Управление экологическими рисками при получении материалов из титана методом порошковой металлургии

Анциферова, Ирина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Управление экологическими рисками при получении материалов из титана методом порошковой металлургии
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Управление экологическими рисками при получении материалов из титана методом порошковой металлургии"

АНЦИФЕРОВА Ирина Владимировна

УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТИТАНА МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Пермь-2004г.

АНЦИФЕРОВА Ирина Владимировна

УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТИТАНА МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Пермь-2004г.

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный консультант -доктор медицинских наук, профессор

Вайсман Яков Иосифович

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Шумихин Александр Георгиевич

доктор химических наук, профессор Бегишев Валерий Павлович

доктор технических наук, профессор Буланов Владимир Яковлевич

Ведущая организация: Институт технической химии УрО РАН, г.Пермь

Защита состоится " 16 " декабря 2004г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д212.188.07 при Пермском государственном техническом университете по адресу: 614000, ' г.Пермь, Комсомольский проспект, 29, аудитория 212 гл. корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан " 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Рудакова Л.В.

2Н6 702!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие научно-технического прогресса ведет к необходимости использования в устройствах различных механизмов и машин материалов как конструкционного, так и функционального назначения со специальными свойствами.

Важное место в создании таких материалов занимает порошковая технология, позволяющая целенаправленно конструировать структуру и свойства материалов, а также производить изделия с минимальными отходами.

Титан - один из важнейших материалов современного машиностроения. Комплекс физико-механических свойств и химическая стойкость титана к коррозии позволяют применять его в авиации, судостроении, химической промышленности, гражданском строительстве и др.

Порошковая металлургия дает возможность не только создавать различные титановые материалы, но и получать спеченные заготовки с минимальными припусками на механическую обработку или обработку давлением. При изготовлении полуфабрикатов и готовых изделий из порошков титана и его сплавов основными факторами улучшения технико-экономических показателей производства деталей являются уменьшение трудоемкости изготовления деталей и резкое сокращение отходов титана.

Одной из важнейших особенностей порошковой технологии является возможность создания материалов из дисперсных частиц. Дисперсные системы, как правило, термодинамически высоконеравновесны, что позволяет создавать материалы с регулируемыми свойствами. Объясняется это тем, что состояние неравновесных систем характеризуется большим числом параметров необходимых для их описания. Варьируя эти параметры, можно получать более широкий спектр структур и свойств, т.е. новые классы материалов.

Однако при получении и использовании дисперсных титановых порошков возникают экологические риски, которые необходимо дополнительно учитывать. К ним относятся пожаро- и взрывоопасность, способность накапливаться при попадании в организм человека и др. В смежных областях науки и техники существует оценка риска для обеспечения безопасности промышленного производства, но комплексная методология оценки экологических рисков производств изделий из титана методом порошковой металлургии, и, следовательно, эффективных технологических приемов, позволяющих минимизировать данный риск, отсутствует и может приводить к аварийным ситуациям на производствах, которые наносят экологический и экономический ущербы.

Снижение экологической опасности, пожаро- и взрывоопасности дисперсных порошков титана, которое можно достигнуть применением нового класса оборудования, созданием специальных технологий и новых материалов, используя диффузионную активность механоактивированного титанового порошка, является актуальной проблемой. '

Материалы диссертации являются результатом экспериментальных и

теоретических работ, выполненных. авторог>1, .р.( ¡^ер^йжом государственном

техническом университете на кафедрах «Охрана окружающей среды» и «Порошковое материаловедение» в соответствии с Инновационной научно-технической программой 13.10 «Трансфертные технологии, комплексы и оборудование» в 1992-1994гг., раздел 04, утвержденной Приказом Государственного Комитета по высшей школе Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ от 16.11.19^2г. №686; Межвузовской научно-технической программой П.Т.401 «Перспективные материалы» в 19981999гг., раздел 04 «Функциональные порошковые материалы», утвержденной Приказом от 12.05.1998г. №1165 и Указанием от 22.12.1997г. №747-19 Министерства общего профессионального образования РФ; Федеральной целевой научно-технической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» ГНЦ РФ «Гиредмет» в 2001-2002гг., утвержденной Минпромнауки РФ; Единым заказ-нарядом 2.4.91 в 1991-1995гг., утвержденным Государственным Комитетом по высшей школе Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ; Заданием Министерства образования Российской Федерации на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ в 2000-2004гг; Федеральной целевой научно-технической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» в 2002-200бгг„ раздел «Исследования и разработки, выполняемые государственными научными центрами Российской Федерации», государственный контракт ФГУП «Гиредмет» №41.600.1.4.0043 от 27.01.2003г. с Минпромнауки РФ; совместным Европейским проектом ТОЕР-ЮЗЗЗ-97 ТЕМПУС-ТАСИС (Пермский государственный технический университет, Пермский государственный университет, Венский технический университет, Высшая техническая школа г.Висбадена) в 1997-2000гг.

Целью работы являлась разработка процессов и комплекса научно обоснованных методических, технических, технологических мероприятий при получении механоактивированных порошков титана и упрочняющих компонентов (легирующих элементов и оксида алюминия), порошковых, композиционных и функциональных материалов, изделий из них, ведущих к снижению рисков при экологически ориентированном управлении технологическими параметрами.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие научные и технологические задачи:

1. Провести анализ влияния способов получения и свойств порошков титана, производства материалов и изделий из них на загрязнение окружающей среды.

2. Разработать методологию оценки экологического риска на основе выявления важных экологических рисков и экспертной оценки комплексного показателя степени риска.

3. Разработать функциональную модель технологического процесса производства изделий из титана методом порошковой металлургии и на

основе анализа жизненного цикла выявить основные экологические риски процесса.

4. Изучить влияние закономерностей измельчения, изменения структуры и гранулометрического состава, удельной поверхности титановой губки и упрочняющей фазы (оксида алюминия) при высокоэнергетической механоактивации на экологическую активность титанового порошка.

5. Установить закономерности структурообразования при механоактивации и синтезе материалов методом порошковой металлургии.

6. Разработать научные, методические, инженерные.и технологические приемы снижения экологических рисков загрязнений, связанные с производством материалов и изделий из механоактивированных порошков титана.

7. Разработать процессы получения новых порошковых, композиционных и функциональных материалов на основе экологически активных механоактивированных порошков титана путем введения легирующих и упрочняющих фаз.

8. Использовать результаты исследований по управлению экологическими рисками путем применения элементов экологически безопасных технологий при разработке материалов и изготовлении изделий на основе механоактивированного титана методом порошковой металлургии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые предложена комплексная методика выявления и оценки экологических аспектов и, связанных с ними, рисков воздействия на окружающую среду в процессах порошковой металлургии титана;

- впервые разработаны научные основы технических решений по снижению экологических рисков путем управления технологическими процессами при инженерно-экологическом обеспечении производства механоактивированных титановых порошков, материалов и изделий из них;

- впервые предложена схема структурного уровня деформации. Показано, что при измельчении в частицах порошка титана формируется ячеистое распределение дислокаций;

- впервые показано, что механическое активирование с использованием высокоэнергетического метода измельчения позволяет получать ультрадисперсный порошок оксида алюминия с развитой удельной поверхностью. Предложена стохастическая модель измельчения хрупких материалов и установлен механизм измельчения порошка оксида алюминия;

- впервые изучены процессы получения материалов из механически активированных порошков титана при введении легирующих и упрочняющих фаз, позволяющих снизить риски воздействия на окружающую среду;

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций подтверждается применением надежных методик экспериментальных исследований и современного оборудования, воспроизводимостью результатов исследований, применением статистической обработки экспериментальных данных, высокой эффективностью и работоспособностью разработанных мероприятий, технологий и материалов.

Практическое значение работы состоит в следующем:

- установлены основные факторы экологического риска при производстве механоактивированных титановых порошков, материалов и изделий из них;

- на основе исследований жизненного цикла производства разработаны технические решения и средства по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и обеспечению экологичности ресурсосберегающего потенциала порошковой металлургии титана;

- по результатам исследований кинетики измельчения титановой губки и энергетического баланса работы вакуумного аттритора рекомендован режим измельчения, обеспечивающий получение механбактивированного порошка для производства титановых материалов, изделий и снижение экологических рисков;

- предложено комплексное использование экологически опасных механоактивированных порошков титана различной дисперсности, легирующих элементов и оксида алюминия для получения порошковых, композиционных и функциональных материалов с заданными свойствами при снижении экологических рисков;

- разработаны технологии получения порошковых, композиционных и функциональных материалов на основе механически активированных порошков титана;

- порошковые сплавы "П-АИ-Мп, композиционные ТьАЬОз и функциональные ТЮ2-А120з материалы рекомендованы для изготовления деталей конструкционного, функционального назначения и деталей, работающих в условиях износа;

- технологии и материалы прошли испытания и использованы на предприятиях: ЗАО «Наука и специальные технологии» (г.Чехов Московской области), ФГУП «НИИ полимерных материалов» (г.Пермь), а также рекомендованы для промышленного применения;

- полученные результаты используются в учебном процессе Пермского государственного технического университета, что отражено в учебных пособиях и лекциях для студентов специальностей «Композиционные и порошковые материалы, покрытия», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика выявления экологических аспектов, оценки и управления рисками в порошковой металлургии титана.

2. Комплекс методических и научно-технических мероприятий, ведущих к снижению экологической нагрузки на окружающую среду при производстве механоактивированных порошков титана, материалов и изделий из них.

3. Закономерности процесса измельчения титановой губки в вакуумном аттриторе, изменения структуры и удельной поверхности.

4. Стохастическая модель измельчения хрупких материалов на примере оксида алюминия, учитывающая дефектность кристаллической структуры и процесса конгломерации.

5. Процессы и технология получения механоактивированных порошков титана, оксида алюминия и материалов на их основе.

Личный вклад автора состоит в организации и постановке экспериментальных и теоретических исследований, непосредственном участии в их проведении, в анализе результатов исследований, в обобщении и обосновании всех защищаемых положений, использованных на предприятиях ЗАО «Наука и специальные технологии» (г.Чехов Московской области) и ФГУП «КИИ полимерных материалов» (г.Пермь). 1

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на XVI Всесоюзной научно-технической конференции «Порошковая металлургия» (Свердловск, 1989); школе молодых ученых «Современные материалы в машиностроении» (Пермь, 1990); международной научно-технической конференции «Химия твердого тела» (Одесса, 1990); XVII Всесоюзной научно-технической конференции «Порошковая металлургия» (Киев, 1991); научно-технической конференции «Ультрадисперсные и неупорядоченные системы. Свойства и структура» (Пермь, 1991); XXVII научно-технической конференции Пермского политехнического института по результатам НИР (Пермь, 1991); научно-технической конференции «Технология, машины и производства будущего» (Пермь, 1993); международной научно-технической конференции «Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий» (Сочи, 1993); международной отраслевой научной конференции, совещании, семинаре «Керамика в народном хозяйстве» (Москва, 1993); международной научно-технической конференции «Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий» (Челябинск, 1994); Второй Московской международной научно-технической конференции по композиционным материалам «М1бз-94» (Москва, 1994); Российской научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы металлургии» (Екатеринбург, 1995); Всесоюзной научно-технической конференции «Химия твердого тела и новые материалы» (Екатеринбург, 1996); Австрийско-Российской научной конференции «Природоохранительные вопросы в системе управления движением отходов производства и потребления» (Пермь, 1999); межвузовской конференции «Проблемы экологического образования в высшей школе» (Пермь, 1999); ВЭЙСТТЭК - Втором международном конгрессе по управлению отходами (Москва, 2001); VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новый взгляд на проблемы безопасности в XXI

веке: Безопасность - XXI» (Иркутск, 2001); областной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы экологической безопасности на урбанизированных территориях» (Пермь, 2001).

Публикации. Всего опубликовано 56 печатных трудов. По материалам диссертации опубликовано 34 работы, в том числе 3 монографии и 2 патента: №2030369 РФ, Бюл. № 7, 1995г. и №2232213 РФ, Бюд. № 19 от 10.07.2004г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, общих выводов, списка литературы - 186 наименований, одного приложения; содержит 283 страницы текста, в том числе 68 рисунков и 40 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дана общая характеристика работы, сформулирована ее основная цель и изложены задачи исследований, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены опасные и вредные производственные факторы в порошковой металлургии и дан анализ безопасности при управлении технологическими процессами. Показано, что в порошковой металлургии основными опасными и вредными производственными факторами являются: открытое пламя и тепловое излучение; расплавленный металл; пожаро- и взрывоопасные порошки и газы; пыль и газы в рабочей зоне; повышенная температура поверхностей оборудования; повышенная температура воздуха в рабочей зоне; производственный шум и вибрация; напряжение в электрических цепях; электростатическое электричество; движущиеся механизмы и подвижные элементы оборудования. Проанализированы особенности загрязнений окружающей среды при производстве порошков, материалов и изделий из титана методом порошковой металлургии.

Показано, что загрязнение окружающей среды охватывает в технологическом цикле все причинно-следственные связи возникновения и последствий любого вида риска загрязнения, потому что существует риск не только в случае прямого воздействия на человека, допустим взрыв, но и загрязнений в результате этого взрыва окружающей среды. Поэтому любая организация должна устанавливать и поддерживать в рабочем состоянии и контролировать все процедуры, где возможно возникновение вредных воздействий на окружающую среду, а также предотвращать и минимизировать экологические риски, которые могут быть связаны с различными технологическими операциями.

Различие производственных процессов определяет особенности по проблемам экологизации производств, применяемой и создаваемой техники и технологии.

Показано, что обоснование воздействий с помощью норм, нормативов и бытовавшая концепция техники безопасности в промышленной сфере,

опиравшаяся на принцип реагировать и выправлять, сегодня полностью себя изжили.

Проводимые в мире работы по вопросам обеспечения безопасности промышленных производств показывают, что даже использование самых эффективных мер производственной безопасности и современных методов контроля и управления технологическими процессами не обеспечивает абсолютную надежность производства. При нынешнем уровне развития производства существует определенная вероятность возникновения аварий. Минимизация риска требует сопоставления целого ряда показателей, учета самых разнообразных факторов опасности, проведения системного анализа технологического, экологического и социального аспектов оценки возможности возникновения факторов загрязнения окружающей среды.

В связи с этим должна быть создана система технологических решений и экологического управления технологиями, позволяющая прогнозировать штатные и нештатные аварийные ситуации.

Во второй главе приведены методы экспертных оценок, направленные на решение специальных проблем планирования, регулирования и проведения мероприятий по охране среды; методики экспериментальных исследований, использованные в работе: определение плотности, пористости и физико-механических свойств материала, морфологический и металлографический анализы, химический и газовый анализы, микрорентгеноспектральный, рентгенографический и дериватографический анализы. В работе использовано современное исследовательское оборудование.

В третьей главе предложен комплекс методических подходов, обеспечивающих экологическое управление и предупреждающих возникновение воздействий на окружающую среду потенциальных экологических аспектов, в том числе в порошковой металлургии титана.

Существующие в настоящее время методики позволяют предупредить возникновение воздействий на окружающую среду, но нет единого обоснованного подхода к выбору эффективного способа экологического управления, позволяющего решить проблему экологической безопасности.

Развитие международного сотрудничества и глобализация экономики требуют, чтобы при создании системы экологического управления для достижения преимуществ в конкуренции каждое предприятие в своей деятельности руководствовалось международными стандартами.

ISO серии 14000 - это международная норма и понимается как распространенный по всему миру стандарт для системы экоменеджмента.

Стандарт ISO 14001 имеет относительно системы менеджмента общие принципы с международными нормами серии ISO 9000 для системы менеджмента качества.

Цель стандарта - создание специфической производственной системы управления окружающей средой для того, чтобы минимизировать влияние деятельности предприятия на окружающую среду и достичь постоянного её улучшения.

Стандарт разработан так, чтобы его можно было применить к предприятиям всех типов. Модель такого подхода представлена на рис. 1.

fZf Постоянное

улучшение )

Оценка высшим руководством

Мероприятия по КОИТрОЯЮ и корректировке

Экологическая пол>тжа

Определение

целсПи мероприятий

Выполнение запланированных мероприятий

Рис. 1. Модель системы управления окружающей средой согласно стандарту ISO 14001

Минимизация риска на производстве, в том числе в порошковой металлургии титана, требует сопоставления целого ряда показателей, учета самых разнообразных факторов опасности, проведения системного анализа технологического, экономического и социального аспектов оценки возможности возникновения аварий.

Анализ технологических процессов получения порошковых изделий показал, что для обеспечения экологической безопасности процесса производства материалов и изделий из титана методом порошковой металлургии необходимо идентифицировать существующие и потенциальные экологические аспекты, оценить связанные с ними риски и при необходимости разработать корректировочные мероприятия.

Автором предложена комбинация методов и инструментов, позволяющих выявить и провести комплексную оценку причин, приводящих к воздействию технологических процессов на окружающую среду, а также разработать природоохранные мероприятия и провести анализ степени снижения риска после их внедрения.

Идентификация экологических аспектов проводилась с использованием метода функционального моделирования технологических процессов по стандарту ГОЕБО. Идентифицировались как прямые (связанные со штатной деятельностью) экологические аспекты, так и косвенные (потенциальные), возникающие в результате нештатных ситуаций.

Последовательность действий при моделировании представлена на рис. 2.

Подготовка к моделированию

1. Выбор цели

2. Выбор точки зрения

3. Тип создаваемой модели

4. Предполагаемое использование

модели

Создание модели

1. Сбор информации

2. Декомпозиция

3. Построение диаграммы АО

4. Построение диаграммы А-0

5. Дальнейшая декомпозиция и

идентификация экологических

аспектов

□ п □ □ р

□ ж

н л: 1 1

1 ж

«1

1 II II II II II II ИТППППРИЧ

КЛМОЖИНДЗ Г Е А Б В Экологические аспекты

Рис. 3. Диаграмма Парето

Рис. 2. Схема построения функциональной модели воздействия технологических процессов на окружающую среду

После построения моделей процессов ■ составлялся перечень экологических аспектов и потенциальных экологических аспектов,

возникающих в результате аварии.

Важным экологическим аспектом является тот аспект, который оказывает или может оказать значительное воздействие на окружающую среду.

Выявление важных экологических аспектов проводилось с помощью анализа Парето. В основе анализа лежит универсальный принцип - закон Парето 80/20, который заключается в том, что большая часть последствий вызвана малым количеством причин. Применительно к экологическим аспектам закон Парето звучит следующим образом: 20 % экологических аспектов оказывает 80 % всех воздействий на окружающую среду. Анализ Парето иллюстрируется диаграммой Парето (рис. 3). Те экологические аспекты, которые попали в область восьмидесяти процентов, являются важными. Экологические аспекты, не попавшие в область восьмидесяти процентов, являются менее важные.

Уменьшение вредного воздействия выявленных важных экологических аспектов на объекты окружающей среды осуществлялось путем разработки мероприятий, направленных на предотвращение или уменьшение этого воздействия.

Оценка эффективности разрабатываемых корректировочных мероприятий была проведена по степени снижения риска при их использовании.

Разработка корректировочных мероприятий состояла из двух этапов. Первый этап включал в себя:

1. Выявление с помощью диаграммы Ишикавы причин, приводящих к негативному воздействию на окружающую среду.

2. Определение методом парного сравнения степени тяжести каждой причины по отношению к возникновению воздействия. •

3. Определение важных причин, т.е. тех причин, которые в восьмидесяти случаях из ста приводят к возникновению данного воздействия. Ранжирование причин по их важности осуществлялось на основании анализа диаграммы Парето (рис. 3).

На втором этапе осуществлялись:

1. Оценка риска возникновения воздействия по определенной причине.

2. Разработка корректировочных мероприятий, направленных на снижение риска. ,

3. Анализ степени снижения риска при внедрении корректировочных мероприятий.

Далее методом FME-анализа выявлялись потенциальные причины дефектов, потенциальные последствия дефектов для потребителя и определялось может ли этот дефект быть выявлен до наступления последствий. Это определялось по параметру риска RPZ, который находится как произведение А-В-Е, где А - параметр частоты возникновения дефекта; В - параметр тяжести последствий для потребителя; Е - параметр вероятности не обнаружения дефекта.

Параметр RPZ показывает, в каких отношениях друг к другу в настоящее время находятся причины возникновения дефектов.

Если RPZ больше 125, то риск возникновения дефекта по рассматриваемой причине очень высок и подлежит устранению, в первую очередь, путем разработки мероприятий. Если RPZ меньше 40, то это пренебрежимо малый риск, RPZ от 40 до 100 - средний риск.

На основе FME-анализа разрабатывались природоохранные и корректировочные мероприятия, которые, в конечном счете, позволяют значительно повысить экологическую безопасность технологических процессов и снизить уровень экологической нагрузки на окружающую среду.

После разработки корректировочных мероприятий снова определялся параметр риска RPZ для того, чтобы оценить эффективность разработанных мероприятий. По результатам анализа составлялся план реализации корректировочных мероприятий по снижению экологических рисков.

В четвертой главе в рамках идентификации экологических аспектов разработана функциональная модель процесса получения механоактивированных титановых порошков, материалов и изделий из них, позволившая выявить существующие и потенциальною аспекты (табл. 1).

Поскольку воздействия на окружающую среду при штатном режиме деятельности по производству изделий из титана методом порошковой металлургии незначительны по сравнению с возможным воздействием при возникновении аварийных ситуаций, в работе рассмотрены только потенциальные экологические аспекты.

Ранжирование потенциальных экологических аспектов по степени важности производилось методом ABC по критериям, определяющим пожаро-и взрывоопасность: пылевыделение, нагрев металла, искрообразование (табл.2).

Таблица 1

Экологические аспекты

Функциональный блок Воздействие

Номер Наименование

Экологические аспекты

All Произвести измельчение Шум, вибрация, пыль

А12 Произвести рассев Пыль

А13 Промыть порошок Пыль, загрязненная бумага

А14 Просушить Загрязненные пары воды, пыль

А15 Загрузить смеситель Пыль

А21 Засыпать пресс-форму Пыль ,

А22 Сформировать изделие Пыль

А32 Произвести спекание Тепловое излучение, канцерогенные углеводороды

Потенциальные экологические аспекты

АН Произвести измельчение Неконтролируемый выброс пылеобразующих веществ в результате аварийной ситуации (взрыв или воспламенение)

А12 Произвести рассев

А13 Промыть порошок

А14 Просушить

А15 Загрузить смеситель

А16 Смешать

А22 Сформировать изделие

А32 Произвести спекание

Таблица 2

Анализ важных потенциальных экологических аспектов

Аспекты Критерии

Концентрация пыли Новообразование Нагрев ABC

All Произвести измельчение А А В 210

Al2 Произвести рассев А А В 210

А13 Промыть порошок С С С 003

А14 Просушить В С В 021

А15 Загрузить смеситель С С С 003

Al 6 Смешать А А В 210

А22 Сформировать изделие В В В 030

А32 Произвести спекание С С В 012

В результате ранжирования в качестве важных определены следующие аспекты: ,

А11 Произвести измельчение; А12 Произвести рассев; А1б Смешать.

Для выявления важных потенциальных экологических аспектов методами попарного сравнения диаграммы Ишикавы и Парето выявлены причины,

которые в 80 % случаев приводят к возникновению аварийных ситуаций и, как следствие, к аварийным выбросам. ,

Анализ причинно-следственных связей показал, что аварийные выбросы в атмосферу, связанные с рассматриваемыми потенциальными экологическими аспектами, могут быть вызваны однотипными причинами. В связи с этим важные причины при проведении РМЕ-анализа рассмотрены совместно.

Выявлено 80 % случаев, приводящих к потенциальным экологическим аспектам.

Проведен анализ риска возникновения аварийных ситуаций по выявленным причинам и разработаны корректировочные мероприятия по устранению этих причин. Результаты анализа и оценки степени рисков, разработки корректировочных мероприятий представлены в табл. 3.

Таблица 3

РМЕ-анализ важнейших причин по комплексному показателю ИРг

Компонент Потенциальный дефект Потенциальные причины Потенциальные последствия Возможность контроля А В Е ярг

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Человек Отсутствие обучения и аттестации персонала Нарушение требований пожарной безопасности. Нарушение правил эксплуатации оборудования Возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс загрязняющих веществ Проверка документации 5 8 5 200

Отсутствие контроля за выполнением требований пожарной безопасности и правил эксплуатации оборудования со стороны управляющего персонала Проверка документации (акты проверок) 5 8 5 200

Машина Износ Неисправность /несовершенство вентиляционного оборудования и аварийной сигнализации Повышенная концетрация пыли, возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс затрязняющих веществ Технический осмотр 3 8 7 168

Ошибка в проектировании Повторная экспертиза проектной документации 3 8 5 120

Отсутствие контроля за проведением технических осмотров Проверка документации (акты проверок) 5 8 5 200

Отсутствие технического обслуживания Проверка документации (планы-трафики текущих и капитальных ремонтов, акты) 3 8 5 120

Механические повреждения Разгерметизация рабочей камеры Возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс загряз-1 няющих веществ Технический осмотр, инструментальный контроль 2 8 4 64

Износ 3 8 4 96

Оши5ка в проектировании Отсутствие заземления аппарата Возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс загрязняющих веществ Повторная экспертиза проектной документации 2 8 5 80

Ошибка в пуско-на-ладочных работах Проверка процедурных документов 3 8 5 120

Износ Неисправность оборудования Возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс загрязняющих веществ Технический осмотр 3 8 4 96

Ошибка в проектировании Повторная экспертиза проектной документации 2 8 5 80

Ошибка в пуско-на-ладочных работах Проверка процедурных документов 3 8 5 120

Заводские дефекты Технический осмотр при пуско-наладочных работах 3 8 6 144

Отсутствие контроля за проведением технических осмотров Проверка документации 5 8 5 200

Отсутствие технического обслуживания Проверка документации (планы-графики текущих и капитальных ремонтов и актов) 3 8 5 120

Ошибка в проектировании Отсутствие отверстий, клапанов, мембран для сброса избыточного давления Возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс загрязняющих веществ Повторная экспертиза проектной документации 2 8 5 80

Заводские дефекты Технический осмотр при пуско-наладочных работах 3 8 5 120

Низкая энергетика взаимодействия между частицами материала и мелющими телами, неравномерное приложение сил к поверхности частиц материала Несовершенство измельчи-тельного оборудования Образование порошка с неоднородной > дисперсностью, нагрев, повышенное пылеобразова-ние, возгорание, взрыв, неконтролируемый выброс загрязняющих веществ Инструментальный контроль 8 8 4 256

Материал Отсутствие контроля качества сырья Порошок незаданного гранулометрического состава. Неоднородно- Пылеобразование Проверка процедурных документов, сертификатов, аудит 3 8 4 96

Экономия средств при покупке сырья ления легирующих элементов и упрочняющих фаз Проверка документации, проверка деятельности отдела закупок 4 8 7 224

Корректировочные мероприятия по снижению риска предложены для устранения дефектов, комплексный показатель риска которых (КР2) больше 125 (подлежит устранению в первую очередь).

Из анализа табл. 3 следует, что одними из первоочередных мероприятий, снижающих комплексный показатель риска КР2, могут быть: а) разработка и применение нового оборудования, в частности, измельчительного, что дает возможность уменьшить загрязнение окружающей среды, оптимизировать технологический процесс измельчения титановой губки и обеспечить получение механолегированного порошка с заданными свойствами; б) разработка процессов по получению новых продуктов (материалов и изделий) на основе дисперсной и тонкодисперсной механоактивированных составляющих порошка титана, что позволяет вывести их из технологического цикла и уменьшить пылеобразование, и, соответственно, исключить одну из причин воспламенения и взрывоопасности порошка..

В пятой главе с учетом анализа экологических аспектов (гл. 4) для снижения риска загрязнения окружающей среды и предотвращения причин воспламенения титанового порошка предлагается заменить применяемое оборудование (инерционные дробилки, грохота) на современное измельчительное оборудование (вакуумный атгритор), которое по своим техническим показателям уменьшает уровень воздействия на окружающую среду при эксплуатации.

Аттритор, как устройство (рис. 4), представляет собой шаровую мельницу, состоящую из охлаждаемой водой вертикальной емкости с герметичной крышкой, зафиксированной по оси последней уплотненным валом-мешалкой (импеллером), приводимым во вращение электродвигателем.

Рис. 4. Общий вид размольной камеры вертикального алритора

Импеллер при вращении перемещает мелющие тела, доводя их кинетическую энергию до необходимого уровня для получения эффекта механического измельчения.

При работе аттритора мелющие тела и порошковые частицы участвуют в двух типах движения: 1) хаотическом - турбулентном движении с характерным масштабом порядка диаметра мелющего тела, обусловленным соударениями с соседними телами, стенками размольной емкости и билами импеллера; 2) крупномасштабном вихревом - конвективном движении с характерным масштабом порядка радиуса размольной емкости, обусловленным действием центробежных сил в ограниченном объеме размольной камеры.

Такой характер движения обеспечивает качественное механическое измельчение порошковых материалов, что приводит к получению заданного гранулометрического состава. Это бесспорно является одним из основных компонентов, определяющих экологические аспекты, приводящие к возникновению взрыва и пожара и выявленные с помощью диаграммы Ишикавы.

В то же время аттритор обеспечивает надежность, прочность и взрывобезопасность в той части, которая обеспечивается герметичностью оборудования и, соответственно, находится во взаимосвязи с требованиями безопасности оборудования при эксплуатации, с безопасностью обслуживающего персонала при его транспортировке, монтаже, эксплуатации и хранении.

Применение вакуума позволяет исключить воспламенение порошка при измельчении, а подбор оптимальных режимов измельчения - регулировать дисперсность порошков и уменьшать пылеобразование до концентрации ниже НКПВ (нижний концентрационный предел взрываемости).

Для оптимизации работы аттритора и технологического процесса измельчения титановой губки изучена кинетика измельчения и проведен энергетический анализ работы аттритора.

Измельчение (разрушение) - это диссипативный процесс, который происходит вдали от термодинамического равновесия.

Процессы, происходящие в течение деформации, разрушения и способствующие увеличению энтропии, следующие:

- процессы, связанные с движением;

- формирование дислокаций, включая увеличение их плотности;

- формирование точечных дефектов;

- рассеяние кинетической энергии дислокаций.

Дислокации могут размножаться и передвигаться под действием напряжения сдвига, хотя они не могут преодолевать все препятствия. Одним из таких препятствий является граница зерна. Дислокации образуют зоны скоплений на этих границах, что вызывает появление трещин. Количество скопившихся дислокаций тем больше, чем больше расстояние их движения. Расстояние свободного движения дислокаций обычно соответствует размеру зерна (рис. 5). Известно, что высокое локальное напряжение дислокаций совпадает со скоплениями дислокаций. Тогда и материал в зоне скоплений дислокаций находится в энергетически нестабильном состоянии. Это вызывает появление трещин в зоне скоплений, В этом случае напряжение деформации разрушения а можно определить по следующему уравнению

где Е- модуль упругости; у - удельная поверхностная энергия; а?-размер зерна.

Размер трещины, концентратор деформации, определить точно трудно, так как он имеет беспорядочное распределение. Таким образом, на макроскопическом уровне возникновение разрушения имеет статистический характер.

Чтобы найти предельный заданный средний размер частиц при разрушении изучали кинетику измельчения путем установления зависимости гранулометрического состава от времени измельчения.

По гранулометрическому составу была Рис. 5. Возникновение локальной произведена оценка изменения удельной

деформации и образование трещин: поверхности £уд в процессе измельчения: 1 - граница зерна; 2 - диаметр зерна; 3 - источник дислокаций; 4 - скопление дислокаций; 5 - появление трещины

* " рЗД3 •

(2)

где с1\ - средний диаметр частиц; щ - доля числа частиц /-ой фракции; р -плотность.

Значения щ находили из выражения для массовой доли частиц с\ фракций:

С, =

(3)

Исследовано изменение удельной поверхности и размера частиц титановой губки от времени измельчения (рис. 6). Показано, что количество мелкой фракции немонотонно зависит от времени измельчения и вклад крупной фракции в удельную поверхность Буд смеси заметно большой. При измельчении в вакууме характерна конгломерация частиц. Рост конгломератов и последующее их разрушение приводит к немонотонной зависимости дисперсности порошковой смеси от времени измельчения. Форма частиц -чешуйчатая (рис. 7).

О?" \

«>* -JS * Ж& 4 'iV/—

\.\ - -л

Si. ><!,Р . <,

•HI

Л г-Ы v 1. 4 1 С л7

Л . кА 4 (.'• ,

200 300 400 Размер частиц, мкм

Рис. 7. Форма частиц МАТГ90 Рис. 6. Зависимость удельной после обработки в вакууме, X 90

поверхности порошка от размера частиц при измельчении в вакууме: 1-10 мип; 2-30 мин; 3—50 мин; 4-63 мин

Структуру частиц после измельчения на микроскопическом пространственном уровне изучали методами рентгеноструктурного анализа. Дислокационную структуру характеризовали пространственным распространением дислокаций. По отношению физических уширений рентгеновских линий разного порядка определяли отношения Р! и Рг, при этом, чем ближе это отношение к cos0]/cos02 или tg02/tg0i (0 - положение рефлекса), тем более ярко выражен блочный или хаотический характер дислокационной структуры соответственно. Согласно данным рентгеноструктурного анализа при малой длительности обработки частиц губки дислокационная структура носит хаотический характер (tg02/tg0j = 2,87), затем приближается к ячеистому и при больших временах - вновь к хаотическому распределению дислокаций. При этом растет плотность дислокаций, о чем свидетельствуют рост микроискажений da/a и уменьшение размера областей когерентного рассеяния D (табл. 4).

Таблица 4

Субструктура титановой губки

to5 р., мин Р./Р2 da/a ДА

10 1,62-2,59 0,097-0,129 779-808

30 1,44-2,05 0,134-0,175 600-683

63 1,69-2,43 0,162-0,180 634-648

Еще одним исключением источника загрязнения при получении механоактивированных титановых порошков является контроль за выделяемой энергией в окружающую среду и контроль температуры нагрева частиц. Исследование процессов теплообмена и диссипации энергии во время режимов измельчения титановой губки в вакууме показало, что тепло передается при непосредственном контакте мелющих тел и частиц порошка со стенками размольной емкости, в которой происходит измельчение. Примерно 60-65 % подводимой энергии расходуется на разогрев порошка, на механическое движение частиц - менее 10 %, на измельчение и формирование дефектов кристаллического строения - порядка 30 %. Исследование кинетики измельчения и энергетического баланса вакуумного атгритора позволило установить режимы измельчения для получейия механолегированного титанового порошка, обеспечивающего получение материалов и изделий с заданными свойствами. Сопоставление результатов исследования технологического процесса и установление защитных и корректировочных мероприятий позволяет исключить факторы пожаро- и взрывоопасности или довести их до безопасного уровня. Применение метода БМЕ-анализа (табл. 5), наглядно показывает, как уменьшается показатель риска ИРг в результате внедрения корректировочных мероприятий.

Разработанные корректировочные мероприятия снизили показатели частоты возникновения (А) и вероятность необнаружения (Е) дефектов. Показатель тяжести последствий (В) остался неизменным, так как локализация последствий в случае возникновения аварийной ситуации невозможна.

Показатель Е снижается за счет предложенных организационно-технических мероприятий, технических , и технологических усовершенствований, создания новых продуктов и материалов технологического цикла и применения современных методов оценки свойств продуктов.

В шестой главе изучены процессы получения порошковых Т1-А1, ТьА1-Мп-сплавов на основе дисперсной составляющей механоактивированных титановых порошков, позволяющие получить не только новые материалы, но и снизить экологические аспекты за счет вывода дисперсной составляющей путем использования дисперсных и тонкодисперсных механоактивированных порошков титана, образующихся при измельчении титановой губки.

Система "П-А1 является базисной при создании многих титановых сплавов. С увеличением алюминия прочность сплава возрастает, пластичность падает. Заметное снижение пластических свойств наблюдается для сплавов с 6-8 % А1, сплавы с 10 % А1 разрушаются хрупко, что связано,с образованием второй а2-фазы.

Порошковые ТьА1 композиции получали путем введения в механоактивированный титановый порошок дисперсностью порядка 45 мкм титан-алюминиевой лигатуры с содержанием 46 % алюминия.

Таблица 5

РМЕ-анализ эффективности мероприятий по предупреждению воздействия на окружающую среду

Компонент/дефект Корректировочные мероприятия А В Е ярг

1 2 3 4 5 б

Человек Отсутствие обучения и аттестации персонала Разработка и выполнение процедуры, обеспечивающей подготовку персонала по промышленной безопасности 2 8 3 48

Отсутствие контроля за выполнением требований пожарной безопасности и правил эксплуатации оборудования со стороны управляющего персонала Разработка/корректировка процедуры осуществления контроля за выполнением требований пожарной безопасности и правил эксплуатации оборудования со стороны управляющего персонала. Ревизия должностных и рабочих инструкции ответственных лиц 3 8 3 72

Машина Износ вентиляционного оборудования и аварийной сигнализации Выявление и устранение причин, приводящих к повышенному износу 2 8 5 80

Отсутствие контроля за проведением технических осмотров Ревизия должностных и рабочих инструкций ответственных лиц, внесение в них соответствующих изменений 3 8 4 96

Заводские дефекты Разработка и выполнение процедуры сравнительного анализа и выбора поставщиков оборудования , 2 8 4 64

Пылеобразование, низкая энергетика взаимодействия между частицами материала и мелющими телами, неравномерное приложение сил к поверхности частиц материала (измельчительное оборудование) Замена конусной инерционной дробилки и грохотов на вертикальный вакуумный аттритор 3 8 4 96

Материал Отсутствие порошков требуемого гранулометрического состава Разработка и проведение мероприятий по использованию порошков определенного размера частиц. Выбор режимов измельчения, обеспечивающих получение заданного гранулометрического состава порошка 3 8 4 96

В соответствии с диаграммой состояния данный сплав относится к сплавам титана с у-фазой (Т1А1), содержащей 44,5 % алюминия и характеризующейся упорядоченной тетрагональной кристаллической структурой.

При температурах спекания 1200...1300 °С происходит заметное ускорение процесса растворения частиц лигатуры. При этом вокруг нерастворившихся частиц лигатуры Т1А1, окруженных зоной диффузионной пористости, образуется светлая, слабо травящаяся область с повышенной микротвердостью (Н^ = 470-520 кг/мм2), которая является областью (Хгфазы (рис. 8).

По мере растворения алюминия ширина этой области увеличивается, а после 3-х-часовой выдержки при температуре 1200 °С и 1-часовой - при 1300°С структурно-свободный алюминий в сплаве не обнаруживается. При дальнейшей диффузии алюминия происходит выравнивание его концентрации в ОС-твердом растворе. По своей структуре сплав титана с алюминием аналогичен нелегированному титану и имеет в микроструктуре равноосные зерна а-фазы.

Для установления параметров фазовых превращений в процессе спекания были проведены дериватографические исследования титана (рис. 9), и его композиций.

Для титана характерным является эндотермический эффект (810...867 °С) с экстремумом при температуре 828 °С, связанный с температурой а<->р-превращения. Наличие примесей в порошке снижает а<-»р-превращение на

Дериватограмма "ПА1 точно такая же, как и дериватограмма Т1, т.е. имеет на кривой ЭТА один эндотермический эффект в той же температурной области

Рис. 8. Микроструктура сплава "П+3 вес.% А1 после спекания при температуре 1300 °С в течение 1 ч, х 120

Рис. 9. Дериватограмма порошка Ti: среда - аргон; Ри = 2,0272 г; TG = 250 мкВ; DTG = 1 мВ; DTA = 100 мкВ; vT = 7,5 °С/мин; vg = 2,5 мм/мин

54,5°.

(815...863 °С) с экстремумом при 828 °С, отвечающим а<-»Р-превращению. Связанный А1 в системе Т1А1 не влияет на полиморфное а-нф-превращение Ть

На основе порошковой ТьА1-композиции исследовали порошковый сплав с содержанием 3-4,5 % алюминия и 0,8-1,5 % марганца.

Результаты микроструктурного и микрорентгеноспектрального анализов показали, что процесс растворения легирующих элементов происходит в широком интервале температур и изотермических выдержек.

Достаточно однородную структуру (рис.10), и гомогенный твердый раствор исследуемые сплавы имели после спекания в вакууме (~0,05 Па) при температуре 1300 °С с изотермической выдержкой 4 ч, обеспечивающего относительную плотность образцов порядка 93-96 %.

Для определения состава сплава и времени спекания, а также характера влияния этих факторов на механические свойства проводились эксперименты в соответствии с матрицей некомпозиционного планирования второго порядка. У варьируемых сплавов содержание алюминия составляло 2; 3; 4 %, содержание марганца - 0,5; 1,0; 1,5 %. Образцы спекали в течение 4, б, 8 ч.

За параметры оптимизации были взяты прочность ав и вязкость разрушения при плоской деформации Кк.

При вычислении коэффициентов уравнения регрессии для прочности оказалось, незначимы, т.е. при имеющемся разбросе значений предела прочности последняя не зависит от задававшихся факторов - состава сплава и времени спекания в области их варьирования.

Уравнение регрессии для Кю, после отбрасывания статистически незначимых коэффициентов, имеет следующий вид

К,с = 174 -14X1X2 -15X1X3, (4)

где переменные хь х2, х3 - координаты, соответствующие содержанию алюминия, марганца и времени спекания.

Сечение поверхностей равных значений К\с от периодов времени спекания и состава приведены на рис. 11. Показано, что при времени выдержки 4 ч увеличение содержания алюминия вызывает повышение К\с. Увеличение содержания марганца при малом содержании алюминия также приводит к небольшому приросту вязкости разрушения, а при повышении содержания алюминия наблюдается некоторое снижение значений К\с до среднего уровня.

титанового сплава типа ТьА1-Мп, спеченного при температуре 1300°С в течение 4 ч, х 200

что все они статистически

а б в

Рис. 11. Сечение поверхностей равных значений вязкости разрушения К\с при времени спекания: а - 4 ч; б - б'ч; в - 8 ч

При увеличении времени выдержки до 6 ч среднему содержанию алюминия и марганца соответствует среднее значение К\С, повышенные же значения вязкости разрушения соответствуют максимуму содержания марганца при минимуме алюминия, и наоборот, максимуму содержания алюминия при минимальном содержании марганца.

При времени спекания 8 ч увеличение содержания марганца способствует росту значений К\с, а увеличение содержания алюминия - его снижению.

Вычисление соответствующих критериев Фишера показало адекватность математической модели для всех трех параметров оптимизации. Поэтому целесообразно было выбрать в качестве оптимального состава сплав, дающий средние значения этих параметров.

Сплав И + 3%А1 + 1%Мп, спеченный при температуре 1300 °С с изотермической выдержкой 4 ч, имеет комплекс механических свойств ав = 700-720 МПа, О0,2 - 615-635 МПа, К1С = 170 МПа-м"2, позволяющий рекомендовать его для изготовления деталей конструкционного назначения.

В седьмой главе изучены процессы получения композиционных материалов Тл-А^Оз. Известно, что титан и его сплавы недостаточно жаропрочны, но благодаря их малой удельной плотности имеют преимущества перед сплавами на основе никеля, железа при температурах 500...650 °С.

Для повышения свойств титана качественно более гибким и рациональным является путь создания дисперсноупрочненных материалов, к которым относится композиция "П-А^Оз.

Упрочняющая дисперсная фаза, в нашем случае оксид алюминия, принимает на себя роль компоненты, регулирующей и оптимизирующей в заданном направлении свойства матричной среды. Метод порошковой технологии позволяет синтезировать поэтапно композиции заданного состава, вида, формы, величины и взаиморасположения дисперсных частиц в матричной фазе, предопределяемой рациональным расчетом структуры дисперсноупрочненной композиции. Для получения рекомендуемого размера

дисперсной фазы, не более 1 мкм, с целью упрочнения титана порошок оксида алюминия получали путем измельчения а-АЬОз в дезинтеграторной установке.

Изучены механизм измельчения и процессы, протекающие при механической активации порошка оксида алюмиция с исходным размером частиц ~10 мкм в дезинтеграторе.

Разработана и прошла экспериментальную проверку стохастическая модель измельчения хрупких материалов, учитывающая дефектность кристаллической структуры и процесс конгломерации при больших временах размола. Согласно предложенной модели разрушение частицы представлено зависимостью

Хк+]=Хк + е^(Хк), (5)

где: Хк-Д/k). ек = s(/k);

Х- размер частицы; t - время; Б - дисперсия; к - номер частицы;

8(0 > 0 - случайная функция времени;

функция g(X) может быть положительной или отрицательной.

По экспериментальным данным и статистическим характеристикам о гранулометрическом составе, вычисленным с использованием разработанной методики объединения выборок частиц по размерам, установлен механизм измельчения (хрупкое разрушение скалыванием). Показано, что если средний размер порошинок достаточно велик, то, вследствие их большой массы, инерционные силы превосходят силы молекулярного сцепления, и процесс измельчения не будет зависеть от размеров частиц. В этом случае распределение частиц по размерам будет логарифмически нормальным.

С учетом максимальной производительности и КПД дезинтегратора выбраны оптимальные режимы измельчения порошка оксида алюминия (двукратное измельчение при скорости подачи порошка 8-10 см3/мин и частоте вращения дисков-роторов 14-16 тыс. об/мин), обеспечивающие получение размера частиц порядка 0,1 мкм. Установлено, что активирование порошка оксида алюминия при измельчении связано, главным образом, с уменьшением размера частиц и увеличением свободной поверхности за счет атомной структуры твердого тела.

Для уменьшения экологических рисков пожаро- и взрывоопасное™ на основе тонкодисперсных порошков титана крупностью ~5 мкм, выделенных из технологического цикла на центробежном классификаторе, и оксида алюминия получены композиционные материалы TÍ-AI2O3.

Композиции TÍ-AI2O3 получали методом механического легирования, при котором формируется структура с частицами оксида алюминия, внедренными в титановую матрицу. Свойства композиции титан с содержанием 1 % оксида алюминия, спрессованной при давлении 800 МПа и спеченной в течение 4 ч при 1200 °С в вакууме (не менее 0,05 Па), при температурах 300...450 °С выше свойств титана, что позволило рекомендовать ее для изготовления порошковых титановых деталей, работающих при температурах 200.. .350 °С.

В восьмой главе исследованы процессы получения функциональных порошков ТЮг'А^Оз путем смешивания в аттриторе механоакгивированных порошков титана и оксида алюминия с последующим окислением их при 1000 °С в контролируемой атмосфере (смесь воздуха и азота) в течение 2 ч. В результате частицы титана полностью окисляются до ТЮ2 и, взаимодействуя с А1203, образуют ТЮ2-А1203.

Для получения пластифицированных композиций порошков проведены исследования по выбору связующих компонентов. Установлено, что для получения функциональных материалов с регулируемой макро- и микроструктурой необходимо использовать многокомпонентные связующие: элементоорганику, кремнезоль, карбоксиметилцеллюлозу. Изучены реологические характеристики.

Эффективную скорость сдвига уэф при течении пластифицированной массы из резервуара в капилляр определяли из выражения

_ 4в

и ~ ^з , (6)

где Я - радиус капилляра; <2 - объемная скорость течения.

При этом истинная скорость сдвига при течении керамической массы равна

Тэф

у™ =т

3+-

(7)

а истинное напряжение сдвига (X«) - — К ' У Я , где Кип реологические координаты.

Из пластифицированной керамической массы были изготовлены сотовые конструкции, представляющие интерес для каталитических систем.

Изготовление сотовой структуры оптимально при напряжении сдвига Т„ в пределах (2-4)-104 Па.

Пластифицированные порошки ТЮгА12СЬ конгломерировали до размера гранул 60-100 мкм и использовали для нанесения износостойких плазменных покрытий на титановые и стальные тяговые ролики, которые при испытаниях показали высокую работоспособность. '

Общие выводы

1. Предложены методические принципы и техника экологического менеджмента, позволяющие выбрать и применить на практике методы и инструменты, которые с учетом спецификации производства обеспечивают анализ и оценку воздействия предприятия на окружающую среду своих используемых технологических процессов. В результате предприятие получит представления о воздействии на окружающую среду используемых

технологических процессов и продукции и сможет принять объективные управленческие решения, направленные на постоянное улучшение охраны окружающей среды.

Выявлены причины, приводящие к возникновению аварийных ситуаций, и ранжированы по важности на основе экспертных оценок с использованием методов парного сравнения и Парето, К ним относятся факторы, вызывающие увеличение пожаро- и взрывоопасность порошков титана. Основное - это неисправность оборудования, нарушение герметичности рабочей камеры, несовершенство измельчительного оборудования, использование дисперсного порошка и неоднородность распределения легирующих элементов.

Разработаны природоохранные и корректировочные мероприятия, обеспечивающие безопасность при производстве материалов и изделий на основе механолегированных порошков титана.

3. Для снижения экологических рисков при измельчении титановой губки в порошок предложено современное эффективное высокоэнергетическое оборудование - вакуумный аттритор, позволяющий исключить воспламенение порошка при измельчении, а установленные оптимальные режимы - регулировать дисперсность порошка с уменьшением пылеобразования до концентраций не выше нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ). Проведен расчет процессов теплообмена при измельчении. Установлен режим (весовое соотношение мелющих и измельчающих тел, скорость, временные 'параметры непрерывны), исключающий перегрев вакуумного атгритора при эксплуатации в процессе измельчения и снижающий риски загрязнения окружающей среды.

4. Установлены закономерности высокоэнергетического диспергирования титановой губки в порошок и изучено влияние активности титанового порошка на экологические риски. Рассмотрен структурный механизм разрушения конгломератов частиц в процессе измельчения и межчастичного сваривания. Показано, что при измельчении в вакууме характерна конгломерация частиц, рост конгломератов и последующее их разрушение приводит к немонотонной зависимости дисперсности порошковой смеси от времени измельчения. Определено существование критического размера частиц в зависимости от параметров процесса измельчения. Форма частиц -чешуйчатая.

Предложена схема структурного уровня деформации, имеющей место при измельчении титановой губки в вакуумном аттриторе. Дано описание процессов деформации и разрушения при скоплении дислокаций у границы зерна. Рентгенографическим анализом показано, что после измельчения в частицах порошка титана формируется ячеистое распределение дислокаций.

Установлены основные технологические параметры получения механоактивированных титановых порошков с высокими технологическими характеристиками, обеспечивающих получение(материалов и изделий из них с повышенными свойствами.

5. Показана эффективность технических и технологических решений при получении механоактивированных титановых порошков, материалов и изделий из них через снижение показателя КРг БМЕ-анализа с 200 до 96 (на самой опасной стадии производства), заключающегося в уменьшении пожаро- и взрывоопасности и влияния их на организм человека.

6. Для снижения экологических рисков разработаны процессы по использованию дисперсной фракции механоактивированных титановых порошков при получении порошковых Т1-А1, ТьА1-Мп сплавов. Дериватографические исследования выявили основные закономерности твердофазных реакций, протекающих при спекании "П-А1 композиций. Показано, что кинетику диффузионных процессов определяет растворение А1 в "Л, а не ТС в А1.

Установлены закономерности структурообразования и связь между структурой, составом и свойствами сплавов. Получены уравнения регрессии для предела прочности ав и вязкости разрушения ^с в зависимости от состава и времени спекания сплавов. Однородную структуру и оптимальные свойства имеют сплавы, спеченные при температуре 1300 °С и времени выдержки 4 ч.

7. Для снижения экологических рисков разработаны технологии по применению тонкодисперсной составляющей механоактивированных порошков с целью получения композиционных И-АЬОз и функциональных материалов ТЮг'АЬОз, для чего изучен механизм и параметры процесса измельчения порошка оксида алюминия в дезинтеграторной установке. Показано, что дезинтеграторный метод измельчения является эффективным способом высокоэнергетической обработки, обеспечивающим с учетом максимальной производительности и КПД минимальный размер частиц порядка 0,1 мкм при сокращении времени измельчения.

8. Предложена стохастическая модель измельчения хрупких материалов на примере оксида алюминия, основанная на оценке дефектности кристаллической структуры и конгломерации частиц. Установлено, что механическая активация связана, главным образом, с уменьшением размера частиц, увеличением удельной поверхности и в меньшей степени - с дефектами кристаллической решетки.

9. Изучены процессы получения композиционных порошков ТЮг-А^Оз из механически легированной смеси "П-А^Оз при регулируемом окислении в контролируемых атмосфере и температуре, а также реологические свойства пластифицированных смесей порошка ТЮгАЬОз. Для получения изделий

экструзией были определены истинная скорость, напряжение сдвига течения пластифицированной смеси и получена зависимость между ними.

Ю.Разработаны технологические процессы получения порошковых, композиционных и функциональных материалов на основе механоактивированных порошков титана, легирующих и упрочняющих фаз, обеспечивающих снижение экологических рисков. Проведены испытания разработанных материалов и изделий из них, Даны рекомендации по их применению на предприятиях ЗАО «Наука и специальные технологии» (г.Чехов Московской области) и ФГУП «НИИ полимерных материалов» (г-Пермь).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Анциферова И.В. К кинетике измельчения хрупких порошков / И.В. Анциферова, С.Н. Пещеренко // Порошковая металлургия: Тезисы докладов XVI Всесоюзной науч.-техн. конф. / Ин-т металлургии УрО АН СССР. -Свердловск, 1989.-С. 148.

2. Анциферова И.В. Формирование структуры композиционных оксидных керамик в процессе диффузионного синтеза / И,В, Анциферова, С.Н. Пещеренко, А.И. Кетов, И.Г. Севастьянова // Химия твердого тела: Тезисы докладов международной науч.-техн. конф. - Одесса, 1990. - Ч. 2. - С. 48.

3. Анциферова И.В. Кинетика дробления порошка хрупких материалов / И.В. Анциферова, С.Н. Пещеренко // Структура и свойства композитов на основе дисперсных систем: Сб. науч. тр. - Свердловск: УрО АН СССР, 1991. - С.52-55.

4. Анциферова И.В. Высокодисперсные керамики Zr02 и AI2O3 для получения пористых композиционных материалов / И.В. Анциферова, И.Г. Севастьянова, Г.А. Фомина // Ультрадисперсные и неупорядоченные системы. Свойства и структура: Тезисы докладов науч.-техн. семинара, -Пермь, 1991.-С. 4.

5. Анциферова И.В. Функциональные керамические материалы / И.В. Анциферова, И .Г. Севастьянова, В.Г. Гилев // Конструкции из композиционных материалов. -1993. - Вып. 4. - С. 20-31.

6. Анциферова И.В. Исследование закономерностей пластичного деформирования порошковых тел трехосного нагружения / И.В. Анциферова, C.B. Тукаева, В.Е. Перельман // Конструкции из композиционных материалов. - 1994. - Вып.1. - С. 49-65,

7. Матыгуллина Е.В. Разработка эффективных связующих композиций для материалов сотовой структуры на основе полидисперсных систем / Е.В. Матыгуллина, И.В, Анциферова, Л.Д. Сиротенко, А.М. Ханов // Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь, 1995.-С. 45-56.

8. Матыгуллина Е.В. Исследование реологических свойств пластических масс и их значение при проектировании оборудования для экструдирования сотовых материалов / Е.В. Матыгуллина, Л.Д. Сиротенко, И.В. Анциферова// Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 1995. - С. 57-67.

9. Анциферова И.В. Теория процессов порошковой металлургии: Конспект лекций; Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь. -1995. -150 с.

Ю.Аношкин А.Н. Разрушение сотовых материалов с регулярной решетчатой структурой при различных условиях нагружения / А.Н. Аношкин, Л.Д. Сиротенко, И.В. Анциферова, Е.В. Матыгуллина,// Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 1995. -С. 68-79.

П.Анциферова И.В. Изучение процессов формирования поверхности структуры и свойств УДП // Фундаментальные проблемы металлургии: Тезисы докладов Российской межвузовской науч.-техн. конф. УрГТУ. -Екатеринбург, 1995. - С. 35.

12.Анциферова И.В. Механизм и кинетика дробления порошков диоксида циркония / И.В, Анциферова, С.Н. Пещеренко // Инженерно-физический журнал. - 1996. - Т. 69, № 1. - С. 3-8.

13.Анциферова И.В. Процессы и методы формования: Конспект лекций по курсу «Процессы порошковой металлургии»; Ч. 2. Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь.-1996.-75 с.

14.Анциферова И.В. Спекание: Конспект лекций по курсу «Процессы порошковой металлургии» / И.В. Анциферова, В.Н. Анциферов; Ч. 3. Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь. - 1998. - 81 с.

15.Анциферова И.В. Основы менеджмента / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь. -1998.-52 с.

16.Анциферова И.В. Экологически ориентированный менеджмент в сфере персонала / И.В. Анциферова, C.B. Максимова, О.И. Ручкинова // Природоохранительные вопросы в системе управления движением отходов производства и потребления: Материалы Австрийско-Российской науч. конф. - Пермь, 1999. - С. 4-7.

17.Анциферова И.В. Охрана труда и техника безопасности - необходимая составляющая системы экологического менеджмента предприятия / И.В. Анциферова, C.B. Максимова, О.И. Ручкинова'// Природоохранительные вопросы в системе управления движением отходов производства и потребления: Материалы Австрийско-Российской науч. конф. - Пермь, 1999. -С. 22-34.

18.Ручкинова О.И. Некоторые аспекты внедрения системы экологического менеджмента на предприятии / О.И. Ручкинова, И.В. Анциферова, C.B. Максимова // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и

технологий: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 1999. - Вып. 4. -С. 199-203.

19.Экологический менеджмент: Учеб. пособие / О.И. Ручкинова, И.В. Анциферова, C.B. Максимова, В.Ю. Петров, К. Норт; Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь.-2000.-234 с.

20.Ручкинова О.И. Техника экологического менеджмента как необходимое средство эффективно действующей системы экологического менеджмента / О.И. Ручкинова, И.В. Анциферова, C.B. Максимова // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2001. - Вып. 7. - С. 70-76.

21.Ручкинова О.И. Внедрение учебных курсов «Экологический менеджмент» и «Экологический аудит» в инженерное образование / О.И. Ручкинова, И.В. Анциферова, C.B. Максимова, Н.Ф. Шардакова // Образование и наука -производству: Сб. науч. тр, / Перм. гос. техн. ун-Ti - Пермь, 2001. - С. 44-48.

22.Анциферова И.В. Анализ и оценка риска при производстве изделий из титановой губки методом порошковой металлургии / И.В. Анциферова, И.А. Касаткина, М.А. Мулюкина // Новый взгляд на проблемы безопасности в XXI веке - «Безопасность - XXI»: Тезисы докладов VI Всероссийской студенческой науч.-практич. конф. с международным участием. - Иркутск: ИрГТУ, 2001. -Т. 1. - С. 32-33.

23.Анциферова И.В. Анализ и оценка риска при производстве изделий из титановой губки методом порошковой металлургии / И.В. Анциферова, И.А. Касаткина, М.А. Мулюкина // Проблемы экологической безопасности на урбанизированных территориях: Тезисы докладов областной конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2001.-С. 90-92.

24.Теория и технология процессов порошковой металлургии: Учеб. пособие / И.Г. Севастьянова, И.В. Анциферова, Г.А. Либенсон; Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь.-2002.-298 с.

25.Анциферова И.В. Окружающая среда и производство порошковых изделий: Конспект лекций; Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь. - 2002. - 29 с.

26.Анциферова ИВ. Экологические риски в порошковой металлургии титана / И.В. Анциферова, A.A. Сметкин, А.Н. Ярмонов // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2002. - Вып. 8. - С. 119-126.

27.Анциферова И.В. Корректировочные мероприятия по снижению степени риска при производстве титановых изделий и их оценка / И.В. Анциферова, A.A. Сметкин, А.Н. Ярмонов // Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений: Сб. науч. тр. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2003. - Вып. 6. - С. 147-158.

28.Анциферова И.В. Выявление экологических аспектов при производстве изделий из титанового порошка // Конструкции из композиционных материалов. - 2003. -Вып. 2. - С. 13-25.

29. Анциферова И.В. Экологические аспекты в порошковой металлургии титана / И.В. Анциферова, Я.И. Вайсман. - М.: ФГУП «ПИК ВИНИТИ», 2004.-128 с.

30.Анциферова И.В. Порошковые титановые материалы П Вестник ОГУ. -2004.-№2.-С. 198-202.

31. Анциферова И.В. Влияние высокоэнергетической механоактивации порошковых смесей на формирование структуры и свойств материалов на основе титана / И.В. Анциферова, A.A. Сметкин, Н.В. Пименова, А.Н. Ярмонов // Порошковая металлургия: Сб. научн.-техн. работ. - Минск: Изд-во ИПМ БГНП HAH Беларуси, 2004. - Вып. 27. - С. 27-34.

32.Анциферова И.В. Порошковые титановые материалы / Научный центр порошкового материаловедения. - Пермь, 2004. - 59 е.: 28 ил. - Библиогр.: с. 53-58 (56 назв.)-Деп. в ВИНИТИ 14.10.04г.,№ 1609-В2004.

33.Патент № 2030369 РФ /И.Г. Севастьянова, Г.А. Фомина, И.В. Анциферова. -Бюл. № 7,1995.

34.Патент № 2232213 РФ / И.В. Анциферова, A.A. Сметкин; Приоритет от 02.06.03г. - Бюл. № 19 от 10.07.04г.

Сдано в печать 22.10.04. Формат 60x84/16. Объём 2,0 п.л.

Тираж 100. Заказ 1343. _

Печатная мастерская ротапринта ПГТУ.

РНБ Русский фонд

2007-4 12859

и 2:24

Содержание диссертации, доктора технических наук, Анциферова, Ирина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОПАСНЫЕ И ВРЕДНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ В ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ

ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ (Литературный обзор).

1.1. Условия перехода к устойчивому развитию.

1.2. Окружающая среда и производство порошковых изделий.

1.2.1. Виды и характер загрязнения окружающей среды.

1.2.2. Факторы экологического воздействия при производстве изделий методом порошковой металлургии.

1.2.3. Характер загрязнения окружающей среды при производстве титановых изделий методом порошковой металлургии.

1.3. Системы обеспечения безопасности производства.

Глава 2. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Методы исследований.

2.2.1. Методы экспертных оценок.

2.2.2. Методики экспериментальных исследований.

2.2.2.1. Определение плотности и пористости материала.

2.2.2.2. Определение физико-механических свойств.

2.2.2.3. Морфологический и металлографический анализы.

2.2.2.4. Химический анализ. Определение содержания кислорода.

2.2.2.5. Микрорентгеноспектральный анализ.

2.2.2.6. Рентгенографический анализ.

2.2.2.7. Дериватографический анализ.

Глава 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ И ТЕХНИКА ^ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА ПРИ УПРАВЛЕНИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРЕДПРИЯТИЯ.

3.1. Применение системы экологического менеджмента на предприятии.

3.2. Методология разработки природоохранных мероприятий с учетом анализа рисков.

3.2.1. Идентификация экологических аспектов с помощью методологии функционального моделирования.

3.2.2. Выявление важных экологических аспектов.

3.2.3. Разработка корректировочных мероприятий и анализ степени снижения риска при их внедрении.

Выводы по главе 3.

Глава 4. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА

МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

4.1. Идентификация экологических и потенциальных экологических аспектов процесса «Произвести изделие из титана методом порошковой металлургии».

4.2. Выявление важных потенциальных экологических аспектов процесса «Произвести изделие из титана методом порошковой ф металлургии».

4.3. Разработка мероприятий по снижению риска возникновения воздействий на окружающую среду для потенциальных экологических аспектов.

Выводы по главе 4.

Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СНИЖАЮЩИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ.

Выводы по главе 5.

Глава 6. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

6.1. Титан-алюминиевые сплавы.

6.1.1. Порошковый сплав Ti-Al-Mn. Выводы по главе 6.

Глава 7. ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Выводы по главе 7.

Глава 8. ПОЛУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Выводы по главе 8.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Управление экологическими рисками при получении материалов из титана методом порошковой металлургии"

Важное место в создании таких материалов занимает порошковая технология [1], позволяющая целенаправленно конструировать структуру и свойства материалов, а также производить изделия с минимальными отходами.

В ведущих развитых странах, несмотря на спады различных видов производства, всегда наблюдается рост изделий, получаемых методом порошковой технологии.

Так, объем продаж порошковых изделий в Северной Америке в 1998г. составил 5 млрд. долларов, а в 2003г. - порядка 9 млрд, долларов [2,3].

В России Урал занимает особое место в производстве порошковых материалов. На Урале производятся основные порошки цветных металлов, а порошки титана производятся в г.Березники Пермской области.

В развитых странах из титановых сплавов изготавливается большое количество изделий и полуфабрикатов различного назначения. Для дальнейшего расширения производства титана необходимо решить ряд задач, таких как - снижение высокой стоимости изготавливаемых изделий, увеличение выхода годного материала при высокой стоимости обработки, минимизировать образование отходов. Указанные обстоятельства стимулируют разработку способов производства таких заготовок или полуфабрикатов, размеры которых были бы близки к чистовым размерам деталей.

Порошковая металлургия позволяет не только создавать различные титановые материалы, но и получать спеченные заготовки с минимальными припусками на механическую обработку или обработку давлением. При изготовлении полуфабрикатов и готовых изделий из порошков титана и его сплавов основными факторами улучшения технико-экономических показателей производства деталей являются уменьшение трудоемкости изготовления деталей и резкое сокращение отходов титана.

Однако при получении и использовании дисперсных титановых порошков возникают экологические риски, которые необходимо дополнительно учитывать. К ним относятся пожаро- и взрывоопасность, способность накапливаться при попадании в организм человека и др. [4, 5]. В смежных областях науки и техники существует оценка риска для обеспечения безопасности промышленного производства, но комплексная методология оценки экологических рисков производств изделий из титана методом порошковой металлургии, и, следовательно, эффективных технологических приемов, позволяющих минимизировать данный риск, отсутствует и может приводить к аварийным ситуациям на производствах, которые наносят экологический и экономический ущербы.

Материалы диссертации являются результатом экспериментальных и теоретических работ, выполненных автором в Пермском государственном техническом университете на кафедрах «Охрана окружающей среды» и «Порошковое материаловедение» в соответствии с Инновационной научно-технической программой 13.10 «Трансфертные технологии, комплексы и оборудование» в 1992-1994гг., раздел 04, утвержденной Приказом Государственного Комитета по высшей школе Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ от 16.11.1992г. №686; Межвузовской научно-технической программой П.Т.401 «Перспективные материалы» в 1998-1999гг., раздел 04 «Функциональные порошковые материалы», утвержденной Приказом от 12.05.1998г. №1165 и Указанием от 22.12.1997г. №747-19 Министерства общего профессионального образования РФ; Федеральной целевой научно-технической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» ГНЦ РФ «Гиредмет» в 20012002гг., утвержденной Минпромнауки РФ; Единым заказ-нарядом 2.4.91 в 1991-1995гг., утвержденным Государственным Комитетом по высшей школе Министерства науки, высшей школы и технической политики РФ; Заданием Министерства образования Российской Федерации на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ в 2000-2004гг; Федеральной целевой научно-технической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» в 2002-2006гг., раздел «Исследования и разработки, выполняемые государственными научными центрами

Российской Федерации», государственный контракт ФГУП «Гиредмет» №41.600.1.4.0043 от 27.01.2003г. с Минпромнауки РФ; совместным Европейским проектом TGEP-10333-97 ТЕМПУС-ТАСИС (Пермский государственный технический университет, Пермский государственный университет, Венский технический университет, Высшая техническая школа г.Висбадена) в 1997-2000гг.

3. Разработать функциональную модель технологического процесса производства изделий из титана методом порошковой металлургии и на основе анализа жизненного цикла выявить основные экологические риски процесса.

5. Установить закономерности структурообразования при механо-активации и синтезе материалов методом порошковой металлургии.

6. Разработать научные, методические, инженерные и технологические приемы снижения экологических рисков загрязнений, связанные с производством материалов и изделий из механоактивированных порошков титана.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые изучена кинетика процесса измельчения титановой губки в вакуумном аттриторе; предложена модель процесса измельчения-конгломерации и установлено влияние величины размеров частиц и удельной поверхности, режима высокоэнергетической обработки на негативное воздействие на окружающую среду; впервые предложена схема структурного уровня деформации. Показано, что при измельчении в частицах порошка титана формируется ячеистое распределение дислокаций; впервые показано, что механическое активирование с использованием высокоэнергетического метода измельчения позволяет получать ультрадисперсный порошок оксида алюминия с развитой удельной поверхностью. Предложена стохастическая модель измельчения хрупких материалов и установлен механизм измельчения порошка оксида алюминия; впервые изучены процессы получения материалов из механически активированных порошков титана при введении легирующих и упрочняющих фаз, позволяющих снизить риски воздействия на окружающую среду.

Практическое значение работы состоит в следующем: установлены основные факторы экологического риска при производстве механоактивированных титановых порошков, материалов и изделий из них; на основе исследований жизненного цикла производства разработаны технические решения и средства по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и обеспечению экологичности ресурсосберегающего потенциала порошковой металлургии титана; по результатам исследований кинетики измельчения титановой губки и энергетического баланса работы вакуумного аттритора рекомендован режим измельчения, обеспечивающий получение механоактивированного порошка для производства титановых материалов, изделий и снижение экологических рисков; предложено комплексное использование экологически опасных механоактивированных порошков титана различной дисперсности, легирующих элементов и оксида алюминия для получения порошковых, композиционных и функциональных материалов с заданными свойствами при снижении экологических рисков;

- порошковые сплавы Ti-Al-Mn, композиционные Ti-АЬОз и функциональные ТЮ2-А1203 материалы рекомендованы для изготовления деталей конструкционного, функционального назначения и деталей, работающих в условиях износа;

- технологии и материалы прошли испытания и использованы на предприятиях: ЗАО «Наука и специальные технологии» (г.Чехов Московской области), Федеральное государственное унитарное предприятие «НИИ полимерных материалов» (г.Пермь), а также рекомендованы для промышленного применения;

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика выявления экологических аспектов, оценки и управления рисками в порошковой металлургии титана.

1990); международной научно-технической конференции «Химия твердого тела» (Одесса, 1990); XVII Всесоюзной научно-технической конференции «Порошковая металлургия» (Киев, 1991); научно-технической конференции «Ультрадисперсные и неупорядоченные системы. Свойства и структура» (Пермь, 1991); XXVII научно-технической конференции Пермского политехнического института по результатам НИР (Пермь,

1991); научно-технической конференции «Технология, машины и производства будущего» (Пермь, 1993); международной научно-технической конференции «Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий» (Сочи, 1993); международной отраслевой научной конференции, совещании, семинаре «Керамика в народном хозяйстве» (Москва, 1993); международной научно-технической конференции «Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий» (Челябинск, 1994); Второй Московской международной научно-технической конференции по композиционным материалам «Miss-94» (Москва, 1994); Российской научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы металлургии» (Екатеринбург, 1995); Всесоюзной научно-технической конференции «Химия твердого тела и новые материалы» (Екатеринбург, 1996); Австрийско-Российской научной конференции «Природоохранительные вопросы в системе управления движением отходов производства и потребления» (Пермь, 1999); межвузовской конференции «Проблемы экологического образования в высшей школе» (Пермь, 1999); ВЭЙСТТЭК — Втором международном конгрессе по управлению отходами (Москва, 2001); VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новый взгляд на проблемы безопасности в XXI веке: Безопасность - XXI» (Иркутск, 2001); областной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы экологической безопасности на урбанизированных территориях» (Пермь, 2001).

Публикации. Всего опубликовано 56 печатных трудов. По материалам диссертации опубликовано 34 работы, в том числе 3 монографии, 2 патента: № 2030369 РФ, Бюл. № 7, 1995г. и № 2232213 РФ, Бюл. № 19 от 10.07.2004г.

Личный вклад автора состоит в организации и постановке экспериментальных и теоретических исследований, непосредственном участии в их проведении, в анализе результатов исследований, в обобщении и обосновании всех защищаемых положений, использованных на предприятиях ЗАО «Наука и специальные технологии» (г.Чехов Московской области) и ФГУП «НИИ полимерных материалов» (г.Пермь).

Автор выражает искреннюю признательность за внимание и поддержку, ценные советы, критические замечания и помощь профессору, доктору медицинских наук Вайсману Я.С.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Анциферова, Ирина Владимировна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложены методические принципы и техника экологического менеджмента, позволяющие выбрать и применить на практике методы и инструменты, которые с учетом спецификации производства обеспечивают анализ и оценку воздействия предприятия на окружающую среду. В результате предприятие получит представления о воздействии на окружающую среду используемых технологических процессов и продукции и сможет принять объективные управленческие решения, направленные на постоянное улучшение охраны окружающей среды.

2. Проведена идентификация экологических аспектов в порошковой металлургии титана с помощью метода функционального моделирования технологических процессов по стандарту IDEF0. Идентифицированы как прямые (связанные со штатной деятельностью) экологические аспекты, так и косвенные (потенциальные), возникающие в результате нештатных ситуаций.

С помощью диаграммы Ишикавы выявлены причины, приводящие к возникновению аварийных ситуаций и, как следствие, к аварийным выбросам.

Ранжированы причины по важности на основе экспертных оценок с использованием методов парного сравнения и Парето. Причины, попавшие в область 80 %, считаются важными.

На основе FME-анализа разработаны природоохранные и корректировочные мероприятия, обеспечивающие безопасность при производстве материалов и изделий из порошков титана.

3. Для снижения экологических рисков при измельчении титановой губки в порошок предложено современное эффективное высокоэнергетическое оборудование - вакуумный аттритор. Применение вакуума позволяет исключить воспламенение порошка при измельчении, а разработанные оптимальные режимы - регулировать дисперсность порошка с уменьшением пылеобразования до концентраций не выше нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ). Проведен расчет процессов теплообмена при измельчении. Установлен режим, исключающий перегрев вакуумного аттритора при эксплуатации в процессе измельчения и снижающий риски загрязнения окружающей среды.

4. Установлены закономерности высокоэнергетического диспергирования титановой губки в порошок. Рассмотрен механизм разрушения конгломератов частиц в процессе измельчения и межчастичного сваривания. При измельчении в вакууме характерна конгломерация частиц. Рост конгломератов и последующее их разрушение приводит к немонотонной зависимости дисперсности порошковой смеси от времени измельчения. Показано существование критического размера частиц в зависимости от параметров процесса измельчения. Форма частиц - чешуйчатая.

Установлены основные технологические параметры получения механоактивированных титановых порошков с высокими технологическими характеристиками, обеспечивающих получение материалов и изделий из них с повышенными свойствами.

5. Показана эффективность технических и технологических решений при получении механоактивированных титановых порошков, материалов и изделий из них через снижение показателя RPZ FME-анализа, заключающегося в уменьшении пожаро- и взрывоопасности и влияния их на организм человека.

6. Для снижения экологических рисков разработаны процессы по использованию дисперсной фракции механоактивированных титановых порошков при получении порошковых Ti-Al, Ti-Al-Mn сплавов. Дериватографические исследования выявили основные закономерности твердофазных реакций, протекающих при спекании Ti-Al композиций. Показано, что кинетику диффузионных процессов определяет растворение А1 в Ti, а не Ti в А1.

Установлены закономерности структурообразования и связь между структурой, составом и свойствами сплавов. Получены уравнения регрессии для предела прочности (ав) и вязкости разрушения (К\с) в зависимости от состава и времени спекания сплавов. Однородную структуру и оптимальные свойства имеют сплавы, спеченные при температуре 1300 °С и времени выдержки 4 ч.

7. Для снижения рисков разработаны технологии по применению тонкодисперсной составляющей механоактивированных порошков с целью получения композиционных ТьА12Оз и функциональных материалов ТЮг'АЬОз, для чего изучен механизм и параметры процесса измельчения порошка оксида алюминия в дезинтеграторной установке. Показано, что дезинтеграторный метод измельчения является эффективным способом высокоэнергетической обработки, обеспечивающим с учетом максимальной производительности и КПД минимальный размер частиц порядка 0,1 мкм при сокращении времени измельчения.

8. Предложена стохастическая модель измельчения хрупких материалов на примере оксида алюминия, основанная на оценке дефектности кристаллической структуры и конгломерации частиц. Установлено, что механическая активация связана, главным образом, с уменьшением размера частиц, увеличением удельной поверхности и в меньшей степени — с дефектами кристаллической решетки.

9. Изучены процессы получения композиционных порошков ТЮг-АЬОз из механически легированной смеси H-AI2O3 при регулируемом окислении в контролируемых атмосфере и температуре.

Изучены реологические свойства пластифицированных смесей порошка ТЮ2-А12Оз. Определены истинная скорость, напряжение сдвига течения пластифицированной смеси и получена зависимость между ними.

Ю.Разработаны технологические процессы получения порошковых, композиционных и функциональных материалов на основе механоактивированных порошков титана, легирующих и упрочняющих фаз, обеспечивающих снижение экологических рисков. Проведены испытания разработанных материалов и изделий из них, даны рекомендации по их применению на предприятиях: ЗАО «Наука и специальные технологии» (г.Чехов Московской области), ФГУП «НИИ полимерных материалов» (г.Пермь).

Библиография Диссертация по биологии, доктора технических наук, Анциферова, Ирина Владимировна, Пермь

1. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов / Под ред. Б.С. Митина. М.: Металлургия, 1987. 792 с.

2. Левина Д.А. Мировая порошковая металлургия на подъеме // Порошковая металлургия. 2000. № 7/8. С. 122-126.

3. Новые материалы / Колл. авторов. Под научной ред. Ю.С. Карабасова. М.: МГИСиС, 2002. 736 с.

4. Анциферова И.В. Окружающая среда и производство порошковых изделий: Конспект лекций; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь. 2002. 29 с.

5. Порошковая металлургия: Справочник. Киев: Наукова Думка, 1985. 623 с.

6. Наше общее будущее: Доклады Международной комиссии по окружающей среде и развитию (МКОСР): Пер. с англ. Предисл. Г. Харлем Брундтланд. М.: Прогресс, 1981. 371 с.

7. Порошковая металлургия в СССР: История. Современное состояние. Перспективы. М.: Наука, 1996. 294 с.

8. Порошки цветных металлов: Справочник / Под ред. С.С. Набойченко. М.: Металлургия, 1997. 542 с.

9. Брахнова И.Т. Вопросы гигиены труда на предприятиях порошковой металлургии // Гигиена и металлургия. 1968. С. 97-98.

10. Ю.Брахнова И.Т. Токсичность порошков металлов и их соединений. Киев:

11. Наукова Думка, 1971. 224 с. 11 .Нейков О.Д. Постоянные магниты на основе редкоземельныхэлементов/ О.Д. Нейков, Дж. Верник. М.: Металлургия, 1973. 225 с. 12.Правила устройства электроустановок. 6-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1987. 646 с.

12. Чуянов Г.Г. Обезвоживание, пылеулавливание и охрана окружающей среды. М.: Недра, 1987. 260 с.

13. Жорняк А.Ф. Защитные газовые среды. Киев: Наукова Думка, 1970. 42с.

14. Физико-химические свойства окислов: Справочник. М: Металлургия, 1969. 455 с.

15. Гирмат В.А. Металлургия титана / В.А. Гирмат, Б.С. Гуляницкий, В.Ю. Крамник. М: Металлургия, 1968. 643 с.

16. Устинов B.C. Порошковая металлургия титана / B.C. Устинов, Ю.Г. Олесов, В.А. Дрозденко, Л.Н. Антипин. М.: Металлургия, 1981. 248 с.

17. Nahmann, Bilkehor, Ertl. Tiz Fachber. 1990. 114, № 2. P. 111-119.

18. Порошковая металлургия титановых сплавов: Сб. науч. трудов / Под ред. Ф.Х. Фроус, Дж.Е. Смугерески; Пер. с англ. С.Г. Глазунова. М.: Металлургия, 1985. 262 с.

19. Воробьев Б.Я. Производство изделий из титановых порошков / Б.Я. Воробьев, Ю.Г. Олесов, В.А. Дрозденко. Киев: Изд-во «Техника», 1976. 174 с.

20. Гопиенко В.Г. Электролитическое рафинирование титана в расплавленных средах / В.Г. Гопиенко, А.И. Иванов, Н.И. Ануфриева. М.: Металлургия, 1972. 95 с.

21. Сучков А.Б. Электролитическое рафинирование в расплавленных средах. М.: Металлургия, 1970. 255 с.

22. Нейков О.Д. Аспирация и обесточивание воздуха при производстве порошков / О.Д. Нейков, И.И. Логачев. М.: Металлургия, 1981. 192 с.

23. Правила безопасности при производстве губчатого титана и титановых порошков. М.: Металлургия, 1979. 48 с.

24. Костина Е.С. Взрывоопасность порошков титана. Киев: Наукова Думка, 1981.200 с.

25. Айзенкольб Ф. Порошковая металлургия: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1959.518 с.

26. Костина Е.С. Воспламеняемость порошков металлов, сплавов и соединений: Препринт. Киев: ИПМ АН УССР, 1978. 26 с.

27. Легасов В.А. Из сегодня в завтра. Мысли вслух. М., 1996. 226 с.

28. Пирфирьев Б.Н. Экологическая экспертиза и риск технологий. М.: ВИНИТИ, 1990. 204 с. (Итоги науки и техники. Сер. Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов / ВИНИТИ. Т. 27).

29. Кузьмин И.И. Концепция безопасности: от риска «нулевого» к «приемлемому» / И.И. Кузьмин, Д.А. Шапошников // Вестник РАН. 1994. Т. 64, № 5. С. 402-408.

30. Басанина Т.Г. Директива ЕЭС «О предупреждении крупных промышленных аварий (Директива «Севезо»)» / Т.Г. Басанина, Е.В. Кловач // Безопасность труда в промышленности. 1993. № 10. С. 39-47.

31. Green А.Е. High Risk Safety Technology. N.-Y.: Wiley, 1982. 654 p.

32. Guide to Hazardous Industrial Activities. Hague, 1985.

33. Guidelines for Hazard-Evaluation Procedures. Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers. N.-Y., 1985.

34. Guidelines for Hazard Evaluation Procedures. Second Edition with Worked Examples. Ibidem, 1992. 461 p.

35. Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis. Ibidem, 1989. 585 p.

36. Methods for the Determination of Possible Damage to People and Objects Resulting from Releases of Hazardous Materials. CPR 16 E, TNO GREEN BOOK. Hague, Voorburg, Dec. 1989.

37. Crowi D.A. Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications / D.A. Crowi, J.F. Louvar. N.J.: Prentice Hall, 1990. 426 p.

38. Risk Assessment and Risk Management for the Chemical Process Industry 1 Edited by H.R. Greenberg, J J. Cramer. N.-Y.: Van Nostrand Reinhold Company, 1991. 315 p.

39. Methods for the Calculation of Physical Effects Resulting from Releases of Hazardous Materials (Liquids and Gases). Commitee for the Prevention of Disasters. TNO YELLOW BOOK. Netherlands, Voorburg, 1992.

40. Covello V.T. Risk Assessment Methods Approaches for Assessing Health and Environmental Risks / V.T. Covello, M.W. Merkhofer. N.-Y., London: Plenum Press, 1993. 318 p.

41. Kolluru R. Risk Assessment and Management Handbook: For Environmental. Health and Safety Professionals / R. Kolluru, S. Bartell, P. Pitblade, S. Stricoff. N.-Y.: Mc Graw-Hill, 1995.

42. Kummamoto H. Probabilistic Risk Assessment and Management for Engineers and Scientists. Second Edition / H. Kummamoto, E.J. Henley. N.-Y.: IEEE Press, 1996. 598 p.

43. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах: Пер. с англ. JL: Химия, 1983. 352 с.

44. Хенли Э.Дж. Надежность технических систем и оценка риска / Э.Дж. Хенли, X. Кумамото / Пер. с англ.; Под ред. B.C. Сыромятникова. М.: Машиностроение, 1984. 528 с.

45. Предупреждение крупных аварий. Практическое руководство / Пер. с англ.; Под ред. Э.В. Попова. М.: МП «Рарог», 1992. 256 с.

46. Ларичев О.И. Анализ риска и проблемы безопасности: Препринт ВНИИсистем. исслед. / О.И. Ларичев, А.И. Мечитов, С.В. Ребрик. М., 1990. 60 с.

47. A.Н. Проценко, М.Д. Сегаль, И.И. Кузьмин // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1993. № 9. С. 17-26.51 .Принципы техногенной безопасности производств и построения систем управления риском: Учеб. пособие / Ю.Н. Арсеньев, В.И. Бушинский,

48. B.А. Фатуев; Тульский гос. техн. ун-т. Тула, 1994. 111 с. 52.3лобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. М.: Металлургия, 1968.460 с.

49. Измалков В.И. Экологическая безопасность, методология прогнозирования антропогенных загрязнений и основы проектирования химического мониторинга окружающей среды. СПб: НИЦ экологической безопасности РАН, 1994. 132 с.

50. Измалков В.И. Безопасность и риск при техногенных воздействиях / В.И. Измалков, А.В. Измалков. СПб: НИЦ экологической безопасности РАН, 1994. 250 с.

51. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. пособие в 5-ти кн. М.: Изд-во «АСВ», 1995-2001.

52. Прогноз последствий аварий на объекте хранения боевых отравляющих веществ в районе г.Камбарки Удмуртской республики / Под ред. В.М. Колодкина. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1995. 110 с.

53. Колодкин В.М. Оценка риска, связанного с объектами хранения химического оружия на территории Удмуртской республики / В.М. Колодкин, М.Э. Галиуллин, Р.Ш. Галиуллин; Под ред. В.М. Колодкина. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1996. 220 с.

54. Быков А.А. Проблемы анализа безопасности человека, общества и природы / А.А. Быков, Н.В. Мурзин. СПб: Наука, 1997. 248 с.

55. Кузьмин И.И. Безопасность и риск: эколого-экономические аспекты / И.И. Кузьмин, Н.А. Махутов, С.В. Хетагуров. СПб: Изд-во «СПб ГУ ЭФ», 1997. 164с.

56. Моделирование природоохранной деятельности: Учеб. пособие / А.А. Быков. М.: Изд-во «НУМЦ Госкомэкологии», 1998. 182 с.

57. Шахраманьян М.А. Оценка природной и техногенной безопасности России: теория и практика / М.А. Шахраманьян, В.А. Акимов, К.А. Козлов. М.: ФИД «Деловой экспресс», 1998. 218 с.

58. Маганов Р. Декларирование безопасности промышленной деятельности: методы и практические рекомендации. М.: Нефтяная компания «Лукойл», 1999. 140 с.

59. Колодкин В.М. Количественная оценка риска химических катастроф / В.М. Колодкин, А.В. Мурин, А.К. Петров, В.Г. Горский; Под ред. В.М. Колодкина. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 2001. 208 с.

60. Теория и информационная технология моделирования безопасности сложных систем / РАН, Ин-т проблем машиноведения. СПб, 1994. Вып. 1. С. 3-22.

61. Система предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях: Понятийно-технологический словарь. Минск: Полымя, 1992.

62. Горский В.Г. Анализ риска методологическая основа обеспечения безопасности химико-технологических объектов / В.Г. Горский, В.К. Курочкин, К.П. Дюмаев // Российский химический журнал. 1994. T.XXXVIII. № 2. С. 54-61.

63. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий: ОНД-86. Д.: Гидрометеоиздат, 1987. 93 с.

64. Батырев В.В. Выявление и оценка химической обстановки в случае аварийных выбросов в промышленности и на транспорте / В.В. Батырев, Ю.В. Бражников // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1990. № 5. С. 73-84.

65. РД 52.04.253-90. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. Л.: Госкомгидромет, 1991. 23 с.

66. Методика оценки последствий химических аварий (методика ТОКСИ). М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 1993. 19 с.

67. Лимар Е.Е. Методология расчета риска при авариях на газотранспортных системах // Основные направления в решении проблемы экологического риска топливно-энергетического комплекса: Сб. науч. трудов / ВНИИГАЗ. М., 1994. С. 156-163.

68. Методика оценки последствий химических аварий (методика ТОКСИ). 2-я ред. М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 1999. 83 с.

69. ПБ-03-182-98. Правила безопасности для наземных складов жидкого аммиака. М.: Госгортехнадзор, 1999. 94 с.

70. Методика определения площади зоны защитных мероприятий, устанавливаемой вокруг объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия. М., 1999.

71. Буланов В.Я. Диагностика металлических порошков. / В.Я. Буланов, Л.И. Кватер, Т.В. Далгаль, Т.А. Угольникова, В.Б. Акименко. М.: Наука, 1983. 278 с.

72. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. в 3-х томах / Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. Т. 1. Методы испытаний и исследований. В 2-х кн. Кн. 1. М.: Металлургия, 1991. 304 с.

73. Анциферов В.Н. Определение химической неоднородности распределения элементов в порошковых материалах / В.Н. Анциферов, Н.Н. Масленников, С.Н. Пещеренко // Порошковая металлургия. 1982. № 2. С. 62-66.

74. Худсон Д. Статистика для физиков. М.: Мир, 1970. 296 с.

75. Уманский Я.С. Рентгенография металлов. М.: Металлургия, 1967. 235 с. 86.Экологический менеджмент: Учеб. пособие / О.И. Ручкинова, И.В.

76. Анциферова, С.В. Максимова, В.Ю. Петров, К. Норт; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2000. 234 с.

77. Норт К. Основы экологического менеджмента (введение в экологию промышленного производства). М.: Изд-во АО «Инфра-М», АО «Премьер», 1994. 218 с.

78. Goralezyk D. Strategisches Umweltschutzmanagement in der Industrie. Wien, 1995.

79. Пашков Е.В. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления / Е.В. Пашков, Г.С. Фомин, Д.В. Красный. М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1997. 464 с.

80. Подлепа С.А. Системы экологического управления на базе стандартов ИСО серии 14000. Некоторые проблемы разработки и внедрения / С.А. Подлепа, Е.В. Пашков // Стандарты и качество. 1998. № 5.

81. Butterbrodt D. Techniken des Umweltmanagements: die Umweltvertraglichkeit umfassend verbessern / D. Butterbrodt, U. Tammler, Hrgs. von G.F. Kamiske. Munchen. Wien: Hanser, 1996.

82. Буланов В.Я. Технология и экономика порошковой металлургии / В.Я. Буланов, А.А. Куклин, Е.С. Мичкова, В.Б. Акименко. М.: Наука, 1989. 223 с.

83. Stahlmann V. Die Methode ABC/XYZ Bewertung, Okobilanzierung in betrieblichen Management. Wurzburg: Vogel Buchverl, 1993.

84. Систер В.Г. Экология и техника сушки дисперсных материалов / В.Г. Систер, В.И. Муштаев, А.С. Тимонин. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 1999. 669 с.

85. Анциферов В.Н. Спеченные сплавы титана / В.Н. Анциферов, B.C. Устинов, Ю.Г. Олесов. М.: Металлургия, 1984. 167 с.

86. Анциферов В.Н. Моделирование процесса получения порошков титана / В.Н. Анциферов, С.А. Мазеин, С.Н. Пещеренко, А.А. Сметкин // Цветные металлы. 1995. № 4. С. 77-79.

87. Abe Yoshio R. Effect of ambient temperature on the formation and stability of Nanocrystalline structures in the Ti-Cu system / R. Abe Yoshio, L. Jonson William // J. Jap. Soc. Powder Met. 1993. 40, № 3. P. 272-277.

88. Gusong Li, Bingzhe Ding, Weifang Miao, Lilli Ye, Jianting Guo // Jinshu xuebao Asta met. Sin. 1994. 30, № 2. P. B91-B96.

89. Bhagiradha Rao E.S., Thesis Phi. D. // II Scr., Bangalore, India. 1984.

90. Bhagiradha Rao E.S., Mallya R.M., Sastry D.H. // Trans. Ind. Inst. Metals. 1986. 39. P. 596.

91. ЮЗ.Поварова К.Б. Использование механического легирования для получения сплавов хрома / К.Б. Поварова, Е.К. Заразина, С.С. Лукьянчикова // Металлы. 1994. № 2. С. 67-75.

92. Satoh М. Funtai oyobi funmatsu yakin / M. Satoh, Т. Yamashita, К. Miyanami, К. Higashi, Sh. Tanimura, H. Inada, K. Tsuji // J. Jap. Soc. Powder Met. 1993. 40, № 3. P. 299-302.

93. Aikin B.L.M. Formation of aluminium nitride during cryomilling of NiAl / B.L.M. Aikin, R.M. Dickerson, D.T. Laune, S. Farmer, J.D. Whittenberger // Scr. Met. Et mater. 1994. 30, № 3. P. 119-122.

94. Kosmas T. Milling and mechanical alloying of inorganic nonmetallic / T. Kosmas, T.N. Courtney // J. Mater. Res. 1992. 7, № 6. P. 1519-1525.

95. Itsukaichi Т. Mechanically alloyed Ni50Ti50 its transformations by thermal treatments / T. Itsukaichi, S. Ohura, J.G. Cabanas-Moreno, M. Umemoto, I. Okane // J. Mater. Sci. 1994. 29, № 6. P. 1481-1486.

96. Froes F.H. Synthesis of advanced lightweight metals by powder metallurgy techniques // F.H. Froes, C. Suryanarayana, P.R. Taylor, C.M. Ward-Close, P. Goodwin // Powder metallurgy. 1996. 39, № 1. P. 63-65.

97. Ярмонов А.Н. Механические свойства спеченного материала на основе механоактивированных титановых порошков // Материалы и технологии XXI века: Сб. материалов Всероссийской науч.-техн. конф. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2001. Ч. 1. С. 113-115.

98. Огнев Р.К. Некоторые вопросы легирования металлокерамического титана / Р.К. Огнев, В.М. Анохин, Г.Г. Коломец, В.В. Райцес // Порошковая металлургия: Сб. науч. трудов / Перм. политех, ин-т. Пермь, 1970. № 80. С. 146-152.

99. Анциферов В.Н. Технология спеченных титановых сплавов: Препринт/ В.Н. Анциферов, А.П. Вакутин, JI.A. Демидова, B.C. Онищак; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1985. 57 с.

100. Шаповалова О.М. Разработка методики определения микротвердости электролитических титановых порошков / О.М. Шаповалова, Я.Т. Мовчан // Металлургия и химия титана: Науч. труды / Институт титана. М.: Металлургия, 1975. Вып. 11. С. 124-128.

101. Корнилов И.И. Исследование некоторых характеристик прочности химической связи соединений Ti^O, Ti30, образующихся из а-твердыхрастворов системы титан-кислород / И.И. Корнилов, В.В. Глазова // Доклады АН СССР. 1964. Т. 154, № 3. С. 638-641.

102. Одинг И.А. Новые исследования титановых сплавов / И.А. Одинг, B.C. Иванова, Е.С. Косякина. М.: Наука, 1965. 168 с.

103. ЦвикерУ. Титан и его сплавы: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979. 520 с.

104. Корнилов И.И., Власов B.C. // Изв. АН СССР. Отделение технических наук. 1958. №4. С. 30.

105. Материалы в машиностроении: Справочник. М.: Машиностроение, 1967. Т. 1.304 с.

106. Борисова Е.А. Исследование свойств сплавов систем Ti-Zr и Ti-Zr-Al / Е.А. Борисова, И.И. Шашенкова // Титановые сплавы для новой техники. М.: Наука, 1968. С. 171-176.

107. Титановые сплавы для новой техники. М.: Наука, 1968. 278 с.

108. Федотов С.Г. Зависимость упругих свойств титановых сплавов от состава и строения // Титан и его сплавы: Сб. статей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. Вып. 10. С. 188-201.

109. Глазова В.В. Легирование титана. М.: Металлургия, 1966. 192 с.

110. Молчанова Е.К. Атлас диаграмм состояния титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1964. 392 с.

111. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. 131 с.

112. Анциферов В.Н. Конструкционные сплавы на основе порошкового титана / В.Н. Анциферов, Б.А. Берестов, Л.Ф. Костюченко // Порошковые конструкционные материалы: Сб. трудов. Киев: ИПМ АН УССР, 1980. С. 75-77.

113. Солонина О.П. Жаропрочные титановые сплавы / О.П. Солонина, С.Г. Глазунов. М.: Металлургия, 1976. 447 с.

114. Портной К.И. Композиционные материалы. М.: Наука, 1981. 305 с.

115. Борок Б.А. Порошковая металлургия: Труды ЦНИИЧМ / Б.А. Борок, Г.М. Карпман. М.: Металлургия, 1965. Вып. 43. С. 172.

116. Портной К.И. Дисперсно-упрочняемые жаропрочные сплавы // Порошковая металлургия: Материалы IX Всесоюзной конф. по порошковой металлургии. Рига, 1968. С. 205-208.

117. Савицкий Е.М. Зависимость сопротивления сжатию металлокерамических сплавов никель-окись алюминия от величины зерна никелевой матрицы / Е.М. Савицкий, В.А. Куликов, В.М. Сергеенкова, Б.К. Рахимшанов // Изв. ВУЗов. Физика. 1967. № 5. С. 5462.

118. Григорьева В.В. Упрочнение металлов окислами / В.В. Григорьева, В.М. Сергеенкова // Труды VII Всесоюзной конф. по порошковой металлургии. Ереван, 1964. С. 220-224.

119. Патент № 3019103 США. 30.01.1962.

120. Композиционные материалы: Справочник / Под ред. Д.М. Карпиноса. Киев: Наукова Думка, 1985. 592 с.

121. Патент № 3246782 США. 1962.

122. Патент № 3147543 США. 1962.

123. Патент № 3070468 США. 1962.

124. Титан, металловедение и технология: Труды 3-ей международной конф. по титану. М.: ВИЛС, 1978. Т. 3. 542 с.

125. Широкова Н.И. Структура и свойства спеченного титана, легированного молибденом и кислородом / Н.И. Широкова, В.М. Анохин, Р.К. Огнев // Порошковая металлургия. 1977. № 8. С. 39-43.

126. Портной К.И. Дисперсноупрочненные материалы / К.И. Портной, Б.Н. Бабич. М.: Металлургия, 1974. 193 с.

127. Елютин В.П. Высокотемпературные материалы. Ч. 2. Получение и физико-химические свойства высокотемпературных материалов / В.П. Елютин, В.И. Костиков, Б.С. Лысов. М.: Металлургия, 1973. 464 с.

128. Карагедов Г.Р. Особенности наноизмельчения а-АЬОз и Z1O2 / Г.Р. Карагедов, Е.А. Рыжиков, С.С. Шацкая // Химия в интересах устойчивого развития. Новосибирск: Сиб. отд-ние РАН, 2002. № 10. С. 89-98.

129. Jimbo G., Zhao Q.Q., Yokoyama Т., Taniyama Y. // Proc. 2nd World Congr. Particle Technology, Kyoto, Japan, 1990. P. 305-312.

130. Bokhonov B.B., Rykov A.L., Paramsin S.M. // Int. J. Mater. Processing. 1993. l.P. 501.

131. Анциферова И.В. Кинетика дробления порошка хрупких материалов / И.В. Анциферова, С.Н. Пещеренко // Структура и свойства композитов на основе дисперсных систем: Сб. науч. трудов. Свердловск: УрО АН СССР, 1991. С. 52-55.

132. Анциферова И.В. Механизм и кинетика дробления порошков диоксида циркония / И.В. Анциферова, С.Н. Пещеренко // Инженерно-физический журнал. 1996. Т. 69, № 1. С. 3-8.

133. Анциферова И.В. Получение и свойства композиционных материалов на основе оксида алюминия: Автореф. дис. канд. техн. наук. Москва, 1992. 15 с.

134. Вакутин А.П. Исследование влияния легирования окислами и упрочняющей термической обработки на свойства спеченного титана: Автореф. дис. канд. техн. наук. Минск, 1978. 20 с.

135. Бирюков Ю.А. Особенности получения субмикронных порошков тугоплавких соединений в пневмоциркуляционном аппарате / Ю.А. Бирюков, А.Т. Росляк, JI.H. Богданов, В.В. Перков // Вестник ПГТУ.

136. Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. трудов / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2000. Вып. 5. С. 28-31.

137. Benjamin J.S. //Met. Trans. 1970. 1. P. 2943.

138. Allen R.E. // In Proc. 2nd Int. Conf. Superalloy Processing: MCIC Report. 1972. X-l.

139. Шумихин А.Г. Оптимизация процесса струйного смешивания с учетом устойчивости стационарных режимов / А.Г. Шумихин, А.И. Черепанов, С.В. Щербаков, В.В. Кафаров // Теоретические основы химической технологии. 1988. Т. 22, № 2.

140. Отчет о НИР (заключительный), Ч. 2 / РИТЦ ПМ; Руководитель B.C. Онищак. № ГР 0187.0010100; Инв. № 029.10038781. Пермь, 1990. 166 с.

141. Пульцин Н.М. Взаимодействие титана с газами. М.: Металлургия, 1969. 216 с.

142. Оболенцев Ф.Д. Изготовление изделий сложной конфигурации из термопластичных шликеров / Ф.Д. Оболенцев, В.Г. Борщ // Порошковая металлургия. 1985. № 3. С. 15-18.

143. Анциферов В.Н. Особенности получения пористых нитридкремниевых материалов из тонкостенных элементов / В.Н. Анциферов, В.Г. Гилев // Порошковая металлургия. 1991. № 8. С. 44-47.

144. Жуков Н.Д. Кинетика предварительного удаления органической связки из отливок / Н.Д. Жуков, Э.А. Александрова, Л.М. Терехов, В.Д. Лемехов // Стекло и керамика. 1991. № 2. С. 23.

145. Булычев В.П. Роль пластификатора при мундштучном прессовании заготовок из карбида кремния / В.П. Булычев, В.И. Тюрленев // Порошковая металлургия. 1982. № 2. С. 21-27.

146. Заявка 60-86184 Япония, МКИ3 С 04В 11/10. Связующее. 1985.

147. Дмитриев И.А. Пластифицирование высокоглинистых масс / И.А. Дмитриев, М.И. Подковыркин, Т.М. Клещева // Стекло и керамика. 1987. №8. С. 21.

148. А.С. № 536144 СССР, МКИ С 04В 33/00. Композиция для изготовления тонкостенных керамических изделий. 1976.

149. А.С. № 565020 СССР, МКИ С 04В 33/00. Связка для прессования порошка из непластичных материалов. 1977.

150. Получение и применение гидрозолей диоксида кремния // Элементорганические соединения и их применение: Обзор, информ. / НИИТЭХЭМ. М., 1987. 58 с.

151. Пономарева Н.Н. Удаление связки и спекание пленочной керамики / Н.Н. Пономарева, Б.З. Невзнер, Р.К. Досина, B.C. Хейфец // Стекло и керамика. 1988. № 11. С. 20-21.

152. Иткис З.Я. Механизм упрочнения формовочных смесей, импрегнированных термопластичными полимерами / З.Я. Иткис, В.Х. Каршенштейн // Литейное производство. 1984. № 9. С. 20-21.

153. А.С. № 1203073 СССР, МКИ С 04В 35/00. Связующее. 1986.

154. А.С. № 1266842 СССР, МКИ С 04В 35/00. Состав связки для прессования керамических порошков. 1986.

155. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

156. Бегишев В.П. Своенравный мир полимеров: в кн. Эффект академического исследования / В.П. Бегишев, Е. Славнов. Пермь, 1984. С. 33-38.

157. Сидоров Ю.И. Временные органические связки в производстве керамических изделий / Ю.И. Сидоров, А.Д. Киричек, И.И. Костюк // Стекло и керамика. 1989. № 3. С. 20-22.

158. Бегишев В.П. Вискозиметрия и кинетика начальных стадий отверждения полиуретанов / В.П. Бегишев, А.Я. Малкин, Куличихин, В.А. Кожина // В.М.С. 1983. Т. XXV (А), № 2. С. 1948-1952.

159. Дмитриев И.А. Модифицированная керамика на основе А1203 I И.А. Дмитриев, М.И. Подковыркин, Т.М. Клещева // Стекло и керамика. 1990. № 1.С. 27-29.

160. А.С. № 1706687 СССР, МКИ5 В 01J 2/10. Гранулятор периодического действия. 1990.

161. Ханов A.M. Композиционные материалы сотовой структуры на основе дисперсных систем / A.M. Ханов, М.Н. Игнатов, В.В. Смирнов, А.Б. Сметанин // Сб. науч. трудов Московской международной конф. по композитам. М., 1990. С. 83.

162. Анциферова И.В. Экологические риски в порошковой металлургии титана / И.В. Анциферова, А.А. Сметкин, А.Н. Ярмонов // Вестник

163. ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий: Сб. науч. трудов / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2002. Вып. 8. С. 119-126.

164. Анциферова И.В. Выявление экологических аспектов при производстве изделий из титанового порошка // Конструкции из композиционных материалов. ФГУП ВНИИМИ. М., 2003. Вып. 2. С. 1325.

165. Анциферова И.В. Порошковые титановые материалы // Вестник ОГУ. 2004. № 2. С. 198-202.

166. Бюрен В. Дефекты в кристаллах. М.: Иностранная литература, 1962. 584 с.

167. Ristic М.М. Mechanical activation of inorganic materials / M.M. Ristic, S.Dj. Milosevic. Belgrade: Serbian Academy of Sciences and Arts, 1998. 67 p.

168. Фридель Ф. Дислокации. M.: Мир, 1967. 643 с.

169. Глейзер Г. Болыпеугловые границы зерен / Г. Глейзер, Б. Чалмерс. М.: Мир, 1975. 374 с.

170. Маклин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965. 431 с.

Информация о работе

Анциферова, Ирина Владимировна
доктора технических наук
Пермь, 2004
ВАК 03.00.16

Диссертация

Управление экологическими рисками при получении материалов из титана методом порошковой металлургии - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы