製品アプリケーション

フルオロエラストマーとブチルゴムは、精製前および精製後のボンバードメント合成生成物（ナノダイヤモンドパウダーブラックおよびグレーパウダー）を使用して改質されている。研究によると、黒色粉末はゴムの硬度を高めることができるが、引張強度と破断伸度は低下する。 ナノダイヤモンド粉末灰をフルオロエラストマーに添加すると、ゴムの総合的な性能指数が上昇した。これは、ナノダイヤモンド粉末が軽質基、カルボキシル基、メチル基などの官能基を含み、ポリマーとの結合活性を高めるため、ゴムの引張特性、硬度、耐摩耗性などの性能指標が向上するからである。 ロシアの学者たちの研究によると、フッ素フィルムにナノダイヤモンドの粉末を添加することで、摩耗や引き裂きに対する耐性が1倍向上することが明らかになった。タイヤ用ポリイソプレンゴムにナノダイヤモンドパウダーを添加すると、耐摩耗性、伸びが向上し、老化プロセスが1.3～1.7倍遅くなり、高温引裂強度とタイヤ破裂強度が大幅に向上した（53MPaから154MPaへ）。シリコーンゴムに黒色粉末を充填すると、絶対長さが約3倍に増加したときの破壊強度が53MPaから154MPaに増加し、複合弾性強度が3～5倍に増加し、黒色粉末の含有量が約0.6％(重量)に対応する臨界弾性率および最大弾性率が得られる。フルオロエラストマー成分に黒色粉末を充填すると、ポリイソプレンゴムと同様に耐摩耗性が1.5～2倍に増加する。 現在のところ、ほとんどの研究は、より機能的なゴムやプラスチック製品の充填材としてナノダイヤモンドパウダーやブラックパウダーの使用に焦点を当てており、いずれも低充填で、添加量は一般的に1％未満である。ゴム加工において、従来のカーボンフィラー1～3％（wt％）を同重量のナノダイヤモンドパウダーブラックパウダーに置き換えると、無極性イソプレンゴム製自動車タイヤの耐用年数（走行距離）を30％延ばすことができ、ブッシュなどのゴム部品の寿命は30～100％延ばすことができる。同時に、ナノダイヤモンドパウダーの添加は、気孔率を減少させ、サンプルを混合するのに必要な動力を5～7％減少させ、表面の気泡、破片、付着を減少させ、脱型を容易にする。

1992年、アメリカのYashchenkoらは粉末冶金法を用いて、銅-亜鉛粉末と銅-錫粉末にナノダイヤモンド粉末を一定の割合で混合し、圧縮成形した後、水素中で焼結させた新しい耐摩耗材料を製造した。 この新素材は、摩擦係数が小さく熱伝導率の高いナノグレードのダイヤモンド粉末を含んでいるため、高い耐傷性と耐摩耗性を有し、内燃機関やその他の伝動機械のシリンダーライナー、すべり軸受などの製造に使用できる。 ナノダイヤモンド粉末から作られた金属補修剤は、引張強度を71.98％、ねじり強度を19.75％、耐摩耗性を154.82％向上させることが試験されている。 海外からは、航空機や船舶の機体、翼、船体表面のシリコンコーティングにナノダイヤモンド粉末が使えるという報告もある。塗膜の耐食性、耐凍結性、耐熱性、耐老化性を高め、弾性、破壊強度、引裂強度などを向上させ、表面塗膜の耐用年数を1.5～2.0倍に延ばすことができる。 コーティングのコストは1％から2％増加するだけである。

(1) ナノダイヤモンドパウダー複合コーティング ナノダイヤモンド複合コーティング技術は、製品製造における重要な技術のひとつである。 表面コーティングは、組成と組織を制御した保護膜を提供し、製品の耐用年数と信頼性を大幅に向上させる。 例えば、過酷な環境で使用される海洋プラットフォーム、大規模な露天掘り鉱山、冶金および石油化学生産設備に長期間の複合材保護を使用すると、5~10年の使用で内部錆が発生することがある。機械産業で広く使用されている工具、金型、ポンプ、軸、およびバルブは、表面強化後に耐用年数を3~5倍に延ばすことができる。 ナノダイヤモンド複合コーティング技術は、品質、効率、エネルギーと材料の節約、環境保護、経済効率に効果的なツールです。 統計によると、機械製造に使用されるエネルギーの約1/3が直接または間接的に消耗によって消費され、世界の鉄鋼生産量の1/10が錆などの腐食によって消費されている。 イギリスやアメリカでの調査によると、国民経済の総生産の2％から4％が腐食によって失われており、中国での腐食による損失は少なくとも年間400億元に上る。 中国27省・市の機械工業企業約400社を対象にした調査によると、腐食による年間損失は116億元に上る。 世界の金属腐食の年間損失は約1500億ドル、国内の年間損失は1500億人民元であり、金属メッキはこの技術的問題を解決する方法の一つである。 近年、複合コーティングの高硬度と耐食性のためにダイヤモンド粉末を使用することへの関心が高まっている。 しかし、ダイヤモンド粉末の粒子は一般的にミクロンまたはサブミクロンと粗いため、精密機器、高い表面仕上げ、微細加工、高い耐摩耗性などの要求を満たすコーティングを得ることは難しい。 ナノダイヤモンド粉末製造技術の急速な発展、特に2～12nmのダイヤモンド粉末の出現により、複合コーティングの形成にナノダイヤモンド粉末を使用することは、この欠点を補うものと期待されている。 エレクトロブラッシング技術は、電気メッキ技術をベースに近年開発された新しい表面改質技術であり、他の技術では解決が困難な機械部品補修の問題を解決することができる。 中国科学院蘭州化学物理研究所の固体潤滑開放研究室は、蘭州大学材料学部と共同で、ナノダイヤモンド粉末を含む複合ニッケルブラシコーティングのトライボロジー特性を調査した。 その結果、このコーティングは優れた摩擦・摩耗低減特性を有し、試験範囲内でナノダイヤモンド粉末の黒色粉末含有量が増加するにつれて摩擦・摩耗低減特性が向上することがわかった。 効果的な保護により、腐食による損失を少なくとも15～35％、摩耗による損失を約1/3に減らすことができる。 さらに、表面コーティングが薄いため、表面コーティングや表面改質は非常に少ない材料で実施できることが多く、耐食性や耐摩耗性を大幅に向上させることが可能で、貴重な材料の節約や製造コストの削減という点で、明らかな経済的メリットがある。 例えば、磨耗した金型、クランクシャフト、ガイドレール、シリンダーライナー、ハウジング、シャフト、ベアリングシート、バケットの歯、ライニングプレート、および無限軌道車両部品の通常のメンテナンスは、ブラシメッキ技術を使って実施され、大きな経済的利益をもたらしている。 ナノダイヤモンド粉末を添加した複合クロムメッキ層のトライボロジー特性を調べたところ、複合メッキ層にナノダイヤモンド粉末を添加することで、均質で緻密な複合メッキ層が得られることがわかった。 ナノダイヤモンド粉末の添加により、メッキ層の粒径が微細化され、無差別に補強されるため、複合クロムメッキ層の硬度が向上する。 油潤滑条件下では、ナノダイヤモンド粉末の添加はメッキ層の耐摩耗性を著しく向上させ、純クロムメッキの12倍である27μmの層厚で最も効果的であった。 ナノ複合メッキは、ナノダイヤモンド粉末の不溶性固体粒子をメッキ液に添加して均一な懸濁液を形成し、固体粒子を金属イオンと共析させて複合層を得るメッキ技術である。 懸濁技術を使用してナノ粒子を分散させることにより、高い耐摩耗性や摩擦低減などの優れた特性を持つナノダイヤモンド粉末の複合層が得られる。 ナノダイヤモンド複合層の硬度はHV700～1100に達し、Cr15、通常のニッケルメッキ、ミクロンダイヤモンド複合層よりも耐摩耗性に優れている。 摩擦係数は通常のコーティングの3分の1しかない。 独自の自己潤滑効果により、摩耗寿命は2～5倍に延びる。 クロムメッキやニッケルメッキに代わって、様々な産業の精密摩耗部品の表面処理に広く使用されています。 適用結果は表1～3を参照 表1 ナノスケールダイヤモンド粉末を含むクロムメッキドリルビットの実験結果 ドリル直径/ mm 加工する金属の種類 増加倍率（使用効果） 0. 8～1. 2 ガラスプレート 2. 7～3. 3 1. 0～2. 0 ガラスプレート 10. 0～20. 0 1. 5～2. 5 スチール 1. 5～1. …

機械産業におけるナノダイヤモンド Read More »