Способ обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов Российский патент 2023 года по МПК B29C33/56 B05D3/10 C09D183/04 

Изобретение относится к области материаловедения в авиа- и машиностроении и может быть использовано для обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов.

В различных способах формования изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) широко применяют антиадгезионные смазки, основное назначение которых заключается в обеспечении отделения детали от формующей поверхности без больших усилий и повреждений, а также препятствии сцеплению данных поверхностей.

Применение таких смазок обеспечивает высокое качество поверхности получаемых деталей с соблюдением требуемой геометрии, с повышением технологичности и экономичности производственных процессов.

Из патента РФ на изобретение №2502771 МПК BC09D 183/04, дата приоритета 09.06.2012, опубл. 27.12.2013, бюл. №36, известны антиадгезионные покрытия для предотвращения прилипания полимеризуемых масс к рабочим поверхностям формообразующей металлической или пластмассовой оснастки при изготовлении изделий из композиционных материалов. Покрытие включает грунтовочный и покровный слои на основе кремнийорганических соединений, при этом грунтовочный слой выполнен на основе композиции, содержащей диметилсилоксан, отвердитель, органический растворитель, а покровный слой выполнен однослойным на основе композиции, содержащей гетеросилоксан, катализатор отверждения, смазку ЦИАТИМ, органический растворитель. Особенностью способа является то, что предложенный состав позволяет получить покрытие с улучшенными эксплуатационными свойствами и повышенной технологичностью его нанесения, позволяющего предотвратить образование дефектов поверхности готового изделия и обеспечить не только пригодность оснастки для многократного применения, но и повысить кратность использования покровного слоя.

Недостатками данного способа является многокомпонентность предлагаемого состава и взаимодействие компонентов покрытия с некоторыми видами связующих, например, с эпоксидными смолами.

Наиболее близким по технической сущности является патент №2228345 «Способ получения антиадгезионного покрытия на формообразующей оснастке зарядов ракетного двигателя из смесевого твердого топлива» МПК C09D 127/12, дата приоритета 04.11.2002, опубл. 10.05.2004, бюл. №13.

Данное изобретение относится к способу получения антиадгезионного покрытия на формообразующей металлической оснастке путем нанесения на очищенную и обезжиренную поверхность оснастки антиадгезионной композиции методом распыления, окунания или кистевым. В качестве антиадгезионной композиции используют эпилам "Эфрен-1", представляющий собой раствор перфторполиэфирокислоты марки 6МФК-180 в смеси 1,2-дифтортетрахлорэтана и 1,2,2-трифтортрихлорэтана при их массовом соотношении 4:1. Покрытие наносят в 2-5 слоев с выдержкой между слоями в течение 5-15 мин при температуре 15-35°С. Металлическая оснастка с указанным антиадгезионным покрытием предназначена для формования зарядов ракетных двигателей из смесевого твердого топлива. Изобретение позволяет получить покрытие малой толщины с хорошими антиадгезионными свойствами.

Основными недостатками данного способа являются узконаправленность области его применения, высокая стоимость компонентов предлагаемого антиадгезионного покрытия, отсутствие их производства в промышленных масштабах и отсутствие адгезии покрытия к поверхности полированного алюминия.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является минимизация адгезии связующего к оснастке в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов на этапе подготовки алюминиевой оснастки проводят анодирование металлической поверхности, способствующее повышению сцепления антиадгезионной смазки с формообразующей поверхностью, снижению расхода смазочных материалов и позволяет использовать нанесенное покрытие до 5 раз без полного перенанесения. Кроме того, анодирование повышает коррозионную стойкость алюминиевых сплавов, что увеличивает срок службы технологической оснастки и, как следствие, повышает экономичность процесса.

Полученные в ходе отработки данного способа результаты показали, что разработанный способ обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов, технологические режимы выдержки и сушки при определенной температуре обеспечивают требуемое качество поверхности и геометрии деталей из композиционного материала.

Предложенные и отработанные в производстве технологические режимы полимеризации антиадгезионных покрытий отличаются более низкими температурами по сравнению с заявляемыми производителями применяемых смазок, что позволяет исключить деформацию алюминия (в том числе формообразующих поверхностей) при подготовке алюминиевых оснасток к формованию.

Способ обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов заключается в следующих этапах, изложенных ниже.

Проводится анодирование обезжиренной поверхности алюминиевой оснастки в 16-18% растворе серной кислоты при температуре от плюс 15 до плюс 25°С.

Затем на анодированную поверхность кистью наносятся два слоя 10%-го раствора кремнийорганической смазки антиадгезионной К-21 в нефрасе, с промежуточной сушкой от растворителя в течение 15-20 мин при температуре цеха и финишной термообработкой при температуре плюс 120±5°С в течение 240-250 мин. Для обеспечения более длительной сохранности смазки на поверхности алюминиевого сплава нанесение должно проводиться не позднее 120 ч с момента анодирования. Также для улучшения съема детали перед каждым процессом формования наносится кистью два слоя 10%-го раствора каучука синтетического термостойкого СКТ в нефрасе, с промежуточной сушкой каждого слоя в течение 15-20 мин при температуре цеха.

Пример исполнения способа.

Все приведенные технологические параметры, такие как температурные и временные режимы, приведенные на каждом этапе, являются результатом тщательной проработки в лабораторных условиях.

Формообразующая поверхность алюминиевой оснастки первоначально обезжиривается последовательно нефрасом С2-80/120, высший сорт и ацетоном техническим. Анодирование обезжиренной поверхности проводится в 16%-ом растворе серной кислоты при температуре плюс 20°С. При температуре в процессе анодирования выше плюс 25°С химическая реакция между поверхностью алюминиевой оснастки и кислотой ускоряется, что приводит к большему расходу материала (серной кислоты) и утончению стенки оснастки, образующаяся оксидная пленка становится рыхлой, с малой прочностью сцепления с поверхностью алюминиевой оснастки, что может впоследствии привести к нарушению сплошности антиадгезионного слоя смазки, повышению дефектности поверхности формуемых деталей и уменьшению количества запрессовок. При температуре в процессе анодирования ниже плюс 15°С, покрытие получается неравномерным, остаются области, не покрытые анодно-окисной пленкой, на которых антиадгезионные смазки не удерживаются, что существенно усложняет съем деталей и повышает их дефектность. Температурный интервал от плюс 15 до плюс 25°С обеспечивает получение максимально тонкой и прочной, минимально пористой анодно-окисной пленки. Наличие небольшой пористости позволяет удерживать смазку и не снижает прочность анодно-окисного покрытия.

Затем, не более чем через 72 часа, на анодированную поверхность кистью наносятся два слоя 10%-го раствора антиадгезионной кремнийорганической смазки К-21, например, в нефрасе-С2-80/120, высший сорт, с промежуточной сушкой от растворителя в течение 20 мин при температуре помещения. Свидетельством полного удаления растворителя является сухая скользящая, нелипкая поверхность оснастки. При принятии дополнительных мер, таких как хранение анодированной оснастки в герметичной, пылевлагонепроницаемой упаковке с силикагелем КСМГ, интервал времени до нанесения смазки К-21 может быть увеличен до 120 часов без снижения качества и сохранности антиадгезионного покрытия оснастки в технологическом цикле. По истечении данного промежутка времени адгезионные свойства анодно-окисной пленки стремительно снижаются.

При температуре ниже плюс 115°С время полимеризации К-21 возрастает в несколько раз, что приводит к увеличению длительности обработки алюминиевой оснастки, существенно увеличивая технологический цикл изготовления деталей из композиционных материалов.

При температуре выше плюс 125°С процесс полимеризации К-21 проходит быстрее, однако воздействие высокой температуры способствует образованию в материале оснастки термических напряжений, что впоследствии может приводить к деформации оснастки. Длительность термообработки от 240 до 250 минут обеспечивает полную полимеризацию кремнийорганической антиадгезионной смазки К-21. При длительности термообработки менее 240 минут прочность и износостойкость андиадгезионного слоя снижается в связи с неполной полимеризацией смазки, при длительности термообработки покрытия свыше 250 минут активизируются процессы термодеструкции смазки, снижая прочность и антиадгезионную способность получаемого покрытия.

Затем, перед каждым циклом формования детали из композиционного материала, поверх слоя смазки К-21 кистью наносится в два слоя 10%-ый раствор смазки СКТ, например, в нефрасе-С2-80/120, высший сорт, с промежуточной сушкой каждого слоя в течение 20 мин при температуре помещения.

Затем кистью наносится в два слоя 10%-ый раствор каучука синтетического термостойкого СКТ в нефрасе-С2-80/120, высший сорт, с промежуточной сушкой каждого слоя в течение 20 мин при температуре помещения.

Особенностями предлагаемого способа являются: анодирование поверхности алюминиевой оснастки, что приводит к защите алюминиевых сплавов (в том числе формообразующих поверхностей) от коррозии и незначительных механических воздействий (царапин, потертостей, ударов и т.д.), а также увеличению пористости приповерхностного слоя покрытия. Повышенная пористость приповерхностного слоя способствует усилению сцепления антиадгезионного слоя с поверхностью оснастки и его сплошности, обеспечивая уменьшение сцепления детали с оснасткой, снижение расхода смазочных материалов вследствие переноса на деталь и, соответственно, увеличение количества циклов формования. Предложенные и отработанные в производстве режимы выдержки и сушки антиадгезионных составов отличаются более низкими температурами, что позволяет исключить температурную деформацию алюминиевой оснастки и делает данный способ более универсальным, применимым для оснасток из легких сплавов.

Таким образом, заявляемый «Способ обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов» обладает новизной и промышленной применимостью, его использование позволяет увеличить коррозионную стойкость алюминиевой оснастки и количество съемов готовых деталей, минимизировать адгезию связующего к формующей оснастке и улучшить качество покрытия изготавливаемых единиц.

Изобретение относится к области материаловедения в авиа- и машиностроении и может быть использовано для обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов. Способ обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов заключается в анодировании обезжиренной поверхности алюминиевой оснастки в 16-18% растворе серной кислоты при температуре 15-25°С. После чего на поверхность кистью наносят два слоя 10% раствора антиадгезионной кремнийорганической смазки К-21 в нефрасе с промежуточной сушкой от растворителя в течение 15-20 мин и последующей термообработкой при температуре 120±5°С в течение 240-250 мин. Нанесение должно проводиться не позднее 120 ч с момента анодирования. А перед каждым процессом формования наносится кистью два слоя 10% раствора каучука синтетического термостойкого СКТ в нефрасе с промежуточной сушкой в течение 15-20 мин. Обеспечивается минимизация адгезии связующего к оснастке в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов. 1 пр.

Способ обработки поверхности оснасток из алюминиевых сплавов в процессе формования изделий из полимерных композиционных материалов путем нанесения кистью двух слоев антиадгезионной смазки на обезжиренную поверхность оснастки, отличающийся тем, что поверхность алюминиевой оснастки предварительно подвергают анодированию в 16-18%-ном растворе серной кислоты при температуре 15-25°С, в качестве антиадгезионной смазки используется 10%-ный раствор антиадгезионной кремнийорганической смазки К-21 в нефрасе с промежуточной сушкой от растворителя в течение 15-20 мин и последующей термообработкой при температуре 120±5°С в течение 240-250 мин, перед процессом формования наносится два слоя 10%-ного раствора каучука синтетического термостойкого СКТ в нефрасе с промежуточной сушкой в течение 15-20 мин, а нанесение смазки К-21 проводится не позднее 120 ч с момента анодирования.