Способ получения полимерного покрытия

 

Изобретение относится к нанесению полимерных покрытий способом электрофореза и может быть применено в машиностроении, в частности при изготовлении подшипников качения. Сущность изобретения: электролитическое осаждение покрытия проводят из диспергированной в воде эмульсии стирольно-акрилатных сополимеров в количестве 1,8 - 8,0 мас.% с добавлением декагидробората натрия в количестве 0,01 - 0,06 мас.% при напряжении постоянного тока 3 - 30 В в течение 10 - 180 с с последующей промывкой водой и термообработкой при 80 - 180°С в течение 1 - 5 мин и выдержке в смазке или масле при 45 - 50°С в течение 8 - 40 ч. 2 табл.

Изобретение относится к нанесению полимерных покрытий способом электрофореза и может быть применено в машиностроении, в частности при изготовлении подшипников качения.

Известен способ получения полимерного покрытия на металлической поверхности электроосаждением смеси полиформальдегида с термопластичным полимером из дисперсии его в органическом растворителе с последующей термообработкой, которую проводят при 205-225оС в течение 4-6 мин. В качестве растворителя использован циклогексан [1].

Недостатком этого способа является то, что пленкообразующий полимер растворен в органическом растворителе, что приводит к нестабильности раствора и невозможности получения тонких покрытий.

Известен способ получения полимерного покрытия, включающий электроосаждение на металле из лаковой композиции на основе водной суспензии фторопласта, в которую добавлены уксусная кислота и ее бутиловый эфир и полимерной добавки в виде 70%-ного раствора в органическом растворителе эпоксиаминокаучукового аддукта. После электроосаждения изделие промывают водой, обрабатывают в 0,1-50%-ном водном растворе моноэтилового эфира этиленгликоля и термообрабатывают.

Недостатками этого способа являются: наличие органического растворителя, что снижает стабильность раствора, а также присутствие в растворе суспензии фторопласта, что позволяет получить качественные покрытия только при толщине пленки более 15 мкм [2].

Известен также способ получения антифрикционного полимерного покрытия, при котором на металлическое изделие, подключенное к положительному электроду, электроосаждением наносят полимерное покрытие из водной ванны, состоящей из диспергируемой в воде акрилатной смолы 4-10 мас.% и соли кислородной кислоты 0,1-0,8 мас.%, при напряжении от 30 до 300 В в течение от 30 с до 10 мин. Изделие промывают водой и термообрабатывают при 130-300оС в течение от 30 с до 60 мин [2].

Недостатком данного способа является то, что формирование полимерного покрытия происходит в кислой среде, что при сушке пленки может вызвать ее деструкцию и разрушение поверхности металла под пленкой; электроосаждение проводят при очень высоком напряжении, что снижает травмобезопасность технологического процесса; очень высокая температура сушки неприемлема для марок стали, используемых для изготовления подшипников качения из-за потери твердости; полученная пленка обладает высокой олеофобностью, что препятствует смазке трущихся поверхностей изделия.

Цель - получение полимерного покрытия с повышенной пластичностью, высокой антифрикционной стойкостью при малой толщине покрытия, высокой олеофильностью, высокой технологичностью и стабильностью раствора.

Цель достигается тем, что в известный способ получения полимерного покрытия, включающий анодное электроосаждение на металлическое изделие полимерного покрытия из диспергированной в воде эмульсии стирольно-акрилатных сополимеров N 4696, промывку изделия водой и его термообработку, в состав раствора для электролитического нанесения полимерного покрытия дополнительно вводят декагидроборат натрия при следующем содержании компонентов, мас. % : эмульсия стирольно-акрилатных сополимеров 1,8-8,0; декагидроборат натрия 0,01-0,06. Электроосаждение проводят при напряжении постоянного тока 3-30 В в течение 10-180 с, термообработку проводят при 80-180оС в течение 1-5 мин, после термообработки изделие выдерживают в смазке или масле при 45-50оС в течение 8-40 ч.

Способ получения полимерного покрытия осуществляют следующим образом.

Металлическое изделие погружают в ванну с диспергированной в воде эмульсией и подвергают воздействию электрического тока, причем металлическое изделие служит анодом, а катодом является сталь или никель.

В качестве эмульсии использована эмульсия стирольно-акрилатного сополимера, включающего метакрилат, бутилакрилат, стирол, акриловую кислоту, метакриламид, гидроокись этилметакрилата и акрилонитрил.

Осаждение пленочного покрытия проводится как на чистую металлическую поверхность изделия, так и на фосфатированную. При осаждении пленки на изделие ионы железа или меди (металла основы) за счет реакции с анионной группой полимеризующихся мономеров и их смесей образуют металлополимерную пленку на границе раздела металл-полимер с химическими связями, что позволяет обеспечить хорошую адгезию наносимого покрытия.

Количество диспергируемой в воде эмульсии составляет от 1,8 до 8,0 мас. % в зависимости от толщины осаждаемой пленки. Если количество эмульсии составляет менее 1,8 мас.%, эффективное электролитическое осаждение не может осуществляться, а если оно составляет более 8 мас.%, вязкость раствора становится высокой, что препятствует получению тонких и гладких пленок.

Температура ванны определяется интенсивностью испарения воды из ванны. Оптимальной является температура 20-40оС, при которой гарантируется стабильность раствора.

Электрическое напряжение постоянного тока изменяется в диапазоне от 3 до 30 В, при этом, если напряжение меньше 3 В, интенсивность электрофореза недостаточна, а при напряжении свыше 30 В образовавшееся покрытие может быть хрупким и расслаиваться, кроме того, напряжение выше 30 В нетехнологично с точки зрения техники безопасности.

Время электроосаждения определяется толщиной наносимой пленки и составляет 10-180 с.

Для получения более пластичного покрытия в состав раствора дополнительно вводят декагидроборат натрия в количестве 0,01-0,06 мас.%. ведение добавки менее 0,01 мас. % не дает эффекта, а более 0,06 мас.% приводит к снижению плотности покрытия.

Полученный слой покрытия промывается водой для удаления сопровождающего состава из ванны. После этого изделие термообрабатывается до затвердевания пленки. Условия нагревания зависят от толщины пленки, металла покрываемой детали и сложности ее геометрической формы. Эмпирически установлена оптимальная температура в пределах от 80 до 180оС и время термообработки может составлять от 1 до 5 мин.

Для улучшения антифрикционных характеристик покрытия, т.е. снижения коэффициентов трения качения и скольжения на пленочном покрытии должен быть сформирован олеофильный реакционный слой, обладающий малым краевым углом смачиваемости. Реакционный слой образуется при выдерживании изделия в жидкой смазке или масле при температуре, достаточной для внедрения молекул смазки или масла в поверхностный полимерный слой пленочного покрытия на глубину 0,1-6,0 мкм. Наиболее эффективно образование реакционного слоя происходит при 45-50оС и выдерживании в течении 8-40 ч.

В качестве жидкой смазки могут быть использованы смазки: L-138 (Арканол), ВНИИНП-555, в качестве масла - масло И-12.

Примеры осуществления способа получения полимерного покрытия приведены для получения покрытий толщиной 1,0 и 10 мкм.

Во всех примерах электроосаждение полимерного покрытия проводилось при напряжении постоянного тока 18 В в течение 10 с для пленок толщиной 1 мкм и 60 с для пленок толщиной 10 мкм. рН ванны 8. Термообработка проводилась при 110оС в течение 3,5 мин, а реакционный слой формировался при 48оС в течение 24 ч.

П р и м е р 1. В воде при 30оС диспергирована эмульсия стирольно-акрилатных сополимеров. Анодом является обрабатываемое изделие, а катодом - никелевая пластина.

П р и м е р 2. В водный раствор эмульсии добавлен декагидроборат натрия в количестве 0,02 мас.%..

П р и м е р 3. В водный раствор эмульсии добавлен декагидроборат натрия в количестве 0,05 мас.%.

П р и м е р 4. После проведения электроосаждения полимерной пленки из раствора по примеру 3 изделие выдержано в смазке "Арканол" (L-138).

П р и м е р 5. После проведения электроосаждения полимерной пленки из раствора по примеру 3 изделие выдержано в смазке типа ВНИИНП-555.

П р и м е р 6. После проведения электроосаждения полимерной пленки из раствора по примеру 3 изделие выдержано в масле И-12.

В табл. 1 приведены результаты испытаний полученного покрытия на пластичность, которая определялась по ГОСТ 9.302-88. Пластина с нанесенной на нее полимерной пленкой из растворов по примерам 1-3 с одной стороны закреплялась в держателе, а другая сторона изгибалась на 180о. По количеству выдержанных изгибов без образования трещин и разрывов определялась пластичность покрытия.

Олеофильность полученного покрытия определялась по значению краевого угла смачивания, который определялся измерением протяженности и высоты капли масла или смазки, нанесенных на полученное покрытие (примеры 2-6), при помощи микроскопа МБС и вычислялся по формуле: = где 2R - протяженность капли; h - высота капли.

Антифрикционные свойства покрытия приведены в табл.2 и определены значениями коэффициентов трения качения и скольжения.

Определение коэффициента трения качения проводилось на установке "ПИИТ" (методика АО ВНИПП). Исследуемое покрытие, нанесенное на два внутренних кольца подшипника, приводилось в контакт с шариком диаметром около 8 мм без покрытия. Величина коэффициента трения качения определялась по углу выброса шарика из зоны контакта. Угол выброса выставляется на приборе и соответствует следующим значениям его предельных коэффициентов: 0,001; 0,0015; 0,002; 0,0025; 0,003; 0,0035.

Определение коэффициента трения скольжения проводилось на установке "ПИРС" (методика АО ВНИПП). На "чашечку", представляющую собой фрагмент гнезда сепаратора из стали или латуни, наносится исследуемое покрытие. Чашечка приводится в контакт со стальным шариком без покрытия. Шарик вращается со скоростью 14000 об/мин с усилием прижима 0,2 кг. Коэффициент трения скольжения определяется по углу выброса шарика из гнезда сепаратора.

Основные свойства покрытия, такие как степень высыхания, адгезия, коррозионная стойкость, были проверены по нижеописанным методикам и показали, что покрытия, полученные по предлагаемому способу и способу-прототипу, имеют одинаковые технические характеристики и свойства.

Степень высыхания пленки покрытия, нанесенного на поверхность стальной пластины размером 200х200 мм, определяли методом отслаивания. Для этого на пленке прорезают скальпелем по 11 взаимоперпендикулярных линий с интервалом 1 мм до подложки металла, накладывают ленту "Scoth", вдавливают пленку и быстро отрывают. По числу отслоившихся квадратов пленки судят о степени ее высыхания. Если это число равно 5, то высыхаемость хорошая. На исследованных образцах - равна 4.

Адгезия полимерной пленки проверялась накручиванием пластины с нанесенной пленкой на пруток диаметром 2 мм под углом 180о, под микроскопом проводилось визуальное исследование состояния пленки на изгибе пластины. Исследованные образцы, покрытые полимерным покрытием, не имели трещин и участков оголенного металла, что способствует хорошей адгезии.

Коррозионная стойкость проверялась воздействием на исследуемый образец 5% -ного водного раствора хлористого натрия в течение 500 ч. Отсутствие дефектов подтвердило высокую коррозионную стойкость покрытия.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ путем анодного электроосаждения на металлическое изделие покрытия из водного раствора, содержащего эмульсию полимера, промывки водой и термообработки, отличающийся тем, что в водный раствор дополнительно вводят декагидроборат натрия, в качестве эмульсии используют эмульсию стирольно-акрилатных сополимеров при следующем содержании компонентов, мас.%: Эмульсия стирольно-акрилатных сополимеров 1,8 - 8,0 Декагидроборат натрия 0,01 - 0,06 электроосаждение проводят при напряжении постоянного тока 3 - 30 В в течение 10 - 180 с, термообработку проводят при 80 - 180oС в течение 1 - 5 мин, а после термообработки изделие выдерживают в смазке или масле при 45 - 50oС в течение 8 - 40 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике нанесения покрытий способом электрофореза, в частности к способам нанесения полимерных покрытий на металлические поверхности, и может найти применение для защитной или декоративной окраски металлических изделий любой конфигурации

Изобретение относится к способам получения полимерных покрытий методом электроосаждения и может быть использовано в лакокрасочной промышленности Изобретение позволяет улучшить технологичность , снизить коэффициент трения, повысить гидрофобность

Изобретение относится к способам получения полимерных покрытий и может быть использовано, например, в машинои приборостроении и электротехнике

Изобретение относится к способам получения защитно-декоративных лакокрасочных покрытий, в частности, на металлические фосфатированные и пассивированные поверхности, и может быть использовано при окраске узлов и деталей сельскохозяйственных машин

Изобретение относится к технике получения лакокрасочных покрытий способом электроосаждения и может найти широкое применение в автомобильной, электротехнической и других отраслях промышленности.Цель изобретенияповышение качества покрытия путем улучшения качества разделения фильтрующей среды

Изобретение относится к технике нанесения покрытий способом электрофореза, в частности к способам нанесения полимерных покрытий на металлические поверхности, и может найти применение для защитной или декоративной окраски металлических изделий любой конфигурации

Изобретение относится к области защиты длинномерных металлоизделий от коррозии путем нанесения полимерных покрытий

Изобретение относится к области упрочнения прессового инструмента путем осаждения износостойких покрытий и может быть использовано при изготовлении мерительного инструмента и калибров, а также при изготовлении и ремонте различных деталей , работающих в условиях повышенного трения

Изобретение относится к способам получения полимерных покрытий методом электроосаждения и может быть использовано в лакокрасочной промышленности Изобретение позволяет улучшить технологичность , снизить коэффициент трения, повысить гидрофобность

Изобретение относится к области получения покрытий методом электроосаждения, в частности к нанесению покрытий водоразбавляемыми лакокрасочными пигментированными композициями, и может быть использовано в автомобильной и химической промышленностях, различных отраслях машино- и приборостроения, электро-и радиотехнике
Наверх