Композиты в горной технике выполняют особую миссию — они призваны повысить износостойкость и работоспособность техники
Нанокомпозиты.
Последние разработки в этой сфере идут под грифом «нано». Так, по одностадийной технологии углеродный нанокомпозит получают путем одновременного формирования наночастиц углерода и связывающей их углеродной матрицы с образованием нанокомпозита системы углерод-углерод в одном и том же реакторе. На входе поступает углеродсодержащее сырье, на выходе получается готовая товарная продукция.
Такой композитный материал втрое прочнее углеродных композитов, изготовленных по традиционной технологии. В машиностроении его применяют для изготовления антифрикционных вкладышей газодинамических подшипников.
В последние несколько лет исследования в области полимерных нано- композитов ведутся в мире очень активно. Одни из самых актуальных разработок касаются модифицирования эпоксиуглепластиков алмазными и алмазографитовыми углеродными наночастицами. Главная задача введения наночастиц в эпоксидную матрицу — снижение ее хрупкости и повышение вязкости разрушения.
Прочность камня.
Отдельный вид композитов в машиностроении — каменное литье. Его получают путем плавки вулканических пород типа базальта. Этот механически прочный и химически стойкий материал обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Применяется в производстве футеровки всасывающих стальных патрубков, пековых насосов, коксовых бункеров, травильных баков и другого оборудования.
Каменные отливки делают разной массы и толщины. Возможно изготов-ление деталей любой сложности. Из расплавов доломита и базальта получают тонкие стекловидные волокна, способствующие повышению прочности материала.
При замене бронзовых и латунных деталей, «работающих» в условиях бы-строго износа, на каменнолитые срок их службы увеличивается в 4-15 раз. Кроме того, существенно экономится металл.
Современный вариант каменного литья — стеклопластики и базаль-топластики. В них используются неметаллические матрицы (основы) — эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная. Материал состоит из стеклянного или базальтового наполнителя, пропитанного термореактивным или термопластичным полимерным связующим, затем отвержденным.
Легкие полимерные матрицы все чаще заменяют металлическую основу композитов в горной промышленности. Из стекло- и базальтопластика делают арматуру, швеллеры, анкеры и сетки для крепления бортов и кровли горных выработок. Опыт показывает, что использование стеклопластиковой арматуры увеличивает срок службы конструкций в два-три раза по сравнению с металлической. Это особенно важно в условиях агрессивных сред и подземной атмосферы. А поскольку такие композиты являются хорошими диэлектриками, то в процессе разработки горной выработки они легко перерубаются горным комбайном без искрения, опасного под землей.
Важный аргумент в пользу использования стекло- и базальтопластика в горных выработках — они относятся к трудногорючим и горючим трудновоспламеняемым материалам (способны самозатухать], классифицируются как умеренно опасные по показателю токсичности продуктов горения. Это подтверждено испытаниями, проведенными в лаборатории ОАО «НЦ ВостНИИ».
Литье и порошок.
Долгое время для улучшения прочностных характеристик расходных материалов для горной техники использовали литейные сплавы. Они и сегодня применяются в горном машиностроении при изготовлении корпусных деталей гидроаппаратуры, отбойных молотков, корпусов пневмобуров, корпусов вентиляторов местного проветривания типа ВП-4.
Около 20 лет назад литые композиты вытеснили более эффективные — порошковые.
«Твердые сплавы на основании порошковых композиционных материалов — это твердосплавные окислы тугоплавких металлов: карбиды, нитриды. Карбиды представляют собой соединения железа и других тугоплавких металлов с углеродом. Так, сплавы типа ВК изготавливаются на основе карбидов вольфрама, а в качестве связующего компонента выступает кобальт как мягкая структурная составляющая. Резцы угольных комбайнов, например, делают из сплавов ВК 6 и 8. Долотчатые коронки перфораторного бурения — из ВК 15,11,8», — объясняет доцент кафедры металловедения и термической обработки металлов Ангелина Ковалева.
Использование углерода в производстве композитов повышает прочность и износостойкость материалов, применяемых в бурении и сверлении. Возможно два варианта: либо твердый сплав наплавляется на поверхность породоразрушающей детали, либо вся деталь выполняется из этого сплава.
В горном машиностроении в основном применяются сплавы группы ТК: на основе карбидов с кобальтом в роли связующего компонента. Они исполь-зуются для обработки любых горных пород и при бурении.
При прессовании смеси тонко размолотых карбидов со связующей состав-ляющей (смолами горячего отверждения) получают металлокерамические твердые сплавы. Состав смеси меняется в зависимости от задач, которые предстоит решать изделию.
Север или юг?
По мнению специалистов, использование композитов в горной про-мышленности значительно улучшает эксплуатационные характеристики оборудования. Практика показывает, что по удельным механическим харак-теристикам композиты не уступают, а при использовании специальных мер превосходят аналогичные параметры конструкционных марок стали. При этом их свойства можно менять, добавляя различные ингредиенты и используя разные режимы термообработки. Производители горного оборудования широко используют это свойство в своей работе.
Источник: спецвыпуск журнала «Промышленные страницы Сибири» «Добывающая промышленность» • №3-2015
