Модифіковане епоксикомпозитне покриття

Корисна модель відноситься до області отримання композитних покриттів для збільшення ресурсу роботи деталей машин та механізмів технологічного устаткування в машинобудуванні, радіотехнічній, хімічній і харчовій промисловості. Відома полімерна композиція [пат. Японії №63183914, Кл. 29.07.88 "Епоксидна композиція для силових електричних пристроїв"] містить (мас.ч.): епоксидна смола на основі дифенілпропану - 30, фенольноноволачна смола - 4, прискорювач тверднення на основі імідазолу - 2 та наповнювач - Аl2О3 - 60. Недоліком композиції є невисокі тиксотропні властивості наповненої системи, що зумовлює погіршення фізико-механічних властивостей захисних покриттів. Найбільш близькою за технічною суттю до покриття, яке заявляється, є полімеркомпозитне покриття [а.с. SU №1434762 А1, Кл. ДСК "Полімеркомпозитне покриття"], що містить адгезійний і поверхневий шари, виконані з композиції, яка містить епоксидну діанову смолу, отверджувач та дисперсний наповнювач. Недоліком відомого покриття є низька адгезійна і когезійна міцність. Вказані недоліки зумовлюють швидке старіння покриття, що сприяє погіршенню його фізико-механічних властивостей і відшарування від основи. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення адгезійної і когезійної міцності захисного покриття шляхом виконання модифікованого епоксикомпозитного покриття, що містить адгезійний і поверхневий шари, виконані з композиції, яка містить епоксидну діанову смолу, отверджувач та дисперсний наповнювач, причому оброблена високочастотним магнітним полем композиція адгезійного шару як дисперсний наповнювач містить оксид хрому, а оброблена ультрафіолетовим опроміненням і постійним магнітним полем композиція поверхневого шару як дисперсний наповнювач містить дисперсні частки оксиду міді та фериту, з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас.ч.: Адгезійний шар: епоксидна 100 діанова смола отверджувач 8-12 дисперсний наповнювач: оксид 20-40 хрому, 10-20мкм Поверхневий шар: епоксидна 100 діанова смола отверджувач 8-12 дисперсний наповнювач: оксид 60-80 міді, 63мкм ферит, 40мкм 30-50 Як зв'язувач для захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидну діанову смолу марки ЕД-20 (ГОСТ 10687-76), яка у скловидному стані характеризується високими фізико-механічними властивостями та адгезійною міцністю до чорних металів і сплавів. Для зшивання епоксидного зв'язувача використано отверджувач поліетилен-поліамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73). Отверджувач у зв'язувач вводили при стехіометричному співвідношенні компонентів. Оксид хрому вводили для збільшення адгезійної взаємодії на межі поділу фаз "захисне покриття - металева основа". Введення у адгезійний шар наповнювача оксиду хрому до 20мас.ч. на 100мас.ч. смоли ЕД-20 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані поверхневих шарів, при цьому адгезійна міцність покриття знижується. Введення оксиду хрому понад 40мас.ч. на 100мас.ч. смоли ЕД-20 зумовлює підвищення залишкових напружень у покритті внаслідок значної кількості дефектів поверхневих шарів навколо дисперсних часток наповнювача. В такому випадку при експлуатації покриття швидко руйнується. Введення у поверхневий шар як основного дисперсного наповнювача оксиду міді та додаткового фериту при оптимальному вмісті забезпечує формування стійкого до седиментації шару покриття з високою когезійною міцністю. Збільшення вмісту оксиду міді та фериту зумовлює виникнення напруженого стану та дефектів у поверхневих шарах, що призводить до зменшення когезійної міцності і, відповідно, до погіршення фізикомеханічних властивостей матеріалу. Обробка епоксидної композиції з дисперсним наповнювачем для адгезійного шару у високочастотному магнітному полі (до введення отверджувача) поліпшує змочування часток наповнювача епоксидним олігомером за рахунок підвищення температури зв'язувача, а також забезпечує міжфазову взаємодію між доменами макромолекул зв'язувача і частками наповнювача, що поліпшує адгезійну міцність захисного покриття. Обробка епоксидної композиції з дисперсним наповнювачем для поверхневого шару ультрафіолетовим опроміненням і постійним магнітним полем (до введення отверджувача) забезпечує утворення вільних активних радикалів у зв'язувачі і подальшу їх рекомбінацію та інтенсивну взаємодію з активними центрами на поверхні дисперсних часток, що поліпшує когезій ну міцність захисного покриття. Нанесення на стальну основу (Ст.3) методом пневматичного розпилення адгезійного шару з товщиною 0,10,3мм, який містить 20-40мас.ч. оксиду хрому дозволяє суттєво підвищити адгезійну міцність розробленого покриття. Термообробка адгезійного шару при температурі Т=323±2К протягом t=1,5-2,0год. забезпечує високий ступінь зшивання епоксидної смоли на межі поділу фаз "захисне покриття - металева основа". Виконання адгезійного шару з товщиною, яка менша 0,1мм і більша від 0,3мм, знижує показники адгезійної міцності захисного покриття. Крім того, термообробка шару при температурі, яка вища оптимальних режимів та з тривалістю, більшою за t=2,0год., зумовлює зменшення міжшарової взаємодії, що погіршує захисні властивості покриття. Полімеризація шару при температурно-часових режимах, які нижчі від оптимальних значень, погіршує технологічні умови формування захисних покриттів. Поверхневий шар з товщиною 1,0-1,5мм наносять на адгезійний шар після його попередньої полімеризації методом пневматичного розпилення. При подальшому твердненні це зумовлює добру взаємодію між шарами покриття, що значно поліпшує його фізико-механічні властивості. Введення в епоксидну матрицю як основного наповнювача оксиду міді та додаткового фериту і формування поверхневого шару при оптимальній товщині забезпечує значне поліпшення когезійної міцності розробленого покриття порівняно з прототипом. Таким чином, у порівнянні з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт та спосіб його формування має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією сукупністю ознак. В таблиці наведено приклади конкретного виконання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Таблиця Модифіковане епоксикомпозитне покриття № 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Компоненти 2 Адгезійний шар Епоксидна діанова смола Отверджувач поліетилен-поліамін (ПЕПА) Наповнювач Оксид хрому, 10-20мкм Склобій, 60мкм Аеросил Обробка композиції у високочастотному магнітному полі Поверхневий шар Епоксидна діанова смола Новолачна фенольна смола Отверджувач поліетилен-поліамін (ПЕПА) Наповнювач Оксид міді, 63мкм Ферит, 40мкм Тугоплавка комплексна сполука Червоний шлам, 1020мкм Обробка композиції ультрафіолетовим опроміненням і у постійному магнітному полі Композиція згідно з винаходом І II III 3 4 5 Контрольні приклади прототип І 6 II 7 III 8 IV 9 V 10 VI 11 VII 12 VIII 13 IX 14 X 15 І 16 II 17 III 18 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 8 10 12 6 6 12 8 10 10 12 8 14 15 10 12 15 20 30 40 5 10 20 40 30 30 40 20 50 60 80 2 120 3 160 4 + + + + + + + + + + + + + 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 30 40 50 8 10 12 6 6 12 8 10 10 12 8 14 15 10.0 10.0 10.0 60 30 70 40 80 50 40 10 50 20 70 30 70 50 80 30 60 50 60 40 80 40 90 60 100 70 100 140 180 40 50 60 + + + + + + + + + + + + + 53,4 55,2 63,8 56,0 57,9 54,8 56,4 55,3 56,4 55,4 60,3 53,2 51,8 38,8 36,6 32,4 54,4 55,7 67,2 68,0 69,7 66,3 67,5 68,0 64,3 68,9 67,3 60,2 57,7 32,6 34,2 35,9 Характеристики епоксикомпозитного покриття 1 2 Адгезійна міцність, МПа Когезійна міцність, МПа Примітка: + обробка композиції енергетичними полями; - обробку композиції енергетичними полями не проводили Дослідження адгезійної і когезійної міцності при розтягу покриттів проводили на розривній машині FM-1000. При дослідженнях зразок навантажували ступінчасто з кроком збільшення зовнішнього навантаження на 250Н. Для випробувань використано стандартний плоский зразок (ГОСТ 3248-81) зі сталі Ст.3, на який до половини довжини робочої частини з обох сторін основи симетрично наносили покриття. Перед проведенням досліджень на одну зі сторін зразка наклеювали тензодатчики для визначення деформацій основи і покриття, а на другу наносили мітки для визначення деформації оптичним методом після руйнування тензодатчиків. На основі отриманих результатів досліджень шляхом зіставлення механічних характеристик будували криві залежності напружень від відносних деформацій у покритті, після чого розраховували адгезійну і когезійну міцність покриття.