Forming studentspersonal competences of technical university in the field of life safety

Сформульовані особистісні компетенції студентів в області безпеки життєдіяльності.Personal competencies of students are formulated in the field of life safety

Синтез и применение наноструктурных сверхтвердых материалов инструментального назначения

The main scientific and technological directions in the field of obtaining new superhard nanostructured tool materials on the basis of diamond and cubic boron nitride which gained development in recent years in laboratory of nanostructured and superhard materials of the Joint Institute of Mechanical engineering of NAN of Belarus are considered.Рассмотрены основные научные и технологические направления в области получения новых сверхтвердых наноструктурных инструментальных материалов на основе алмаза и кубического нитрида бора, получившие развитие за последние годы в лаборатории наноструктурных и сверхтвердых материалов Объединенного института машиностроения НАН Беларуси

МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРИИ ПОВЕРХНОСТИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ИЗНАШИВАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

The physical and chemical basis of formation of nanostructured state of material are represented and processing methods of nanostructured materials and coatings used in surface engineering are described. The information about the degree of influence of treatment regimes of gas-thermal spraying, electrochemical deposition, microarc oxidation, tribomechanical treatment and frictional cladding by a flexible tool on the processes of formation of structural-phase state and the level of the surface layer properties is given. A new generation of surface engineering technologies on the basis of the research is developed. The formed coating and surface layers maintain stability of structural-phase state under high loads and temperatures and have high wear resistance, thermal resistance and corrosion resistance for a long time. The examples of practical implementation of the developed methods of surface engineering and nanotechnologies for industrial plants are shown. Manufacturing sites are built and the developed technologies of coating application and modification of the surface layers by the activated surface engineering methods are used in more than 50 enterprises of Belarus, Russia, Korea and other countries. The using of developed nanostructured materials and coatings as well as methods and means of surface engineering technologies allows increasing the technical level of the engineering techniques, reducing the cost of production and improving the competitiveness of products.Изложены физико-химические основы формирования наноструктурного состояния материала и описаны технологические приемы получения наноструктурированных материалов и покрытий, используемые в методах инженерии поверхности. Приведена информация о степени влияния режимов обработки при газотермическом напылении, электрохимическом осаждении, микродуговом оксидировании, трибомеханической обработке и фрикционном плакировании гибким инструментом на процессы формирования структурно-фазового состояния и уровень свойств поверхностного слоя. На основе проведенных исследований создано новое поколение технологий поверхностной инженерии. Формируемые покрытия и поверхностные слои сохраняют стабильность структурно-фазового состояния в условиях высоких нагрузок и температур и способны длительное время противостоять изнашиванию, термическому и коррозионному воздействию. Показаны примеры практической реализации разработанных методов инженерии поверхности и нанотехнологий для промышленных предприятий. Более чем на 50 предприятиях Беларуси, России, Кореи и других стран созданы производственные мощности и освоены технологии нанесения покрытий и модифицирования поверхностных слоев активированными методами инженерии поверхности. Использование разработанных наноструктурированных материалов и покрытий, а также методов и средств реализации технологий инженерии поверхности позволяет поднять технический уровень создаваемой машиностроительной техники, снизить себестоимость ее производства и повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Достижения и перспективы теоретических и экспериментальных исследований в области наноматериалов и нанотехнологий (обзор материалов IV Международной научно-практической конференции «Наноструктурные материалы-2014: Беларусь - Россия - Украина»)

The analysis of the reports presented at the IV International scientific conference «Nanostructured materials-2014: Belarus - Russia - Ukraine» has been carried out by theoretical and experimental studies in the field of the methods of obtaining and properties of nanostructured alloys, ceramics, composite, magnetic and carbon materials and coatings from nanomaterials, methods of certification and application. The new directions in which nanomaterials and nanotechnologies will soon be demanded and the problems of serial use have been shown.Проведен анализ докладов, представленных на IV Международной научной конференции «Наноструктурные материалы-2014: Беларусь - Россия - Украина», по теоретическим и экспериментальным исследованиям в области методов получения и свойств наноструктурных сплавов, керамики, композиционных, магнитных, углеродных материалов и покрытий из наноматериалов, их аттестации и применения. Представлены новые направления, в которых будут востребованы наноматериалы и нанотехнолгии, и проблемы их серийного использования

СТРУКТУРА И ТРИБОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ, МОДИФИЦИРОВАННОГО В ПРОЦЕССЕ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫМ TiN

Oxide-ceramic coatings during the process of Micro-Arc Oxidation (MAO) with nanoscale titanium nitride were modified, which allowed one to obtain oxide-nitride ceramics in the shape of a coating on an aluminum alloy D16. The highest concentration of titanium nitride was registered in the surface coating layers, and the modification area extended to 1/3 of its thickness. It was found that the modification was accompanied by a 1.2–1.4-fold increase in the microhardness that achieved 23 GPa. Tribological tests under boundary lubrication showed that the modification of the MAO-coating with titanium nitride reduced the friction coefficient by a factor of 1.5–2.8 as compared to an unmodified coating. In addition to improving anti-friction properties, the wear resistance of coatings increased by a factor of 3–5.Осуществлено модифицирование в процессе МДО оксидокерамических покрытий наноразмерным нитридом титана, что позволило получить оксидно-нитридную керамику в виде покрытия на алюминиевом сплаве Д16. Наибольшая концентрация нитрида титана регистрируется в поверхностных слоях покрытия, при этом область модифицирования распространена до 1/3 его толщины. Установлено, что модифицирование сопровождается повышением микротвердости в 1,2–1,4 раза, которая достигает 23 ГПа. Триботехнические испытания в условиях граничного трения показали, что модифицирование МДО-покрытий нитридом титана приводит к снижению коэффициента трения в 1,5–2,8 раз по сравнению с немодифицированным покрытием. Помимо повышения антифрикционных свойств, достигается повышение износостойкости покрытий в 3–5 раз

Анализ процесса превращения в алмаз тонкого слоя графитоподобного углерода на поверхности детонационного наноалмаза

The article considers the process of obtaining nanostructured diamond materials due to phase transformation of thin films based on carbon non-diamond forms on the nanodiamond surface into diamond. For the synthesis of nanostructured diamond polycrystalline superhard material, various variants of the initial mixture based on nanodiamond with non-diamond carbon on the surface are proposed (surface-graphitized nanodiamond, surface-graphitized nanodiamond with addition of purified nanodiamond, detonation diamond-containing charge with a surface layer of “amorphous” carbon, including purified nanodiamond additives). The influence of the structure of a thin non-diamond layer on the parameters of graphite to diamond transition is revealed. For a carbon film with a disordered structure (the so-called “amorphous” carbon), the transition pressure to diamond will be about 10–15 GPa, which is significantly higher than the phase transformation pressure for thin graphite films in this temperature range. It is shown that the increase in the pressure of transformation of a thin layer of “amorphous” carbon is caused by its lower surface energy compared to the surface energy of graphite. It has been established that the region of transformation of a thin graphite-like film with a thickness of about 1 nm, formed on the 2–10 nm nanodiamond surface into diamond will be below the graphite-diamond equilibrium line in the temperature range of 1000– 2500 °C. Additional introduction of purified nanodiamond particles leads to a decrease in the pressure of transformation of thin layers of non-diamond carbon into a diamond structure from 10–15 to 2–7 GPa, which is due to the effect of the surface of catalytically active diamond nanoparticles on the thermodynamic stimulus of phase transformation.Рассмотрен процесс получения наноструктурных алмазных материалов за счет фазового превращения в алмаз тонких пленок на основе неалмазных форм углерода, сформированных на поверхности наноалмаза. Для синтеза наноструктурного алмазного поликристаллического сверхтвердого материала предложены различные варианты исходной шихты на основе наноалмаза с неалмазным углеродом на поверхности (поверхностно-графитизированный наноалмаз, поверхностно-графитизированный наноалмаз с добавкой очищенного наноалмаза, детонационная алмазосодержащая шихта с поверхностным слоем «аморфного» углерода, в т. ч. с добавкой очищенного наноалмаза). Выявлено влияние структуры тонкого неалмазного слоя на параметры перехода графита в алмаз. Для углеродной пленки с неупорядоченной структурой (так называемый аморфный углерод) давление перехода в алмаз составит порядка 10–15 ГПа, что существенно выше давления фазового превращения для тонких пленок графита в данном температурном диапазоне. Показано, что рост давления превращения тонкого слоя «аморфного» углерода вызван его более низкой поверхностной энергией по сравнению с поверхностной энергией графита. Установлено, что область превращения тонкой графитоподобной пленки толщиной порядка 1 нм, сформированной на поверхности наноалмаза размером 2–10 нм, в алмаз будет находиться ниже линии равновесия графит–алмаз в диапазоне температур 1000–2500 °С. Дополнительное введение очищенных частиц наноалмазов приводит к снижению давления превращения тонких слоев неалмазного углерода в алмазную структуру с 10–15 до 2–7 ГПа, что обусловлено влиянием поверхности каталитически активных алмазных наночастиц

СИНТЕЗ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОАЛМАЗОВ

The influence of modifying annealing and technological modes of sintering under pressure on the structure and phase composition of polycrystalline superhard materials on the basis of nanodiamonds and diamond blend of detonation synthesis was studied. It is shown that the atmosphere in which the annealing is occurred affects the content of the diamond phase and the crystallite size of nanodiamonds after sintering under pressure. As a result of the modification of anodiamonds by silicon in combination with vacuum annealing the composite nanopowder diamond- SiC was synthesized, which provides a basis for sintering of diamond nanostructured compacts of increased diameter.Изучено влияние модифицирующего отжига и технологических режимов спекания под давлением на структуру и фазовый состав поликристаллических сверхтвердых материалов на основе наноалмазов и алмазосодержащей шихты детонационного синтеза. Показано, что атмосфера, в которой осуществляется отжиг, влияет на содержание алмазной фазы и размер кристаллитов наноалмазов после спекания под давлением. В результате модифицирования наноалмазов кремнием в сочетании с вакуумным отжигом синтезирован композиционный нанопорошок алмаз–SiC, который служит основой для спекания алмазных наноструктурных компактов увеличенного диаметра

Получение алюмоматричного композиционного материала, модифицированного наноструктурным кубическим нитридом бора

The structure and microhardness of an aluminum alloy with additives of nanostructured cubic boron nitride (cBN) after treatment under high pressure and temperature are investigated. А nanostructured powder of cBN with primary particles within 50–200 nm is used as a filler. A preliminary chemical-thermal modifying of the nanostructured cBN, which consists in its high-temperature annealing in the temperature range of 750–950 °C in a medium of aluminum-contai ning compounds, is carried out to increase the chemical affinity of the nanostructured cBN to the aluminum matrix. It is shown that the modifying of nanostructured cBN with aluminum increases the strength of the additives retention in the aluminum matrix. At the same time the increase in the concentration of BN additives from 1.5 to 5 wt.% as well as the increase in the treatment temperature at a fixed pressure promotes the increase in the microhardness of the material by a factor of 1.5 to 2 as compared with the base aluminum alloy without the addition of a modifier. An increase in the cBN concentration to 5 % by weight results in an increase in the fraction of smaller particle conglomerates (1–5 μm) in the material and in a decrease in the size of large inclusions to 10–20 μm. In this case, the distribution of BN particles in the aluminum matrix is more uniform in comparison with a material with a cBN content of 1.5 wt.%. In the material with the growth of temperature up to 1000 °С, cBN in aggregates is recrystallized with the formation of single-crystal (polycrystalline) particles with the size of 1–10 μm  with faceting specific for cBN micron particles.Проведено исследование структуры и микротвердости алюминиевого сплава с добавками наноструктурного кубического нитрида бора (cBN) после обработки в условиях высоких давлений и температур. В качестве наполнителя применяли наноструктурный порошок сBN с размером первичных частиц в пределах 50–200 нм. Для повышения химического сродства наноструктурного cBN к алюминиевой матрице проведено предварительное химико-термическое модифицирование наноструктурного cBN, заключавшееся в его высокотемпературной обработке (отжиге) в диапазоне температур 750–950 °С в среде алюмосодержащих соединений. Показано, что модифицирование наноструктурного нитрида бора алюминием способствует прочности удержания наполнителя в алюминиевой матрице. При этом увеличение в шихте концентрации наполнителя BN от 1,5 до 5 мас.%, а также повышение температуры обработки при фиксированном давлении способствует возрастанию микротвердости материала в 1,5– 2 раза по сравнению с базовым алюминиевым сплавом без добавок модификатора. Повышение концентрации BN  до 5 мас.% приводит к увеличению в материале доли более мелких конгломератов частиц (1–5 мкм), уменьшению размеров крупных включений до 10–20 мкм, при этом распределение включений из частиц BN в алюминиевой матрице более равномерное по сравнению с материалом, содержащим 1,5 мас.% cBN. С ростом температуры до 1000 оС в материале происходит рекристаллизация cBN в агрегатах с образованием его отдельных монокристаллических (поликристаллических) частиц размерами 1–10 мкм, обладающих огранкой, характерной для микрочастиц cBN

Технология устройства ледопородного ограждения при проходке шахтных стволов на примере объектов Петриковского ГОКа

Scientific-technical aspects of technology of use of the ice wall when shaft sinking in water-bearing rocks, using an example of objects under construction of the Petrikov mining and processing plant, are studied. The algorithm of process of freezing of the mountain massif is described. The method is developed of calculation of the main parameters of the ice barrier, based on classical scientific concepts in the field of geotechnology, geomechanics and mountain thermal physics, containing modified formulas of thickness and time of the ice wall formation. The high efficiency of the developed technique is confirmed by the results of the successful use of the obtained numerical values of the parameters of the fence in the implementation of the project of sinking shafts. It is shown the possibility of choosing a method of defrosting frozen rocks, based on the analysis of a real three-dimensional model of the ice barrier. The most important criterion for this choice is the uniformity of the thickness of the ice barrier along the circumference of the vertical cylinder. The conclusion is made about the high scientific and practical competence of Belarusian mine builders – scientists and specialists. The country has developed a reliable system of scientific and technical support for the technology of sinking vertical mine shafts using temporary ice fences. Effective methods of preliminary geological studies, calculation of parameters of ice-rock fences and freezing equipment, selection of technology of work have been created. The necessary material and technical base for fast and high-quality performance of all complex of works on a construction of mine trunks in the special way is created.Изучены научно-технические аспекты технологии использования ледопородного ограждения при проходке шахтных стволов в водоносных горных породах на примере объектов строящегося Петриковского ГОКа. Описан алгоритм процесса замораживания горного массива. Разработана методика расчета основных параметров ледопородного ограждения, основанная на классических научных представлениях в области геотехнологии, геомеханики и горной теплофизики, содержащая модифицированные формулы толщины и времени образования ледопородной стенки. Высокая эффективность разработанной методики подтверждается результатами успешного использования полученных численных значений параметров ограждения при реализации проекта проходки стволов. Показана возможность выбора способа размораживания мерзлых пород на основе анализа реальной трехмерной модели ледопородного ограждения. Важнейшим критерием такого выбора является равномерность толщины ледопородного ограждения по окружности вертикального ствола. Сделан вывод о достигнутой высокой научной и практической компетенции белорусских шахтостроителей – ученых и специалистов. В стране разработана надежная система научно-технического обеспечения технологии проходки вертикальных шахтных стволов с использованием временных ледопородных ограждений. Созданы эффективные методики проведения предварительных геологических исследований, расчета параметров ледопородных ограждений и замораживающего оборудования, выбора технологии проведения работ. Сформирована необходимая материально-техническая база для быстрого и качественного выполнения всего комплекса работ по сооружению шахтных стволов специальным способом

ОСОБЕННОСТИ ОКИСЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО АЛЮМИНИЯ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР И ДАВЛЕНИЙ

In recent times, researchers are interested in ultra and nanopowders of oxide ceramics and functional materials based on them. This article describes the results of obtaining an aluminum hydroxide powder – boehmite produced by the method of hydrothermal oxidation of aluminum. Boehmite obtained by this technology is characterized by high phase purity (according to the XRD-analysis there is well-crystallized boehmite). It is found that the hydrothermal synthesis, carried out by combustion in pre- and supercritical water, can be considered as an effective method of obtaining extra pure nanocrystalline hydroxides (boehmite) and oxides of aluminum (corrundum). In the case of realization of oxides and hydroxides of aluminum and also the technology of obtaining hydrogen and heat energy, this process can be considered to be highly profitable.В последние годы все больший интерес проявляется к исследованиям ультра- и нанодисперсных систем на основе оксидокерамических порошков и функциональных материалов на их основе. В представленной работе приводятся результаты получения порошка гидроксида алюминия – бемита, полученного по технологии гидротермального окисления, который характеризуется высокой фазовой чистотой (по данным рентгенофазного анализа присутствует хорошо закристаллизованный бемит). Установлено, что гидротермальный синтез, осуществляемый путем сжигания в до- и сверхкритических водных средах, можно рассматривать как эффективный способ получения особо чистых нанокристаллических гидроксидов (бемит) и оксидов (корунд) алюминия. При условии реализации оксидов и гидроксидов алюминия как товарных продуктов, а также технологии получения водорода и тепловой энергии, представленный процесс может относится к высокорентабельным.