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, 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 наповнювач - Аl 2О3 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 полімеркомпозитнене покриття [а.с. SU №1434762 А1, ДСК "Полімеркомпозитне покриття"], що містить адгезійний і поверхневий шари, виконані з композиції, яка містить епоксидну діанову смолу, о тверджувач 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 відшар ування від основи. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення адгезійної і когезійної міцності захисного покриття шляхом виконання модифікованого високочастотним магнітним полем епоксикомпозитного покриття, що містить адгезійний і поверхневий шари, виконані з композиції, яка містить епоксидну діанову смолу, отверджувач та дисперсний наповнювач, причому оброблена у високочастотному магнітному полі композиція адгезійного шару як неорганічний наповнювач містить карбід титану, а оброблена у високочастотному магнітному полі композиція поверхневого шару як неорганічний наповнювач містить дисперсні частки фериту та карбіду бору, з наступним співідношенням інгредієнтів у шарах, мас.ч.: адгезійний шар: епоксидна діанова смола 100 отверджувач 8-12 дисперсний наповнювач: карбід титану, 40 мкм 40-60 поверхневий шар: епоксидна діанова смола 100 отверджувач 8-12 дисперсний наповнювач: ферит, 63мкм 60-80 карбід бору, 40мкм 10-20 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. Карбід титану вводили для збільшення адгезійної взаємодії на межі поділу фаз "захисне покриття - металева основа". Введення у адгезій ний шар наповнювача оксиду хрому до 40мас.ч. на 100мас.ч. смоли ЕД-20 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані поверхневих шарів, при цьому адгезійна міцність покриття знижується. Введення карбіду титану понад 60мас.ч. на 100мас.ч. смоли ЕД-20 зумовлює підвищення внутрішніх 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 фериту та додаткового карбіду бору при оптимальному вмісті забезпечує формування стійкого до седиментації шару покриття з високою когезійною міцністю. Збільшення вмісту фериту і карбіду бору зумовлює виникнення напруженого стану та дефектів у поверхневих шарах, що призводить до зменшення когезійної міцності і, відповідно, до погіршення фізико-механічних властивостей матеріалу. Обробка епоксидних композицій з дисперсним наповнювачем у високочастотному магнітному полі (до введення отверджувача) поліпшує змочування часток наповнювача епоксидним олігомером за рахунок підвищення температури зв'язувача, а також забезпечує міжфазну взаємодію між диполями макромолекул зв'язувача і частками наповнювача, що поліпшує адгезійну і когезійну міцність захисного покриття. Нанесення на стальну основу (С т.3) методом пневматичного розпилення адгезійного шару з товщиною 0.1-0.3мм, який містить 40-60мас.ч. карбіду титану дозволяє суттєво підвищити адгезійну міцність розробленого покриття. Термообробка адгезійного шару при температурі Т=303±2К протягом t =2.0-2.5год 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 0.3мм, знижує величину адгезійної міцності захисного покриття. Крім того, термообробка шару при температурі, яка вища оптимальних режимів та з тривалістю, більшою за t =2.5год., зумовлює зменшення міжшарової взаємодії, що погіршує за хисні 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 теплофізичні властивості. Введення в епоксидну матрицю як основного наповнювача фериту та додаткового карбіду бору 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 сук упністю ознак. В таблиці 1 наведено приклади конкретного виконання композиції: те хнічні рішення згідно з заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. 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 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 і когезійну міцність покриття. Таблиця 1 Модифіков ане постійним магнітним і полем епоксикомпозитне покриття № Компоненти 1 2 Композиція згідно з в инаходом І II III І II III IV V VI VII VIII IX X І II III 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 8 10 10 12 8 14 15 10 12 15 4 5 Контрольні приклади прототип Адгезійний шар 1 2 Епоксидна діанов а 100 смола Отв ерджув ач поліетилен-поліамін (ПЕПА) 8 100 100 100 10 12 6 100 100 6 12 Напов нюв ач 4 Карбід титану, 40 мкм Склобій, 60мкм 5 Аеросил 6 Обробка композиції у в исокочастотному магнітному полі 3 7 8 9 40 50 60 20 зо 40 60 40 60 50 50 70 80 80 120 160 2 3 4 + + + + + + + + Пов ерхнев ий шар + + + + + 100 100 100 100 100 100 100 100 зо 40 50 10 12 6 6 Епоксидна діанов а смола 100 Нов олачна фенольна смола Отв ерджув ач поліетилен-поліамін 8 100 100 100 100 100 100 j 100 12 8 10 10 12 8 14 15 10.0 10.0 10.0 (ПЕПА) Напов нюв ач 10 Ферит, 63 мкм 60 11 Карбід бору, 40мкм 10 Тугоплав ка 12 комплексна сполука Черв оний шлам, 1013 20мкм Обробка композиції 14 у в исокочастотному + магнітному полі 70 15 80 20 40 5 50 5 70 10 70 20 70 10 70 20 60 20 80 10 90 30 100 40 100 140 180 40 50 60 + + + + + + + + + + + + Характеристики епоксикомпозитного покриття 1 2 Адгезійна міцність, МПа Когезійна міцність, МПа 54.8 55.3 53.8 47.0 48.3 53.7 52.1 54.2 55.5 54.2 52.4 44.7 44.1 38.8 36.6 32.4 67.2 67.8 67.0 54.3 57.3 66.8 64.6 68.1 65.1 67.0 66.9 60.0 59.3 32.6 34.2 35.9 Примітка: + обробка композиції у в исокочастотному магнітному полі; - обробку композиції у в исокочастотному магнітному полі не пров одили .