Полімеркомпозитне зносостійке покриття

Полімеркомпозитне зносостійке покриття, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидно-діанової смоли, отверджувача - поліетиленполіаміну, та модифікатора, і поверхневий шар, який складається з епоксидно-діанової смоли, модифікатора, отверджувача - поліетиленполіаміну, 3 льного наповнювача - червоного шламу [а. с. СРСР № 1434762]. Суттєвим недоліком відомої композиції є низька теплостійкість та адгезійна міцність до металевих поверхонь. Значна седиментація дисперсного наповнювача призводить до утворення залишкових гредієнтних внутрішніх напружень на межі адгезив-субстрат і в об'ємі композиту, які в процесі експлуатації спричиняють появу мікротріщин у захисних покриттях. Дані недоліки зумовлюють локальне відшарування відомої композиції від основи, а також суттєво звужують діапазон температурної експлуатації деталей і механізмів технологічного устаткування. Поставлене завдання вирішується таким чином. Полімерна композиція на основі епоксиднодіанової смоли ЕД-20, модифікатора у формі поліметилфенілсилоксану КО-921 та функціональних наповнювачів, що містить адгезійний шар, який складається з епоксидно-діанової смоли, отверджувача та модифікатора, і поверхневий шар, який складається з епоксидно-діанової смоли, модифікатора, отверджувача та функціональних наповнювачів, згідно з корисною моделлю, що заявляється, модифікатором для адгезійного та поверхневого шарів є кремнійорганічний лак у формі поліметилфенілсилоксану КО-921, а як функціональні наповнювачі поверхневий шар містить порошки оксиду хрому та карбіду титану з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас. ч.: 1) адгезійний шар: епоксидно-діанова смола ЕД-20 - 100; поліетиленполіамін -10-14; поліметилфенілсилоксан КО-921 - 10-90; 2) поверхневий шар: епоксидно-діанова смола ЕД-20 - 100; поліетиленполіамін - 10-14; поліметилфенілсилоксан КО-921 10-90; оксид хрому - 3-40; карбід титану - 8-26. Застосування методики багатофакторного планування експерименту та статистичної обробки експериментальних даних дозволили встановити, що найвищі адгезійна міцність, а також зносо- та корозійна стійкість притаманні полімеркомпозитному зносостійкому покриттю в даному діапазоні концентраційного співвідношення. Як базовий компонент для полімерної матриці використано низькомолекулярний епоксиднодіановий олігомер ЕД-20 з високими фізикомеханічними властивостями. Для зшивання епоксидного в'яжучого використовували низькотемпературний отверджувач - поліетиленполіамін (ПЕПА). Вміст отверджувача у матриці визначали на основі оптимального поєднання високих фізикомеханічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції. Формування полімеру на основі епоксиднодіанової смоли ЕД-20, отверджувача та модифікатора у формі поліметилфенілсилоксану КО-921 (10-90 мас. ч.), що являє собою розчинену в толуолі кремнійорганічну систему, дозволяє максимально підвищити адгезійну міцність адгезійного шару та поліпшити реологічні властивості епоксидних композицій при формуванні, а застосування високо-, і середньодисперсного наповнювачів підвищити зносостійкість поверхневого шару та знизити залишкові напруження в сформованій системі. 53244 4 Досягнуте поліпшення властивостей полімеркомпозитного зносостійкого покриття дозволяє збільшити термін експлуатації одержаних матеріалів. Композицію формують за такою технологією: підготовка і дозування компонентів; формування адгезійного шару (введення в епоксидний олігомер модифікатора і отверджувача; механічне перемішування композиції для досягнення однорідної консистенції (кількісний вміст компонентів згідно з формулою корисної моделі); нанесення композиції на матеріал основи; термічна обробка; контроль якості сформованого шару); формування поверхневого шару (введення в епоксидний олігомер модифікатора і отверджувача; механічне перемішування композиції для досягнення однорідної консистенції; введення оксиду хрому та карбіду титану з наступним перемішуванням (кількісний вміст компонентів згідно з формулою корисної моделі); термічна обробка; контроль якості сформованого шару). На етапі перемішування здійснюється додаткова комплексна ультразвукова та ультрафіолетова обробка системи. Технологія отримання покриттів реалізується методом пневматичного розпилення або лиття під тиском у відповідності із в'язкістю композиції. Полімеризація системи здійснюється за ступінчастим температурним режимом: адгезійний шар (2-6 год 293 К; 0,51,5 год при 393 К надалі охолодження на спокійному повітрі до 303К); поверхневий шар (0,5-1,5 год при 333 К; 0,5-1,5 год при 393 К; 0,5-1,5 год при 453 К; 3-5 год при 483 К) з наступним охолодженням кожного шару на спокійному повітрі. Це дозволяє зменшити внутрішні напруження при появі первинних вузлів зшивання, надалі прискорити структуроутворюючий процес і максимально підвищити степінь зшивання системи на завершальному етапі. Полімерний композиційний матеріал з описаними властивостями отримується в повному діапазоні співвідношень компонентів, що подані у таблиці. В таблиці наведені також приклади конкретного виконання композицій. Адгезійну міцність до поверхні сталі Ст.3 оцінювали згідно ГОСТ 14760-69 шляхом вимірювання опору відриву клеєвих з'єднань зразків на розривній машині Р-5 при швидкості навантаження 10 Н/с. Внутрішні напруження визначали консольним методом. Теплостійкість (за Мартенсом) полімерних композиційних матеріалів визначали згідно ГОСТ 21341-75. Зносостійкість досліджували за ГОСТ 2661485 в умовах сухого тертя. Розроблене покриття характеризується наступними техніко-економічними перевагами над прототипом (а. с. СРСР № 1434762): 1. Підвищення в 1,5-1,7 раз зносостійкості полімерного композиційного покриття (при Р=1 МПа, v=1,2 м/с), в умовах сухого тертя; 2. В 1,2-1,6 раз вища границя міцності при стисканні наповненої епоксидної композиції внаслідок введення функціональних наповнювачів та оптимізації способу отримання матеріалу. 3. Вища на 13-18 % корозійна стійкість отриманої полімерної композиції. 5 53244 4. Вища технологічність композиції та краща змочуваність часток наповнювачів полімерним зв'язуючим при формуванні через додаткову комплексну ультразвукову та ультрафіолетову обробку системи. Виходячи з порівняльних результатів, наведених в таблиці видно, що присутність в епоксидному полімері модифікатора у формі поліметилфені 6 лсилоксану КО-921 та функціональних наповнювачів сприяє підвищенню адгезійно-міцнісних та експлуатаційних характеристик системи заявленого складу за рахунок покращення реологічних властивостей композиції, підвищення взаємодії на межі розділу фаз, а також максимального структурування наповненої епоксидної композиції при поєднанні термічної та фізичної модифікації. Таблиця № 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 Компоненти Композиція згідно корисної моделі І II III 3 4 5 Контрольні приклади прототип І II III IV V VI VII VIII IX X І II 2 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Адгезійний шар Полімерне зв'язуюче, мас. ч. Епоксидна смола (ЕД-20) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Поліметилфенілсилоксан 10 50 90 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 КО-921 Пластифікатор 15 18 Поліетиленполіамін 10 12 14 10 10 10 12 12 12 12 14 14 14 10 12 (ПЕПА) Наповнювачі, мас. ч. Склобій, 600 мкм 80 120 Аеросил 2 3 Поверхневий шар Полімерне зв'язуюче, мас. ч. Епоксидна смола (ЕД-20) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Поліметилфенілсилоксан 10 50 90 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 КО-921 Пластифікатор 15 18 Поліетиленполіамін 10 12 14 10 10 10 12 12 12 12 14 14 14 10 12 (ПЕПА) Ацетон 18 20 Наповнювачі, мас. ч. Карбід титану 8 14 26 6 10 14 18 20 22 24 28 30 32 Оксид хрому 40 18 3 50 44 38 32 26 20 16 8 4 2 Тугоплавка комплексна - 100 140 сполука Червоний шлам, 2-10 40 50 мкм Характеристики композиційного матеріалу Адгезійна міцність, МПа 54,0 53,2 52,8 33,8 40,6 46,2 51,8 54,0 52,7 50,1 43,0 37,1 34,4 37,1 32,1 Інтенсивність зношуван0,28 0,16 0,22 2,34 1,81 0,62 0,32 0,20 0,37 1,40 2,89 3,85 4,28 9,62 7,78 ня, 10'3 г/км Корозійна стійкість (25 % 8,2 7,7 8,0 9,9 9,5 9,3 8,5 7,8 7,9 8,2 8,9 9,3 9,5 11,7 10,8 розчин H2SO4), % Теплостійкість, К 388 394 398 370 372 378 391 392 390 389 374 363 357 321 332 * Умови тертя: v=1,2 м/с; Р=1 МПа; матеріал контр-тіла - сталь 45; шлях тертя без мастила - 2000 м. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 III 18 100 20 15 160 4 100 20 15 22 180 60 42,9 9,51 12,2 330