Главная Архив номеров N-26 март 2010 НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОБОРОНКЕ: ЭПИЛАМИРОВАНИЕ – НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ
 

Авторизация



НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОБОРОНКЕ: ЭПИЛАМИРОВАНИЕ – НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ Печать

Вохидов А.С., к.э.н.;

Добровольский Л.О.

ООО «АВТОСТАНКОПРОМ»

Объёмы информации, проходящей сегодня под грифом «нано», множатся в геометрической прогрессии. Человечество обрело новую стезю деятельности для исследований и воплощения  результатов в практические разработки, с одержимостью первопроходцев  кидаясь на любую возможную (а порой – и невозможную) тему для вероятного приобщения её к нанотехнологиям и наноматериалам, что было продемонстрировано в ходе проведения международных  форумов RUSNANOTECH-08 (декабрь 2008 г., Москва) и  RUSNANOTECH-09 (октябрь 2009 г., Москва).

При этом оказалось возможным выявить не только большой разброс в тематике исследований и практических разработок, но и не менее широкий круг различных барьеров, стоящих на пути исследовательских и внедренческих коллективов.

Оборонный комплекс России наравне с другими отраслями промышленного производства рассматривается  как широкое поле для внедрения открытий в области нанотехнологий и наноматериалов. Многие из этих открытий появились относительно давно, когда о нанонаправлениях ещё не было речи, но исследования и результаты уже существовали. В частности – технология ЭПИЛАМИРОВАНИЯ, суть которой заключается в создании многофункциональных наноразмерных мономолекулярных плёнок на поверхностях, требующих улучшения антифрикционных, антиадгезионных, гидрофобных, бактерицидных и др. свойств для улучшения стойкости, надёжности и долговечности работы узлов и агрегатов всевозможного оборудования, режущего инструмента, элементов механизмов, технологической оснастки и т.д.

Этимология и семантика термина «Эпилама» восходят к временам Древней Греции. «Эпи...» (от греч. ерí — на, над, при, после), часть сложных слов, указывающая на нахождение поверх чего-либо (например, эпидермис, эпителий), перед чем-либо (например, эпиграф) или под чем-либо (например, эпицентр...) (см. БСЭ); «lame» (англ.)  в переводе имеет несколько значений, применительно к технике — неправильный, неудовлетворительный  (см. ABBYY Lingvo). В нынешнем понимании «эпилама» - состав, чаще всего – легкоподвижная бесцветная  жидкость, наносимая на поверхность с целью исправить  «неправильность» или неудовлетворительное состояние поверхности прониканием (воздействием) на подповерхностные слои и тем самым не только защитить поверхность, но придать ей новые свойства (собственно говоря, вся нынешняя нанотехнология и направлена на получение новых свойств путём комбинации наночастиц известных материалов, веществ, биологических объектов).

Основой структуры всех эпиламирующих композиций являются фторсодержащие поверхностно-активные вещества (фторПАВ), которые представляют собой фторполимеры, не имеющие аналогов в природе и синтезируемые искусственным путём.

Эта технология находила широкое применение в 1980-е годы (разработка лауреатов Госпремии СССР В.А.Горбунова, Рябинина Н.А. и др.) в основном в разработках закрытого назначения, но также использовалась, в частности, для упрочнения поверхностей режущего инструмента.

Нанесение фторПАВ осуществляется разными способами: окунанием, распылением в камерах, кистями и т.д., вручную или в автоматизированных установках. После попадания состава на поверхность тела происходит испарение растворителя, а само фторПАВ вступает в реакцию с поверхностью, при этом молекулы фторсодержащего поверхностно-активного вещества (фторПАВ) создают структуры Ленгмюра (частокол Ленгмюра) в виде спиралей с нормально направленными к поверхностям осями, позволяющими не только надежно удерживать смазочные среды, но служить своеобразным буфером между контактирующими поверхностями.
Фрагмент частокола Ленгмюра на эпиламированной поверхности твердого тела.

1 – молекулы ПАВ в виде спиралей;

2 – смазочная среда;

3 – поверхность твердого тела.

Рис.1. Фрагмент частокола Ленгмюра на эпиламированной поверхности твердого тела.

В процессе адсорбции, поверхностной диффузии и в результате испарения растворителя образуется  мономолекулярный слой (монослой) в виде плёнки вещества толщиной 10…100Ǻ (1…10 нм); толщина плёнки зависит от качества подготовки поверхности (уровня шероховатости поверхности  - наношероховатости),  от  условий и  методов нанесения эпилама, от структуры  материала основы, от химического состава композиции и др. Образование плёнки сопровождается химической реакцией (хемосорбция), в которую вступают материал основы и состав ПАВ.

 

055_2

При формировании слоя плёнки происходит упорядочение определённым образом пространственной ориентации молекул фторПАВ,  радикально меняются физико-химические свойства поверхности.

055_3

В пáрах трения фторПАВ могут наноситься на соприкасающиеся  поверхности как с раствором (эпиламы), так и  с использованием среды эксплуатации в виде эмульсии в смазочном масле. В этом случае смазки, кроме основной функции, играют роль «транспорта» для доставки фторПАВ к поверхностям трения. Добавление ингибиторов коррозии в состав фторПАВ позволяет придать  антикоррозийные свойства поверхностям.  Эпиламирование улучшает свойства модифицированной (хромированной, лакированной, анодированной) поверхности и в некоторых случаях полностью исключает  необходимость хромирования, оптимизирует поверхностные свойства и ресурс гальванических и химических покрытий (цинкование,  никелирование и др.). Это открывает новые возможности в применении эпиламирования  в узлах гидравлики и пневматики, увеличения межремонтного периода и снижения материало- и энергозатрат на эксплуатацию и ремонтно-восстановительные нужды не только стационарного обрабатывающего и технологического оборудования, но и всего состава военной специальной  и транспортной техники.

Важно и то, что частицы фторПАВ не отделяются вследствие хемосорбционной связи.

С появлением и развитием новых отраслей, совершенствованием техники остро встает вопрос об увеличении ресурса тех узлов механизмов, где используются смазочные среды. Каждый узел должен соответствовать требованиям надежности, работоспособности. Учитывая многофункциональность плёнок фторПАВ, они могут быть использованы практически во всех машинах и механизмах оборонного  и промышленного комплекса. Современные машины оснащены сложными системами механического, пневмо- и гидропривода, элементы которых (манжеты и уплотнения, рабочие поверхности штоков,  цилиндров, бункеров, питателей и т.д.) значительно повышают эксплуатационные качества после обработки их эпиламами.

Рядом предприятий накоплен положительный опыт  защиты эпиламирующими композициями печатных плат, микросхем, элементов точных приборов и систем управления.

Технологический процесс эпиламирования строится по простой схеме, не требующей дорогостоящего оборудования и доступной любому машиностроительному предприятию:

 

Обезжиривание   →    Эпиламирование   →   Термофиксация    →  Контроль

и очистка от

механических

загрязнений

 

Свойства фторПАВ актуальны применительно к прессовому и штамповочному оборудованию: облегчается съём продукции, повышается её качество, продлевается срок службы технологической оснастки.

Предприятия различных отраслей широко используют   фторПАВ (эпиламы), взаимодействующие с поверхностями на новой физико-химической основе, расширяющие диапазон не только сферы применения, но и показателей положительных эффектов. Универсальность эпилам подтверждается техническими эффектами  при использовании их в таких направлениях металлообработки, станкостроения, литейного и других производств:

Изделия, узлы, детали, инструмент

Марка эпилама

Достигаемые технические эффекты

Фрезы шпоночные  Р6М5

 

 

Резиновые уплотнительные кольца гидрозажимов

 

Литейные модели из дерева

 

 

Детали пар трения в станках, детали коробок скоростей в станках

 

 

Направляющие суппортов токарных станков с ЧПУ

 

 

Свёрла, метчики, развёртки, фрезы концевые по металлу

 

Шаровые опоры гидроцилиндров

 

 

Детали, изделия печатных плат, микросборки

 

Изделия из алюминия, алюминиево-магниевых и магниевых сплавов

6СФК-180-05

 

 

6СФК-180-20

 

 

6СФК-180-05

 

 

-«-

 

 

 

 

-«-

 

 

 

-«-

 

 

Эфрен-К

 

 

Эфрен-К

 

Повышение износостойкости на 40% без цианирования

 

Повышение ресурса работы в 7-8 раз

 

Устранение применения формовочной смеси к моделям

 

Снижение уровня шума на 0,5…0,7 дБ, снижение потребляемой мощности на 20…35%

 

Повышение точности позиционирования до 2…3 мкм

 

Повышение износостойкости  в 1,5…4 раза

 

Увеличение износостойкости в 2 раза

 

Повышение износостойкости, гидрофобизация, влагозащита

 

Упрочнение, защита от коррозии, влаги

 

Сферы применения эпилам не исчерпываются приведенными примерами.

Давно практикуемые в технической документации на обрабатывающее оборудование КАРТЫ СМАЗКИ должны дополняться равноценными по важности КАРТАМИ ТРЕНИЯ, что в принципе не одно и то же. КАРТА ТРЕНИЯ – схема оборудования с указанием всех участков, зон, точек активного трения, в которых возможен расход мощности на преодоление сил трения при работающем оборудовании.

Технологическое оборудование отличается большим разнообразием схем позиционирования материала (заготовки) и схем организации относительного перемещения материала (заготовки) в процессе обработки или подготовки к ней, что должно отражаться в картах трения с целью создания полной картины работы тех или иных органов оборудования. Имея  такую картину, можно обосновать использование ЭПИЛАМИРОВАНИЯ  применительно к конкретной паре трения в том или ином узле.
Эффективность эпиламирования в пáрах трения

Анализ действующих сил в машинах и механизмах  показывает существенную роль сил трения, вынуждающих не только  увеличивать установленную мощность двигателей в приводах, но изыскивать надёжные пути для уменьшения влияния этих сил.  Практика  подсказывает наиболее оптимальные варианты организации участков эпиламирования в структуре инструментальных и ремонтно-восстановительных подразделений всех видов  производств оборонного комплекса. Учитывая специфику предприятий, условия и характер эксплуатации механизмов и оборудования, предприятие выбирает приемлемую для себя форму организации участка эпиламирования: стационарный пост эпиламирования (СПЭ) и передвижной пост эпиламирования (ППЭ).

В настоящее время предлагаются эпиламы следующих марок и назначений:

Наименование продукта

Назначение,

область применения

Эффект применения

1

Смазочная композиция

6СФК-180-05

(Эпилам

«Полизам-05»)

 

 

 

 

 

Обработка нагруженных пар трения

Ресурс работы возрастает в 2-10 раз, трение снижается в 10 раз, снижается энергопотребление

Обработка режущего инструмента

Стойкость повышается в 2-5 раз при одновременном снижении шероховатости обработанных поверхностей и повышения скорости резания

Обработка штампового вырубного и вытяжного инструмента

Стойкость вытяжных матриц и пуансонов повышается в среднем в 2-4 раза при одновременном исключении их хромирования; стойкость вырубной оснастки повышается в 2-8 раз

Обработка пресс/лит-форм для литья металлических и неметаллических изделий

Стойкость пресс/лит-форм повышается в среднем в 4 раза, исключается их хромирование, исключается или снижается в 8-10 раз расход силиконовых смазок, повышается качество поверхности и выход годных изделий, облегчается съем изделий с пресс/лит-форм

Обработка пресс-форм для вулканизации изделий из резины

Стойкость пресс-форм повышается  в среднем в 4 раза, исключается хромирование инструмента, исключается применение силиконовых смазок

Обработка измерительного инструмента в машиностроении

Снижение износа инструмента

Обработка алюминиевых и алюминиево-магниевых сплавов; защита лакокрасочных покрытий

Защита сплавов и ЛКП от атмосферной и солевой коррозии, особенно в труднодоступных местах

Обработка деталей прецизионных узлов трения приборов и механизмов (часы, штурманские приборы, авиаприборы и т. п.), драг. камней

Коэфф. трения снижается в 8-10 раз; износ снижается в 2-5 раз; момент трогания покоя снижается в 1000-10000 раз; предотвращается вытекание смазки

2

Смазочная композиция

6СФК-180-20 марка А («Полизам-20»

марки «Б»)

 

Обработка изделий из резины и пластмасс, деталей с драгоценными покрытиями

Уменьшается скорость старения в 2-3 раза и более раз; повышается химическая стойкость полимеров по схеме: нестойкие – ограниченно стойкие; ограниченно стойкие – стойкие; снижается коэфф. трения; повышается износостойкость полимеров в парах трения в 6-10 раз; позволяет снизить толщину драгпокрытий.

Обработка пресс/лит-форм для литья изделий из пластмасс, полиуретанов, полистирола, полипропилена, полиамидов, полиметилметакрилат и их сополимеров, полиэтилена высокой и низкой плотности и других сложноструктурированных материалов, камней и минералов

Стойкость изделий повышается в среднем в 4 раза, исключается их хромирование, исключается или снижается в 8-10 раз расход силиконовых смазок, повышается качество поверхности и выход годных изделий, облегчается съем изделий с пресс-форм

 

 

 

Смазочная композиция

6СФК-180-20

марка Б (Фолеокс)

Обработка изделий, деталей с драгоценными покрытиями, для покрытия камней и минералов; Обработка пресс/лит-форм для литья изделий

Применяется по спец. ТИ

3

Эпилам

«Эфрен-К»

марка Б2,

марка Н2

(«Полизам-20»

марки «А»)

 

Для обработки микросборок, радиоплат печатного монтажа и изделий из алюминия, алюминиево-магниевых и магниевых сплавов

Защита микросборок, радиоплат от воздействия окружающих факторов, таких как влага, коррозия, пыль. Создание антикоррозийного покрытия на поверхностях изделий из металлов (алюминий, алюминиево-магниевые и магниевые сплавы)

4

Эпилам

«Аквалин»

марка Т,

«Акватриол» («Полизам-АКВА»)

 

Противоизносная присадка к водоэмульсионным СОЖ в процессах резания, шлифования, штамповки, прессования; в фотохимии

 

Эффект аналогичен 6 СФК-180-05, «Полизам-05». Особенностью является возможность нанесения через технологическую среду (СОЖ, гидрожидкости). Совмещение процессов мойки и антиадгезионной обработки фотошаблонов, снижение брака на 4-8%. Модификация трубопроводов, снижение коррозии и уменьшение потерь напора рабочих жидкостей (до 20%)

5

КАМП-Ф

(«Полизам-20МСК»)

 

Маслосовместимая композиция для использования  в узлах трения, добавка ко всем видам моторных и трансмиссионных масел, гидрожидкостей

Облегчает «холодный пуск» двигателей, снижает расход топлива, увеличивает компрессию и мощность двигателя.  Усиливает антикоррозионные свойства охлаждающих жидкостей, как вновь заливаемых, так и отработавших ресурс, повышает точность позиционирования станков с ЧПУ в сочетании с противоскачковым маслом, снижает к-т трения и расход электроэнергии, повышает ресурс и долговечность.

СТАЦИОНАРНЫЙ  ПОСТ ЭПИЛАМИРОВАНИЯ

Стационарный  пост эпиламирования  (СПЭ) предназначен для автономного проведения эпиламирования небольших по габаритам деталей (узлов) и  инструментов  в стационарных условиях производственных цехов, мастерских, на инструментальных участках, в подразделениях РМЦ. При малых объёмах (партиях) обрабатываемых деталей  пост не требует дополнительного оборудования системы безопасности. При стабильной работе поста рекомендуется оборудовать рабочее место зонтом вытяжным пристенным или островным, встроенным в лабораторный шкаф. СПЭ даёт возможность без привлечения крупных финансовых средств внедрить эпиламирование для повышения надёжности  работы систем (узлов, агрегатов) за счёт снижения усилий сопротивления трения на сухих несмазанных поверхностях.

12

Щётка-смётка

 

шт.

1

13

Стеклограф (маркер) красный

 

шт.

1

14

Микроскоп оптический лабораторный с цифровой обработкой

 

комплект

1

15

Комплект НТД

 

комплект

1

ПЕРЕДВИЖНОЙ ПОСТ ЭПИЛАМИРОВАНИЯ

Передвижной пост эпиламирования (ППЭ) предназначен для оперативного проведения эпиламирования деталей (узлов) в экстренном порядке с выездом на место проведения работ в условиях, не предполагающих разворачивания СПЭ. Компактный мобильный комплект необходимого    инструментария  позволяет быстро и качественно произвести эпиламирование вне стен производственных помещений, когда требуется без проволочек повысить качественные характеристики отдельных деталей (узлов).

055_5

Курс на модернизацию страны открывает широкие возможности внедрения прогрессивных технологий в различные отрасли производства, в том числе  и на предприятиях оборонного комплекса. Отечественные разработки должны получать зелёную улицу  не только для создания положительного внешнего имиджа, но для практического развития и совершенствования производства.

Ведущим предприятием по вопросам внедрения эпиламирования является ООО «АВТОСТАНКОПРОМ», входящий в реестр инновационных предприятий Санкт-Петербурга, коллективный член Нанотехнологического общества России. Информация для контактов:  т/ф (812) 495 98 56,  e-mail    Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript www.epilam.ru
 
Разработка сайтов