Спосіб отримання модифікованого епоксикомпозитного 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 корозійностійка композиція та спосіб її отримання [пат. №97020588, опубл. в "Промислова власність України", 1997, №5 "Корозійностійка композиція та спосіб її одержання"], що містить стирол, полістирол, перекис бензолу, диметиланілін та етилсилікат при способі формування захисного покриття, що ґрунтується на полімеризації стиролу в масі полістиролу, перекису бензолу і диметиланіліну, яка відбувається наступним чином: вихідну кількість стиролу і полістиролу ділять на дві частини у співвідношенні (45-55):(55-45), потім розчиняють першу і другу частини полістиролу відповідно у першій і другій частинах стиролу в окремих ємкостях, після чого при неперервному перемішуванні у першу частину суміші вводять диметиланілін і етилсилікат, далі отримані композиції зливають в ємкість і перемішують разом. Недоліком відомого покриття та способу його отримання є трудомісткість формування покриття на деталях складного профілю та значні показники залишкових напружень, що зумовлюють низькі фізико-механічні властивості матеріалу у процесі експлуатації. Найбільш близькою за технічною суттю до результату, який досягається і способу, що заявляється, є спосіб отримання корозійностійкого покриття [пат. США №4514445, опубл. в Р.Ж., 1986, №1 "Спосіб отримання корозійностійкого покриття"], що полягає у нанесенні на металеву основу адгезійного шару, з подальшою його полімеризацією, після цього наносять поверхневий шар, з наступним твердненням покриття. Недоліком вказаного способу формування покриттів є низькі значення когезійної міцності матеріалу. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення адгезійної, когезійної міцності і, як наслідок, фізикомеханічних властивостей захисних покриттів шляхом виконання способу отримання модифікованого епоксикомпозитного покриття, який полягає у нанесенні на металеву основу адгезійного шару, з подальшою його полімеризацією, після цього наносять поверхневий шар, з наступним твердненням покриття, причому адгезійний шар попередньо обробляють у високочастотному магнітному полі і термообробляють при температурі Т=323±2К протягом t =1,5-2,0год., потім наносять попередньо оброблений ультрафіолетовим опроміненням, а після цього постійним магнітним полем поверхневий шар з наступним твердненням покриття при температурі Т=293-298К протягом t =72-76год. Композицію формують і наносять на поверхню за такою технологією. При формуванні адгезійного шару проводять дозування компонентів, перемішування епоксидної смоли і наповнювача, оброблення композиції високочастотним магнітним полем, після чого вводять отверджувач (ПЕПА). Отриману композицію протягом τ=1015 хв наносять на попередньо обезжирену поверхню методом пневматичного розпилення, після чого термообробляють за режимом: Т=323±2К, t =1,5-2,0 год. При формуванні поверхневого шару проводять дозування компонентів, перемішування епоксидної смоли і наповнювача, оброблення композиції спочатку ультрафіолетовим опроміненням, а потім постійним магнітним полем, після чого вводять отверджувач (ПЕПА). Отриману композицію протягом t =10-15 хв наносять на адгезійний шар методом пневматичного розпилення, після чого затверджують покриття при температурі Т=293298К протягом 72-76 год. Як зв'язувач для захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидно-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 використовували отверджувач поліетиленполіамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73). Отверджувач у зв'язувач вводили при стехіометричному співвідношенні компонентів. Нанесення на металеву основу методом пневматичного розпилення адгезійного шару товщиною 0,1-0,3мм дозволяє підвищити адгезійну міцність захисного покриття. Оброблення композиції адгезійного шару на основі епоксидного зв'язувача і дисперсного наповнювача у високочастотному магнітному полі 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. Термообробка адгезійного шару при температурі Т=323±2К протягом t =1,5-2,0 год забезпечує утворення фізичних і хімічних зв'язків між макромолекулами зв'язувача і активними центрами на поверхні дисперсних часток, що зумовлює підвищення адгезійної міцності покриттів. Термообробка адгезійного шару при температурі, яка вища оптимальних режимів та тривалістю, більшою за t =2,0 год, зумовлює зменшення міжшарової взаємодії, що погіршує фізико-механічні властивості покриття. Термообробка адгезійного 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 методом пневматичного розпилення на поверхню адгезійного шару після його попередньої термообробки. Оброблення композиції поверхневого шару на основі епоксидного зв'язувача і дисперсного наповнювача ультрафіолетовим опроміненням забезпечує утворення вільних активних радикалів, що у подальшому підвищує ступінь зшивання матриці у зовнішніх поверхневих шарах. На наступному етапі оброблення композиції поверхневого шару на основі епоксидного зв'язувача і дисперсного наповнювача постійним магнітним полем забезпечує орієнтацію доменів макромолекул і активних радикалів у напрямку напруженості постійного магнітного поля, що сприяє кращому їх впакуванню біля поверхні наповнювача і інтенсивній взаємодії з активними центрами твердої фази. Це приводить до поліпшення когезійної міцності захисних покриттів. Тверднення покриття при температурі Т=293-298К протягом t =72-76 год. забезпечує утворення максимального ступеня гель-фракції у матриці при незначних залишкових напруженнях, що зумовлює поліпшення фізико-механічних властивостей 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 1 наведено приклади конкретного виконання композиції: технічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості при різних температурно-часових режимах формування і після оброблення композицій адгезійного і поверхневого шарів енергетичними полями. Таблиця 1 Спосіб отримання модифікованого епоксикомпозитного покриття № 1 1 2 3 4 5 6 7 Режими формування Контрольні приклади Параметри покриття згідно з винаходом І II III І II III IV V VI VII VIII IX 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Тривалість тверднення 1,5 1,7 2,0 0,5 1,0 1,5 1,7 2,0 1,5 1,7 2,0 2,5 адгезійного шару, год. Температура 323 323 323 303 313 323 323 323 323 323 323 333 термообробки адгезійного шару, К Оброблення композиції + + + + + + + + + + + + адгезійного шару високочастотним магнітним полем Температура термообробки 293 295 298 288 293 298 293 295 295 293 298 323 покриття, К Тривалість 72 74 76 40 60 72 76 72 76 76 72 85 термообробки покриття, год Оброблення композиції + + + + + + + + + + + поверхневого шару + ультрафіолетовим опроміненням Оброблення композиції + + + + + + + + + + + поверхневого шару + постійним магнітним полем Характеристики модифікованого епоксикомпозитного покриття Прототип X 15 I 16 II 17 III 18 3,0 0,2 0,3 0,5 343 313 323 333 + 295 295 295 295 100 60 72 80 + + Адгезійна міцність, 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 МПа Когезійна міцність, 2 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 МПа Примітка: + обробка композицій для адгезійного і поверхневого шарів енергетичними полями; - обробку композицій енергетичними полями не проводили. 1 Дослідження адгезійної та когезійної міцності при розтягу покриттів проводили на розривній машині FM-1000. При дослідженнях зразок навантажували ступінчасте 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 наносять 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 та когезійну міцність покриття.