การประยุกต์ใช้นาโนไดมอนด์ในอุตสาหกรรมเครื่องจักรกล

(1) การชุบคอมโพสิตผงเพชรนาโน

เทคโนโลยีการชุบผงเพชรนาโนเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักในการผลิตผลิตภัณฑ์ การชุบพื้นผิวทำให้สามารถเคลือบป้องกันพื้นผิวผลิตภัณฑ์ได้ด้วยองค์ประกอบและโครงสร้างที่ควบคุมได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง เหมืองเปิดขนาดใหญ่ และอุปกรณ์การผลิตโลหะและปิโตรเคมีที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างรุนแรง สามารถใช้การปกป้องแบบคอมโพสิตในระยะยาวเพื่อป้องกันสนิมภายในระหว่างการใช้งาน 5 ถึง 10 ปี เครื่องมือตัด แม่พิมพ์ ปั๊ม เพลา และวาล์ว ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเครื่องจักร สามารถมีอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นได้ 3 ถึง 5 เท่าหลังจากการเสริมความแข็งแรงพื้นผิว

เทคโนโลยีการชุบด้วยผงเพชรนาโนเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุคุณภาพสูง ประสิทธิภาพสูง ประหยัดพลังงาน ประหยัดวัสดุ ปกป้องสิ่งแวดล้อม และปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ สถิติแสดงให้เห็นว่าประมาณ 1/3 ของพลังงานในการผลิตเชิงกลถูกใช้ไปโดยตรงหรือโดยอ้อมจากการสูญเสียที่เกิดจากการสึกหรอและการเสียดสี และ 1/10 ของผลผลิตเหล็กของโลกสูญหายไปจากสนิมและการกัดกร่อนอื่นๆ ความสูญเสียที่เกิดจากการกัดกร่อนและการสึกหรอต่อเศรษฐกิจของชาตินั้นมหาศาล ตามการสำรวจในอังกฤษ สหรัฐอเมริกา และประเทศอื่นๆ พบว่ามูลค่าผลผลิตทางเศรษฐกิจของประเทศทั้งหมดสูญหายไป 2% ถึง 4% เนื่องจากการกัดกร่อน ความสูญเสียที่เกิดจากการกัดกร่อนในประเทศของฉันมีมูลค่าอย่างน้อยมากกว่า 40,000 ล้านหยวนทุกปี ตามการสำรวจ พบว่าวิสาหกิจอุตสาหกรรมเครื่องจักรกลประมาณ 400 แห่งใน 27 จังหวัดและเมืองในประเทศของฉันสูญเสียเงิน 11,600 ล้านหยวนต่อปีเนื่องจากการกัดกร่อน เป็นที่เข้าใจกันว่าการสูญเสียประจำปีจากการกัดกร่อนของโลหะทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 150,000 ล้านเหรียญสหรัฐ และการสูญเสียประจำปีในประเทศของฉันคือ 150,000 ล้านหยวน การชุบโลหะด้วยไฟฟ้าเป็นหนึ่งในวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคนี้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนสูงของผงเพชรที่ใช้ในการเคลือบคอมโพสิตได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอนุภาคผงเพชรทั่วไปจะมีขนาดเป็นไมครอนหรือย่อยไมครอน และอนุภาคค่อนข้างหยาบ ดังนั้น โครงสร้างการเคลือบที่ได้จึงยากที่จะตรงตามข้อกำหนดของเครื่องมือที่มีความแม่นยำ พื้นผิวมันวาวสูง การประมวลผลที่ละเอียดอ่อน และความทนทานต่อการสึกหรอที่สูงขึ้น ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการผลิตผงเพชรนาโน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเกิดขึ้นของผงเพชรขนาด 2-12 นาโนเมตร คาดว่าการใช้ผงเพชรนาโนในการสร้างสารเคลือบแบบคอมโพสิตจะช่วยทดแทนการขาดแคลนนี้ได้ เทคโนโลยีการชุบด้วยแปรงเป็นเทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวใหม่ที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาโดยอาศัยเทคโนโลยีการชุบด้วยไฟฟ้า สามารถแก้ไขปัญหาการซ่อมชิ้นส่วนกลไกบางประการที่ยากต่อการแก้ไขด้วยเทคโนโลยีอื่นได้ ห้องปฏิบัติการวิจัยเปิดการหล่อลื่นของแข็งของสถาบันฟิสิกส์เคมีหลานโจว สถาบันวิทยาศาสตร์จีน และภาควิชาวัสดุ มหาวิทยาลัยหลานโจว ร่วมมือกันศึกษาคุณสมบัติทางไตรโบโลยีของการชุบด้วยแปรงนิกเกิลคอมโพสิตที่ประกอบด้วยผงนาโนเพชร ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสารเคลือบมีคุณสมบัติลดแรงเสียดทานและทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม ภายในช่วงการทดสอบ การลดแรงเสียดทานและความต้านทานการสึกหรอดีขึ้นเมื่อมีปริมาณผงสีดำนาโนเพชรเพิ่มขึ้น

การใช้มาตรการป้องกันที่มีประสิทธิภาพจะสามารถลดการสูญเสียจากการกัดกร่อนได้อย่างน้อย 15%~35% และลดการสูญเสียจากการสึกหรอได้ประมาณ 1/3 นอกจากนี้ เนื่องจากการเคลือบพื้นผิวมีความบางมาก การเคลือบพื้นผิวและการปรับเปลี่ยนด้วยวัสดุเพียงเล็กน้อยมักจะสามารถปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อนและความทนทานต่อการสึกหรอได้อย่างมาก ซึ่งมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ชัดเจนในการประหยัดวัสดุอันมีค่าและลดต้นทุนการผลิต ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการชุบด้วยแปรงใช้ในการดำเนินงานบำรุงรักษาตามปกติบนแม่พิมพ์ที่สึกหรอ เพลาข้อเหวี่ยง รางนำทาง ปลอกสูบ ตัวเรือน เพลา เบาะลูกปืน ฟันถัง ปลอก และชิ้นส่วนอื่นๆ เช่นเดียวกับชิ้นส่วนยานยนต์แบบสายพาน ซึ่งมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

การเติมผงเพชรนาโนสามารถสร้างชั้นชุบไฟฟ้าคอมโพสิตที่สม่ำเสมอและหนาแน่นได้ การเติมผงเพชรนาโนสามารถทำให้เม็ดเกรนของสารเคลือบละเอียดขึ้น มีบทบาทในการเสริมความแข็งแรงการกระจายตัว และปรับปรุงความแข็งของสารเคลือบโครเมียมคอมโพสิต ภายใต้สภาวะการหล่อลื่นน้ำมัน การเติมผงเพชรนาโนสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของสารเคลือบได้อย่างมีนัยสำคัญ และจะได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อความหนาของสารเคลือบอยู่ที่ 27μm มีความทนทานต่อการสึกหรอสูงกว่าการชุบโครเมียมบริสุทธิ์ถึง 12 เท่า

เทคโนโลยีการชุบแบบนาโนคอมโพสิตเป็นเทคโนโลยีการสะสมที่เพิ่มอนุภาคแข็งผงเพชรนาโนที่ไม่ละลายน้ำลงในสารละลายชุบเพื่อสร้างการแขวนลอยที่สม่ำเสมอ ช่วยให้อนุภาคแข็งสะสมร่วมกับไอออนของโลหะเพื่อให้ได้การเคลือบแบบคอมโพสิต อนุภาคนาโนถูกกระจายตัวอย่างสมบูรณ์โดยใช้เทคโนโลยีการแขวนลอย และการเคลือบผงเพชรนาโนที่ได้ก็จะมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ทนทานต่อการสึกหรอสูงและลดแรงเสียดทาน ความแข็งของการเคลือบผงคอมโพสิตนาโนเพชรสามารถสูงถึง HV700~1100 และมีความทนทานต่อการสึกหรอดีกว่า Cr15 การชุบนิกเกิลธรรมดา และการเคลือบผงคอมโพสิตเพชรไมครอน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานมีเพียงหนึ่งในสามของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของสารเคลือบธรรมดา มีคุณสมบัติหล่อลื่นในตัวที่เป็นเอกลักษณ์ และสามารถยืดอายุการใช้งานที่ทนทานต่อการสึกหรอได้ 2-5 เท่า สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการชุบพื้นผิวชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการสึกหรออย่างแม่นยำในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยทดแทนการชุบโครเมียม การชุบนิกเกิล และกระบวนการอื่นๆ แบบเดิม ผลการใช้งานแสดงอยู่ในตาราง 1-ตาราง 3

ตารางที่ 1 ผลการทดลองดอกสว่านชุบโครเมียมผสมผงเพชรนาโน

เส้นผ่านศูนย์กลางดอกสว่าน/มม.	ประเภทโลหะที่ผ่านการแปรรูป	เพิ่มทวีคูณ (ใช้ผล)
0.8～1.2	กระดานเทปแก้ว	2.7～3.3
1. 0～2. 0	กระดานเทปแก้ว	10. 0～20. 0
1. 5～2. 5	เหล็ก	1. 5～1. 7
3. 5～10. 0	เหล็ก	2. 0
6. 0～10. 0	สแตนเลส	1. 8～3. 0
7. 2～8. 5	เหล็ก	1. 5～1. 8
10. 0	สแตนเลส	1. 9
20. 0	เหล็กหล่อ	6. 0～8. 0

 ตารางที่ 2 ผลการทดลองของแม่พิมพ์อัดเคลือบผงเพชรโครเมียม

เมื่อเทียบกับเครื่องมือที่ผ่านกระบวนการไนไตรด์ คาร์บูไรซ์ ชุบโครเมียม หรือทำจากเหล็กพิเศษ อายุการใช้งานสัมพันธ์จะยาวนานกว่า

 

พื้นผิว3 เครื่องมือปั๊มเคลือบผงเพชรโครเมียม (แม่พิมพ์ตัวเมีย แม่พิมพ์ตัวผู้)

ผลการทดลองการปั๊มแผ่นโลหะ

กระบวนการ	วัสดุที่ผ่านการแปรรูป	เพิ่มทวีคูณ (ใช้ผล)
การอัดรีดแบบเย็น	เหล็ก	1. 6～1. 8 2. 0～3. 0
การปิดกั้น	กระดานเทปแก้ว ทองเหลือง	1. 6～2. 4 2. 0～4. 0
การขึ้นรูปยืด	การชุบทองเหลือง เหล็ก	2.8～3.0 .1 4～1. 8