СВС-технология дисперсных дисульфидов вольфрама и молибдена с наноразмерными слоями для трибологических композиций

• Автор: Иртегов, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСУЛЬФИДОВ

ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА

1Л Твердые смазочные материалы

1.2 Свойства дисульфидов вольфрама и молибдена

1.3 Методы получения твердых смазок на основе дисульфидов вольфрама и молибдена

1.4 Методы получения дисперсных дисульфидов вольфрама и молибдена

1.4.1 Гидротермальный метод

1.4.2 Метод осаждения из раствора

1.4.3 Метод сульфидирования

1.4.4 Метод разложения

1.4.5 Другие методы получения
1.4.6 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез
1.5 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Методика получения нанопорошков металлов методом электрического взрыва проводников
2.2 Методика получения дисульфидов вольфрама и молибдена
2.3 Методы исследования исходных электровзрывных нанопорошков металлов и полученных дисульфидов вольфрама и молибдена.
ГЛАВА 3. САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ ДИСУЛЬФИДОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА
3.1 Термодинамические закономерности процесса получения дисульфидов вольфрама и молибдена
3.2 Кинетика процесса горения нанопорошков вольфрама и молибдена с серой

ГЛАВА 4. СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ ДИСУЛЬФИДОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СВС ИЗ НАНОПОРОШКОВ
МЕТАЛЛОВ И СЕРЫ
4.1 Фазовый состав продуктов синтеза
4.2 Микроструктура дисульфидов вольфрама и молибдена
4.3 Схема образования дисульфидов вольфрама и молибдена в условиях СВС из нанопорошков металлов
4.4 Устойчивость порошков дисульфидов металлов при нагревании на воздухе
4.5 Трибологические свойства дисульфидов вольфрама и молибдена с наноразмерными слоями и композиционных смазочных материалов на
их основе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕСРНЫХ ДИСУЛЬФИДОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА С НАНОРАЗМЕРНЫМИ СЛОЯМИ
5.1 Аппаратурно-технологическая схема
5.2 Методика расчета реактора для СВ-синтеза
5.2.1 Расчет толщины обечайки реактора
5.2.2 Тепловой расчет реактора
5.2.3 Расчет толщины тепловой изоляции реактора
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. РАСЧЕТ РЕАКТОРА ДЛЯ СВ-СИНТЕЗА ДИСПЕРСНОГО ДИСУЛЬФИДА ВОЛЬФРАМА С НАНОРАЗМЕРНЫМИ
СЛОЯМИ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Проблема снижения потерь на трение и продления срока службы различных механизмов и агрегатов всегда остается актуальной. В настоящее время востребованы смазочные материалы узкого назначения, обеспечивающие минимальное время приработки деталей и поддерживающие низкий износ и трение при высоких нагрузках и температурах, в разреженной атмосфере, в том числе в условиях космоса. Существует востребованность в смазках для микромеханических систем. Давно известные смазочные и противоизносные свойства дихалькогенидов тугоплавких металлов - дисульфидов вольфрама и молибдена, как наиболее распространенных и применяемых, - были заново открыты при исследовании наноразмерных частиц. По сравнению с другими твердыми смазочными материалами, такими как графит, гексагональный нитрид бора, дисульфиды вольфрама и молибдена обладают лучшими противоизносными и смазочными свойствами на воздухе при температуре до 300-400 °С и в вакууме до 1000 °С, благодаря чему они находят применение в космической технике. На основании работ в области синтеза и исследования свойств дисульфидов вольфрама и молибдена за последние двадцать лет можно сделать вывод, что одним из определяющих параметров их трибологических характеристик является толщина частиц. При снижении толщины уменьшается количество элементарных слоев 8-Ме-8, участвующих в трении. Существующая технология дисульфидов вольфрама и молибдена, основанная на обогащении и очистке руды от абразивных веществ, в основном оксида кремния, позволяет получать порошки с размером частиц от 10 до 250 мкм и толщиной слоев в несколько микрон. Для применения в качестве смазочного материала их дополнительно измельчают в мельницах.
В современных методах получения наноразмерных частиц дихалькогенидов
металлов (гидротермальный, сульфидирование, газофазный) продукты после
синтеза зачастую находятся в аморфном состоянии, для их полной
кристаллизации необходима дополнительная термообработка. Также для
процессов сульфидирования применяют токсичные газы (сероводород,

1.4.5 Другие методы получения
Представленные ниже методы получения наночастиц дисульфидов вольфрама и молибдена различны по физическим и химическим подходам и освещены в литературе не так широко. К таким методам можно отнести газофазный синтез нанодисперсного \^>2 из гексакарбонила вольфрама [81] при температурах от 700 до 950 °С, механосинтез нанопластинок \^2 из оксида вольфрама и элементарной серы [82]. Длительность измельчения реагентов составляла 24 часа, полученную смесь затем прокаливали в диапазоне температур 500-840 °С.
Результаты исследования свойств наночастиц Мо82, полученных сонохимическим методом и применяемых в качестве перспективного каталитического материала в сероочистке, приведены в работах [83, 84]. В [84] ультразвуковой обработке в атмосфере азота подвергались гексакарбонил молибдена Мо(СО)6 и элементарная сера. Для достижения разложения в 97 % гексакарбонила обработку проводили 35 ч.
Известен также золь-гель метод получения дисульфида молибдена с высокой удельной поверхностью [85, 86]. В указанных работах продукт также прокаливался при высокой температуре в течение 6 часов, что снижает производительность метода и повышает энергозатраты.
1.4.6 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез
Открытое в 60-ых годах XX века коллективом ученых во главе с академиком Мержановым А.Г. явление твердопламенного горения (ТПГ) и основанный на нем метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) стал новым перспективным направлением в химической технологии тугоплавких соединений и интерметаллидов [87]. Позднее с помощью СВС был синтезирован широкий спектр продуктов: гидриды, халькогениды,
фосфиды, нитриды, сложные оксиды и органические соединения. В СВС нагрев