, у которых

магнитные свойства управляются воздействием электрического поля, а электрические свойства - воздействием магнитного поля, что позволит усилить МКЭ [12].

4.3 Возможное применение УДП в качестве добавок при изготовлении

изделий из керамики

По мнению академика РАН Лякишева Н.П улучшение эксплуатационных свойств конструкционных, а также керамических, материалов может быть достигнуто путем введения в матрицу материала добавок нанопорошков [55]. Проводимые исследования свойств керамики подтверждают данное утверждение.

В статье [110] представлены результаты исследований влияния УДП из Al2O3 (а-фаза), полученного взрывом и температуры спекания на физико-механические свойства корундовой керамики. Средний размер частиц УДП составлял 77 нм. Температура синтеза варьировалась от 1400° до 1600° С. Основные выводы, полученные по результатам исследований, сформулированы следующим образом:

1. Добавка в шихту корундовой керамики 2,5 % УДП А1^3 приводит к увеличению до 25 % механической прочности (сжатие и трехточечный изгиб) и модуля Юнга.

2. Температура окончательного обжига керамического изделия может быть уменьшена на величину от 150 до 200 °С с сохранением физико-механических характеристик.

Еще более значительные добавки нанопорошков оксида алюминия (до 20 %) осуществлены в рамках работы [3]. Использовался нанопорошок А1^3, полученный плазмохимическим синтезом. Частицы порошка представляли собой шары и сферы размером от 0,1 до 1 мкм, состоящие из кристаллитов с характерным размером от 20 до 50 нм. По результатам исследований

повысились показатели плотности и микротвердости керамики. Таким образом, приведенные немногочисленные примеры использования добавок из нано и ультрадисперсных порошков показывают положительные эффекты в части повышения эксплуатационных характеристик керамических изделий и снижения энергетических затрат на их изготовление [86]. Однако необходимо отметить, что любое изменение, вносимое в отработанный на промышленном предприятии технологический процесс, требует осторожности, т.к. не исключен и отрицательный эффект. Поэтому на данном этапе исследований необходимо определить этап технологического процесса, где можно использовать УДП, а также те критериальные параметры, по которым будет оцениваться результат использования данной добавки. С этой целью необходимо провести небольшой анализ основных этапов технологического процесса шликерного литья из термопластичных шликеров, используемого на ООО «СибТочМаш».

Работы по внедрению УДП в производство проводятся в Сибирском центре точного машиностроения и конструирования (ООО «СибТочМаш»). Одним из видов продукции данного предприятия являются керамические изделия, изготовленные из А1^3, ZrO2(Y) и 2Ю2(У)+20 % Al2O3 с использованием технологии шликерного литья из термопластичных шликеров [69]. Принято решение провести опытные работы по использованию УДП при изготовлении деталей из керамики А1^3. С этой целью для ООО «СибТочМаш» был передан УДП из А^3 с размером частиц 300... 500 нм, изготовленный высокоскоростным способом диспергирования

Шликерное литье, то есть формование из шликеров, используется в тех случаях, когда требуется получить изделие сложной формы (с одинаковой плотностью по объему, с одинаковой толщиной стенки, малых или больших габаритов, а также полых изделий). При этом отсутствует необходимость закупки дорогих оснастки и оборудования. Но есть и минусы: процесс литья и сушки занимает много времени, производственные площади должны быть значительными и др. [34, 102, 106].

При образовании шликера необходимо обеспечить отсутствие химического взаимодействия и растворимости твердой фазы в жидкой. Основные характеристики твердой фазы: плотность, форма и размер частиц, их распределение, необходимая смачиваемость (например, неудовлетворительная смачиваемость частиц порошка жидкой фазой может увеличить содержание воздуха в шликере, что влияет на его вязкость).

Устойчивость и вязкость шликера, плотность отливки во многом зависят от среднего размера частиц. При уменьшении размера частиц порошка вязкость шликера возрастает, а степень заполнения формы увеличивается.

Форма частиц порошка влияет на свойства шликера. Лучшим вариантом, с точки зрения упаковки частиц, для процесса литья считаются непористые порошки сферической формы. На практике частицы редко бывают такими. Чаще всего они бывают пористыми, осколчатыми, в виде палочек и волокон, с острыми краями и т.п. Частицы такой формы имеют большую удельную поверхность и, соответственно, большее количество связанной жидкой фазы, что увеличивает вязкость. Они сближаются между собой лучше, чем сферические, уменьшая перемещение друг относительно друга, что снижает литейные качества шликеров.

После приготовления шликера он вакуумируется и используется для получения оливки, то есть добавить УДП из Al2O3 на этапе приготовления шликера невозможно. Рассмотрим основные этапы приготовления шихты, используемой в качестве твердой фазы в шликере. На рисунке 4.3.1 схематично представлены основные этапы технологического процесса приготовления шихты для литья из термопластичных шликеров, используемого на ООО «СибТочМаш».

В качестве основы твердой фазы используется металлургический глинозем Г-00 (ГОСТ 30558-98 [26]) в у-фазе. Согласно техническому паспорту материала размер частиц лежит в диапазоне от 32 до 48 мкм.

Измельчение керамического порошка Г-00 в у-фазе осуществляется в барабанной мельнице.

Рисунок 4.3.1 - Основные этапы технологического процесса приготовления шихты

Измельчение гранулята порошка Г-00 (а-фаза) с одновременным смешиванием со стеклообразующей композицией (СТК) представляет собой процесс подготовки шихты керамического материала. Измельчение с одновременным смешивание осуществляется в барабанной мельнице по сухому при соблюдении следующих параметров:

1. Соотношение компонентов по весу: гранулят Al2O3 - 95 %, СТК - 5 %.

2. Максимальный рабочий объем барабанной мельницы не более 60 % от общего.

3. Количество оборотов в минуту - 80.

4. Мелящие тела - шары, диаметр 40 мм, материал Al2O3 (не менее 95 %).

5. Время помола - 48 часов (отличается от первого помола).

В процессе помола вводится ПАВ (в количестве 3 % от общей массы шихты), в качестве которого используется олеиновая кислота.

Простая замена основы (твердой фазы поучаемой методом, описанным выше), сразу не даст существенных результатов в увеличении физических характеристик изделий, а как раз напротив, может вызвать проблемы на этапе добавления термопластичного связующего. Поэтому на первом этапе наилучшее применение УДП, полученного высокоскоростной обработкой,

заключается во введении его в состав СТК. Далее может быть использовано введение добавки УДП из Al2O3 в основу.

В качестве критериальных параметров оценки результатов использования добавки УДП из Al2O3 могут быть приняты характеристики корундовой керамики, достигнутые на ООО «СибТочМаш», без добавки УДП, а именно [69]:

1. Плотность материала изделий должна лежать в пределах от 3,64 до 3,7

г/см3.

2. Твердость должна лежать в пределах от 12 до 15 ГПа.

3. Предел прочности при изгибе - не менее 400 МПа.

В качестве возможного применения УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования в составе СТК на ООО «СибТочМаш» изготовлены три пробных изделия с использованием УДП из Al2Oз. Исследования продолжаются.

4.4 Возможное использование УДП в качестве пигментов металлизированных красок

В состав печатных красок в основном входят красящие вещества (пигменты или красители), связующие вещества, растворители, вспомогательные средства и добавки [46, 97].

В работах [118, 119] авторами рассматривается влияние степени дисперсности пигмента металлизированной краски на качество печати и предлагается использовать высокоскоростной способ диспергирования для получения УДП с размером частиц от 0,5 до 1 мкм.

Пигменты представляют собой органические и неорганические (цветные, белые или черные) частицы, которые не растворимы в системах носителей. Концентрация пигмента в готовых красках находится в пределах от 10 до 60 % [125]. Эти твердые частицы или агломераты молекул распределены в жидком носителе (связующем) во взвешенном состоянии. К основным неорганическим пигментам относятся белые пигменты (например, диоксид титана),

металлизированные пигменты (бронза с золотым или серебряным оттенком) и перламутровые глянцевые и флуоресцирующие пигменты (для красок дневного свечения) [46].

Введение пигмента необходимо для обеспечения кроющих свойств краски. Размер частиц пигмента и его количество является важнейшим фактором в обеспечении качества краски. О важности проблемы свидетельствует тот факт, что от степени измельчения частиц зависит расслаивание краски, ее оптические свойства и время хранения. Причем, оптимальное количество и размер частиц определяются, исходя из способа и качества печати.

От размельчения пигмента (его дисперсности) зависит кроющая способность: она будет наибольшей при определенном размере частиц. Для некоторых белых красок размер частиц пигмента составляет 0,2^0,3 мкм, а для цветных 0,02^0,3 мкм или половину длины волны отражаемого ими видимого цвета. Если частицы пигмента меньше этих размеров, то они задерживают свет не полностью, и краска будет прозрачнее [125]. В работе [46] сказано, что частицы пигментов, как правило, имеют размеры, находящиеся в диапазоне от 0,1 до 2 мкм. Поэтому получение УДП, полученных высокоскоростным способом диспергирования, с возможностью контролирования среднего размера частиц, для добавления его в качестве пигмента в краску становится актуальной задачей.

Из сказанного выше следует, что размер частиц металлизированного пигмента имеет важное значение для обеспечения высокого качества краски и, соответственно, печати. Уменьшение размера частиц или сужение диапазона изменения размера металлизированного пигмента может увеличить как его количество в краске, так и сроки хранения и действия краски, сократить выпадение осадка. Использование УДП, полученного высокоскоростным способом диспергирования в качестве пигментов в металлизированных красках

имеет большой практический потенциал, так как способ позволяет получать необходимый средний размер частиц порошка.

4.5 Выводы по главе 4

1. Исследованиями деталей, изготовленных с использованием УДП из многокомпонентных материалов, полученных высокоскоростным способом диспергирования, определено, что использование УДП из латуни Л63 увеличивает коэффициент тензочувствительности электропроводной резины в 5-7 раз, повышая срок ее службы в 2,5 раза по сравнению с применением УДП из электропроводного углерода, полученного в шаровой или струйной мельницах.

2. Результатами исследований деталей, изготовленных с использованием УДП из многокомпонентных материалов, полученных высокоскоростным способом диспергирования, определено, что использование УДП из сплава Гейслера 1п2Мп№ при изготовлении рабочего тела твердотельной охлаждающей системы позволяет в два раза увеличить скорость теплообмена, по сравнению с порошками, полученными в шаровой мельнице.

3. Оценена принципиальная возможность использования УДП, полученных высокоскоростным способом диспергирования, в производстве керамических изделий из алюмооксидной керамики и металлизированных красок.

146 ВЫВОДЫ

1. Разработан способ и установлены условия получения ультрадисперсных порошков из многокомпонентных материалов.

2. Разработана и изготовлена лабораторная установка для высокоскоростного диспергирования материалов в условиях низкотемпературного охлаждения, позволяющая регулировать режимы диспергирования, а именно скорость рабочей зоны диска, скорость подачи образца на рабочий диск, интенсивность подачи азота в рабочую зону.

3. Определены рациональные режимы диспергирования на высокоскоростной лабораторной установке в условиях низкотемпературного охлаждения, а именно: скорость рабочей зоны диска - 100...300 м/с, скорость подачи образца на рабочий диск - не более 1 мм/мин, интенсивность подачи азота в зону диспергирования 0,8.1 л/мин. При этом достигается размер частиц УДП от 200 нм до 10 мкм, в зависимости от типа диспергируемого материала; степень загрязнения УДП измельчающими элементами не превышает 2.3 % от общей массы материала; уровень окисления диспергируемого многокомпонентного материала не превышает 5,4%.

4. Определено, что при диспергировании многокомпонентных твердых материалов высокоскоростным способом в условиях низкотемпературного охлаждения (-100.-175 °С), при скоростях рабочей зоны диска свыше 100 м/с, механизм разрушения диспергируемого материала переходит от вязкого к хрупкому.

5. Экспериментальным путем получена эмпирическая зависимость, позволяющая рассчитать средний размер формируемых частиц получаемого УДП от скорости рабочей зоны диска и от скорости подачи образца на рабочий диск.

6. Установлено, что при повышении скорости рабочей зоны диска свыше 100 м/с происходит переход от вырывания частиц диспергируемого материала к

сколу. При этом размеры частиц получаемого УДП уменьшаются и достигают значений меньше размеров зерен диспергируемого материала.

7. Установлено, что:

- применение ультрадисперсного порошка из латуни Л63 увеличивает коэффициент тензочувствительности электропроводной резины в 5.7 раз, повышая срок ее службы в среднем в 2,5 раза, по сравнению с применением УДП из электропроводного углерода, полученного в шаровой или струйной мельницах;

- применение УДП из сплава Гейслера (М^пМ) при изготовлении рабочего тела твердотельной охлаждающей системы позволяет в 2 раза увеличить скорость теплообмена, по сравнению с порошками, полученными в шаровой мельнице.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аввакумов, Е. Г. Механические методы активации химических процессов / Е. Г. Аввакумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск : Наука, 1986. - 305 с.

2. Аверков, К. В. Повышение качества и производительности абразивной обработки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе за счет определения рациональных технологических параметров сверхскоростного шлифования : дис. ... канд. техн. наук / Константин Васильевич Аверков. -Омск, 2011. - 128 с.

3. Активирование спекания оксидной керамики добавками нанодисперсных порошков / С. В. Матренин, А. П. Ильин, Л. О. Толбанова, Е. В. Золотарева // Известия Томского политехнического университета. - 2010. -Т. 317, № 3. - С. 24-28.

4. Актуальность развития нанотехнологий и наноиндустрии в России / Б. М. Гинзбург, А. В. Елецкий, Л. Б. Пиотровский, С. П. Фалеев, А. М. Фукс // Инноватика и экспертиза. - 2008. - Вып. 1 (2). - С. 42-47.

5. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля. - М. : Академия, 2005. - 192 с.

6. Бабичев, А.П. Физико-технологические основы методов обработки [Текст] / А.П. Бабичев, М.А. Тамаркин [и др.]; под ред. А.П. Бабичева. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 409 с.

7. Баранов, Д. А. Магнитные наночастицы: достижения и проблемы химического синтеза / Д. А. Баранов, С. П. Губин // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. - 2009. - Т. 1, № 1-2. - С. 129-147.

8. Бережной, Ю. М. Получение ультрадисперсных порошков меди, стабилизированных водородорастворимыми полимерами, для антифрикционных металло-полимерных материалов : дис. ... канд. техн. наук / Юрий Михайлович Бережной. - Новочеркасск, 2015. - 134 с.

9. Беспалов, С. А. Металловедческие аспекты в процессах разрушения металлических материалов при трении / С. А. Беспалов // Успехи физики металлов. - 2009. - Т. 10. - С. 415-435.

10. Борисенко, Н. И. Износостойкий твёрдый сплав ВК8УДП для подшипников скольжения и режущего инструмента / Н. И. Борисенко, Е. А. Чичиро // Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров. Секция 9. Техническая физика : материалы Междунар. науч.-техн. конф. ААИ / МГТУ МАМИ. - М., 2010. - С. 18-24.

11. Борисенко, Н. И. Спеченные твердые сплавы для бурового инструмента / Н. И. Борисенко. - М. : Машиностроение, 2010. - 78 с.

12. Булат, Л. П. Твердотельные охлаждающие системы / Л. П. Булат // Холодильный бизнес. - 2008. - № 8. - С. 10-17.

13. Бурка, А. Л. Возможность применения ультрадисперсных порошков для создания тепловых аккумуляторов / А. Л. Бурка, А. А. Емельянов, В. А. Полубояров, В. А. Синицын // Промышленная теплотехника. - 2007. - Т. 29, № 5. - С. 36-43.

14. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик. - 2-е изд. доп. и перераб. - М. : Наука, 1972. -721 с.

15. Васильев, Е. В. Повышение производительности алмазного шлифования твердосплавных изделий и ресурса кругов выбором оптимальных схем и режимов шлифования и характеристики круга : дис. ... канд. техн. наук / Евгений Владимирович Васильев. - Омск, 2005. - 160 с.

16. Влияние термической обработки на магнитные свойства и структуру магнитов типа (Ш,Рг)-(ТЬ,Ву,аё)-(Ее,Со,А1,СиДе)-В / О. А. Ариничева, А. С. Лилеев, А. А. Лукин, М. Райзнер, А. С. Старикова, Е. М. Семенова // Известия РАН. Серия физическая. - 2013. - Т. 77, № 10. - С. 1387-1390.

17. Влияние технологических режимов получения поверхностей, близких к ювенильным, и ультрадисперсных порошков высокоскоростной обработкой в криогенной среде / Ю. В. Титов, Р. У. Каменов, Д. Ю. Белан, А. И. Зинкин //

Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2018. - Т. 20, № 3. - С. 58-71.

18. Вольдек, А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. - 3-е изд., перераб. - Л. : Энергия, 1978. - 832 с.

19. Гольдсмит, В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел / В. Гольдсмит ; пер. с англ. М. С. Лужиной, О. В. Лужина. - М. : Стройиздат, 1965. - 449 с.

20. Горелик, С. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков. - М. : Металлургия, 1970. -366 с.

21. ГОСТ 15527-2004. Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки. - Введ. 2005-07-01. - Минск : Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и стандартизации. - 10 с.

22. ГОСТ 17122-85. Головки алмазные шлифовальные. Технические условия. - Введ. 87-01-01. - М. : Изд-во стандартов. - 11 с.

23. ГОСТ 19265-73. Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия. - Введ. 75-01-01. - М. : ИПК издательство стандартов. - 23 с.

24. ГОСТ 21445-84. Материалы и инструменты абразивные. Обработка абразивная. Термины и определения. - Введ. 85-07-01. - М. : Изд-во стандартов. - 26 с.

25. ГОСТ 23402-78. Порошки металлические. Микроскопический метод определения размеров частиц. - Введ. 80-01-01. - М . : Государственный комитет СССР по стандартам. - 16 с.

26. ГОСТ 30558-98. Глинозем металлургический. Технические условия. -Введ. 2000-07-01. - Минск : Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - 10 с.

27. ГОСТ 3882-74. Сплавы твердые спеченные. Марки. - Введ. 76-0101. - М. : Изд-во стандартов, 1976. - 13 с.

28. ГОСТ 4543-71. Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. - Введ. 71-06-18. - М. : Изд-во стандартов. - 40 с.

29. Григорьев, А. Т. / А. Т. Григорьев, Е. М. Соколовская, В. Н. Пятницкий В. Н. // Журнал неорганической химии. - 1957. - Т. 2, № 7. - С. 1546-1551.

30. Дарков, А. В. Сопротивление материалов / А. В. Дарков, Г. С. Шпиро. - 4-е изд., перераб. - М. : Высшая школа, 1975. - 654 с.

31. Детонационные наноалмазы как прекурсоры биологически активных соединений в нано- и фемтоконцентрациях для растениеводства / А. Л. Верещагин, В. В. Еремина, А. Н. Паседкина, Ю. И. Захарьева, Л. Л. Кунец, Т. Л. Цой // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение. VI Ставеровские чтения : тр. науч.-техн. конф. с междунар. участием, 9-12 сент. 2012 г., Бийск / под ред. А. И. Лямкина, В. Е. Редькина ; Сиб. федер. ун-т. - Красноярск, 2012. - С. 284-287.

32. Джонсон, Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента / Н. Джонсон, Ф. Лион. - М. : Мир, 1981. - 520 с.

33. До Ван Минь. Экспериментальное исследование пластических характеристик простых латуней при горячей и холодной деформации с целью совершенствования режимов обжатий : дис. . канд. техн. наук / До Ван Минь. - М., 2015. - 154 с.

34. Добровольский, А. Г. Шликерное литье / А. Г. Добровольский. - М. : Металлургия, 1977. - 240 с.

35. Докшанин, С. Г. Использование ультрадисперсного порошка алмазографита в качестве наполнителя к пластичным смазочным материалам / С. Г. Докшанин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Т. 13, № 4 (3). - С. 1043-1045.

36. Долматов В. Ю., Юрьев Г. С. Определение параметров кристаллической решетки, размера и формы синтезированных детонационных наноалмазов методом рентгеноструктурного анализа с использованием

синхротронного излучения и компьютерного моделирования // Междунар. форум по нанотехнологиям "Rusnanotech", Москва, 3-5 дек. 2008 г.: Сб. тр. -Москва, 2008. - Т. 2. - С. 222-223.

37. Дорофеев, Г. А. Твердофазный и твердо-жидкостный механохимический синтез нанокристаллических фаз внедрения на основе титана / Г.А. Дорофеев, А. Н. Лубнин, В. И. Ладьянов // Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем : материалы X Всерос. конф. и Рос. молодеж. науч. школы / Южный федеральный ун-т. - Ростов-на-Дону, 2012. - С. 31.

38. Дробосюк, М. О. Магнитокалорический эффект в трех- и четырехкомпонентных сплавах Гейслера : дис. ... канд. физико-математических наук / Михаил Олегович Дробосюк. - Челябинск, 2015. - 130 с.

39. Дубровин, В. М. Моделирование напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки при воздействии ударной сосредоточенной нагрузки [Электронный ресурс] / В. М. Дубровин, Т. А. Бутина // Инженерный журнал: наука и инновации. - 2013. - Вып. 9. - Режим доступа: http: //engj ournal .ru/catalog/mathmodel/technic/957.html.

40. Евзович, В. Е. Автомобильные шины, диски и ободья / В. Е. Евзович, П. Г. Райбман. - М. : Автополис-плюс, 2010. - 144 с.

41. Ефимочкин, И.Ю. Исследование особенностей механического легирования при синтезе in-situ композитов на основе тугоплавких металлов / И.Ю. Ефимочкин, Б.В. Щетанов, С.В. Паэгле, Р.М. Дворецков // Журнал Труды ВИАМ . - 2018. - № 4. - Р. 38-50.

42. Зависимость дисперсности получаемого порошка высокоскоростным способом от выбора шлифовального инструмента и различных материалов / Ю. В. Титов, Д. С. Реченко, А. В. Никитина, Н. В. Хмарина // Письма о материалах. - 2015. - Т. 5, № 4 (20). - С. 428-431.