ПЕНЕТРАНТ ДЛЯ ЦВЕТНОЙ КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ Российский патент 2004 года по МПК G01N21/91 C09K11/06 C09D191/08 

Изобретение относится к капиллярной дефектоскопии, в частности к составам пенетрантов - индикаторных жидкостей для цветного промышленного контроля изделий ответственного назначения с классом обработки поверхности Rz 20 и выше, для контроля изделий из металла, непористой керамики и пластмасс. Изобретение может быть использовано в авиационной, автомобильной, судостроительной и др. отраслях машиностроения, а также энергетической, химической и атомной промышленности для выявления на поверхности изделий нарушений сплошности микродефектов типа трещин, пор, расслоений, раковин и других дефектов.

Известны широко используемые в России цветные индикаторные жидкости - пенетранты цветной дефектоскопии, включающие растворы жирорастворимых красителей в смеси легколетучих растворителей. Известна красная краска для цветной дефектоскопии, включающая:

Растворитель Р-4 (ксилол-15, ацетон-15, толуол 70%) 970 мл

МК-8 или трансформаторное масло 30-50 мл

Нигрозин 1-5 г

Краситель темно-красный жирорастворимый (Ж) 7 г

(Авт. свид. СССР №245942).

Для контроля сварных соединений, а также деталей после штамповки, применяется пенетрант на основе жирорастворимого красителя имеющего следующий состав (маc.%):

- растворитель (скипидар 20%; керосин 80%);

- краситель Судан - 4 из расчета 10 г на 1 л растворителя. (“Лабораторные работы по контролю качества сварных соединений”. Издательство “Машиностроение”. Москва. 1966. Стр. 69).

Для локального контроля в аэрозольном варианте используется пенетрант на основе жирорастворимого красителя, имеющий следующий состав (маc.%):

Минеральное масло 0,5-3

Дифтордихлорметан 35-40

Краситель:

Судан 4 0,5-1,5

Нигрозин 0,05-0,12

Растворитель: (скипидар, ксилол) Остальное

(Авт. свид. СССР №573495).

Недостатками вышеперечисленных пенетрантов для цветной дефектоскопии является содержание в их составе легколетучего и легковосламеняющегося растворителя, что ограничивает область их применения для контроля в промышленности. Кроме того, известные пенетранты не обладают высоким уровнем чувствительности.

Для контроля отдельных деталей в энергетическом машиностроении разработан комплект дефектоскопических материалов для цветной дефектоскопии. В состав комплекта дефектоскопических материалов включены ингредиенты, вступающие между собой в реакцию с изменением цвета окраски от светло-зеленого прозрачного до яркого розово-красного цвета, например в пенетрант введены водный раствор никеля и водный раствор аммиака в следующем соотношении компонентов (маc.ч.):

1-50% Водный раствор никеля 100

Азотнокислый натрий 1-2

Изопропиловый спирт 2-8

Водный раствор аммиака До рН-8

(Авт. свид. СССР №1679308).

Недостатком этого пенетранта является нестабильность контроля и коррозионная активность, что не позволяет использовать его для контроля в авиационной технике.

Для цветной дефектоскопии зарубежные фирмы используют пенетрант, не содержащий минерального масла и азокрасителей. В качестве растворителя используют высокотемпературные спирты и эмульгаторы. (Патент Германии №4421277).

Этот пенетрант содержит дорогостоящие компоненты, и использование его экономически не выгодно.

За прототип принят цветной пенетрант для капиллярной дефектоскопии, имеющий следующий химический состав (маc.%):

Органический краситель 0,5-0,7

Растворители:

Касторовое масло 40-50

Этиловый спирт Остальное

В качестве органического красителя используют роданин С.

(Авт. свид. СССР №1193546).

Пенетрант предназначен для обнаружения выходящих на поверхность трещин при контроле изделий из неметаллических кристаллических материалов, например моделей на основе карбамида, применяемых при литье в оболочковые формы.

Недостатком пенетранта, взятого за прототип, является пониженная проникающая способность, недостаточная окраска дефектов в видимом цвете. Кроме того, этот пенетрант пожароопасен, относится к классу легковоспламеняющихся жидкостей.

Технической задачей данного изобретения является создание цветного пенетранта повышенной проникающей способности, пониженной пожароопасноcти, позволяющего выявлять минимальные дефекты шириной раскрытия 1-2 мкм при обработке поверхности деталей с классом Rz 20 и выше.

Для достижения поставленной технической задачи предложен пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии, имеющий следующий состав (мас. %)

Органический краситель – смесь диазосодержашего

красного и недиазосодержащего синего красителей 3-6

Неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ) 10-40

Растворитель Остальное

В качестве неионогенного ПАВ используется неонол или синтанол.

В качестве растворителя - смесь дибутилсебацината с бутиловым спиртом при массовом соотношении 2:1.

Смесь недиазосодержащего синего к диазосодержащему красному красителю берут в массовом соотношении 1: (6-5).

Поставленная задача достигается тем, что при разработке цветного пенетранта в качестве окрашивающей основы была использована смесь жирорастворимых красителей - недиазосодержащего синего и диазосодержащего красного в смеси высокотемпературных нелетучих растворителей, создающих в присутствии неионогенного ПАВ стабильный раствор.

За счет коллористических свойств (цвет, яркость) красителей диазокраситель придает красную окраску пенетранту (λ мах 500-513 нм в видимой области спектра) однако, ввиду плохой растворимости красителя в перечисленных растворителях нельзя создать достаточную концентрацию красителя в этих растворителях, а следовательно, яркость окраски следа дефекта (при контроле) слабая. Для усиления окраски пенетранта в раствор красителя был введен жирорастворимый недиазосодержащий синий краситель, обладающий максимальной длиной волны в видимой области спектра λ_мах 673 нм. Подбором соотношения двух красителей в составе пенетранта удается значительно увеличить яркость окраски пенетранта при наличии ПАВ.

Для создания цветного пенетранта необходимо подобрать композицию красителя, растворителя и ПАВ, так как для большинства красителей коллористические свойства довольно заметно меняются в зависимости от растворителя, причем влияние последнего невозможно предугадать. Неоногенное ПАВ добавляется к применяемому растворителю для улучшения растворимости красителя. При этом следует иметь в виду, что присутствие ПАВ может оказывать нежелательное воздействие на спектральные характеристики красителя. Предлагаемый в качестве ПАВ синтанол или неонол улучшает растворимость пенетранта и не ухудшает колористические свойства красителя. Красителем, сохраняющим спектральные характеристики был выбран красный и синий. Тем же способом была подобрана смесь дибутилсебацината с бутиловым спиртом.

С точки зрения капиллярной дефектоскопии цветной пенетрант -дефектоскопический материал, представляющий собой ярко окрашенную жидкость (раствор красителя), способную хорошо смачивать материал изделия и проникать в дефекты в результате действия капиллярных сил. Для этого пенетрант должен иметь достаточное высокое поверхностное натяжение и краевой угол смачивания при растекании, близкий нулю.

Органические растворители для цветного пенетранта должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- обладать высокой температурой кипения,

- низкой летучестью,

- хорошо растворять красители для придания цветового контраста.

Учитывая вышеизложенное требование, в качестве жидкой составляющей для цветного пенетранта была подобрана смесь дибутилсебацината и бутилового спирта в массовом соотношении (2:1)

Бутиловый спирт - ГОСТ 6006-88 имеет температуру кипения 114 -118°С, поверхностное натяжение при температуре 20°С составляет 24,6 дм/см, краевой угол смачивания - 2°, температура вспышки 35°С.

Дибутилсебацинат - пластификатор, пределы кипения 290-300°С; температура воспламенения 200°С, поверхностное натяжение 42,6 дм/см, угол смачивания 21±3°. Подобранная смесь растворителя и введение ПАВ способствовали увеличению смачиваюшей способности пенетранта.

Нами были исследованы неионогенные ПАВ из ряда оксиэтилированных спиртов фракции С 12-14, относящиеся к биологически мягким ПАВ. В результате в качестве оптимального соединения был выбран неонол и синтанол.

При введеннии неионогенного ПАВ смесь дибутилсебацината с бутиловым спиртом имеет поверхностное натяжение 30 дм/см; краевой угол смачивания 10±3°; температура вспышки не менее 120°С.

Пенетрант, взятый за прототип, имеет краевой угол смачивания 15±3°С и температуру вспышки 50°С.

Пример осуществления

В лабораторных условиях было взято 4 металлических образца с искусственными дефектами, соответствующими второму классу чувствительности по ГОСТ 18442-80, где 1-й образец с дефектами с шириной раскрытия 2,5 мкм, глубиной 50 мкм; 2-й образец с дефектами с шириной раскрытия 1,5 мкм, глубиной 30 мкм; 3-й образец с дефектами с шириной раскрытия 1,0 мкм, глубиной 20 мкм; 4-й образец с дефектами с шириной раскрытия 7-10 мкм, глубиной 300 мкм, фрагменты деталей с обработкой поверхности Rz 20∨ с естественными дефектами, а также образцы из керамики (процент пористости < 30%) с искусственными дефектами, на которые нанесли предлагаемый пенетрант, выдержали, избыток пенетранта удалили хлопчатобумажной тканью и нанесенный проявитель ПР-15 (жидкость ТУ-1-595-22-675-2001) сушили в течение 3 мин при 21°С. Контролируемую поверхность рассматривали в видимом свете на наличие места расположения дефектов по красно-синему следу дефекта на белом фоне контролируемой поверхности.

Составы предлагаемого пенетранта и пенетранта-прототипа и результаты контроля приведены в таблице.

Результаты контроля показывают, что разработанный цветной пенетрант для капиллярной дефектоскопии обладает пониженной летучестью и пониженной пожароопасностью с температурой вспышки больше 93°С, высокой чувствительностью, обеспечивает воспроизводимость контроля на 99% с выявлением минимального дефекта шириной раскрытия 1-2 мкм, повышающего надежность и стабильность контроля изделий в условиях ремонта и эксплуатации.

Изобретение относится к капиллярной дефектоскопии, а именно к составам цветных пенетрантов, применяемых для цветного контроля изделий ответственного назначения. Пенетрант имеет следующий состав (мас.%): смесь диазосодержащего красного и недиазосодержащего синего красителей 3-6; неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ) 10-40; растворитель остальное. Массовое соотношение смеси синего и красного красителей составляет 1:(5-6); в качестве ПАВ берут неонол или синтанол. Достигается создание цветного пенетранта пониженной летучести, пониженной пожароопасности, высокой чувствительности, обеспечивающей выявление минимального дефекта шириной раскрытия 1-2 мкм, повышающего надежность и стабильность контроля изделий в условиях ремонта и эксплуатации. 1 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Пенетрант для цветной капиллярной дефектоскопии, включающий органический краситель и растворитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит неионогенное поверхностно-активное вещество, в качестве органического красителя используют жирорастворимый краситель - смесь диазосодержащего красного и недиазосодержащего синего красителей, а в качестве растворителя - смесь дибутилсебацината с бутиловым спиртом при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь красителей 3-6

Неионогенное поверхностно-активное

вещество (ПАВ) 10-40

Растворитель Остальное