Полімеркомпозитне зносостійке покриття

Полімеркомпозитне зносостійке покриття, що містить адгезійний, проміжний і зносостійкий шари, які складаються з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, отверджувача поліетиленполіаміну та мінерального наповнювача, яке відрізняється тим, що адгезійний шар як пластифікатор містить поліефіролігодіефіракрилат, а як мінеральний наповнювач - червоний шлам, проміжний шар як пластифікатор містить поліефіролігодіефіракрилат, а як мінеральний наповнювач - діоксид титану, зносостійкий шар як пластифікатор містить аліфатичну смолу, а як мінеральний наповнювач карбід кремнію з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас. ч.: адгезійний шар: епоксидна діанова смола 100 пластифікатор - поліефіролігодіефіракрилат 18-22 отверджувач - поліетиленполіамін 10-12 мінеральний наповнювач - червоний шлам, 2-10 мкм 30-40 Корисна модель належить до області отримання полімеркомпозитних покриттів для захисту деталей машин і механізмів від спрацювання у машинобудуванні, радіотехнічній, харчовій і хімічній промисловості. Для захисту технологічного уста ткування від спрацювання та з метою зниження залишкових напружень і підвищення фізико-механічних характеристик деталей машин використовують полімеркомпозитні покриття, які містять в якості зв'язуючого епоксидні смоли і дисперсні наповнювачі. Усунути недоліки деталей, які сформовані методом лиття, і підвищити їхні експлуатаційні властивості можливо шляхом нанесення багатошарових полімеркомпозитних покриттів. Відома композиція для покриттів [а.с. №1148855, опубл. в Б.И., 1985, №13 "Композиція для покриттів"], що містить епоксидно-діанову смолу, кислий глифталевий діефір в якості отверджувача і мінеральний наповнювач - карбід крем нію, кварцева мука або порошок андезиту. Недоліком даної композиції є недостатні тиксотропні властивості наповненої системи, що зумовлює виникнення значних залишкових напружень на межі поділу фаз «покриття - основа». Це призводить до швидкого старіння матеріалу та руйн ування покриття у процесі роботи технологічного устаткування в умовах гідроабразивного впливу. Відоме полімерне покриття [а.с. SU №1434762 А1, ДСК], що містить адгезійний шар, який складається з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, отверджувача та мінерального наповнювача і поверхневий шар, який складається з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, отверджувача та мінерального наповнювача - червоного шламу. Недоліком відомого покриття є недостатньо високі показники адгезійної міцності, стійкості до спрацювання та низькі технологічні характеристики при нанесенні композицій на деталі складного профілю. (13) 36401 (11) UA (19) зносостійкий шар: епоксидна діанова смола 100 пластифікатор - аліфатична смола 18-20 отверджувач - поліетиленполіамін 10-12 мінеральний наповнювач - карбід крем80нію, 60-80 мкм 100. U проміжний шар: епоксидна діанова смола 100 пластифікатор - поліефіролігодіефіракрилат 40-60 отверджувач - поліетиленполіамін 13-15 мінеральний наповнювач - діоксид титану, 2-10 мкм 20-30 3 36401 Найбільш близькою за технічною суттю до покриття, яке заявляється, є полімеркомпозитне зносостійке покриття [а.с. SU №1793605 А1, ДСК], що містить адгезійний, проміжний і зносостійкий шари, які складаються з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, отверджувача поліетиленполіаміну та мінерального наповнювача. Недоліком відомого покриття є невисока стійкість до гідроабразивного спрацювання. Значна седиментація дисперсного наповнювача призводить до утворення залишкових гредієнтних напружень на межі «адгезив - субстрат» і в об'ємі композиту, які у процесі експлуатації устаткування в умовах гідроабразивного і кавітаційного впливу зумовлюють локальне відшарування відомого покриття від металевої основи. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення зносостійкості захисних покриттів, що працюють в умовах гідроабразивного і кавітаційного впливу, шля хом виконання полімеркомпозитного зносостійкого покриття, що містить адгезійний, проміжний і зносостійкий шари, які складаються з епоксидної діанової смоли, пластифікатора, отверджувача поліетиленполіаміну та мінерального наповнювача, причому адгезійний шар як пластифікатор містить поліефіролігодіефіракрилат, а як мінеральний наповнювач - червоний шлам, проміжний шар як пластифікатор містить поліефіролігодіефіракрилат, а як мінеральний наповнювач діоксид титану, зносостійкий шар як пластифікатор містить аліфатичну смолу, а як мінеральний наповнювач - карбід кремнію, з наступним співвідношенням інгредієнтів у шарах, мас.ч.: Адгезійний шар епоксидно-діанова смола 100 поліефіролігодіефіракрилат 18-22 отверджувач 10-12 мінеральний наповнювач: червоний шлам, 2-10мкм 30-40 Проміжний шар епоксидно-діанова смола 100 поліефіролігодіефіракрилат 40-60 отверджувач 13-15 мінеральний наповнювач: діоксид титану, 2-10мкм 20-30 Зносостійкий шар епоксидно-діанова смола 100 аліфатична смола 18-20 отверджувач 10-12 мінеральний наповнювач: карбід кремнію, 60-80мкм 80-100 Як основний компонент для полімерної матриці захисного покриття вибрано низькомолекулярну епоксидно-діанову смолу ЕД-20, яка у скловидному стані характеризується високими фізикомеханічними властивостями та адгезійною міцністю до чорних металів і сплавів. Виконання адгезійного шару товщиною 80-100мкм, який містить епоксидно-діанову смолу ЕД-20 та наповнювач червоний шлам (30-40мас.ч.) дозволяє суттєво підвищити адгезійну міцність полімеркомпозитного покриття та знизити залишкові напруження внаслідок формування навколо дисперсних частинок поверхневих прошарків високої густини та щільного впакування макромолекул полімеру. Введення 4 наповнювача до 30мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 призводить до зменшення об'єму полімеру у стані поверхневих прошарків, що знижує адгезію композитного матеріалу до основи. Введення червоного шламу понад 40мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 зумовлює підвищення залишкових напружень у композиті внаслідок значної дефектності поверхневих прошарків навколо дисперсних частинок наповнювача. Для зшивання епоксидного зв'язуючого використовували отверджувач - поліетиленполіамін (ПЕПА) (ТУ 6-02-594-73). Вміст oтверджувача у матриці визначали на основі оптимального поєднання високих фізико-механічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції. Введення отверджувача понад 12мас.ч. на 100мас.ч. ЕД20 зумовлює передчасне старіння матеріалу та зниження адгезії. Введення отверджувача до 10мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 призводить до неповного зшивання матриці. Формування між адгезійним та зносостійким шаром проміжного шару товщиною 0,1-0,3мм, який містить епоксидну матрицю, пластифіковану поліефіролігодіефіракрилатом ПДЕА-4 (40-60мас.ч.), дозволяє поліпшити міжфазну адгезію епоксикомпозиту та знизити залишкові напруження у процесі експлуатації покриття, внаслідок зменшення модуля пружності матеріалу. Введення, як пластифікатора, поліефіролігодіефіракрилату ПДЕА-4 при концентрації до 40мас.ч. призводить до зменшення інтенсивності дифузійних процесів у системі та міжшарової взаємодії, а збільшення концентрації пластифікатора понад 60мас.ч. зумовлює зниження релаксаційних характеристик проміжного шару та збільшення тривалості тверднення покриття. Введення діоксид титану при вмісті 20-30мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20 забезпечує максимальне підвищення фізикомеханічних характеристик проміжного шару. Зносостійкий шар з товщиною 1,5-2,0мм наносять на поверхню проміжного шару після його полімеризації протягом t=1,0-1,5год. Введення як пластифікатора аліфатичної смоли при оптимальному вмісті (18-20мас.ч. на 100мас.ч. ЕД-20) забезпечує поліпшення технологічних характеристик поверхневого шару та еластичних властивостей матеріалу при ударі потоку гідроабразивних частинок. Введення в композицію, як мінерального наповнювача, карбіду кремнію (80-100мас.ч.), забезпечує значне підвищення зносостійкості і, водночас, седиментаційної стійкості зносостійкого шару. Введення даного наповнювача при вмісті за межами оптимальних значень не є доцільним через зниження зносостійкості захисного покриття. Таким чином, порівняно з відомими технічними рішеннями заявлений об'єкт має суттєві відмінності, а отримання позитивного ефекту зумовлено усією сукупністю ознак. В таблиці наведено приклади конкретного виконання композиції: технічні рішення згідно із заявкою, контрольні приклади прототипу, а також їхні порівняльні властивості. Композицію формують і наносять на поверхню за наступною технологією. Адгезійний шар. 5 36401 Дозування компонентів, змішування епоксидної смоли з пластифікатором, наповнювачем та твердником. Отриману композицію протягом 30-40 хвилин наносять на попередньо обезжирену поверхню методом пневматичного розпилення, після чого полімеризують за режимом: Т=313-333К, t=30-40хв. Проміжний шар. Дозування компонентів, змішування епоксидної смоли з пластифікатором смол, підігрівання їх на водяній ванні до температури Т=323-333К і охолодження суміші до 293-303К, добавляють на 6 повнювач, після перемішування композиції вводять твердник (ПЕПА). Полімеризацію проводять при температурі Т=353-363К протягом t=1,01,5год. Зносостійкий шар. Технологія приготування зносостійкого шару аналогічна технології приготування адгезійного та проміжного шарів. Тверднення покриття після нанесення зносостійкого шару методом пневматичного розпилення здійснюють при температурі Т=443-463К протягом t=2,0-2,5год. Таблиця 1 Полімеркомпозитне зносостійке покриття № Компоненти 1 17 2 Адгезійний шар епоксидна смола (ЕД-20) поліефіролігодіефіракрилат отверджувач (ПЕПА) мінеральний наповнювач Кварцевий пісок, 250400мкм Фарфор, 40-60мкм Червоний шлам,2-10мкм Проміжний шар епоксидна смола (ЕД-20) поліефіролігодіефіракрилат отверджувач (ПЕПА) триетаноламін (TEA) мінеральний наповнювач діоксид титану, 2-10мкм Зносостійкий шар епоксидна смола (ЕД-20) аліфатична смола (ДЕГ-1) отверджувач (ПЕПА) мінеральний наповнювач карбід кремнію, 60-80мкм Карбідооксидна кераміка,60-80м Червоний шлам, 50-70мкм 1 Відносна зносостійкість* 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Композиція згідно з корисною моделю І ІІ III 3 4 5 Контрольні приклади І 6 II 7 III 8 IV 9 V 10 VI 11 прототип VII VIII IX 12 13 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 18 20 22 14 16 20 20 18 22 18 22 24 26 10 11 12 8 9 10 12 12 10 11 11 13 14 10 11 12 30 35 40 20 25 30 40 35 35 40 30 45 50 90 140 190 40 60 80 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 8 10 12 40 50 60 30 25 50 50 50 50 40 60 70 100 13 14 15 11 12 13 15 14 14 14 14 16 17 100 100 100 3 3,5 4 20 25 30 10 15 30 20 20 30 30 20 35 40 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 18 19 20 15 10 18 20 19 19 20 18 25 35 18 20 22 10 11 12 9 7 11 11 10 12 10 12 14 16 10 11 12 80 90 100 60 70 100 80 100 80 90 90 120 140 80 160 240 - 50 60 70 Характеристики композитного покриття 1,3 1,6 1,5 0,6 0,7 1,4 1,4 1.6 1,3 1,3 1,4 1,0 0,8 0,6 0,5 0,5 Примітка: * зносостійкість відносно сталі Ст.3 Відносну стійкість до гідроабразивного спрацювання матеріалів визначали за методикою випробування матеріалів і покриттів на газоабразивне спрацювання з використанням відцентрового прискорювача (ГОСТ 23201-78). Методика дозволяє моделювати реальні процеси спрацювання деталей механізмів під дією гідроабразиву. Швидкість обертання ротора відцентрового прискорювача становила 3000об/хв. Як гідроабразивну суспензію використано суміш те хнічної води і абразивних часток (5:1 у об'ємі). Випробування зразків з розміром 20х10х4мм проводили при куті атаки гідроабразивної суміші, що становить 45°. Для порівняння отриманих результатів експериментальних досліджень як еталон використано зразок зі сталі Ст.3. Відносну стійкість до спрацювання визначали за формулою: d e= e , dз де: 7 36401 dе - втрата маси стального зразка, кг; dз - втрата маси досліджуваного зразка, кг. Зважування зразків перед дослідженнями і після випробувань проводили на аналітичних вагах ВЛР-200 з точністю до ±0,0001г. Як видно з таблиці оптимальний вибір інгредієнтів дозволяє у порівнянні з прототипом підвищи Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 8 ти зносостійкість захисних покриттів. Крім того, невисока вартість та доступність компонентів і матеріалів розробленого покриття зумовлює широке його використання у промисловості для підвищення ресурсу роботи технологічного устаткування. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601