Способ нанесения металлополимерного покрытия

Изобретение относится к способам нанесения защитных покрытий, в частности коррозионностойких, антифрикционных и эрозионностойких покрытий, и может быть использовано для защиты изделий в химической, машиностроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других областях. Способ нанесения металлополимерного покрытия на металлическую основу включает нанесение металлического слоя и слоя полимера, при этом перед нанесением металлического слоя осуществляют активацию поверхности металлической основы, металлический слой выполняют проницаемым, слой полимера формуют в виде сухого газопроницаемого слоя, а затем нагревают газопроницаемый слой полимера до температуры плавления путем нагрева металлического слоя покрытия. Обеспечивается получение покрытия толщиной 50-1000 мкм и более, имеющее высокую адгезию и стойкость к различным видам износа и обладающее минимальной или нулевой пористостью. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к способам нанесения защитных покрытий, в частности, коррозионностойких, антифрикционных и эрозионностойких покрытий, и может применяться для защиты изделий в химической, машиностроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других областях техники.

Металлополимерные покрытия могут наноситься электролитическим, электрофлотационным, электрозвуковым, термическим, механохимическим методами и методом вытеснения.

Сущность электролитического метода получения металлополимеров состоит в том, что при электролизе водных растворов соответствующих солей частицы металла, выделяющиеся на катоде, переносятся в органический слой ванны, содержащий раствор полимера, и взаимодействуют с ним.

Данный способ нанесения металлополимерного покрытия имеет низкую производительность. При нанесении покрытия необходимо погружать изделие в комплексный электролит, т.е. габаритные изделия не могут обрабатываться подобным способом. Электролит после использования требует утилизации, что сопряжено с экологическими сложностями, а в ряде случаев электролит представляет серьезную опасность для здоровья и жизни человека, поскольку обладает канцерогенными свойствами.

Электрофлотационный метод получения металлополимеров осуществляется в установках с неподвижным катодом, через поры которого при электролизе непрерывно подается раствор низкомолекулярного или полимерного поверхностно-активного вещества в органическом растворителе.

Термический метод основан на том, что некоторые органические и неорганические соединения металлов, нагретые до определенной температуры в восстановительной атмосфере или в вакууме, разлагаются с выделением высокодисперсных частиц металла. При разложении таких соединений в органической среде могут образовываться высокодисперсные органозоли металлов. К соединениям, легко разлагающимся при сравнительно низких температурах, относятся соли органических кислот - формиаты и оксалаты меди, висмута, свинца, серебра, а также ферро- и феррицианиды железа. В качестве органической среды при разложении таких солей могут быть использованы термопластичные и термореактивные полимеры. Металлополимеры, полученные термическим методом, характеризуются высокой дисперсностью и равномерностью распределения частиц металла в объеме полимера, а также значительной необратимой адсорбцией макромолекул на поверхности частиц металла в момент их образования.

Механохимический метод получения металлополимеров основан на том, что при механических воздействиях на систему грубодисперсный металл - полимер происходит разрыв молекул полимера с появлением свободных радикалов, которые, взаимодействуя с поверхностью металла, могут привести к возникновению побочных адсорбционно-химических связей. Характер взаимодействия полимерных молекул с поверхностью частиц металла зависит от природы полимера и металла, условий контакта между полимером и металлом. Хемосорбционное взаимодействие макромолекул с поверхностью металла, высокая дисперсность частиц металла, а также равномерность распределения их в объеме полимера обеспечивает значительное повышение показателей физико-механических и физико-химических свойств металлополимеров по сравнению с обычными полимерами, наполненными металлами.

Нанесение металлополимерных покрытий из жидкости, путем совмещения в одном технологическом процессе гальванического осаждения на поверхность, являющуюся катодом, металлического слоя и электроосаждения полимерного водорастворимого материала.

Нанесение покрытия из металлополимеров путем разложения металлсодержащих прекурсоров (формиатов, оксалатов, карбонилов и т.д.) в среде расплава полимера при температуре термолиза при погружении изделия в расплав.

Нанесение покрытия путем газотермического напыления полимера с металлическими включениями.

Ближайшим аналогом является способ получения металлополимерного покрытия (RU 2332524, опубликовано 27.08.2008). Способ заключается в нанесении на металлическую основу покрытия из металла и полимера из горячего газового потока. Покрытие наносят способом плазменного напыления на подогретую металлическую основу. В плазменную установку при этом подается смесь порошков полимера и металлосодержащего прекурсора, состоящего из формиата, оксалата или карбонила металлов, составляющих металлическую компоненту покрытия.

Недостатки данного способа

1. Покрытие наносится на поверхность, предварительно нагретую до температуры, превышающей температуру плавления полимера, причем нагрев производится газовым потоком. Такой способ нагрева имеет ограниченную эффективность, а тепло, при этом, постоянно уходит в тело изделия. Таким образом, нанесение покрытия на крупногабаритные изделия существенно замедляется, а энергозатраты возрастают.

2. Нагрев изделий до необходимых температур (приведены рабочие температуры 220-240°C) может вызвать термические деформации изделия, а в ряде случаев, нагрев просто недопустим.

3. Металлическая компонента покрытия формируется путем разложения металлосодержащего прекурсора, т.е. металлическая компонента не может состоять из коррозионно-стойкого сплава, а только из чистого металла, например никель, с достаточно ограниченной стойкостью к химическим воздействиям, таким образом, сочетание интенсивного химического и механического воздействия является для такого покрытия фатальным. Смешивание прекурсоров также не обеспечит формирование химически стойкой металлической компоненты, поскольку разложение прекурсоров происходит при разных условиях и контролируемое обеспечение необходимого соотношения практически невозможно, кроме того, при разложении смеси прекурсоров происходит формирование смеси или псевдосплава, с неконтролируемой стойкостью к химическим воздействиям.

4. Невозможно формирование градиентной структуры покрытия.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение комбинированного покрытия с эксплуатационными характеристиками, превосходящими характеристики полимерных и металлических покрытий, химической стойкостью и антифрикционностью выше, чем у покрытий из соответствующего металла, адгезия и физические характеристики выше, чем у соответствующего полимера.

Техническим результатом является получение покрытия толщиной 50-1000 мкм и более, имеющего высокую адгезию и стойкость к различным видам износа и обладающего минимальной или нулевой пористостью.

Технический результат достигается тем, что сначала на подготовленную металлическую основу наносят слой металла таким образом, чтобы слой имел проницаемость, затем наносят слой полимера способом, обеспечивающим формирование сухого газопроницаемого слоя полимера, после чего обеспечивают нагрев металлического слоя покрытия, таким образом, чтобы нагревался газопроницаемый слой полимера до температуры плавления.

Металлическое покрытие наносят любым способом - газотермического напыления, наплавки, напайки, гальваническим, погружением в расплав и т.п.

Подготовка металлической основы, необходимая для обеспечения чистоты, активации поверхности перед нанесением металлического слоя, может включать в себя, например, способ абразивно-струйной обработки или другие виды обработки, обеспечивающие необходимую подготовку.

Проницаемость металлического покрытия могут обеспечивать созданием пористости, обусловленной режимами нанесения металлического покрытия.

Проницаемость металлического покрытия могут обеспечивать перфорацией, например лазерной перфорацией.

Проницаемость металлического покрытия могут обеспечивать внедрением при нанесении металлического покрытия частиц материалов, которые могут в дальнейшем быть удалены из металлического слоя путем растворения или выпаривания (выжигания), например, водорастворимый силикат натрия или легкоплавкий полимер.

Любым другим способом, обеспечивающим проницаемость металлического покрытия.

Слой полимера могут наносить в виде жидкой суспензии без связующего, так что после ее высыхания образующийся слой не образует газонепроницаемой пленки.

Слой полимера могут наносить в виде порошка методом электростатического напыления или любым другим способом, обеспечивающим газопроницаемость слоя полимера.

В качестве способа нагрева металлического слоя применяют индукционный нагрев (или другой способ нагрева, обеспечивающий нагрев металлического слоя, например нагрев в печи).

В процессе нагрева металлического слоя газы, заполняющие поры и/или отверстия, обеспечивающие проницаемость металлического слоя, расширяются и уходят во внешнюю среду через газопроницаемый полимерный слой. Нагрев полимера производят до состояния, близкого к расплавлению (или пластичного), и образования равномерного плотного покрытия. После прекращения нагрева и, поскольку, полимер находится в состоянии, близком к расплавлению (или пластичном), и блокирует поры и/или отверстия металлического слоя покрытия от проникновения газов обратно, а тепло быстро уходит в основной металл изделия, в порах и/или отверстиях металлического слоя покрытия образуется пониженное давление, которое «засасывает» расплавленный полимер в толщу металлического слоя.

Образовавшееся покрытие состоит преимущественно или полностью из металлического слоя и слоя полимера, который на поверхности покрытия образует сплошной слой.

В зависимости от способа нанесения металлического слоя и обеспечения его проницаемости содержание полимера в покрытии может быть равномерным по толщине или градиентно возрастать, а содержание металлического слоя равномерным или градиентно убывать от металлической основы к поверхности покрытия. Толщина покрытия, при нанесении металлического слоя газотермическим способом, может быть от десятков до тысячи микрометров

На фиг. 1 и 2 представлены фотографии микроструктур металлополимерных покрытий, на которых явно выражено глубокое проникновение полимера в неровности каверны и поры металлического слоя и формирование на поверхности ровного слоя полимера.

Пример 1

Образец металлографического среза образца металлополимерного покрытия из сплава «монель» и фторопласта. Проницаемость металлического слоя обеспечена режимом нанесения металлического покрытия. На его поверхности нанесен слой суспензии фторопласта, высушен и обработан индукционным нагревателем.

Покрытие имеет неравномерно-градиентную структуру с металлической основой и полимерной поверхностью (фиг. 1).

Пример 2

Образец металлографического среза образца металлополимерного покрытия из сплава бронзы и фторопласта. Проницаемость металлического слоя обеспечена поверхностной лазерной обработкой металлического покрытия. На его поверхности нанесен слой суспензии фторопласта, высушен и обработан индукционным нагревателем.

Покрытие имеет равномерно-градиентную структуру с металлической основой и полимерной поверхностью (фиг. 2).

1. Способ нанесения металлополимерного покрытия на металлическую основу, включающий нанесение металлического слоя и слоя полимера, отличающийся тем, что перед нанесением металлического слоя осуществляют активацию поверхности металлической основы, металлический слой выполняют проницаемым, слой полимера формуют в виде сухого газопроницаемого слоя, а затем нагревают газопроницаемый слой полимера до температуры плавления путем нагрева металлического слоя покрытия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлический слой наносят газотермическим напылением, наплавкой, напайкой, гальваническим методом или погружением в расплав.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что слой полимера наносят в виде жидкой суспензии без связующего.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой полимера наносят в виде порошка методом электростатического напыления.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлический слой нагревают посредством индукционного нагрева.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проницаемость металлического слоя обеспечивают путем получения в нем пористости посредством режимов нанесения покрытия.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проницаемость металлического слоя обеспечивают посредством перфорации, например градиентной лазерной перфорации.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подготовку поверхности металлической основы проводят абразивно-струйной обработкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к комбинированным способам получения покрытий, и может быть использовано, в частности, для получения покрытий на деталях.

Изобретение относится к способу высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие.

Изобретение относится к способам напыления композиционных пористых биоактивных покрытий и может быть использовано для формирования покрытий на поверхности внутрикостных имплантатов, фильтрующих покрытий, носителей катализаторов.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и может быть использовано в электротехнике.

Изобретение относится к формированию на поверхности медных электрических контактах покрытий и может быть использовано в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошков молибдена и никеля, взятых в соотношении 10:1 массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва с формированием на ней композиционного покрытия системы Mo-Ni-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.

Изобретение относится к способу изготовлению детали из хромосодержащего жаропрочного сплава на основе никеля и может найти применение при изготовлении деталей газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к способам антикоррозионной обработки поверхности изделий из алюминия или алюминиевых сплавов. Поверхность изделия подвергают импульсному энергетическому воздействию излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм при удельной мощности излучения 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20…40 кГц и скорости сканирования поверхности лазерным излучением 250…700 мм/с.

Изобретение относится к способу аддитивной обработки деталей из сплавов системы Al-Si и может быть использовано в машиностроительных отраслях для изготовления и восстановления малоразмерных изделий и их конструктивных элементов, преимущественно, поперечного размера в субмиллиметровом диапазоне (менее 1 мм).

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас.

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано для упрочнения режущего инструмента и металлических деталей машин. Способ плазменного нанесения покрытия на металлическую заготовку включает нагрев поверхности заготовки и плазменное напыление слоя покрытия на ее поверхность, при этом осуществляют нагрев участка поверхности, на который наносят покрытие, плазменной струей до температуры, при которой размер расширенного тепловым потоком участка поверхности будет равен размеру наносимого покрытия на упомянутом участке при температуре напыления, после нанесения требуемого слоя напыление прекращают и измеряют температуру поверхности покрытия и температуру поверхности заготовки на границе напыленного слоя и устраняют разницу в температурах путем регулирования подачи охлаждающей среды на границу раздела напыленного слоя и заготовки до их остывания.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к триботехнике, и может быть использовано при обработке рабочих поверхностей деталей машин. Способ подготовки состава-модификатора для металлических пар трения включает приготовление порошковой смеси из дисперсных частиц антигорита Mg6Si4O10(OH)8 и лизардита Mg3Si2O5(OH)4 и размешивание упомянутой порошковой смеси в масле, при этом в упомянутую порошковую смесь дополнительно вводят частицы хризотила Mg6Si4O10(OH)8 и альфа-нитрида бора при следующем соотношении компонентов, мас.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к триботехнике, и может быть использовано при обработке рабочих поверхностей деталей машин, работающих в условиях повышенной нагрузки.

Изобретение относится к способу модификации железосодержащих поверхностей трения и может быть использовано для снижения механических потерь на трение, увеличения долговечности трущихся металлических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания, агрегатов трансмиссий, ходовой части транспортных средств и может быть использовано для одновременного восстановления металлических трущихся поверхностей.

Изобретение относится к смазочным композициям, в частности к составам для обработки пар трения, и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ.

Изобретение относится к способам антикоррозионной обработки поверхности изделий из алюминия или алюминиевых сплавов. Поверхность изделия подвергают импульсному энергетическому воздействию излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм при удельной мощности излучения 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20…40 кГц и скорости сканирования поверхности лазерным излучением 250…700 мм/с.
Способ относится к формированию в изделии износостойкого приповерхностного слоя, содержащего соединения кобальта с водородом и кислородом в виде гидроксида кобальта Со(ОН)2 и гетерогенитов 3R - Со+3[O(ОН)] и 2Н-СоО(ОН), и заключается в том, что изделие из кобальтсодержащего материала нагревают во влажном воздухе при температуре от 100°С до менее 200°С в течение от 0,5 до 2,0 час.

Изобретение относится к способу лазерно-порошковой наплавки защитного покрытия на входную кромку рабочей лопатки паровой турбины из стали марки 13Х11Н2В2МФ-Ш, или 15Х11МФ-Ш, или 20X13.

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения.

Изобретение относится к способу ввода пучка электронов в среду с повышенным давлением, при котором подачу газа осуществляют через систему напуска в сопловой блок, состоящий из двух кольцевых сопел (внутреннего и внешнего, по оси внутреннего кольцевого сопла имеется отверстие для прохождения пучка электронов), при расширении из которого в среду с повышенным давлением в приосевой области течения формируется «зона спокойствия», параметры которой зависят только от параметров, определяющих работу внутреннего кольцевого сопла (в частности, его геометрии и расхода газа), являющаяся частью транспортного канала для ввода пучка электронов из объема электронной пушки в среду с повышенным давлением.
Изобретение относится к триботехнике и может быть использовано при безразборном восстановительном ремонте, профилактике и предотвращении износа рабочих поверхностей деталей машин, подверженных износу, таких как поршневые узлы, подшипниковые пары трения, шестеренные передачи.

Изобретение относится к улучшенному составу суспензии, которая может использоваться для получения улучшенного теплового барьерного покрытия, а также к пористому теплобарьерному защитному от воздействия внешней среды покрытию, способу получения упомянутой водной суспензии и способу нанесения данной суспензии на подложку. Состав водной суспензии для получения пористого теплобарьерного защитного от воздействия внешней среды покрытия содержит первый порошок из оксидного материала с теплопроводностью ниже 5 Вт/м⋅К, состоящий из крупных частиц, имеющих средний размер от 5 мкм до 60 мкм, по меньшей мере часть из которых имеет закрытую пористость и которые являются теплостойкими и непроницаемыми для газа и жидкости, второй порошок из оксидного материала с теплопроводностью ниже 5 Вт/м⋅К, состоящий из мелких частиц, имеющих средний размер от 0,1 мкм до 5 мкм, причем средний размер мелких частиц второго порошка является по меньшей мере в 5 раз меньше среднего размера крупных частиц первого порошка, частицы элементарного бора в количестве от 0,2 до 2,0 мас.%, водное неорганическое связующее, суспендирующее по меньшей мере часть упомянутых частиц элементарного бора, крупных частиц и мелких частиц в водном растворе, причем крупные частицы с закрытой пористостью, которые являются теплостойкими, обеспечивают покрытию неразрушающую закрытую пористую структуру. Обеспечивается защитное покрытие, имеющее тепловые барьерные свойства и свойства барьера от воздействия внешних условий, подходящие для высокотемпературных применений. 5 н. и 20 з.п. ф-лы,9 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам нанесения защитных покрытий, в частности коррозионностойких, антифрикционных и эрозионностойких покрытий, и может быть использовано для защиты изделий в химической, машиностроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других областях. Способ нанесения металлополимерного покрытия на металлическую основу включает нанесение металлического слоя и слоя полимера, при этом перед нанесением металлического слоя осуществляют активацию поверхности металлической основы, металлический слой выполняют проницаемым, слой полимера формуют в виде сухого газопроницаемого слоя, а затем нагревают газопроницаемый слой полимера до температуры плавления путем нагрева металлического слоя покрытия. Обеспечивается получение покрытия толщиной 50-1000 мкм и более, имеющее высокую адгезию и стойкость к различным видам износа и обладающее минимальной или нулевой пористостью. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Наверх