Способ газопламенного напыления полимерных покрытий

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белоцерковский Марат Артемович Чекулаев Андрей Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(56)10711 1, 2008.8528 1, 2006. ВИТЯЗЬ П.А. и др. Вестник Полоцкого государственного университета Серия С. - 2008. -3. - . 73-80. БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ М.А. Технология активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий.- Минск Технопринт, 2004.- С. 97123, 171-177. БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ М.А. и др. Вестник Полоцкого государственного университета Серия В. - 2005. -6. - . 79-83. БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ М.А. и др. Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения. Сборник научных трудов. - Полоцк Технопринт, 2001. . 255-258.(57) Способ газопламенного напыления полимерных покрытий, включающий подачу термопластичного полимера в виде проволоки по оси высокотемпературной газовой струи, ее нагрев и распыление газовой струей с образованием потока частиц полимера и их осаждение в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, отличающийся тем, что предварительно проволоку нагревают до температуры, составляющей 0,8-0,9 температуры плавления полимера, и выдерживают в течение 4-5 часов. Изобретение относится к газопламенным методам нанесения защитных, износо- и коррозионно-стойких покрытий из полимерных материалов и может быть использовано для нанесения антифрикционных покрытий на рабочую поверхность элементов трибосопряжений, для защиты технологического оборудования от коррозии. Известен способ нанесения защитных покрытий 1, использующий проволоку в качестве напыляемого материала, включающий подачу проволоки в высокотемпературный факел, образованный горением углеводородного газа в окислителе, нагрев проволоки до плавления и ее распыление коаксиально движущейся дополнительной струей газа с обра 13744 1 2010.10.30 зованием потока частиц и их осаждением в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали. Недостатком известного способа является необходимость использования дополнительной газовой струи для распыления материала проволоки, а также низкий коэффициент использования материала (не более 15 ) при распылении проволок, изготовленных из термопластичных полимеров. Обусловлено это тем, что низкая теплопроводность и относительно небольшая температура разложения полимера 2 препятствуют полному расплавлению проволоки в высокотемпературной зоне, поскольку полимер у поверхности проволоки разлагается прежде, чем внутренняя зона нагреется до температуры плавления. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ газопламенного напыления покрытий 3, принятый за прототип, включающий подачу термопластичного полимера в виде проволоки по оси высокотемпературной газовой струи, ее нагрев и распыление газовой струей с образованием потока частиц полимера и их осаждение в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали. Недостатками известного способа являются недостаточно высокая когезионная прочность полимерных покрытий и невысокая производительность процесса их нанесения. Обусловлено это тем, что структура полимера в используемой проволоке является неупорядоченной (аморфной), что обусловлено методом ее изготовления. Как правило,полимерную проволоку изготавливают методом экструзии, завершающей операцией которой, для сохранения формообразования, является быстрое охлаждение расплава с фиксацией (замораживанием) неупорядоченного состояния. Данная структура полимера проволоки при распылении приводит к тому, что в результате теплового воздействия высокотемпературной струи газа образующийся на поверхности проволоки тонкий слой расплава состоит из сегментов макромолекул полимера, находящихся как в расплаве, так и в твердом состоянии. Одновременное нахождение макромолекул в разных агрегатных состояниях обуславливает развитие процесса удаления расплава только в случае разрыва главных цепей макромолекул, т.е. в результате протекания процесса термомеханической деструкции, происходящей из-за совместного действия теплового потока и межфазных касательных напряжений со стороны струи газа. Разрыв прочных (ковалентных) связей макромолекул обуславливает невысокую скорость удаления расплава с поверхности проволоки, что отрицательно сказывается на производительности процесса распыления. Термомеханическая деструкция приводит к формированию покрытий из полимерных макромолекул с уменьшенной молекулярной массой и слабым межмолекулярным взаимодействием. Задачей изобретения является повышение когезионной прочности полимерных покрытий и производительности процесса их нанесения. Для решения поставленной задачи в способе газопламенного напыления покрытий,включающем подачу термопластичного полимера в виде проволоки по оси высокотемпературной газовой струи, ее нагрев и распыление газовой струей с образованием потока частиц полимера и их осаждение в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, согласно изобретению, предварительно проволоку нагревают до температуры, составляющей 0,8-0,9 температуры плавления полимера, и выдерживают в течение 45 часов. В основу заявляемого способа положены результаты исследований по оценке влияния упорядоченности структуры полимера в проволоке на процесс ее распыления высокотемпературной струей газа. Одним из наиболее доступных и легкоосуществимых путей изменения взаимного расположения макромолекул в полимере является его нагрев. Изменение структуры полимера обуславливается переходом макромолекул из напряженного состояния в равновесное(макромолекулы ориентированно располагаются в относительно узких слоях). Распыление высокотемпературной струей газа проволок из полимеров, находящихся в равновесном состоянии, происходит следующим образом. По мере нагрева проволоки макромолекулы, находясь полностью в ее поверхностном слое, совершают тепловые колебания, результатом которых является постепенное ослабление энергии межмолекулярных связей до значений, когда она становится меньше энергии касательных напряжений со стороны струи газа. Под действием межфазных напряжений (расплав - струя газа) макромолекулы в условиях проявления вязкости начинают течь (скользить) по направлению приложенных напряжений. Вследствие идентичности вовлечения в этот процесс нижележащих макромолекул, сечение нерасплавленной проволоки уменьшается, толщина слоя расплава увеличивается. Симметричное воздействие касательных напряжений и значительное превышение внутримолекулярных связей над межмолекулярными связями молекул расплава обуславливают его вытягивание в нитеподобную форму. При достижении нити предельного значения вытягивания она механически разрывается и уносится струей газа на покрываемую поверхность. Формирование покрытия происходит путем перехлестывания и сплавления в местах контакта макромолекул. Определение изменения структуры полимера в проволоке в результате ее нагревания при различных температурно-временных режимах производили косвенно, путем определения изменения плотности полимера. Увеличение плотности материала свидетельствует о повышении упорядоченности его структуры. Под температурно-временными режимами подразумевается время выдержки полимера при определенной температуре. В табл. 1 показаны результаты изменения плотности проволоки, изготовленной из различных термопластов. Анализ табл. 1 показывает, что при нагреве полимера до температуры составляющей 0,8-0,9 температуры его плавления, с последующей выдержкой при данной температуре,время достижения полимером максимальной плотностиявляется наименьшим и составляет 4-5 часов. Время выдержки в течение 3-4 часов не обеспечивает достижения полимером максимальной плотности. Увеличение времени нагрева полимера до 5-6 часов практически не увеличивает плотность материала, а приводит лишь к необоснованным затратам электроэнергии. При нагреве полимера до температур меньших или больших указанного интервала, например при 0,7 или 1,0 Тпл, увеличивается время достижения полимером максимальной плотности, что приводит также к неоправданным затратам электроэнергии. Кроме этого, при температуре нагрева, равной Тпл, происходит изменение формы проволоки, что отрицательно сказывается на равномерности подачи проволоки при ее распылении. Таблица 1 Плотность полимера после термообработки, г/см 3 Время выдержки, ч Продолжение таблицы 1 Плотность полимера после термообработки, г/см 3 Время выдержки, ч Для оценки влияния плотности полимера в проволоке на процесс ее распыления были проведены экспериментальные исследования, в которых использовалась проволока из ПА 6 и ПЭНД, табл. 2. Отверждение покрытий осуществлялось на воздухе при нормальных атмосферных условиях. Напыление покрытий осуществлялось газопламенным методом с помощью проволочной полимерной термораспылительной установки. Таблица 2 Покрытие Скорость подаМатериал про- Плотность поличи проволоки, Твердость НВ, Прочность при расволоки мера,м/с МПа тяжении, МПа по прототипу 0,0175 80 65 0,94 0,0180 86 70 0,96 0,0185 96 74 0,98 0,0192 105 79 1 0,0202 125 85 по прототипу 0,0130 50 5 0,94 0,0138 60 8 0,96 0,0147 68 11 0,98 0,0153 78 15 1 0,0163 92 20 Анализ полученных результатов показывает, что, чем выше плотность полимера в проволоке, тем выше скорость подачи проволоки и, следовательно, производительность процесса ее распыления и тем больше прочностные (когезионные) свойства получаемых покрытий. 13744 1 2010.10.30 Пример. На внутреннюю поверхность ванн объемом 1 м 3 для холодного (20-25 С) травления металлических изделий в растворе соляной кислоты по заявляемому способу и прототипу нанесли антикоррозионное покрытие толщиной 180-220 мкм распылением проволоки диаметром 3 мм из полиэтилентерефталата (ТУ 6-05-1984-85, Тпл 220 С) с использованием проволочной полимерной термораспылительной установки. С помощью электронагревательной установки (духовой шкаф) проволоку нагрели до 200 С и выдержали при данной температуре в течение 4,5 часов 5 мин. Нанесение покрытий осуществлялось на предварительно подготовленные поверхности. Подготовка поверхностей заключалась в выполнении следующих операций обезжиривание, промывка в теплой воде (70-80 С), сушка на воздухе. Оценка нанесенных антикоррозионных покрытий после месяца эксплуатации ванн показала, что покрытия при нанесении по заявляемому способу и по прототипу имеют существенные отличия (табл. 3). Таблица 3 Способ Скорость подачи Изменение толпроволоки, м/с щин покрытия,Визуальная оценка покрытия без изменений помутнение Изменение толщины покрытия свидетельствует о проницаемости покрытия (стойкости к химической деструкции). Большее изменение (в 4-5 раз) толщины покрытия, нанесенного по прототипу, чем по заявляемому способу, свидетельствует о меньших энергиях связи между атомами в цепях макромолекул, меньшей когезии полимерной пленки. Таким образом, заявляемый способ газопламенного напыления полимерных покрытий позволяет наносить качественные покрытия с высокой производительностью процесса их нанесения. Источники информации 1. Витязь П.А., Ивашко , Ильющенко А.Ф. и др. Теория и практика нанесения защитных покрытий. - Минск Беларуская навука, 1998. - С. 346. 2. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров. - М. Химия, 1976. . 415. 3.10711 1, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: B05D 1/08

Метки: напыления, покрытий, способ, газопламенного, полимерных

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-13744-sposob-gazoplamennogo-napyleniya-polimernyh-pokrytijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ газопламенного напыления полимерных покрытий</a>

Похожие патенты