Способ получения покрытий Советский патент 1983 года по МПК B05D3/12 

Изобретение относится к процесса .получения защитных антифрикционные декоративных и др. покрытий из термопластичных полимерных материалов и может быть использовано в машиностроении, -химической, нефтеперераба тывающей промышленности и других от раслях народного хозяйства. Покрытия из полимерных материало нашли широкое-применение в технике, в связи с чем необходимо повышение работоспособности покрытий, обеспечение комплекса физико-механических свойств, определякацих эту работоспо собность. К этим свойствам в первую очередь относится адгезионная прочность металлополимерного. соединения т..е. прочность сцепления покрытия с подложкой. Наряду с поиском новых материалов, обладающих адгезией к металлам, по иском методов обработки поверхности.металла и создания на ней промежуточных слоев, важное место занимают технологические приемы формирования покрытий. К ним относятся методы нанесения полимерного материала на обрабатываемое изделие, методы подвода тепла к нанесенному на изделие слою материала методы химического и механического воздействия на формируемое покрытие Методы механического воздействия ввиду своей простоты и доступности представляют особый интерес. Иэвертен способ облицовки деталей литьем под давлением с последу1(адим калиброванием полученного покрытия по мере его отверждения 1. Данный способ позволяет повысить прочность, плотность, микротвердость но адгезионная прочность измейяется незначительна. К увеличению адгезионной прочноети металлополимерного соединения,. которая является важнейшей и определяющей характеристикой работосдособности покрытий, ведет обработка покрытия путем приложения к его поверхности нагрузки. Известен способ получения покрытий, которь формируют при повышен.ном до 7 кг/см давлении . Однако полученное покрытие облада ет невысокой микротвердостью. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому резульТгату является способ получения покрытий путем нанесения термопластичного полимера на подготовленную металлическую поверхность, термообработки и последукяцей механической обработки путем приложения нагрузки В 50-100 lir к нанесенному полимеРУ ,3. Известный способ позволяет улуч-, шить адгезию получаемых покрытий, .однако повышение адгезионной прочности соединения.в этом случае определяется. в основном ростом площади адгезионного контакта за счет удаления газовых включений из позверхностного слоя полимер - металл и частичного заполнения расплавом полимера микронеровностей поверхности изделия. При формировании, покрытия в оптимальных температурно-временных режимах максимальный объем газовых включений соста вляёт 2-5% от объема покрытия, поэтому повьшение адгезии, наблюдаемое на практике, составляет 10-20%.Необходимо отметить трудности конструктивного и технологического оформления этого процесса для изделий сложной конфигурации. Цель изобретения - повышение адгезии. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения покрытий путем нанесения термопластичного полимера на подготовленную металлическую поверхность, термообработки и последующей механической обработки путем приложения нагрузки к нанесенному полимеру, в котором для приложения нагрузки по полимеру ударяют 300-4000 раз с частотой 0,1-10 Тц . при удельной энергии удара 0,21,2 кДж/м В результате приложения ударной нагрузки в обрабатываемом покрытии происходят сложные процессы, включающие затекание полимера в микронеровности поверхности изделия, механохимическое окисление макромолекул полимера с образованием активных, групп (карбонильных, карбоксильных и т.д.) и взаимодействием последних с изделием, а также изменение нвямолекулярной структуры полимера и перераспределение внутренних напряжений в покрытии. Все это в указанном диапазоне воздействия приводит к. резкому (1,2-2,0 раза) повышению адгезии покрытия к изделию. П р и м е р. Покрытие получают иэ следующих порошкообразных термопластов: полиэтилена 20906-040 (ГОСТ . . 16338-77), пентапласта.А (ТУ 6-051422-71), полиамида А610 (ГОСТ. 10589-73) и.поливинилбутираля КА (ГОСТ 9439- 73) . Наполнителями рлужат тонкодисперсные порошки свинца (ГОСТ 3778-77) и окиси алюминия (ТУ 6-09-426-75), которые вводят в полимер сухим смешением Компонентов. В качестве подложки используют стальную (ГОСТ 503-71), алюминиевую (ГОСТ 618-62), медную (ГОСТ 1173-49), цинковую (ГОСТ 18846-73) и -никелевую (ГОСТ 6235-73) фольгу толщиной 0,1 мм. Формируют покрытие следующим обазом. На предварительно обезжиренрую техническим ацетоном фольгу наноCHT порошок полимера и проводят пленкообраэование путем помещения образца в печь и выдержки его по режимам, приведенньш в табл. 1. Затем образцы извлекают и выдерживают на воздухе

24 ч.

.Таблица 1

Толщина покрытия составляет 250 мкм. Полученное покрытие обрабатывают на ударном стенде, состоящем из наковальни с устройством закрепления образца, ударника с электромагнитным приводом и пульта управления с формирователем импульсов и счетчиком количества ударов.

Частоту ударного нагружения изменяют от 0,1.до 20 Гц, а удельную энергию каждого удара от 0,05 до 2,0 кДж/м.

Адгезию определяют при комнатной температуре методом отслаивания фольги от покрытия под углом 180°со скоростью 0,6 мм/с на адгезиометре АДГ- М. Результаты испытания способа приведены в табл. 2.

.Таблица 2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ путём нанесения термопластичного полимера на подготовленную металли.ческую поверхность, термообработки . . и последующей механической обработки путем приложения нагрузки к на- , несенному полимеру, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения адгезии для приложения нагрузки по полимеру ударяют300-4000 раз с частотой ОД-10 Гц при удельной энергии удара 0,2-1,2 кДж/м ё (П

Поливинилбутирал Полиамид Пентапласт Полиэтилен

Полиэтш1еи- -1% свца

Полиэ7илвя4-2 г 5% свинца

Полиэтилвн+15 % свинца

«

Полиэтилен- -2,5% окиеи алюминия

Полиэтипен-t-l 5% |Ок;юя алюминия

Полиэтилен -

Полиэтилен

0,5

0,64

0,47

1300

I.

Алюминий I I, - I - «

i . -« . .

- f -« - .

Как следует из табл. 2, обработка покрытия посредством I приложения удар ной нагрузки повышает его адгезию к поДлояже,- В npouecqe обработки адгезия увеличивается, достигая максимального значения при числе ударов, указанном в табл. 2, а затем снижается, т.е. описывается кривой с максимумом..

i Значения количества ударов выбраны следующим образом: минимальное количество ударов а соответствует максимуму адгезии пентапласта. Медленее всех из исследуемых материалов повышается адгезия полиэтиленового покрытия, наполненного 16% порошкообразного свинца, которая своего максимума достигает для выбранной минимальной удельной энергии каждого удара 0,2 кДж/м при 4000 ударов. Иэ табл.2 следует, что данное явление реализуетс.я при всех выбранных значениях удельной энергии удара 0,2-0,51,2 кДж/м и частотах нагружения (0,1-1,0-10 Гц). Таким образом, при

0,38

0,50

1500 0,38 1700 0,64 0,38 0,61 2000 0,38 0,58 3500 0,38 1700 0,63 0,38 0,54 450

ударном нагружении адгезии покрытия повышается в 1,3-2,1 раза и превышает адгезию покрытия, полученного по прототипу.

Ударную нагрузку можно прикладывать не только посредством твердого ударника, как в приведенных примерах, но и эластичного и жидкого. Применение ударника с эластичной контактной поверхностью (резина, полиуретан) целесообразно при обработке .сложных поверхностей, для котор лх трудно обеспечить полное соотв тст-г вие профиля рабочей части ударника. Осуществить процесс можно также, разместив изделие в жидкости и возбуждая ударную волну, например электрическим разрядом. Возможны и другие варианты предлагаемого способа, например, вЩержйа изделия с покрытием в псевдоожиженном слое металлических или неметаллических частиц. Повышение адгезии покрытий является одним из важнейших способов увеличения их стойкости и работоспособности.