СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА Российский патент 2007 года по МПК C23C28/00 

Изобретение относится к области получения защитных покрытий на металлических поверхностях деталей от воздействия агрессивных и высокотемпературных сред, в частности антиадгезионных покрытий, и может быть использовано в химическом, пищевом машиностроении.

Известен способ нанесения фторопластового покрытия на алюминиевый сплав, включающий послойное нанесение грунтовочного слоя и суспензии Ф-4Д с последующей сушкой и выдержкой в шкафу при температуре 230°С, а затем 400°С (RU 2049102 С1, МПК C 09 D 127/18, 27.11.1995).

Недостатками данного способа являются наличие в покрытии микропор, пузырей и прочих микродефектов структуры, а также неудовлетворительная адгезия покрытия при нанесении его на стальную основу. Испытание на водостойкость показали, что через два часа после кипячения покрытие легко сдиралось с поверхности металла, а после десятичасового кипячения наблюдалось самопроизвольное отслоение покрытия с образованием пузырей.

Известен способ получения коррозионностойкого, износостойкого антифрикционного и антипригарного покрытия на металлической поверхности, включающий нанесение после подготовки поверхности первого слоя покрытия валковой накаткой и, по меньшей мере, одного дополнительного слоя, содержащего фторпласт, при этом каждый нанесенный слой подвергают термообработке по заданному режиму (RU 2170286 С1, МПК С 23 С 26/00, 10.07.2001).

Указанный способ позволяет исключить образование микродефектов структуры в покрытиях, однако не обеспечивает надежного сцепления материала покрытия с металлом основы.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату является способ получения защитного покрытия на металле, включающий нанесение на металлическую основу адгезионного подслоя путем плазменного напыления металлического сплава и последующее формирование на нем слоя на основе фторпласта (SU 1455441 А1, МПК B 05 D 1/08, 10.02.1996).

Однако адгезионная прочность сцепления покрытия с подложкой при реализации данного способа не удовлетворяет необходимым требованиям при эксплуатации изделия с покрытием в агрессивных и высокотемпературных средах.

Задачей данного изобретения является получение защитного покрытия на поверхности металлического изделия, обеспечивающего его эксплуатацию в агрессивных средах и при высоких температурах.

Технический результат, полученный при реализации предлагаемого способа, заключается в повышении прочности сцепления покрытия с подложкой за счет снижения термических напряжений между ними.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения защитного покрытия на металлической поверхности, включающем плазменное напыление адгезионного металлического подслоя и последующее формирование слоя фторопласта с его оплавлением, плазменное напыление адгезионного подслоя осуществляют при силе тока 90-110 А, напряжении 30-45 В с последующей его термической обработкой при температуре 650-800°С, а оплавление фторопластового покрытия проводят при температуре 250-270°С в течение 3-5 часов, при этом напыляют адгезионный подслой на основе медно-цинкового сплава.

Наилучший результат достигается при получении защитного покрытия на поверхности алюминиевого сплава или углеродистой стали.

Использование для получения адгезионного подслоя на основе сплава медь-цинк приводит к обеспечению снижения термических напряжений на межфазной границе сплав - полимерное покрытие и стабильной работе при термоциклировании в области повышенных температур. Подслой имеет высокую адгезионную прочность сцепления с основой, для обеспечения которой необходимо формирование диффузионной зоны между промежуточным слоем и основой. Фторопластовое покрытие имеет высокую адгезионную прочность сцепления с промежуточным слоем, который обеспечивает снижение уровня термических напряжений.

Указанные параметры плазменного напыления необходимы для обеспечения пористого покрытия, которое обеспечит в свою очередь более глубокое проникновение частиц фторопласта в грунтовочный слой. Проведение термической обработки при 650-800°С необходимо для создания диффузионной зоны со структурой твердого раствора Al-Zn-Cu.

Адгезионная прочность сцепления фторопласта с промежуточным слоем на основе сплава медь-цинк увеличится.

Способ осуществляют следующим образом.

Наносили промежуточный адгезионный подслой путем плазменного напыления при силе тока 90-110 А, напряжении 30-45 В; далее проводили термическую обработку при температуре 650-800°С в течение 1-3 час для формирования диффузионных зон со структурой твердых растворов между покрытием, полученным плазменным напылением, и металлической основой.

Осуществляли формирование слоя покрытия напылением фторопластового порошка в электростатическом поле, при этом покрытие проникало в микропоры; затем при температуре 250-270°С в течение 3-5 час проводили оплавление.

Пример 1.

На алюминиевый сплав, например АД1-М, после дробеструйной обработки и обезжиривания наносили адгезионный подслой на основе медно-цинкового сплава плазменным напылением при силе тока 90 А, напряжении 30 В и проводили диффузионный отжиг при температуре 650°С. Затем наносили порошок фторопласта -4 МБ с последующей термической обработкой при температуре 270°С в течение 3 часов.

Пример 2. Получение промежуточного адгезионного подслоя на углеродистой стали получали так же, как описано в примере 1. Термообработка напыленного слоя с целью создания зоны твердого раствора, связывающей напыленное покрытие и стальную основу, производилась при температуре 800°С. Оплавление фторопластового покрытия проводили в течение 5 часов при температуре 250°С.

Оценка отношений термических напряжений при термоциклировании показала, что формирование промежуточного адгезионного подслоя на основе медно-цинкового сплава обеспечивает снижение термических напряжений на границе с фторопластом -4 МБ на алюминиевом сплаве АД1-М в 3 раза и на углеродистой стали Ст.3 в 4 раза соответственно. Полученное покрытие обладает высокой адгезионной прочностью.

Предложенный способ обеспечит получение технологичного и ремонтноспособного покрытия.

Использование предлагаемого способа позволит получить покрытие с прочностью, практически приближающейся к прочности самого полимера, так как адгезионная прочность фторопласта -4 МБ с повышением температуры диффузионного отжига увеличивается, плазменное покрытие характеризуется пористостью, поры пропитываются фторопластом в жидком состоянии при оплавлении, за счет чего достигается максимальное проникновение фторопласта вглубь и обеспечивается высокая адгезионная прочность защитного покрытия.

Изобретение может быть использовано при получении на металлических поверхностях деталей покрытий, стойких к воздействию агрессивных и высокотемпературных сред, в частности антиадгезионных покрытий в химическом, пищевом машиностроении. Способ включает плазменное напыление адгезионного металлического подслоя и последующее формирование слоя фторопласта с его оплавлением. Плазменное напыление адгезионного подслоя осуществляют при силе тока 90-110 А, напряжении 30-45 В с последующей его термической обработкой при температуре 650-800°С. Оплавление фторопластового покрытия проводят при температуре 250-270°С в течение 3-5 часов. Напыляют адгезионный подслой на основе медно-цинкового сплава. Защитное покрытие получают на поверхности алюминиевого сплава или углеродистой стали. Технический результат заключается в повышении прочности сцепления покрытия с подложкой за счет снижения термических напряжений между ними. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения защитного покрытия на металлической поверхности, включающий плазменное напыление адгезионного металлического подслоя и последующее формирование слоя фторопласта с его оплавлением, отличающийся тем, что плазменное напыление адгезионного подслоя осуществляют при силе тока 90-110 А, напряжении 30-45 В с последующей его термической обработкой при температуре 650-800°С, а оплавление фторопластового покрытия проводят при температуре 250-270°С в течение 3-5 ч, при этом напыляют адгезионный подслой на основе медно-цинкового сплава.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитное покрытие получают на поверхности алюминиевого сплава или углеродистой стали.