Презентация Инновационный потенциал материаловедения (в машиностроении) онлайн

Содержание слайда: Инновационный потенциал материаловедения (в машиностроении) Волков Георгий Михайлович моб.: 8-925-0-692-693 e-mail: recom@list.ru http://nanoprom.info/

Содержание слайда: Износ основных фондов отечественных предприятий достиг ≥ 80 % Выход из надвигающейся точки невозврата – в решении следующих Проблем машиностроения А. Создание конкурентоспособной машиностроительной продукции Б. Обеспечение работоспособности изношенной техники

Содержание слайда: Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 1 Постановка задачи Задача – многократно повысить конструкци-онные свойства материалов по сравнению с мировым уровнем Цель – создать предпосылки для разработки машиностроительной продукции со свой-ствами выше мирового уровня

Содержание слайда: Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 2 Постановка задачи Конструкционное применение полимеров ограничивает низкий температурный предел работоспособности, который для большинства органических полимеров не превышает 200°С. Для создания тепловых машин с техническими характеристиками выше мирового уровня необходимы полимеры, многократно превышающие достигнутый порог жаростойкости. Проблему решают неорганические полимеры.

Содержание слайда: Проблема Б САНАЦИЯ Постановка задачи Обеспечение работоспособности изношенной техники основано на регулярных ремонтных работах разной периодичности. Технико-экономически эффективны ремонтные технологии нового поколения: - холодная молекулярная сварка - безразборный ремонт узлов трения

Содержание слайда: Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 1 Постановка задачи Задача – многократно повысить конструкци-онные свойства материалов по сравнению с мировым уровнем Цель – создать предпосылки для разработки машиностроительной продукции со свой-ствами выше мирового уровня

Содержание слайда: Принципиальный недостаток традиционных способов упрочнения материалов Принципиальный недостаток традиционных способов упрочнения материалов

Содержание слайда: Попытки многократного повышения прочности материала традиционными способами блокируются столь же резким снижением его пластичности. Прогнозируемый выход из тупика - реализовать потенциальные возможности наноразмерного состояния вещества.

Содержание слайда: Схема формирования поверхностного слоя вещества

Содержание слайда: Maybe… Fa=Fc d crit.

Содержание слайда: Свойства частицы при Ø > d кр. Свойства частицы при Ø > d кр. = свойствам макрообразца (классическая физика) Свойства частицы при Ø < d кр. # свойствам макрообразца превышают их многократно (квантовая механика)

Содержание слайда:

Содержание слайда: Графит как предельная степень конденсации углеводородов ароматического ряда Отношение индексов свободной валентности периферийных / внутренних атомов углерода обратно пропорционально величине молекулы d кр.= теория ~ 10 нм, эксперимент 9,2 нм

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:  Традиционная технология наноматериалов  Традиционная технология наноматериалов Процессы получения и консолидации наночастиц разделены в пространстве и во времени Технология, как минимум, двухстадийна  Предлагаемая технология наноматериалов Наночастицы и связывающая их матрица формируются одновременно в одном химическом реакторе Технология наноматериала одностадийна

Содержание слайда: Технология объемных наноматериалов Традиционная Предлагаемая а б

Содержание слайда:

Содержание слайда: Габариты

Содержание слайда: Приоритет

Содержание слайда: Углеродный наноматериал Углеродный наноматериал многократно превосходит углеродные материалы традиционной технологии: по  коэффициенту трения в жидких средах - в 5 раз,  коэффициенту катодного распыления - в 15 раз,  окислительной стойкости - до 300 раз, вольфрам по высокотемпературной удельной прочности - до 5 раз, а также  химически и биологически инертен,  газонепроницаем,  радиационностоек,  электрохимически близок золоту и платине

Содержание слайда: Применение Наличие промышленной технологии позволило реализовать уникальные свойства углеродного наноматериала как в самых смелых проектах человечества (ИКС,ТЯР) так и в традиционном машиностроении (высокотемпературные торцевые уплотнения агрессивных сред, антифрикционные вкладыши газодинамических подшипников)

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Диафрагма термоядерного реактора Температура рабочего тела 100 млн град.

Содержание слайда: Токамак Т-3М,Т-4,Т-7 (диафрагма) Замена сплава вольфрам-рений: Потеря мощности на излучение плазмы уменьшилась в 3 раза Количество полезных имульсов возросло в 5 раз Интенсивность рентгеновского излучения снижена в 20 раз Рабочий ресурс 8000 циклов без разрушений Для ГРЭС мощностью 5000 МВт = 10 млрд КВт.ч электроэнергии в год

Содержание слайда: Торцевые уплотнения валов энергонапряженных узлов трения Углеродный наноматериал обеспечивает герметичность уплотнения при 2000°С

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Газодинамические подшипники Maсса ротора до 1 тонны Скорость вращения до 1 млн об./мин -бронза  -антифрикционный сплав V -корундовая керамика -антифрикционный графит -углеродный наноматериал Углеродный наноматериал не имеет следов износа после 5000 циклов пуск-стоп

Содержание слайда:

Содержание слайда: Биоинженерный потенциал Показано отсутствие местного раздражающего общетоксического и канцерогенного действия углеродного наноматериала на организм. По результатам многолетних исследований углеродный наноматериал рекомендован для клинического применения и с 1977 г. используется как основной конструкционный материал искусственного клапана сердца

Содержание слайда:  Все материалы эндопротезов и имплантов взаимодействуют с живой тканью  Исключение – углерод в аллотропной модификации графита. Он химически и биологически инертен  Однако конструкционные графиты пористы  Импрегнаты (полимеры,металлы и др.) лишают графит биологической инертности УГЛЕРОДНЫЙ НАНОМАТЕРИАЛ РЕШАЕТ ЭТУ ПРОБЛЕМУ

Содержание слайда: Возможность заводского выпуска крупногабаритных заготовок углеродного наноматериала позволяет создавать медицинские изделия со свойствами выше мирового уровня  Все крупные и мелкие суставы  Зубные имплантанты  Набор изделий для - операций на позвоночнике, - челюстно-лицевой хирургии, - остеосинтеза  Детали медицинской техники, контактирующие с кровью

Содержание слайда: Узел трения тазобедренного сустава

Содержание слайда: Хирургический крепеж

Содержание слайда: Кейджи

Содержание слайда: Зубные импланты

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Технологическая классификация объемных наноматериалов

Содержание слайда: Нанопорошки Россия – «урановый проект» 50-е г.г. ХХ века. ХХ1 век - мировое производство 55 тыс.т/год. - Россия 2 т/год (потенциал 10 тыс.т). Номенклатура: 70 % оксиды, 15 % металлы. Использование: 1. Прессование Гальванобатареи с наноэлектродами превосходят традиционные: емкость в 2, напряжение в 3 раза. 2. Наполнитель Многократное улучшение свойств при добавке менее 1 % наночастиц.

Содержание слайда: Нанобетон канд.техн.наук Пономарев А.Н. «НТЦ прикладных нанотехнологий»(СПб) Вводят углеродные наночастицы (астрален) до 10 г на 1 т цемента. Ударная прочность выше в 2-3 раза. мост через Волгу (г.Кимры Тверской обл.), мостовые конструкции облегчены в 4 раза. высотное строительство, - пуленепробиваемые сооружения.

Содержание слайда: Нанофрагментация металлов ч-корр. БАН Валиев Р.З. 80-е годы ХХ века(УАУ) Интенсивная пластическая деформация (ИПД). Принципиально новые свойства при ε > 1. а – наковальня Бриджмена. N ≥ 5. Размер зерен 10-20 нм. Образец 20х1 мм. б – равноканальное угловое прессование. Размер зерен ≤ 70 нм. Длиномерные прутки  12 мм. Прочность выше в 2,5 раза.

Содержание слайда: Нанофрагментация металлов акад. РАН Горынин И.В. ФГУП ЦНИИ«Прометей» В промышленных условиях производства магистральных газо- и нефтепроводов большого диаметра для Крайнего Севера и Восточной Сибири рамер зерна 10-50 нм, конструкционные свойства выше в 4 раза.

Содержание слайда: Нанофрагментация металлов Зарубежные компании Европы, США и Японии освоили производство заготовок с толщиной стенки более 200 мм из высокоуглеродистых легированных сталей с размером структурных элементов не более 40 нм. Конструкционные свойства наноструктурированных сталей многократно превышают уровень свойств аналогичных марок традиционной технологии.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Проблема А ПЕРВООРУЖЕНИЕ Часть 2 Постановка задачи Конструкционное применение полимеров ограничивает низкий температурный предел работоспособности, который для большинства органических полимеров не превышает 200°С. Для создания тепловых машин с техническими характеристиками выше мирового уровня необходимы полимеры, многократно превышающие достигнутый порог жаростойкости. Проблему решают неорганические полимеры.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Основные свойства - Химическая инертность в окислительных средах при нормальной и повышенных температурах. Рабочая температура до 2000°С - Низкая плотность. Он легче алюминия и его сплавов в 1,5 раза - Затвердевание не требует последующей термической обработки - Его компоненты не токсичны, технология экологически безопасна

Содержание слайда: Технология Негорючий полимер является полимером принципиально нового класса. Связующее на его основе (НПС) скомпановано в двух упаковках. Смесь компонентов (порошок + наноразмерные добавки +жидкость) затвердевает в результате химической реакции при цеховой температуре. Материалы с использованием НПС изготавливают по традиционной технологии композиционных материалов на стандартном оборудовании. Материалы изготавливают прессованием в виде панелей, блоков различной конфигурации и труб. Трубы могут быть изготовлены также путем намотки волокнистого наполнителя. Литьевые составы на основе НПС позволяют изготавливать более широкий ассортимент продукции, включая крупногабаритные конструкции.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Преимущества Связывая НПС неорганический волокнистый наполнитель получаем жаростойкий машиностроительный материал нового поколения – композиционный материал системы неорганика-неорганика (КМ Н-Н). Рекомендуется в качестве высокотемпературного конструкционного материала для создания тепловых машин с техническими характеристиками выше мирового уровня. Связывая НПС неорганический порошковый наполнитель исключаем из технологического цикла керамики операцию спекания, которая занимает много времени и требует больших затрат энергии. Это снижает производственные расходы в 2 раза.

Содержание слайда: Машиностроение Большинство машин имеет тормозные устройства, работоспособность которых определяется характеристиками фрикционных материалов. Наиболее распространенные фрикционные материалы на полимерном связующем работоспособны до 200°С. Материалы системы углерод-углерод сохраняют фрикционные свойства до более высоких температур, но в воздушной среде горят и поэтому требуют специальной защиты. Использование НПС в производстве фрикционных материалов позволит исключить температурный предел работоспособности тормозных систем и создать тормозные устройства с характеристиками выше мирового уровня.

Содержание слайда: Машиностроение На основе НПС созданы высокотемпературные клеи. Потребителями являются предприятия, эксплуатирующие тепловое оборудование. Предлагаемая технология позволяет восстановить разрушенные огнеупорные детали путем связывания НПС измельченного материала аварийной детали. Ремонт выполняется в цеховых условиях по месту нахождения аварийного оборудования.

Содержание слайда: Негорючие материалы Негорючие пластики на основе НПС. Замена ими используемых в настоящее время органопластиков позволит обеспечить полную экологическую безопасность в процессе эксплуатации, а при пожаре - исключить жертвы от воздействия ядовитых продуктов пиролиза органопластиков. Наиболее массовое применение ожидается в строительстве для интерьера зданий гражданского и промышленного назначения. Не менее эффективно применение негорючих материалов для интерьера воздушных, наземных и подземных транспортных устройств.

Содержание слайда: Негорючие материалы Негорючие пластики на основе НПС. Замена ими используемых в настоящее время органопластиков позволит обеспечить полную экологическую безопасность в процессе эксплуатации, а при пожаре - исключить жертвы от воздействия ядовитых продуктов пиролиза органопластиков. Наиболее массовое применение ожидается в строительстве для интерьера зданий гражданского и промышленного назначения. Не менее эффективно применение негорючих материалов для интерьера воздушных, наземных и подземных транспортных устройств.

Содержание слайда: Экология Замена фенолформальдегидных смол на НПС исключит экологическое загрязнение окружающей среды ядовитыми фенолом и формальдегидом в процессе производства и эксплуатации ДСП, например, в качестве интерьера помещений и мебели Способность НПС нейтрализовать диоксины решает некоторые актуальные проблемы мегаполисов: утилизация золы мусоросжигательных заводов, исключение утечки диоксинов из городских свалок.

Содержание слайда: Экология Предлагаемая технология нечувствительна к качеству сырья, что позволяет утилизировать почти все промышленные отходы независимо от их химического состава, влажности, консистенции и др. Это позволяет перерабатывать промышленные отходы в огнеупорные материалы различного назначения и широкий ассортимент строительных материалов (стеновые и крупногабаритные изделия, высокопрочный кирпич, кислотоупорные покрытия, теплоизоляционне материалы, огнезащитные краски, ультралегкий наполнитель, легкие бетоны, высокотемпературные клеи, ремонтные составы, негорючие пластики и многое другое…)

Содержание слайда: Экология Состав на основе НПС заменяет канцерогенный битум в производстве асфальта. Это концентрированная многокомпонентная эмульсия. Из концентрата прямо на линии готовят рабочий раствор. После механического уплотнения обработанные раствором слои дорожного покрытия приобретают плотность, прочность и водоотталкивающие свойства.

Содержание слайда: Представленные примеры технического применения НПС находятся на разной стадии практической реализации и не исчерпывают потенциальных возможностей предлагаемого направления работ. Представленные примеры технического применения НПС находятся на разной стадии практической реализации и не исчерпывают потенциальных возможностей предлагаемого направления работ.

Содержание слайда: Проблема Б САНАЦИЯ Постановка задачи Обеспечение работоспособности изношенной техники основано на регулярных ремонтных работах разной периодичности. Технико-экономически эффективны ремонтные технологии нового поколения: - холодная молекулярная сварка - безразборный ремонт узлов трения

Содержание слайда: Холодная Молекулярная Сварка Волков Георгий Михайлович тел./факс: (495) 306-31-88 e-mail: recom@list.ru http://rekom.su/

Содержание слайда: Почему молекулярная Молекулярное взаимодействие (функциональные группы полимера-металл) Почему холодная Цеховая температура взаимодействия Почему сварка Неразъемное соединение сопрягаемых деталей Расходные материалы ХМС - ремонтные композиционные материалы (Реком)

Содержание слайда: Рекомы состоят из клеевой основы, в кото-рую введено большое количество дискрет-ного наполнителя различной природы и формы. Технологически компоненты Рекомов скомпанованы в двух упаковках, смешивание которых в кратных долях образует самотвер-деющую смесь. Такой состав обеспечивает технологичес-кое и эксплуатационное преимущества использованию Рекомов перед традицион-ными способами ремонта.

Содержание слайда: Преимущества ХМС (сравнение с термической сваркой) ● не требует нагрева ● исключает деформацию детали ● не требует повторной ТО ● не расходует э/энергию ● не использует оборудование ● не требует высокой квалификации исполнителя ● выполняется на воздухе вне защитной среды ● допускает полевой ремонт ● позволяет ремонт в пожаро- и взрывоопасных цехах ● экологически безопасна ● соединяет разнородные металлы ● позволяет соединение металл-неметалл

Содержание слайда: Преимущества ХМС (сравнение с клеевым соединениями) ● не требует давления ● обладает объемными свойствами ● не требует геометрической подгонки деталей ● заполняет выработку деталей глубиной 10 и более мм ● позволяет изготавливать целиковую деталь

Содержание слайда: Реком-Б (базовый) Реком-Б (базовый) ремонтный композит универсального назначения Гарантируемые показатели: Предел прочности при сдвиге по стыку со сталью – не менее 200 кг/см² Предел прочности при сжатии – не менее 1000 кг/см² Факультативные показатели: Предел прочности при изгибе 700 кг/см² Предел прочности при растяжении 300 кг/см² Рабочая температура 150°С, кратковременно 200°С Коэффициент трения в масле 0,06 Плотность 2,1 г/см³ Время жизни смеси при (20÷30)°С не менее 1 час Время полного набора прочности при (20÷30)°С 24 час

Содержание слайда: Реком-Б рекомендуется для устранения дефектов корпусных деталей (трещины, вырывы и др.) и брака литья (раковины, пористость и др.) чугунных и силуминовых деталей, восстановления посадочных мест на валу и в корпусе агрегата, восстановления фланцевых соединений и плоскостей разъема агрегатов, а также для ремонта радиатора, бензобака, кузовных работ и косметического ремонта автомобиля, для устранения течи теплообменников, емкостей ГСМ, трансфор-маторов и др. энергооборудования. Реком-Б рекомендуется для устранения дефектов корпусных деталей (трещины, вырывы и др.) и брака литья (раковины, пористость и др.) чугунных и силуминовых деталей, восстановления посадочных мест на валу и в корпусе агрегата, восстановления фланцевых соединений и плоскостей разъема агрегатов, а также для ремонта радиатора, бензобака, кузовных работ и косметического ремонта автомобиля, для устранения течи теплообменников, емкостей ГСМ, трансфор-маторов и др. энергооборудования.

Содержание слайда: Реком-И (износостойкий) ремонтный композит специального назначения Реком-И (износостойкий) ремонтный композит специального назначения Коэффициент трения по стали в масле 0,037. Твердость по Бринеллю 220 НВ. Предел прочности при сжатии не менее 800 кг/см². Механическая обработка производится твердо-сплавным резцом. По износостойкости в 5 раз превосходит углеродис-тые стали. Рекомендуется для устранения царапин и задиров поверхностей трения, восстановления подвижных посадок на валу и в корпусе агрегата, ремонта шпоночных, шлицевых и резьбовых соединений.

Содержание слайда: Рекомы специального назначения Рекомы специального назначения схватывающиеся со ржавой, мокрой или замаслен-ной нефтепродуктами поверхностью, для полевых условий при любых плюсовых темпе-ратурах в туман и дождь, электроизолятор для ремонта в стационарных условиях токонесущих деталей машин и оборудования, абразивостойкий для восстановления деталей, работающих в абразивной среде, химстойкий для ремонта деталей машин и оборудования химических производств. Ремкомплекты аварийные с минутными временами отверждения; маркируются РА.

Содержание слайда: Ремкомплект аварийный универсального назначения (РА-У) Ремкомплект аварийный универсального назначения (РА-У)  позволяет выполнять аварийный ремонт в поле- вых условиях,  схватывается со ржавой, мокрой или замасленной нефтепродуктами поверхностью металлов и сплавов,  является электроизолятором,  обладает повышенной стойкостью к химически активным средам.  Технология РА-Уотработана в опытно-лабораторных условиях. Необходимые для испытаний количества изготовлены на экспериментальном оборудовании.  Для изготовления препарата в количествах, необхо-димых для промышленного применения, необходимо организовать опытно-промышленное производство.

Содержание слайда: Восстановление Восстановление изношенной техники

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Рекомендация Рекомендация поддержание в работоспособном состоянии изношенной инфраструктуры и основного производственного оборудования предприятий любого профиля обеспечивается использованием всего трех марок Реком в следующем соотношении Реком-Б 80 %, Реком-И 10 %, РА-У 10 % --------------------------------- Волков Г.М. Ремонт, восстановление и модернизация, № 8, 2002

Содержание слайда: Проблема Б Безразборный ремонт НИИ «Механобр»(СПб) 90-е годы ХХ века - самовосстановление бурового инструмента при обработке серпентинитовых горных пород Серпентин – минерал (MgO)x(SiO2)y(H2O)z Составы на его основе – геомодификаторы восстанавливают изношенные поверхности в режиме штатной эксплуатации узла трения

Содержание слайда: Эффективность геомодификаторов  Коэффициент трения < до 2 раз  Ресурс узла трения > до 3 раз  Эксплуатационные расходы < до 2 раз  Экономический эффект = 500÷800 % ------------------------------------------- Балабанов В.И. и др. Безразборный сервис автомобиля / М.: «Известия», 2007

Содержание слайда:

Содержание слайда: Перспективы материаловедения (в машиностроении) --------------------------------- Волков Георгий Михайлович моб.: 8-925-0-692-693 e-mail: recom@list.ru http://nanoprom.info/