Черепанов Леонид Никифорович (22 ноября 1943г, д.Сопинино Шатровского района Курганской области — 06 июня, 2015г., г. Лесной Свердловская область) — Изобретатель СССР (1987), ветеран атомной энергетики и промышленности (1999). Награжден медалями. С 1967 г. – на комбинате «Электрохимприбор» (г. Свердловск-45, ныне г. Лесной): электрик, лаборант, инженер, руководитель группы, заместитель секретаря парткома, начальник лаборатории электрофизических методов обработки материалов, с 1993 г. – начальник центральной лаборатории комбината, руководитель ЦКЛ. Руководил разработкой технологий двойного применения (электронно-лучевой и лазерной обработки материалов, диффузионной сварки), внедрением оборудования для прецизионной сварки изделий специальной техники и продукции гражданского назначения. Участник создания электронно-лучевой установки с повышенным ресурсом работы пушки и автоматизированной системой управления электронным лучом. Под его руководством создан участок плазменного нанесения покрытий на детали специальной техники. Руководитель научно-исследовательской разработки способа утилизации специальной техники направленным взрывом. Имеет 4 авторских свидетельства на изобретения. Награждён 5 медалями, 9 отраслевыми знаками. Автор 83 печатных научно-технических работ. Заслуженный работник комбината ЭХП, имеет звание "Почетный гражданин города".

Черепанов Леонид Никифорович
Дата рождения	22 ноября 1943 г.
Место рождения	деревня Сопинино, Шатровского района, Курганской области
Дата смерти	06 июня 2015 г.
Место смерти	город Лесной, Свердловская область
Род деятельности	изобретатель СССР, электрик, лаборант, инженер, руководитель группы, заместитель секретаря парткома, начальник лаборатории электрофизических методов обработки материалов, начальник ЦКЛ, руководитель ЦКЛ
Принадлежность	СССР →  Россия
Награды и премии	СССР

Биография

Родился 22 ноябрь 1943г. д.Сопинино Шатровского района Курганской области. В 1974 г. окончил Московский инженерно-физический институт (МИФИ-3), специальность инженер-электрик.

Возросший объем работ, выполняемых на комбинате по механической обработке металлов и их термообработке, определил необходимость создания лаборатории по металловедению. Без специалистов этой лаборатории (начальники лаборатории: В.Н.Романов, Б.П.Захаров, Л.П.Карпов), без их авторитетного заключения по результатам исследований причин брака вопрос о дальнейшей судьбе — будь то деталь, заготовка или исходный материал — не решался. Большой накопленный исследовательский материал позволил Л.П.Карпову, защитить диссертацию кандидата технических наук.

В 1974 году А.В.Корытников выступил на научно-техническом совете комбината с докладом о перспективе использования неразрушающих методов контроля и прогнозирования качества изделий, что дало толчок массовому внедрению неразрушающих методов контроля (НМК) качества материалов, деталей и целых сборок. Разрабатываются методы контроля, и создается комплекс установок для неразрушающих методов контроля, в том числе для измерения параметров из особо опасных материалов — взрывчатых составов. Инициаторами, пропагандистами, да и активными участниками в этих разработках были: Е.В.Никитин, В.В.Леванов, Ю.А.Бабкин, С.В.Сорокин.

Так инициатива, тщательность проработки любого вопроса присуща каждому специалисту ЦКЛ. Совместно с другими инженерными службами (СКБ, ОГТ, КИПиА, ОГМ, отделами 046 и 065), цехами и производствами комбината лаборатории ЦКЛ решают проблемы, направленные на обеспечение высокого качества выпускаемой продукции, совершенствование технологии производства, внедряют новейшие достижения науки и техники.

Лаборатория полимерных материалов (Р.Ф.Емелина, А.А.Баранова, В.Новицкая, С.В.Кощеева, В.М.Баташов) совместно с технологами отдела 181 и 4-го завода, конструкторами отдела 065 внедряет изготовление контейнеров с теплоизоляционным покрытием из пенопласта ПС-1 и ПСБ.

В 1987 году с участием специалистов отдела 065 и 181 разработана и внедрена установка ЭЛУ-82. В ней применена электронно-лучевая пушка со стержневым металлическим катодом и системой устройства управления лучом.

Сколько потребовалось бессонных ночей, чтобы отработать конструкцию установки и технологический процесс сварки швов в цехе 121 и 518, знают только авторы: начальник лаборатории Г.А.Милюков, Л.Н.Черепанов, А.Л.Дмитриев да А.А.Самохин.

Толчок для внедрения лазерной сварки тоже исходит от специалистов ЦКЛ. Она внедрена в цехах 126, 102, 030, 121, 220, 518. Активным пропагандистом и автором был В.С.Марухин. Сегодня в России идет речь о внедрении двойной технологии в военную и гражданскую продукцию. Специалисты ЦКЛ Л.Н.Черепанов, В.С.Марухин и А.Л.Дмитриев уже в начале восьмидесятых разработали и внедрили технологические процессы двойного назначения: электронно-лучевую, лазерную и диффузионную сварки. Авторы удостоены серебряных медалей ВДНХ.

Большую научно-исследовательскую работу проводит лаборатория 13 по освоению и переработке взрывчатых составов. К ее результатам прислушиваются и разработчики.

Конверсия... Конверсия коснулась и этой лаборатории, и ряда других лабораторий ЦКЛ. Лаборатория 13 совместно с другими химическими лабораториями ЦКЛ успешно решила проблему очистки ультрадисперсных алмазов — материала XXI века. Организатором лаборатории был В.И.Малых. Долгие годы ей руководила Т.И.Благовещенская. Ее сменил В.А.Потапов. Теперь лабораторию возглавляет Левин Владимир Генрихович.

Кстати, в ЦКЛ широко используется метод формирования исследовательских групп из специалистов различных лабораторий. Это позволяет без привлечения специализированных институтов решать сложные проблемы. Богатый опыт высококвалифицированных сотрудников, имеющаяся лабораторная база, оснащенная современным оборудованием, — гарантии решения этих проблем.

Приведу один пример. Министерство Обороны СССР поставило задачу увеличить гарантийные сроки специзделий. Данных, позволяющих это сделать, не было. На протяжении ряда лет изучается взаимное влияние в составе специзделий деталей из урана и гидрида лития. Разрабатываются методы защиты от коррозии. Создаются надежные покрытия. Группой специалистов из разных лабораторий в контакте с ведущими институтами, СКБ, КБ-разработчиками изучается процесс газовыделения, внедряются методы контроля и способы защиты ряда материалов и конструкций, входящих в состав специзделий. Разрабатываются рекомендации, позволяющие продлить гарантийные сроки их эксплуатации.

Наступившие трудные времена коснулись и ЦКЛ, но коллектив сохранил свой научно-технический потенциал. В этот период руководит центральной лабораторией комбината Черепанов Леонид Никифорович.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении инструментов на основе сверхтвердых материалов, таких как алмаз, нитрид бора, применяемых для обработки металлических и керамических изделий. Металлическая связка содержит медь, олово, никель, бор, титан, гидрид титана и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец - 3...10; никель - 2...5; бор - 0,5...3; титан - 2...12; гидрид титана - 1...2; алюминий - 2...4; медь и олово в соотношении 10:1 - остальное. В результате получаем абразивный инструмент, имеющий высокие значения коэффициента шлифования, высокую стойкость в условиях отсутствия интенсивного охлаждения при различных видах обработки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Реферат

Изобретение относится к изготовлению инструмента на основе сверхтвердых материалов, например алмаза, нитрида бора, а именно металлической связки для изготовления шлифовальных кругов, брусков, сегментов, предназначенных для механической обработки металлических и керамических деталей.

Известна металлическая связка для изготовления алмазного инструмента (а.с. СССР №1021586 В 24 D 3/06), в состав которой входят следующие компоненты, мас.%:

Недостатком инструмента, изготовленного на указанной связке, является сравнительная дороговизна отдельных компонентов, например кобальта, высокие температуры спекания преимущественно с применением вакуума, а также сравнительно быстрое засаливание и потеря режущей способности, - особенно в отсутствие интенсивного охлаждения.

Известна металлическая связка для изготовления абразивного инструмента (Патент РФ №2113912 В 24 D 3/06), содержащая, мас.%:

Недостатком указанной металлической связки являются недостаточная твердость и относительно невысокая стойкость при механической обработке керамических материалов с высоким содержанием твердых включений (кварц, агат и др.).

Указанный состав металлической связки является наиболее близким к предлагаемому составу металлической связки и выбран в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения инструмента на основе сверхтвердых материалов - СТМ (алмаза, нитрида бора) - при обработке материалов с широким спектром твердости без снижения коэффициента шлифования при отсутствии интенсивного охлаждения.

Поставленная задача достигается тем, что связка на основе меди, содержащая медь, олово, свинец, никель, бор, дополнительно содержит титан, гидрид титана, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Размер частиц компонентов связки должен быть не более 2 мкм.

Гидрид титана вводят для улучшения прочности закрепления частиц сверхтвердых материалов в металлической связке. Алюминий вводят для снижения температуры начала экзотермической реакции при спекании.

Введение в металлическую связку титана приводит в процессе спекания к образованию боридов титана, обладающих высокой твердостью и износостойкостью, а гидрид титана, разлагаясь, образует активный титан, взаимодействующий с поверхностью частиц сверхтвердых материалов, усиливая их закрепление в связке через пленку карбидов, а также выделяет водород, являющийся хорошим восстановителем окисных пленок, что улучшает стойкость системы и ее высокую механическую прочность.

Инструмент, изготовленный на этой связке, обладает высокими значениями коэффициента шлифования, высокой стойкостью в условиях отсутствия интенсивного охлаждения при различных видах обработки гранитов, керамических и металлических материалов, в том числе абразивных инструментов на керамической связке. Высокие механические характеристики связки определяют также применение порошков компонентов с размером частиц, не превышающих 2 мкм.

Изготовление инструмента на предлагаемой металлической связке на основе сверхтвердых материалов осуществляется известными методами порошковой металлургии.

Смесь сверхтвердого материала (алмаз, нитрид бора и др.) и металлической связки в определенном соотношении засыпают в пресс-форму, производят холодное прессование смеси при удельном давлении ˜700 МПа. Затем пресс-форму нагревают до температуры 650-700°С и после фиксирования начала роста температуры (начала экзотермической реакции) осуществляют горячую допрессовку при удельном давлении ˜300 МПа.

Примеры составов связок, использованных для изготовления шлифовальных кругов на основе нитрида бора, конкретно поликристаллического Эльбора марки ЛД 630/500 для абразивного производства и их свойства приведены в таблице. Шлифовальные круги на предлагаемой связке и связке-прототипе были испытаны на операции шлифования гранита с высоким содержанием кварца. При изготовлении инструмента использовали компоненты с размером частиц не более 2 мкм.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что указанные пределы содержания в связке бора и титана определяют широкое варьирование твердости металлической связки в пределах 70-120 НВ, что приемлемо для обработки большинства керамических и металлических материалов.

Круги на предлагаемой металлической связке имеют значение предела прочности на сжатие на ˜30% выше таковых на связке-прототипе, что позволяет использовать их для обработки твердых материалов при повышенных режимах обработки.

Повышенные механические характеристики кругов на предлагаемой металлической связке обусловили увеличение коэффициента шлифования на ˜20% (см. таблицу).

Выход за указанные пределы содержания ряда компонентов отрицательно сказывается на качественных характеристиках инструмента, а именно:

- снижается предел прочности на сжатие на 20% в случае увеличения содержания свинца, никеля, уменьшения содержания гидрида титана;

- понижается коэффициент шлифования на 15% в случае уменьшения содержания никеля, бора, титана.

Использование компонентов с размером частиц более 2 мкм приводит к снижению коэффициента шлифования на 15%.

Предлагаемая связка используется для изготовления абразивного инструмента, предназначенного для обработки керамических, металлических материалов, а также гранитов различной твердости.

1. Металлическая связка на основе меди для изготовления инструмента на основе сверхтвердых материалов, например алмаза, нитрида бора, содержащая медь, олово, свинец, никель, бор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан, гидрид титана и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Металлическая связка по п.1, отличающаяся тем, что использованы размеры порошков компонентов связки, не превышающие 2 мкм.

Изобретение относится к изготовлению абразивного режущего инструмента, например отрезных кругов большого диаметра. Для изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов используют металлическую связку, содержащую карбид хрома, медь, олово, титан, бор, алюминий, гидрид титана и кобальт, при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид хрома 5-10, медь 15-20, олово 1,5-2, титан 4-6, бор 1-3, алюминий 1-2, гидрид титана 1-2, кобальт остальное. Навеску металлической связки с порошком сверхтвердых материалов засыпают в пресс-форму и подвергают прессованию. При этом засыпку ведут в следующей последовательности: засыпка навески порошка припоя с последующей ручной подпрессовкой слоя припоя, засыпка навески металлической связки и засыпка навески металлической связки с порошком сверхтвердых материалов. В результате обеспечивается упрощение технологии изготовления при одновременном повышении режущей способности изготавливаемого инструмента. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Реферат

Изобретение относится к изготовлению абразивного инструмента, а именно к составу металлической связки сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента, например отрезных кругов большого диаметра, и способу их изготовления.

Наиболее близким к заявляемому является техническое решение по а.с. СССР №1021586 B 24 D 3/06 - металлическая связка для изготовления алмазного инструмента, в состав которой входят следующие компоненты, мас.%:

В этой связке кобальт обеспечивает высокую прочность, ударную вязкость инструмента и надежное удержание зерен алмаза.

Карбид хрома обеспечивает твердость и износостойкость инструмента.

При обработке гранита с высоким содержанием кварца указанная связка дополнительно содержит железо и никель для повышения прочности и пластичности связки в количестве, мас.%:

Алмазосодержащие режущие инструменты, например, сегменты отрезных кругов, на этих связках изготавливают методом порошковой металлургии из порошков исходных ингридиентов с применением прессования при температуре 1010...1050°С.

Использование таких высоких температур требует применения вакуума, так как алмаз начинает превращение в графит при температуре свыше 900°С.

Недостатком инструмента, изготовленного на указанных связках, является высокая энергоемкость технологии изготовления, склонность к засаливанию инструмента при отсутствии интенсивного охлаждения и недостаточная стойкость при обработке абразивных изделий на керамической связке.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления, снижение температуры спекания без использования вакуумирования, совмещение процесса спекания - пайки сегментов на основе сверхтвердых материалов - СТМ - (алмаз, нитрид бора) для режущего инструмента, например отрезных кругов, при одновременном повышении режущей способности в широком диапазоне твердости изготавливаемого режущего инструмента, что расширяет область их применения при обработке различных изделий из камня, керамики, металлических сплавов.

Поставленная задача достигается тем, что металлическая связка для изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента, содержащая карбид хрома, медь, олово, кобальт, дополнительно содержит титан, бор, алюминий, гидрид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий вводится в состав металлической связки для снижения температуры спекания - пайки, гибрид титана - для повышения сплошности, спекаемости и адгезионной прочности частиц СТМ в связке.

Сегменты, изготовленные на этой связке, обладают высокими режущими свойствами в широком диапазоне твердости, что расширяет область его использования.

Способ изготовления сегментов на указанной металлической связке методом порошковой металлургии включает следующие последовательные операции:

- засыпка в пресс-форму навески порошка припоя на основе серебра или латуни с последующей ручной подпрессовкой слоя припоя;

- засыпка навески предлагаемой металлической связки без порошка СТМ;

- засыпка навески металлической связки, содержащей порошок СТМ.

Далее следует прессование. На практике было применено давление 2000 МПа, которое обеспечило прочную структуру сегмента, обусловленную содержанием меди, кобальта и титана. Порошок меди, обладающей высокой пластичностью, уменьшает пористость и повышает прочность композиции.

Первый слой отпрессованного сегмента (припой) предназначен для пайки сегмента с металлической основой режущего инструмента, например, с выступом отрезанного круга.

Второй слой (металлическая связка без порошка СТМ) предназначен для предотвращения истирания металлической основы режущего инструмента после износа режущей части сегмента (металлической связки с порошком СТМ).

Третий слой (металлическая связка с порошком СТМ) является собственно режущей частью инструмента.

Количество порошка СТМ в металлической связке определяется условиями работы и материалом обрабатываемого изделия.

Сегмент спекается в твердой фазе. Процесс спекания совмещают с процессом пайки сегмента на контактную площадку основы режущего инструмента, например на выступы отрезного круга с использованием индукционного нагрева.

Изготовленную холодным прессованием заготовку сегмента устанавливают, например на выступ отрезного круга слоем припоя к металлу круга, включив индуктор, осуществляют нагрев до температуры не менее 600°С до расплавления припоя. В процессе воздействия индукционного тока вместе с припоем до указанной температуры разогревается и металлическая связка сегмента, при этом до достижения температуры не менее 600°С возникает экзотермическая реакция между титаном, алюминием и бором, что ведет к резкому кратковременному повышению температуры до 850...900°С. При указанной температуре происходят интенсивное спекание металлической связки сегмента и одновременная пайка сегмента к выступу отрезного круга.

Кроме того, при данной температуре спекания образуются следующие фазовые соединения: титан-медь, титан-олово, титан-бор, кобальт-бор, алюминий-медь, образующие прочную монолитную структуру.

Адгезионно-активный титан, образующийся в результате разложения гидрида титана при спекании, повышает прочность закрепления частиц СТМ в связке, а водород (второй продукт разложения) восстанавливает окисные пленки, увеличивая сплошность и прочность системы.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «новизна».

Экспериментальные исследования показали обоснованность указанных пределов содержания компонентов в металлической связке, отклонение от которых в меньшую или большую сторону приводит к снижению износостойкости инструмента на ≈15%.

Сравнительные испытания отрезных кругов с накладкой сегментов из предлагаемой металлической связки, изготовленных по предлагаемой технологии и сегментов из металлической связки-прототипа, изготовленных методом вакуумного высокотемпературного спекания, показали увеличение износостойкости на 20% сегментов по предлагаемому изобретению при резке гранита средней твердости.

Износ сегментов по предлагаемому изобретению составил при содержании компонентов в металлической связке:

Сегменты, изготовленные на металлической связке с содержанием компонентов меньше требуемого нижнего предела и больше такового, имели величину износа, равного 0,3 мм.

Сегменты, изготовленные из металлической связки-прототипа, имели износ, равный 0,35±0,03 мм.

Изностойкость в эксперименте определялась показателем износа сегмента по высоте в течение пяти часов работы.

Реализация предлагаемого изобретения решает задачи упрощения технологии изготовления режущего инструмента, в частности совмещения процесса спекания - пайки сегментов на основе сверхтвердых материалов, при одновременном повышении режущей способности изготавливаемого режущего инструмента, что расширяет область их применения при обработке различных изделий из камня, керамики, металлических сплавов.

1. Металлическая связка для изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента, содержащая карбид хрома, медь, олово и кобальт, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан, бор, алюминий, гидрид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Способ изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента, включающий засыпку в пресс-форму навески металлической связки с порошком сверхтвердых материалов и последующее прессование, отличающийся тем, что засыпку в пресс-форму производят в следующей последовательности: засыпка навески порошка припоя с последующей ручной подпрессовкой слоя припоя, засыпка навески металлической связки, имеющей состав по п.1, и засыпка навески металлической связки с порошком сверхтвердых материалов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществляют спекание сегмента в экзотермическом режиме при температуре не менее 600°С.

Изобретение относится к области очистки промышленных и бытовых стоков технической воды от загрязнений, содержащих соединения свинца и кадмия, и может быть использовано, в частности, при очистке промышленных стоков гальванического производства или производства материалов и изделий из пластических масс и лакокрасочного производства. В качестве сорбента для очистки промышленных стоков от соединения свинца и кадмия используют белый шлам, являющийся продуктом, образующимся при автоклавном удалении кремния из алюминатных растворов глиноземного производства. Сорбцию свинца и кадмия осуществляют при перемешивании жидкой фазы, содержащей упомянутые загрязнения, с сорбентом в течение 6-32 часов. Изобретение позволяет осуществить эффективную очистку стоков дешевым сорбентом. 2 н.п. ф-лы, 6 табл.

Реферат

Изобретение относится к области промышленной экологии, в частности к очистке промышленных и бытовых стоков технической воды от загрязнений, содержащих соединения свинца и кадмия, и может быть использовано, в частности, в машиностроении при очистке промышленных стоков гальванического производства или производства материалов и изделий из пластических масс и лакокрасочного производства.

Известно применение в качестве фильтрующих материалов для очистки воды от различных веществ природных материалов - сорбентов: дробленого антрацита, диатомита, трепела, мрамора, магномассы (Кульский Л.А. Химия и технология обработки воды. - Киев, 1960. - С.225).

В промышленном масштабе при очистке воды и промышленных стоков используются фильтры с загрузкой из кварцевого песка, который предварительно отмывают и сортируют просеиванием через сита. (Жужиков В.А. Фильтрование. - М.: Химия, 1968. - 412 с.; Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация - М.: Стройиздат, 1976. - 632 с.; Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1977. - 208 с.)

Однако кварцевый песок почти повсеместно дефицитен и отличается сравнительно высокой стоимостью и относительно низкой грязеемкостью, что вызывает необходимость поиска более дешевых материалов или разработки специальных сорбентов с высокой поглотительной способностью, которые можно было бы применять для очистки воды и промышленных стоков.

Известно использование в схемах очистки сточных вод специально подготовленных фильтрующих материалов - сорбентов, в частности гранулированного активированного угля марки СКД-515 (ТУ 922406-001-95) производства ОАО «СОРБЕНТ» г.Пермь, изготовляемого методом экструзии из тонкодисперсной пыли смеси каменных углей и связующего, с последующей обработкой в среде водяного пара при температуре 800-950°C.

При высокой сорбции тяжелых металлов этим сорбентом некоторым ограничением его применения является довольно высокая стоимость, связанная с технологией производства.

Известен также адсорбент «ГЛИНТ» (ТУ 2163-001-15191069-2003), разработанный и применяемый для очистки промышленных и поверхностно-ливневых сточных вод путем осаждения катионов тяжелых металлов (Сu, Ni, Zn, Pb, Cd, Cr) и других (см. Инструкция по применению. Активированный Алюмосиликатный Адсорбент. ГЛИНТ. ЗАО "Квант минерал". Санкт-Петербург. 2007 г. С.6).

При большом сроке службы адсорбента и возможности его многократных промывок при использовании в существующих технологических схемах очистки сточных вод к некоторым недостаткам адсорбента «ГЛИНТ» следует отнести ограничения по кислотности обрабатываемых стоков (pH 7,5÷8,0), что требует предварительной подготовки стоков (2-3-фазная очистка), и ограниченную сорбционную емкость по ионам тяжелых металлов (4,5÷5,6 кг/м³), что требует частых промывок при работе с высокотоксичными стоками, а это удорожает процесс очистки промышленных стоков.

Задачей изобретения является поиск искусственно созданного сорбента, обладающего повышенной сорбцией, в частности, к соединениям свинца и кадмия из промышленных стоков в первую очередь машиностроительного и металлургического производства, не токсичного к окружающей среде, удобного в применении (в виде сыпучего порошка), не требующего при изготовлении и применении больших капитальных и эксплуатационных затрат, позволяющего использовать его в существующих технологических схемах и линиях очистных сооружений на предприятиях и в природоохранных лабораториях.

Задача решается тем, что в качестве кремнийсодержащего сорбента для очистки промышленных стоков от соединений свинца и кадмия используют белый шлам марки А (БШ) - специально обработанный оборотный продукт переработки отходов глиноземного производства алюминиевого завода в виде порошка, при этом сорбент вводят в массовом соотношении 5,0÷50:1 к количеству соединений свинца или 5,0÷10,0:1 к количеству соединений кадмия, содержащихся в сточных водах, причем процесс сорбции с перемешиванием ведут в течение времени от 6 до 32 часов, с последующим разделением БШ и воды.

Белый шлам нейтрализованный (БШ) - сыпучий порошок светло-коричневого цвета, представленный сульфатной формой алюмосиликата группы содалита (нозеансодалит) с массовой долей от 80 до 90%; железистым гидрогранатом с массовой долей от 8 до 15%; мелкодисперсным гидроксидом алюминия с массовой долей от 1 до 5%; pH от 6,0 до 9,0. Не токсичен, не горюч.

Белый шлам (БШ) изготавливают в соответствии с патентом РФ№2053688 (А23К 1/16, опубл. 10.02.96 г. Бюл. №4) путем нейтрализации шлама при обескремнивании алюминатных растворов глиноземного производства. БШ марки А не содержит дополнительных минеральных добавок.

Состав БШ соответствует ТУ 1711-127-001941091-96 с изменением №1 от 27.03.2000 г. и представлен в таблице 1.

Белый шлам (БШ), предложенный в качестве кремнийсодержащего сорбента для очистки промышленных стоков от соединений свинца и кадмия, ранее разработали и применили при кормлении животных в качестве минеральной добавки для повышения живой массы и сохранности животных на откорме при промышленном их содержании, а также для снижения уровня стресса и потерь мясной продуктивности у крупного рогатого скота при транспортировке (Патент РФ №2271211, А61К 33/04, опубл. 10.03.2006. Бюл. №7).

Другим известным направлением использования БШ является его применение при выращивании сельскохозяйственных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, где использование БШ в количестве 1÷5% массы пахотного слоя позволяет получить повышенные урожаи и снизить загрязнение получаемой продукции свинцом, никелем, хромом и кадмием (Патент РФ №2189712, А01В 79/02, опубл. 17.09.2002. Бюл. № 27).

Новизной предложенного способа для очистки промышленных стоков от свинца и кадмия является использование белого шлама (БШ) по новому назначению, в качестве сорбента для высокоэффективной очистки сточных вод от соединений свинца (Pb) и кадмия (Cd), осуществляемой при минимуме затрат на замену сорбирующего реагента в существующих системах и схемах очистки.

Способ очистки промышленных стоков от свинца и кадмия с использованием предложенного сорбирующего реагента в виде кремнийсодержащего белого шлама осуществляют в следующем порядке.

В подлежащие очистке сточные воды вводят сорбент с последующим перемешиванием и разделением жидкой и твердой фаз, при этом в качестве сорбента используют белый шлам. В качестве элементов, сорбирующих Pb и Cd, в белом шламе «выступают» алюмосиликаты натрия в форме нозеана или содалита. Белый шлам выводят в количестве, в 5,0÷50,0 раз превышающем содержание токсикантов в очищаемых сточных водах.

Результаты изучения эффективности очистки в лабораторных условиях растворов от соединений свинца и кадмия с использованием в качестве сорбента предложенного белого шлама в различных концентрациях при различных экспозициях представлены в таблицах 2; 4; 5; 6. Исследования проводили в центральной заводской лаборатории ФГУП на Северном Урале, имеющего гальванические цеха и очистные сооружения. Погрешности результатов анализов не превышают допустимых по НД на методы исследований.

Примечания:

1. Время сорбции с перемешиванием - 6 часов.

2. Растворы готовили из нитратов тяжелых металлов, в качестве поставщика фтор-иона использовали борфтористоводородную кислоту.

3. Концентрация белого шлама в растворах - 60 г/л.

Результаты обратного экстрагирования дистиллированной водой соединений Pb и Cd из проб БШ после сорбции по таблице 2 представлены в таблице 3.

Примечания:

1. Полное время экстрагирования каждой пробы - 100 часов, из них - 32 часа с перемешиванием.

2. Концентрация белого шлама в воде - 60 г/л.

Результаты экспериментов, представленные в таблицах 2 и 3, показывают, что БШ активно поглощает соединения Pb и Cd из растворов, переводя их в водонерастворимые формы (практически отсутствует экстрагирование Pb и Cd дистиллированной водой из проб - таблица 3).

Следующие серии опытов по сорбции соединений Pb и Cd белым шламом из растворов с различной концентрацией элементов в растворе (от 1 до 35 г/л) и экспозицией экстрагирования (от 6 часов) представлены в таблицах 4, 5, 6.

Примечания:

1. Процесс проводился при постоянном перемешивании в течение смены.

2. Объем раствора - 0,2 л.

3. Масса навески сорбента БШ - 20 г.

4. Концентрация БШ в растворах - 100 г/л.

Примечания:

1. Процесс проводился при постоянном перемешивании в течение смены.

2. Объем раствора - 0,2 л.

3. Масса навески сорбента БШ - 20 г.

4. Концентрация БШ в растворах - 100 г/л.

Примечания:

1. Процесс проводился в течение 500 час при периодическом перемешивании 1 раз в смену.

2. Объем раствора - 0,2 л.

3. Масса навески сорбента 10 г.

4. Концентрация БШ в растворах 50 г/л.

Неочевидным эффектом использования кремнийсодержащего белого шлама в качестве сорбента для очистки промышленных стоков от соединений свинца и кадмия является то, что, используя предложенный сорбент БШ в широком диапазоне отношений массы сорбента к массе токсичных соединений в стоках, при различных экспозициях возможно без переоборудования производства при минимальных затратах провести практически полную очистку высокотоксичных кислотных стоков без предварительной их нейтрализации со степенью очистки до 99,1÷99,9%, что является высоким техническим и технологическим достижением.

Данные таблиц 2; 4; 6 показывают, что при исходной концентрации Pb в растворах от 1 до 20 г/л остаточная концентрация после сорбции БШ находится в пределах от 0,009 до 0,82%, при степени очистки растворов от 99,18% до 99,9% при массовом соотношении БШ к Pb 5,0÷50:1, хотя при концентрации 35 г/л Pb и массовом соотношении БШ к Pb равном 2,85 степень очистки составляет 71,4-65,8%.

По кадмию (таблица 5) конечная концентрация в растворах составляет от 0,5 до 24,5% при исходной от 10 до 20 г/л, что соответствует степени очистки растворов от 99,5% при времени сорбции 32 часа и исходной концентрации 10 г/л до 75,5% при исходной концентрации 20 г/л и массовом соотношении БШ к Cd 5,0÷10,0:1.

Из вышеприведенных примеров (таблицы 2;4;5;6) видно, что очистка растворов от соединений свинца и кадмия во всех экспериментах производится эффективно, если сорбент вводят в количестве, превышающем в 5÷50 раз количество токсиканта, содержащегося в растворах, т.е. в массовом соотношении (5,0÷50,0): 1.

Таким образом, использование в способе очистки сточных вод от Pb и Cd белого шлама глиноземного производства в качестве сорбирующего реагента очевидно, высокоэффективно и имеет следующие преимущества:

- упрощение технологии очистки, обусловленное исключением нейтрализации стоков перед очисткой до ограниченного значения pH;

- удешевление очистки, обусловленное дешевизной и доступностью белого шлама как побочного продукта глиноземного производства, изготовляемого по заказам сельского хозяйства.

Предложенный способ прост по использованию, не требует больших дополнительных капитальных вложений в переоборудование очистных сооружений и специального обучения персонала и может найти применение на машиностроительных и металлургических предприятиях, дающих загрязнение окружающей среды по свинцу и кадмию, а также на предприятиях по ремонту автотракторной техники и на очистных сооружениях городов и поселков, путем использования белого шлама (БШ) в качестве фильтрующей загрузки напорных и безнапорных фильтров в системах очистки сточных вод.

1. Сорбент для очистки промышленных стоков от соединений свинца и кадмия, включающий соединения кремния, отличающийся тем, что используют кремнийсодержащий белый шлам нейтрализованный марки А-продукт, образующийся при автоклавном удалении кремния из алюминатных растворов глиноземного производства, в виде порошка, содержащего мас.%:

2. Способ очистки промышленных стоков от свинца и кадмия путем введения сорбента в стоки с последующим перемешиванием и разделением жидкой и твердой фаз, отличающийся тем, что используемый в качестве сорбента кремнийсодержащий белый шлам с содержанием оксида кремния 20-25% и оксида алюминия 25-35 при массовой доле влаги не более 15% вводят в массовом соотношении (5,0-50):1 к количеству соединений свинца или (5,0-10):1 к количеству соединений кадмия, содержащихся в сточных водах, при этом процесс сорбции с перемешиванием ведут в течение времени от 6 до 32 ч.

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а точнее к нанесению покрытий способом электронно-лучевого нагрева испаряемого материала с одновременным его осаждением на внутренних поверхностях деталей сложной формы.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для нанесения покрытий на внутренние поверхности отверстий металлических деталей, предназначенных для пайки со стеклом или керамикой или керамических деталей, паяемых в отверстиях с металлическими или композитными материалами.

Данный способ может также использоваться для металлизации отверстий в деталях из диэлектрических материалов.

Известно устройство и принцип испарения электронным лучом в вакууме с использованием водоохлаждаемого тигля (З. Шиллер и др. Электронно-лучевая технология, М. , "Энергия" 1980, с.171-172). Недостатками данного технического решения являются низкий коэффициент полезного действия процесса, длительное время предварительного разогрева и низкая скорость осаждения паров на поверхностях деталей сложной формы, их загрязнение материалом тигля, а также наличие условий быстрого радиационного перегрева напыляемых деталей от массивного расплавленного слитка в тигле.

Известно также техническое решение "Электронно-лучевой испарительный модуль", описанное в информационном листке ВИМИ 83-0002. В данном способе испарение металла осуществляется из жидкой ванны с торца стержня, заключенного в водоохлаждаемую цангу с отклонением луча на 90o. Недостатком способа в решении задачи напыления отверстий является необходимость в применении сложных водоохлаждаемых испарителей. Кроме того, рекомендуемая авторами величина дистанции напыления 0,06...0,065 м не обеспечит высокого КПД использования испаряемого материала и электроэнергии для напыления отверстий.

Известен способ бестигельного испарения металла из жидкой ванны расплава на поверхности массивного слитка, описанный в З. Шиллер и др. "Электронно-лучевая технология", М. , "Энергия" 1980, с.186-187. Этот способ испарения металла состоит в том, что массивный блок испаряемого металла нагревается сфокусированным электронным пучком в точке с отклонением луча на 90o. Напыляемая поверхность находится над испарителем и отклоняющей системой.

Недостаток известного способа бестигельного вакуумного испарения из жидкой ванны на поверхности массивного слитка заключается в том, что такие элементы деталей, как отверстия покрываются медленно и неравномерно, при этом обязательно применение механизмов перемещения детали по нескольким координатам. При этом коэффициент использования испаряемого материала остается низким из-за удаленности напыляемых поверхностей от источника пара, это же является и причиной того, что полученные покрытия имеют низкую адгезию.

Из известных методов вакуумного испарения наиболее близким по технической сущности является способ выполнения отверстий с их одновременной металлизацией методом лучевого нагрева, описанный в А.С. 213517.

Недостатком данного способа является малая толщина получаемого покрытия, его низкая адгезия и качество нанесенного слоя. Применение прозрачного материала в качестве верхней пластины, препятствующей удалению паров, может быть рассчитано на использование только одного импульса излучения, так как при этом происходит запыление стекла и при следующем импульсе пластина разрушается. Кроме того, электронный луч не может проникать через стекло, как и любой другой материал, без его разрушения к испарителю. Известный способ рассчитан на металлизацию микроотверстий и не может быть использован для прецизионных отверстий с высокой чистотой обработки. Это следует из того, что металлизация отверстий совмещена с их прошивкой, а как известно, при высокой концентрации мощности в луче, необходимой для прошивки, происходит каплевидный перенос металла, что неприемлемо для поверхностей с высоким классом чистоты. Данный процесс металлизации не предназначен для получения прочных покрытий с высокой адгезией, так как использование моноимпульсного нагрева не прогревает напыляемую подложку.

Целью настоящего изобретения является достижение одинаковой толщины напыленного слоя во всех покрываемых отверстиях, повышение адгезии покрытия его качества, увеличение производительности процесса и снижение производственных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что электронный пучок направляется перпендикулярно к поверхности массивного испарителя, расположенного горизонтально, непосредственно через покрываемые отверстия.

Детали с покрываемыми отверстиями располагаются на поверхности испарителя, обращенной к электронно-лучевой пушке. Оси отверстий ориентируются перпендикулярно этой поверхности. Отверстия закрываются с двух сторон масками. Маска, прилегающая к испарителю, имеет соосные отверстия, которые обеспечивают поступление паров на покрываемые поверхности. Изменением толщины этой маски и соотношения размеров отверстий в этой маске и детали регулируется распределение толщины покрытия по высоте напыляемого отверстия. Маска, закрывающая деталь со стороны электронного пучка, имеет двойное назначение. Во-первых, она выполняет функцию диафрагмы и ограничивает выход паров наружу из напыляемого объема. Для этого отверстия в ней сделаны минимально необходимыми для прохода через них сфокусированного электронного пучка. Во-вторых, перед напылением детали прогреваются посредством подогрева лучом верхней маски. При этом нижняя маска, обращенная к детали, выполняет функцию теплового барьера, предотвращая отвод тепла в массивный испаритель. Тем самым поддерживается оптимальная рабочая температура детали, необходимая для высокой адгезии покрытия.

Для получения покрытия одинаковой толщины во всех покрываемых отверстиях электронный пучок разделяется в соответствии с их количеством равномерно по мощности и наводится через отверстия верхней маски на центры напыляемых отверстий в плоскости поверхности испарителя.

Для пояснения изобретения ниже описан пример осуществления способа со ссылками на чертеж, который изображает схему осуществления способа электронно-лучевого напыления.

Способ нанесения вакуумных покрытий осуществлен следующим образом: корпус герметичного электроразьема из титана для пайки со стеклом контактных штырей в отверстиях предварительно покрывался коваром для обеспечения растекания стеклянного изолятора. Покрытие наносилось одновременно на все паяемые отверстия диаметром 2,5 мм и высотой 6 мм. Для этого детали устанавливались в камере электронно-лучевой установки.

Массивный испаритель из ковара 1 являлся основанием оснастки. Деталь 2, собранная соосно с нижней маской 3 из молибдена, поджималась верхней маской-диафрагмой 4 к испарителю 1. Отверстия диафрагмы располагались соосно напыляемым отверстиям детали.

Производился предварительный нагрев детали воздействием расфокусированного электронного пучка на поверхность верхней маски 4, изготовленной из молибдена. По достижении температуры 600oС луч 5 фокусировался, разделялся и наводился в отверстия верхней маски, производилось напыление ковара из всех ванн расплава 6 одновременно. В течение 1 минуты осаждалось покрытие толщиной 20 мкм. Мощность в луче при напылении не превышала 150 Вт, при больших значениях происходил перегрев детали до температуры выше 700oС с возникновением взаимной диффузии титана и ковара и образованием сплава, препятствующего в дальнейшем получению паяного соединения. Отводу избытков тепла способствовали массивная верхняя маска и испаритель через контакт с нижней маской.

Ведение процесса при температуре 600-700oС способствовало высокой адгезии покрытия и нанесению его на удаленную от источника верхнюю часть отверстия. Этому же способствовал и дополнительный нагрев пара, проходящим через него электронным пучком.

Предложенный способ нанесения вакуумных покрытий в отверстиях по сравнению с лучшими аналогичными методами позволяет получить покрытия широкого спектра материалов в отверстиях деталей, изготовленных из металла или диэлектрика, экологически чистым методом с высокой производительностью.

Способ позволяет также автоматизировать технологию, что дает возможность осуществлять металлизацию множества отверстий деталей, например печатных плат, крупными сериями.

Выполнение способа нанесения вакуумных покрытий описанным выше образом обеспечивает возможность пайки титановых деталей со стеклом с получением спаев высокой прочности и стабильности геометрических размеров. Вследствие этого становится возможным получение нового качества выпускаемой продукции, в частности высоких электроизоляционных свойств электроразъемов.

Испытания предложенного способа нанесения вакуумных покрытий показали, что достигнута производительность получения покрытий, недостижимая известными ранее методами.

1. ↑ Металлическая связка на основе меди для изготовления инструмента на основе сверхтвердых материалов  (неопр.). Дата обращения: 24 июня 2025.
2. ↑ Металлическая связка для изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента и способ их изготовления  (рус.). Дата обращения: 24 июня 2025.
3. ↑ Сорбент для очистки промышленных стоков от соединений свинца и кадмия и способ его применения  (рус.). Дата обращения: 24 июня 2025.
4. ↑ Способ нанесения вакуумных покрытий в отверстиях  (рус.). Дата обращения: 24 июня 2025.