2.5. Потребность в инвестициях и показатели экономической эффективности

Для реализации проекта требуются инвестиции в размере 15,08 млн. рублей:

Этап	Потребность в инвестициях, млн. руб.
Запуск пилотной Технологической линии	5,3
Создание линейки покрытий для различных деталей заказчиков.	1,78
Создание автоматизированной Технологической линии для продажи	3,27
Подбор и оплата труда команды	4,73
Итого:	15,08

Показатели эффективности инвестиций представлены ниже:

Чистая приведенная стоимость (NPV) за 3 года	78.2 млн. руб.
Годовая ставка дисконтирования	20%
Дисконтированный срок окупаемости	2 года
Внутренняя норма рентабельности (IRR)	209%

3. Описание продукта

3.1. Описание конечного продукта

Конечными продуктами проекта являются:

1. Технологические линии для диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов в комплекте с компьютерными программами, обеспечивающими возможность прогнозирования состава покрытия в зависимости от режимов диффузионной металлизации.

2. Сервис по нанесению диффузионных покрытий сторонним организациям.

3. Лицензии на использование технологии диффузионной металлизации.

Технологическая линия состоит из двух составляющих со следующими характеристиками (характеристики опытной линии):

I. Печь для диффузионной металлизации.

1. Мощность вакуумной печи 20 кВт;

2. Габариты рабочего пространства камеры (D500хH500), (где D –диаметр камеры, Н – высота);

3. Максимальная температура нагрева 1250⁰С;

4. Вакуум 10^-3 Па.

II. Устройство для очистки и окончательной термической обработки.

1. Потребляемая мощность 5 кВт;

2. Габариты рабочего пространства оборудования (D500хH500), (где D –диаметр камеры, Н – высота);

3. Максимальная температура 700⁰С.

3.2. Текущая стадия реализации проекта

Проект находится на стадии опытного образца.

1) Проведены комплексные исследования процесса формирования диффузионных покрытий на сталях с различной степенью легирования. Произведена оценка факторов влияющих на кинематику формирования покрытий, а так же их состав, структуру и свойства. Произведена оптимизация режимов диффузионной металлизации, обеспечивающее совмещение процесс металлизации с термической обработкой сталей и проведены исследования влияния пластического деформирования на механические и физико-химические свойства деталей с покрытием.

2) Разработано и изготовлено оборудование, обеспечивающее полную реализацию технологического цикла диффузионной металлизации и Т.О.

Рис. 1. Опытная установка для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, изготовленная на базе вакуумной электропечи СГВ –2,4-2/15-ИЗ.

Рис. 2. Опытная установка для очистки от следов расплава и окончательной термической обработки.

3) Ведутся дополнительные исследования по влиянию пластического деформирования на процесс наноструктурирования диффузионных покрытий. Данные исследования описаны в монографии и 2-х докторских диссертаций.

4) Организовано изготовление роликовых ножей и их опор, применяемых для перфорации нефтяных скважин. На базе малого предприятия ООО «Нефтемаш» с применением данных ножей было перфорированы 200 скважин, при этом, повысилась производительность перфорации и полностью исключена аварийность, связанная с разрушением роликовых ножей и их опорных осей.

На данном этапе разработаны технологические процессы диффузионной металлизации конструкционных и инструментальных сталей, чугунов, твердосплавных сплавов типа ВК, ТК, ТТК следующими сплавами:

1. Покрытия на базе карбида титана

Данные покрытия формируются за счет диффузионного взаимодействия титана, адсорбируемого из свинцово-висмутого расплава на поверхности изделия, с углеродом, содержащимся в стали. В результате такого взаимодействия на поверхности изделия формируется диффузионное покрытие, состоящее из карбидов титана с твердорастворной титановой связкой. Такое строение покрытия обеспечивает ему высокую твердость от 17000 до 23000 МПа (износостойкость) при отсутствии хрупкости. Данные покрытия обладают высокой абразивной износостойкостью, коррозионной стойкостью, что позволяет использовать данный вид покрытий для повышения работоспособности как инструмента, так и конструкций, испытывающих в процессе эксплуатации коррозионно-механический и абразивный износ. Так, износостойкость стального режущего инструмента, в зависимости от обрабатываемого материала, повышается от 3 до 12 раз. Особенно эффективен данный вид покрытий для неперетачиваемого или частично перетачиваемого инструмента.

Титановые покрытия являются и хорошей защитой инструмента от коррозионного воздействия рабочей среды, в частности, кислотных паров, выделяющихся при вулканизации резин. Так, период стойкости пресс-форм с титановыми покрытиями по сравнению с хромированными увеличился 2,5 раза.

2. Никель-медные покрытия

Никель-медные покрытия придают поверхностным слоям изделий износостойкость, при этом наблюдается значительное, более чем в 2 раза, снижение коэффициента сухого трения, повышается теплопроводность, коррозионная стойкость, стойкость к коррозионному растрескиванию и другие свойства. Вследствие этого никель-медные покрытия обеспечивают стальным изделиям рост их работоспособности в условиях износа и воздействия агрессивной рабочей среды (скорость коррозии снижается в 100 раз, стойкость к сероводородному растрескиванию увеличивается в 30-35 раз, снижается скорость роста трещины в 1,5 раза, увеличивается вязкость разрушения на 5-15 %, снижается адгезионное схватывание между инструментом и обрабатываемым материалом, в 8-12 раз увеличивается теплоотвод, характеристики прочности возрастают на 5-10 % и т.д.). Никель-медные покрытия повышают стойкость материала пресс-форм к образованию трещин разгара.

При нанесении никель-медных покрытий на режущий инструмент из инструментальной стали повышается стойкость инструмента, увеличиваются производительность процесса резания и чистота обработки. Никель-медные покрытия снижают температуру в зоне резания более чем на 200⁰С.

Нанесение никель-медных покрытий на твердосплавные пластины типа ВК, ТК, ТТК способствует снижению их хрупкости, обеспечивает значительное увеличение качества обработки изделий при резании (исключение наростообразования на резцах), улучшает паяемость и увеличивает прочность паяных соединений твердосплавной пластины со стержнем резца.

Уникальность никель-медных покрытий заключается в том, что, несмотря на исходно низкую твердость, они обладают высокой стойкостью к износу, которую мы связываем с интенсивным деформационным упрочнением покрытия, протекающим в процессе эксплуатации изделия, избирательным переносом атомов меди в зону контакта и восстановлением разрушенных микрообъёмов в результате трибоокислительных процессов (реализации эффекта безызносности).

3. Никель-хромовые покрытия

Никель-хромовые покрытия, так же как никель-медные покрытия, повышают вязкость поверхностных слоев изделий, коррозионную стойкость в среде электролитов и расплавах металлов, стойкость к эрозионному разрушению от воздействия потоков металлических расплавов, жаростойкость, стойкость к коррозионному растрескиванию. Никель-хромовые покрытия наиболее эффективны для повышения стойкости пресс-форм для литья под давлением. Так, стойкость пресс-форм, применяемых для литья под давлением алюминиевых сплавов, по сравнению с непокрытыми пресс-формами, повышается более чем в 4 раза.

Данная технология может быть применена как для конструкционных, инструментальных сталей и сталей с особыми физико-химическими свойствами в частности для достижения большого эффекта от применения данной технологии рекомендуются следующие марки стали и твердые сплавы, применяемые для режущего, штампового и бурового инструмента: карбидвольфрамовые ВК2….ВК8….ВК25 и т.п., титановольфрамовые Т15К6, Т5К6 и т.п., Т30К6, Т60К6 и т.п., титантанталовые группы ТТ, Стали ХВ4, Х6ВФ, группы Х12М, Х12МФ и др., стали 4Х5МФС, 3Х2В8Ф, 3Х3М3Ф, 4Х5МФС, 4Х4ВМФС, 4Х3ВМФ, 4Х2МФС, 5ХНСВ, 5Х2МНФ и т.п., Стали 7ХГНМ, 7ХГ2ВМ, быстрорежущие стали Р12, Р6М5 и т.п., так же на стали Ст3 и т.п., армко железо и конструкционные стали 40Х, 30ХГСА, 40Х13 и т.д.

Все вышеперечисленные данные экспериментально подтверждены и зафиксированы в следующих монографиях:

1. Артемьев В.П. Разработка научных и технологических основ химико-термической обработки сталей в жидкометаллических расплавах : Дис. д-ра техн. наук: 05.01.02. - Краснодар, 2001. - 352 с.

2. Соколов А.Г. Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов Дис. д-ра техн. наук: 05.01.02. - Краснодар, 2009. - 354 с.

3. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Повышение эксплуатационных свойств инструмента методами диффузионной металлизации. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. 228 с.: ил.