Проект соответствует пункту Н1 Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта», в части перехода к передовым производственным технологиям и новым материалам.
В данном проекте изучались технологические основы производства порошков из отходов металлообработки (вторичных материальных ресурсов), которые могут быть будут использованы в дальнейшем для аддитивных технологий и порошковой металлургии.
Проведенные исследования показали, что с использованием современных технологий механической дезинтеграции возможно производство из отходов металлообработки высококачественных металлических порошков. Такой подход требует значительно меньших ресурсов и генерирует на порядки меньше атмосферных выбросов, нежели традиционный пирометаллургический передел. При этом удастся сохранить товарные свойства ценного сырья и уменьшить энергозатраты на получение порошков.
Основной задачей проекта явилось определение рациональных режимов тонкого измельчения металлических порошков в части подбора среды (газообразной или жидкой) и интенсификаторов измельчения, обеспечивающих снижения затрат на этот процесс.
Исследована возможность использования механической обработки металлических порошков в аппаратах с шаровой мелющей средой для исправления морфологии частиц, полученных механическим измельчением.
Особые требования к проведению экспериментов по тонкому измельчению металлических материалов в части энергонагруженности измельчающих устройств и изоляции их рабочего объема от атмосферы потребовали разработки и изготовления специального лабораторного оборудования.
Результаты проекта будут использованы при создании технологий переработки металлосодержащих отходов с минимальной негативной нагрузкой на окружающую среду с получением порошков стратегических металлов и их сплавов. Внедрение таких технологий обеспечит переработку отходов машиностроительных предприятий силами самих предприятий, даже в отсутствии пирометаллургического производства, и использование продукта в собственном производственном цикле (в качестве сырья для аддитивного производства и порошковой металлургии).
В рамках отчетности третьего года и проекта в целом получены следующие результаты:
1. Разработано, изготовлено и испытано лабораторное оборудование для проведения экспериментов по измельчению металлических порошков в контролируемых средах.
2. В результате проведенных исследованиях тонкого измельчения металлических материалов установлено:
-
по влиянию на дезинтеграцию металлических порошков газы располагаются следующим образом: водород > гелий > аргон > азот;
-
-
эффективность воздействия жидкой среды на тонкое измельчение металлических материалов увеличивается с ростом дипольного момента ее молекул;
-
-
характер воздействия неполярных жидкостей на тонкое измельчение металлов аналогичен поведению неполярных газовых сред.
3. Впервые выдвинут гипотеза о том, что для интенсификации тонкого измельчения металлов следует использовать два регента, имеющие различные механизмы воздействия на процесс – интенсификатор образования дефектов на начальных стадиях воздействия на измельчаемые частицы и диспергаторы для дезагрегации продуктов разрушения этих частиц.
4. Впервые предложено использовать аммиак в качестве среды для тонкого измельчения металлов, которая не требует использования инертных газов и является интенсификатором измельчения.
Исследования вибрационного измельчения алюминиевой стружки показало, что скорость измельчения алюминиевого порошка в среде аммиака выше скорости измельчения в среде азота на 30%. Добавка 0,5% стеариновой кислоты в среде азота увеличивает скорость измельчения алюминия до 50%, а в среде аммиака на 90%.
Таким образом, комбинирование интенсификатора образования дефектов металла на начальных стадиях воздействия на измельчаемые частицы – аммиака и диспергатора для дезагрегации продуктов разрушения этих частиц – стеариновой кислоты, позволяет существенно интенсифицировать процесс тонкого сухого измельчения металлических порошков.
5. Впервые предложено использовать мочевину в качестве интенсификатора измельчения металлов в полярной жидкой среде.
Исследование вибрационного измельчения стальной стружки в среде изопропилого спирта показало, что добавка мочевины (2%) повышает скорость измельчения на 40%, а использование комбинации мочевины и стеариновой кислоты позволяет увеличить скорость измельчения почти в 3 раза. Эти результаты подтверждают целесообразность использования комбинации интенсификатора образования дефектов металла на начальных стадиях воздействия на измельчаемые частицы- мочевины и диспергатора для дезинтеграции продуктов разрушения этих частиц – стеариновой кислоты, для интенсификации процесса мокрого тонкого измельчения металлических порошков.
6. Исследованные режимы механического воздействия на металлические порошки в аппаратах с шаровой средой и анализ научно-технической литературы показал, что возможным способом дополнительного повышения эффективности механической сфероидизации металлических порошков может быть использование дисковых устройств. Сверх программы проекта была разработана техническая документация на экспериментальное устройство для сфероидизации порошков на базе дискового истирателя, которую планируется использовать для продолжения работы в области сфероидизации.
7. Предложены технические рекомендации по использованию различных режимов сухого и мокрого измельчения. Повышение скорости измельчения металлов с использованием предлагаемых режимов для сухого и мокрого измельчения на 40% и более обеспечивает эквивалентное снижение энергозатрат на эти процессы.
8. Реализация предложенных технических решений возможна с применением исключительно отечественного оборудования.
9. По теме проекта опубликованы 4 статьи в журналах, индексируемых в базах данных «Скопус» (Scopus).
