Наноалмазы в науке
Наноалмазы- материал XXI века

 Это продукт для высоких технологий, позволяющий существенно улучшить характеристики традиционных материалов и создать новые с уникальными свойствами

 Применение наноалмазов в машиностроении и нефтехимии:

1 Металло-алмазные упрочняющие покрытия:

  • повышение прочности (в 2-10 раз), износостойкости (в 1,5-15 раз), микротвердости (в 1,5-3 раза) бурового, режущего, прессового, медицинского и др. инструмента, деталей машин и механизмов;

  • широкий диапазон размеров и форм упрочняемых деталей;
  • хорошие антиадгезионные и антифрикционные свойства;
  • беспористая субмикрокристаллическая структура;
  • снижение исходной шероховатости на 1...2 класса и коэффициента трения;
  • низкая температура процесса, отсутствие отпуска закаленных деталей;
  • малый расход применяемого реагента;

2 Антифрикционные упрочняющие смазочные композиции:

  • антифрикционная и упрочняющая присадка к моторным и индустриальным маслам– для упрочнения трущихся деталей машин и механизмов, для обкатки и приработки высоконагруженных деталей, снижения времени обкатки (в 2-5 раз), улучшения качества приработки;
  • каталитическая и восстановительная присадка к моторным и индустриальным маслам – для восстановления изношенных пар трения машин и механизмов;
  • пластичная смазка повышенной нагрузочной и тепловой способности – увеличивает нагрузочную способность на пару трения (в 3,5 раза), снижает коэффициент трения, допускает более высокую температуру эксплуатации;
  • твердые смазки для особо тяжелых режимов работы механизмов.

3 Антифрикционные композиционные материалы

  • на основе бронзы, армированной наноалмазами – уменьшение трения, увеличение нагрузочной способности, термостойкости;
  • на основе полиамида, наполненного наноалмазами – увеличение прочности, термостойкости, нагрузочной способности, уменьшение трения.

Ультрадисперсный наноалмазографит

Наноалмазосодержащая шихта – первичный продукт детонационного синтеза, однородный порошок черного цвета. Коэффициент поглощения света 99% от абсолютно черного тела. Содержание наноалмазов 30-60%

Области применения

  • получение наноалмазного порошка путем очистки (обогащения);
  • добавки в различные материалы (резина, керамика, пластмассы) для существенного улучшения характеристик; повышения износостойкости, снижения коэффициента трения, увеличения предельной нагрузки и др.;
  • добавки в пластичные смазки для снижения интенсивности износа, изготовление твердосмазочных покрытий, лыжных мазей;
  • изготовление различных сорбентов;
  • добавки к металлическим порошкам для изготовления узлов трения;
  • добавки в смазочно-охлаждающие жидкости;
  • карандаши твердой смазки;
  • высокостойкие красители.

Синтетический наноалмаз

Новый перспективный материал, получаемый с помощью энергии взрыва Порошок наноалмазов состоит из зерен округлой формы с размерами частиц 10-200 (средний 60) ангстрем. Порошок наноалмазов обладает уникальной величиной удельной поверхности и поверхностной энергии, что позволяет использовать его в качестве мощного структурообразователя в различных материалах (резины, керамики, пластмассы) для существенного улучшения характеристик.

Пасты из наноалмазов с размером кластерных алмазов до 100 ангстрем эффективны при использовании в качестве тонкого полирующего материала для стекол и зеркал специального назначения, например, в лазерной технике.

Перспективно изготовление из наноалмазов поликристаллических алмазов для различных отраслей народного хозяйства (резцы, буровые коронки, подшипники, конструкционные детали, фильеры).

Наноалмазы обладает уникально высокой теплопроводностью, что делает перспективным его применение в качестве теплоотводов в радиоэлектронике.

Широко практикуется изготовление антифрикционных присадок к маслам для моторов, механизмов и станков, а также твердых смазок.

Высокоэффективно применение гальванических покрытий на основе алмаза с различными материалами (хром, никель, серебро, медь, кобальт и др.).

Научный поиск в области использования наноалмазов в технике далеко не исчерпан, открываются все новые сферы его применения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОАЛМАЗА

               Параметр

Величина

Удельная поверхность, м2

400-500

Насыпная плотность, г/см3

0,4 - 0,6

Пикнометрическая плотность, г/см3

3,0 - 3,3

Средний размер микрокристаллов, нм

4,5 - 6,0

Средний размер агрегатов, нм

120-140

Концентрация парамагнитных центров, п/см3

3,8 х 1019 - 1,4 х 1020

Размер области когерентного рассеяния, нм

2-10

Постоянная кристаллической решетки, нм

0,3573 ± 0,0005

Микроискажения кристаллической решетки 2-го рода,D d/d

( 1,6 - 6,3 ) х 10-3

Температура начала окисления на воздухе, °С

350

Температура начала графитизации  в вакууме, °С

900

Заряд частиц

отрицательный

 

Композиционные покрытия

Композиционные покрытия на основе наноалмазных порошков - существенное повышение качества продукции.

Производство композиционных электрохимических покрытий (КЭП) осуществляется с использованием стандартного гальванического оборудования и оснастки.Способ получения КЭП основывается на их электрохимическом осаждении из электролита, содержащего взвесь коллоидных кластерных частиц наноалмазов. Защищен патентом.Композиционные покрытия обладают уникальными возможностями:

  • высокая износостойкость;
  • широкий диапазон размеров и форм упрочняемых деталей;
  • хорошие антиадгезионные и антифрикционные свойства;
  • беспористая субмикрокристаллическая структура;
  • снижение исходной шероховатости на 1...2 класса и коэффициента трения в несколько раз;
  • низкая температура процесса, отсутствие отпуска закаленных деталей;
  • малый расход применяемого реагента;
  •  широкий класс применяемых матриц (хром, никель, цинк, кадмий, палладий, серебро, кобальт, золото и др.)


Технические характеристики:

        толщина покрытий, мкм                                                              1...150

скорость осаждения, мкм/мин                                               1...1,5

микротвердость, HV                                                             до 1600

размер зерна, мкм                                                         менее 0,01

Обозначениеоптимальная толщина покрытий, мкм

МЕТАЛЛО-АЛМАЗНЫЕ ПОКРЫТИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАЗНАЧЕНИЯ

Назначение покрытия

Металл покрытия

Твердость и износостойкость

Жаростойкость

Защитно-декоративная отделка

Защита от коррозии

Восстановление размеров

Электропроводность

Отражательная способность

Антифрикционность

Защита от рентгеновских лучей

Придание поверхности притирочных свойств

Улучшение паяемости

Придание поверхности магнитных свойств

Cr  Ni  Co  Rh  Ni- Co

Cr  Ni  Co

Cr  Ni  Ag  Au  Pd  Sn

Zn  Cd  Cr  Ni   Sn  Pb Cu  Pt   Ag

Fe   Cr   Ni   Cu

Cu  Ag  Au  Pt

Cr   Co   Ag   Au  Pd   Rh

Cu  Pb   Sn

Pb

Cd   Cu    Ag

Cu   Ag    Cd   Fe   Ni   

Co

ХРОМ-АЛМАЗНОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ

Покрытия на основе хрома и наноалмазов используются для упрочнения режущего, прессового, штампового, бурового, медицинского и другого инструменты, деталей машин и механизмов, различной технологической оснастки.Покрытие характеризуется высокой химической стойкостью в атмосфере сернистых соединений, в растворах органических и неорганических кислот, в условиях тропического климата.Покрытие отличается термостойкостью и с склонностью к пассивированию на воздухе.Покрытие повышает поверхностную твердость и износоустойчивость деталей, хорошо выдерживает равномерно распределенную нагрузку.

В результате нанесение покрытия повышается износостойкость:

·        пресс-форм для холодного прессования металлических порошков

В 10 раз

·        инструмента для холодной вытяжки металлов

В 2,5 раза

·        металлорежущего инструмента

В 1,5…15 раз

·        режущего инструмента по стеклопластикам

В 4…10 раз

·        ножей для резки бумаг

В 4…5 раз

·        надфилей

До 10 раз

·        ножовочных полотен

В 4…6 раз

·        инструмента для остеохирургии, зубных боров

В 8…11 раз

·        Фильер, ножей для мясорубок

В 3…6 раз

 

У всего режущего инструмента наблюдается существенное снижение усилия резания, уменьшения налипания материала на режущие поверхности. Трущиеся детали ткацких станков, прядильных и мотальных машин, а также другие пары трения с хром-алмазным покрытием показали стойкость в 8…10 раз выше обычной.Эффективность покрытия получена на:Запорной арматуре нефтегазовых комплексов (повышение коррозионной стойкости, уменьшение износа)Высокоскоростных подшипниковых механизмахФильерах и волоках для калибровки и волочения металлической проволокиДеталях авто-, мото- транспорта (цилиндры, компрессионные кольца, распределительные валы, амортизаторы, подшипники, шаровые опоры и пр.)Хром-алмазные покрытия имеют хороший внешний вид ­­– серебристо-серый с синеватым или молочно-матовым оттенком.

ЗОЛОТО-АЛМАЗНОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ

Покрытия на основе золота и наноалмазов используют в производстве гальванических золотых защитно-декоративных покрытий на изделия часовой промышленности, ювелирные, сувенирные, наградные и другие изделия, а также на контактные детали в электро-, радио- и электронной промышленности.Покрытие характеризуется высокой химической стойкостью (не окисляется и не тускнеет в атмосферных условиях), обладает высокой теплопроводностью, хорошо полируется. Кислоты, щелочи, сернистый и другие вещества на золото влияния не оказывают. Золотое покрытие обеспечивают высокую стабильность электрических параметров в условиях длительного хранения.Покрытия «золото-алмаз» могут быть нанесены на корпуса часов, браслеты, цепочки и т.д., при изготовлении которых обычно используют покрытия золотом, сплавами золота (золото-никель), либо их имитаторами (нитрид титана); а также на сувенирные и коллекционные изделия из медных, медно-никелевых и других сплавов, включая сплавы благородных металлов. Покрытия обеспечивают привлекательный внешний вид изделиям, сохранение тончайших подробностей рельефа и рисунка, долговременную защиту от любых коррозионных воздействий и механического истирания, не содержит аллергенов, которым является, например, никель.Возможно получение блестящих, полублестящих и матовых покрытий с различными оттенками цвета золота.Сущность способа получения наноалмазных покрытий «золото-алмаз» заключается в том, что малые частицы алмазов, соосаждаясь с золотом на поверхность изделия, формируют особую структуру металлической пленки. Эта структура обладает субмикрозернистостью на уровне 100…200 нм, разупорядоченной текстурой, слоистым характером, малой дефектностью. При этом слои покрытия, прилегающие к подложке, являются пластичными, плотными и беспористыми, а внешние слои – твердыми и износостойкими. Такая комбинация обеспечивает высокие эксплуатационные свойства покрытий на малых толщинах:

  • Увеличение микротвердости покрытия до 250 HV
  •   Увеличение износоустойчивости в 5-15 раз по сравнению с золотом

В результате чего:

  •   Толщина покрытия достаточна 2,0 мкм
  •   Сокращается технологический процесс нанесения покрытий
  •   Обеспечивается существенная экономия драгметаллов в 20-30 раз

Золото-алмазное покрытие наносится на стандартном гальваническом оборудовании и оснастки с применением специальных электролитов.

Алмазная полирующая паста ФИН

Предназначена для финишного полирования до 13-14 классов шероховатости.

         Область применения пасты:

  • сверхтонкая обработка (притирка, доводка, полировка) изделий из труднообрабатываемы конструкционных, инструментальных и специальных сплавов, стекла, керамики, полупроводников, диэлектриков и других материалов;
  • полировка бриллиантов и ювелирных изделий;
  • изготовление оптики, лазеров, стекол и зеркал специального назначения;
  • полировка полупроводниковых пластин кремния и германия;
  • полирование рентгенооптических элементов.

 

Применение пасты позволяет:

  • уменьшить шероховатость обрабатываемых поверхностей до 0,001 … 0,0003 мкм;span
  • повысить производительность операций притирки на 20 … 30 %;
  • повысить точность размеров формы;
  • повысить износостойкость обработанных поверхностей;
  • получить поверхностные слои с минимальными дефектами.

           

Перспективно использование пасты для финишной обработки драгоценных камней: бриллиантов, изделий из благородных металлов.Наноалмазный порошок, используемый для изготовления полировальной пасты, имеет размеры частиц 20-100 ангстрем и воздействует на обрабатываемую поверхность путем, механической активизации на молекулярном уровне.Поэтому при обработке полупроводниковых и других материалов не образуется нарушенного слоя, а рельеф поверхности не зависит от электрофизических свойств обрабатываемого материала.Полирующая паста не токсична и не требует специальных мер безопасности.Одна из модификаций пасты защищена патентом.Полирующая паста ФИН опробована специалистами России, Израиля, Германии.

Получаемые величины шероховатостей

                        Материал

Шероховатость

Å

мкм

1.Плавленый кварц

3 .. 10

0,0003 … 0,001

2.Стекло К8

5 … 10

0,0005 … 0,001

3. Никель электрохимически осажденный на медь

10 … 12

0,001 … 0,0012

4. Кремний

2 … 10

0,0002 … 0,001

 

Разработки (наноалмазы, присадки, пасты, композиционные покрытия с наноалмазами и др.) защищены патентами и являются запатентованными в России, США, Германии, Японии, Украине, Беларуси, Китае, Индии, Канаде, Великобритании, Франции, Италии и Швеции.

 

Наноалмазы и металлоалмазные покрытия в 1999г. на международной выставке во Франкфурте–на–Майне удостоены золотой медали за высокое качество и технологию.В 2002г. в Бельгии на Всемирном салоне изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика 2002» разработки отмечены наградами:

 

  • Наноалмазы – золотая медаль
  • Металлоалмазные покрытия – золотая медаль
  • Алмазная паста для суперфинишного полирования – серебряная медаль

 

 

В 2003 г. в Швейцарии на Всемирном салоне инноваций разработки отмечены наградами:

 

  • Наноалмазы – золотая медаль.
  • Металлоалмазные покрытия – золотая медаль
  • Алмазная паста для суперфинишного полирования – серебряная медаль.