Способ покрытия металлических форм из сплавов типа al-mg и al-si для производства автомобильных шин

Изобретение относится к способу покрытия металлических форм из сплавов для производства шин транспортных средств типа Al-Mg и Al-Si. В способе форму обезжиривают и протравливают в ванне с рН от 11,0 до 12,5 при температуре от 50 до 70°С в течение 1-2 мин, промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, затем погружают в ванну с жидким циркониевым пассивирующим средством с рН от 4,8 до 5,2 при температуре от 25 до 30°С на 2-3 мин, затем вновь промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, сушат при температуре от 110 до 115°С в течение 20-25 мин. Далее формируют окончательное покрытие в ванне с водной дисперсией политетрафторэтилена с рН от 7,5 до 8,5 при температуре от 60 до 65°С на протяжении 15-16 мин, покрытие обжигают при температуре от 100 до 105°С на протяжении 30-40 мин. Изобретение обеспечивает увеличение числа циклов изготовления шин без необходимости очистки рабочей поверхности упомянутой формы для производства шин. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение касается технологических способов покрытия металлических форм из сплавов типа Al-Mg и Al-Si, именно для производства шин. Изобретение позволяет создать покрытие на металлических формах на основе алюминия с целью получить как можно больше производственных циклов между отдельными очистительными операциями в процессе технологии производства шин.

Нынешнее состояние техники

В настоящее время для производства металлических форм, предназначенных для производства шин, применяются материалы на основе алюминия. Металлическая форма составлена из определенного числа сегментов, обычно с 8 до 36, в зависимости от размеров производимой шины. Обработка поверхности металлических форм с помощью какой-либо технологии поверхностной обработки не проводится.

Нынешний способ производства металлических форм заключался в отливке под низким давлением сегментов металлической формы и последующей обработке функциональных площадей с помощью фрезерования, обточки, сверления в целях достижения требуемого качества поверхности и точности габаритов. Металлическая форма предназначена для производства шин, производимых путем вулканизации смеси органических веществ при повышенных значениях температуры, т.е. от 150 до 170°C. Обычное число циклов с момента установки металлической формы представляет приблизительно 2500-2700 изготовленных шин без необходимости очистки ее рабочей поверхности.

После определенного числа циклов, т.е. изготовленных шин, следует провести очистку отдельных сегментов металлической формы. Очистка проводится вручную с помощью стальных либо шлифовальных щеток или же путем наложения на рабочие поверхности слоя сухого льда, после чего проводится механическая очистка. Другой способ очистки - обдувка функциональных площадей металлической формы тонким песком.

Поскольку ассортимент отдельных типов шин чрезвычайно обширен с точки зрения габаритов и дизайна, нельзя вообще рассматривать конкретное время, необходимое для очистки. Временное исключение из производства в связи с очисткой оборудования, в состав которого обязательно входит металлическая форма, длится несколько суток. В это время данный тип шин не производится, что влияет на производительность.

Цена продажи металлической формы зависит от требуемого типа шины и представляет сумму от сотен тысяч до нескольких миллионов крон. Каждая очистка приводит к износу функциональных поверхностей металлической формы и от этого износа снижается срок ее службы.

Сущность изобретения

Вышеуказанные минусы использования металлических форм из сплавов типа Al-Mg и Al-Si в технологии производства шин можно в значительной мере устранить с помощью способа нанесения покрытия согласно настоящего изобретения.

Настоящее изобретение вносит в технологию производства металлических форм указанных типов сплавов операцию поверхностной обработки площадей путем покрытия. Покрытие металлической формы, созданное из нанослоев, влияет на увеличение числа циклов на 200-400%, от обработки до очистки. Эти данные были получены путем испытания металлических форм с покрытием в рабочих условиях производства шин, которые были предназначены для летнего и зимнего периодов. Увеличение числа циклов было зарегистрировано при нанесении покрытия не только на новые металлические формы, а также и на те, которые уже установлены в производстве шин, без первоначального покрытия. У этих использованных форм увеличилось число циклов, т.е. изготовленных шин, приблизительно на 20% по сравнению с формами без покрытия.

Сущность изобретения заключается в технологических процессах создания покрытия из нанослоев на поверхностях отдельных сегментов металлической формы из сплавов типа Al-Mg и Al-Si у новых форм и, также, у использованных форм. Покрытие создано с применением следующего технологического процесса. Обезжиривание сегмента металлической формы в ванне при pH от 11,0 до 12,5; травление при температуре от 50 до 70°C в течение 1-2 минут, промывка в деминерализованной воде от 20 до 30°C; погружение в металлическую ванну с pH от 4,8 до 5,2 при температуре от 25 до 30°C в течение 2-3 минут; промывка в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°C; сушка при температуре от 110 до 115°C в течение 20-25 минут; наложение окончательного покрытия с pH 7,5-8,5 при температуре от 60 до 65°C в течение 15-16 минут, обжиг покрытия при температуре от 100 до 105°C в течение 30-40 минут.

Создание покрытия у металлических форм на основе алюминия с описанием отдельных этапов технологического процесса и указанием параметров показано на Фиг. 1. Растворы отдельных ванн созданы с помощью средств, производство которых к настоящему изобретению не относится.

Средство Р1

Щелочное средство для обезжиривания на базе воды, с содержанием 30-50% гидроокиси натрия и до 5% этилендиаминтетраацетата тетранатрия. Это жидкость желтого цвета со слабым запахом плотностью приблизительно 1400 кг⋅м-3 и pH 14.

Средство Р2

Жидкая комбинация тензидов на базе воды с содержанием аминов до 10%. Это жидкость желтого цвета с характерным запахом плотностью приблизительно 1000 кг⋅м-3 и pH приблизительно 9, которая смешивается с водой. Средство предназначено для улучшения обезжиривания в щелочных ваннах.

Средство Р3

Препарат представляет собой жидкое, эффективное цирконийсодержащее пассивирующее средство, которое предназначено для создания наномоллекулярных поверхностей, защищающих разные металлические поверхности от коррозии. Оно содержит макс. 0,5% гексафторциркониевой кислоты. Это бесцветная слегка мутная кислота со слабым запахом плотностью приблизительно 1000 кг⋅м-3 и pH от 1 до 2.

Препарат Р4

Водная дисперсия политетрафторэтилена, растворимая в воде с содержанием до 5% неионогенного поверхностно-активного вещества. Это жидкость белого цвета со слабым запахом аммониака плотностью приблизительно 1500 кг⋅м-3, pH от 9 до 10 и точкой кипения 100°C, которая содержит от 4,5 до 6,5 г/л твердых частиц. Этот препарат предназначен для обработки поверхности алюминия после анодического окисления.

Препарат Р5-A

Препарат на базе воды с содержанием до 10% азотной кислоты. Это бесцветная кислота со специфичным запахом плотностью приблизительно 1000 кг⋅м-3 и pH 1, которая смешивается с водой. Препарат предназначен для корректировки величины pH раствора ванны.

Препарат Р5-B

Препарат на базе воды с содержанием до 10% гидрогенкарбонат и до 10% амония-карбамата. Это бесцветная жидкость со специфичным запахом плотностью приблизительно 1000 кг⋅м-3 и pH от 8 до 9, которая смешивается с водой. Средство предназначено для корректировки величины pH раствора ванны.

В предпочтительном варианте исполнения обезжиривающая ванна содержит средство Р1, средство Р2 и деминерализованную воду.

Металлическая ванна создана из средства Р3, средства Р5-A для увеличения pH ванны или средства Р5-B для снижения pH ванны и деминерализованной воды. Окончательное покрытие создано средством Р4 и деминерализованной водой.

Покрытие, выполненное согласно данному изобретению, предотвращает загрязнение металлических форм при их использовании в технологии производства шин, увеличивает число производственных циклов между отдельными процессами очистки, повышает общую производительность и продлевает срок службы форм.

Новая технология химического покрытия позволяет создавать защитные нанослои. Покрытие состоит из двух слоев: основного слоя, связанного с поверхностью металла, и тефлона с термообработкой. Поверхность металлической формы требует подготовки ее качества и химической очистки. Толщина полученного покрытия составляет 20-25 μм и его идентификация, качественная и количественная (глубина покрытия), исследовалась с помощью растрового электронного микроскопа.

Исследование включало испытания указанной технологии в рабочих условиях, выполненные на сплаве типов Al - Mg и Al - Si. Для испытаний было выполнено покрытие нескольких сегментов металлических форм, предназначенных для серийного производства шин для летнего и зимнего периодов. В результате было установлено, что общее число шин, изготовленных с применением внедренных в производственный процесс форм с покрытием, было в среднем на 200-400% выше числа шин, изготовленных с помощью форм без покрытия.

Пояснение рисунков на чертежах

Предпочтительный способ покрытия форм для производства шин согласно данному изобретению будет более подробно описан в виде конкретного примера выполнения с помощью приложенных чертежей, где на Фиг. 1 показана общая схема создания покрытия на металлических формах на базе алюминия, с описанием отдельных спецификаций технологических параметров. На Фиг. 2 показан фрагмент сегмента металлической формы после наложения покрытия. Фиг. 3 - результаты экспериментального измерения полученного покрытия.

Примеры реализации изобретения

Технологический процесс создания покрытия на металлических формах для производства шин из сплавов типа Al - Mg и Al - Si заключается в обезжиривании отдельных сегментов формы в ванне с рН 11,0-12,5 и протравливании при температуре от 50 до 70°С на протяжении 2-3 минут. А затем следует промыть сегмент в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, потом погрузить в металлическую ванну с рН от 4,8 до 5,2 при температуре от 25 до 30°С в течение 2-3 минут и вновь промыть в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С. Далее следует сушка при температуре от 110 до 115°С в течение 20-25 минут, наложение окончательного покрытия в ванне с рН от 7,5 до 8,5 при температуре от 60 до 65°С в течение 15-16 минут и обжиг покрытия при температуре от 100 до 105°С в течение 30-40 мин.

Обезжиривающая ванна образована препаратом Р1 и препаратом Р2 в деминерализованной воде.

Металлическая ванна образована препаратом Р3, препаратом Р5-A или препаратом Р5-B в деминерализованной воде.

Окончательное покрытие образовано препаратом Р4 в деминерализованной воде.

Металлические формы на базе алюминия с покрытием для производства шин были созданы в соответствии с технологическими процессами ТР1 и ТР2 и применены в производственных предприятиях за пределами территории Чешской республики.

Технологический процесс ТР1

Для испытания шин на производстве были изготовлены отдельные сегменты металлических форм из сплавов типа Al-Mg и Al-Si. Создание покрытия сегментов было выполнено с помощью следующего технологического процесса, который состоял из двух этапов.

1-ый этап технологического процесса ТР1

Формирование слоя, связанного с поверхностью металла

1. Обезжиривание и протравка

Состав ванны: 15 г/л Р1+3 г/л Р2 + деминерализованная вода
Температура: от 50 до 55°C
pH: от 11,0 до 12,5
Продолжительность: 2-3 мин
Примечание: Содержание алюминия в ванне должно быть ниже 10 г/л.

2. Промывка

Состав ванны: деминерализованная вода
Продолжительность: недолго

3. Покрытие

Состав ванны: 40 г/л Р3 + деминерализованная вода
Температура: от 25 до 30°C
pH: от 4,8 до 5,2

Продолжительность: 1-2 мин
Примечание: рН ванны не должно превысить 5,2

В случае необходимости поправки рН следует воспользоваться Р5-А - увеличение рН или же Р5-В - снижение рН.

4. Промывка

Состав ванны: деминерализованная вода
Температура: от 20 до 30°С
Продолжительность: недолго

5. Сушка

Установка: Сушильная печь BINDER
Температура: от 110 до 115°С
Продолжительность: 20-25 мин

2-ой этап технологического процесса ТР1

Финализация покрытия

После завершения этапа образования слоя, связанного с поверхностью металла, и охлаждения сегмента металлической формы до температуры приблизительно 60°С следует этап, предназначенный для получения окончательного покрытия с помощью средства Р4.

1. Формирование окончательного покрытия

Состав ванны: от 10 до 12 г/л Р4 + деминерализованная вода
Температура: от 60 до 65°С
рН: от 7,5 до 8,5
Продолжительность: 15-16 мин

2. Обжиг

Температура: 100°С
Продолжительность: 30 - 40 мин
Примечание: Печь должна быть нагрета до требуемой температуры

Материал перед сушкой не промывают.

Работая с сегментами, нельзя допускать их контакт с незащищенными руками, чтобы не загрязнить поверхность, и поэтому необходимо использовать защитные перчатки.

На Фиг. 2 показан фрагмент сегмента металлической формы после наложения покрытия.

Технологический процесс ТР2

Сегменты металлических форм, подвергающиеся испытаниям, были изготовлены из сплавов типа Al-Mg и Al-Si и на протяжении длительного времени были использованы в производство шин. Их поверхность была без покрытия и подвергалась значительному износу. Сегменты были локально очищены и их поврежденные и загрязненные места отшлифованы. Покрытие сегментов было выполнено с использованием следующего технологического процесса.

1-ый этап технологического процесса ТР2

Формирование слоя, связанного с поверхностью металла

1. Обезжиривание и протравка

Состав ванны: 30 г/л Р1+6 г/л Р2 + деминерализованная вода
Температура: от 60 до 70°C
pH: от 11,0 до 12,5
Продолжительность: 1-2 мин.
Примечание: Содержание алюминия в ванне должно быть ниже 10 г/л.

2. Промывка

Состав ванны: деминерализованная вода
Температура: от 20 до 30°C
Продолжительность: недолго

3. Покрытие

Состав ванны: 40 г/л Р3 + деминерализованная вода
Температура: от 25 до 30°C
pH: от 4,8 до 5,2
Продолжительность: 2-3 мин.
Примечание: pH ванны не должно превысить 5,2

В случае необходимости поправить pH следует использовать Р5-A - повышение pH, или Р5-B - снижение pH.

4. Промывка

Состав ванны: деминерализованная вода
Температура: от 60 до 70°С

Продолжительность: недолго

5. Сушка

Установка: сушильная печь BINDER
Температура: от 110 до 115°С

Продолжительность: 20-25 мин

2-ой этап технологического процесса ТР2

Финализация покрытия

После завершения этапа формирования слоя, связанного с поверхностью металла и охлаждения сегмента металлической формы приблизительно до 60°С, следует этап получения окончательного покрытия с помощью средства Р4.

1. Формирование окончательного покрытия

Состав ванны: от 10 до 12 г/л Р4 + деминерализованная вода
Температура: от 60 до 65°С
рН: от 7,5 до 8,5
Продолжительность: 15-16 мин

2. Обжиг

Температура: 100°С
Продолжительность: 30-40 мин
Примечание: Печка должна быть нагрета до требуемой температуры.

Перед сушкой материал не промывают.

Работая с сегментами, нельзя допускать их контакт с незащищенными руками, чтобы не загрязнить поверхность, и поэтому необходимо использовать защитные перчатки на обоих этапах создания покрытия.

Экспериментальное измерение полученного покрытия с помощью электронного растрового микроскопа и EDS анализов

Измерение толщины готового покрытия было выполнено на электронном растровом микроскопе с помощью EDS анализа. В первой части анализов были выполнены точечные и плоскостные анализы в области покрытия для более точного анализа идентификации и наличия элементов в покрытии на основе знания веществ, использованных для покрытия. Результаты анализов подтверждают наличие именно углерода, фтора, кислорода, кремния и циркония в защитном покрытии. Затем был выполнен линейный анализ, с поверхности до грунтового материала. Цель анализа заключалась в наблюдении за концентрацией указанных элементов в зависимости от расстояния от поверхности сегмента. Было выполнено несколько измерений, которые показали, что толщина слоя находится в пределах от 22 до 25 μм.

В области покрытия были установлены следующие элементы из использованных химических веществ:

C (углерод) в количестве 16,27%, O (кислород) 10,18%, Si (кремний) 0,66% a F (фтор) 1,72%.

Высокое содержание Al (алюминия) и Mg (магния) из грунтового материала сплавов типа Al-Mg и Al-Si.

В области покрытия были определены элементы из использованных химических веществ, а именно углерод (C) в количестве 18,06%, кислород (O) 12,87%, кремний (Si) 0,80% и фтор (F) 2,63%. Высокое содержание алюминия (Al) и магния (Mg) из грунтового материала сплавов типа Al-Mg и Al-Si.

Промышленная применимость

Способ создания покрытия на металлических формах из сплавов типа Al-Mg и Al-Si по данному изобретению можно использовать именно для форм, предназначенных для производства шин транспортных средств.

1. Способ нанесения покрытия на металлические формы из сплава для производства автомобильных шин типа Al - Mg и Al - Si, характеризующийся тем, что форму обезжиривают и протравливают в ванне с рН от 11,0 до 12,5 при температуре от 50 до 70°С в течение 1-2 мин, промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, затем погружают в ванну с жидким циркониевым пассивирующим средством с рН от 4,8 до 5,2 при температуре от 25 до 30°С на 2-3 мин, затем вновь промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, сушат при температуре от 110 до 115°С в течение 20-25 мин и формируют окончательное покрытие в ванне с водной дисперсией политетрафторэтилена с рН от 7,5 до 8,5 при температуре от 60 до 65°С на протяжении 15-16 мин, покрытие обжигают при температуре от 100 до 105°С на протяжении 30-40 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обезжиривающая и протравливающая ванна содержит щелочное средство на базе воды с содержанием 30-50% гидроокиси натрия и до 5% этилендиаминтетраацетата тетранатрия и жидкой комбинации тензидов на основе воды с содержанием аминов до 10% в деминерализованной воде.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкое эффективное циркониевое пассивирующее средство содержит до 0,5% гексафторциркониевой кислоты, или средство на основе воды с содержанием до 10% кислоты азотной, или средство на основе воды с содержанием до 10% гидрогенкарбонат и до 10% амония-карбамата.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что окончательное покрытие представляет собой дисперсию политетрафторэтилена на основе воды, которая растворима в воде, с содержанием до 5% неионогенного поверхностно-активного вещества в деминерализованной воде.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к наружному покрытию, применяемому для элементов подземного трубопровода, изготовленных из материала на основе железа. Наружное покрытие для элемента подземного трубопровода, изготовленного из материала, на основе железа, причем упомянутое покрытие имеет первый пористый слой и второй пористый слой, расположенный на первом слое и способный закупоривать поры первого слоя.

Изобретение относится к стальному трубопроводу, содержащему термостойкое и коррозионно-устойчивое многослойное плакирующее покрытие, имеющее улучшенную обрабатываемость.

Изобретение относится к металлическому листу (1), содержащему подложку (3) с нанесенным по меньшей мере на одну из ее поверхностей (5) металлическим покрытием (7), коррозионная стойкость которого повышается при окраске.
Изобретение относится к стальному листу с покрытием с превосходной коррозионной стойкостью и стойкостью к царапанию. Стальной лист содержит грунтовочное пленочное покрытие, расположенное на стальном листе, содержащее антикоррозийный пигмент и частицы без микропор, и верхнее пленочное покрытие, расположенное на грунтовочном пленочном покрытии.
Изобретение относится к консервации металлов и может быть использовано для защиты от окислительной коррозии и воздействий водорода изделий машиностроения, приборостроения и т.п., а также для упрочнения поверхностей деталей с целью повышения их износостойкости.

Изобретение откосится к стальному листу с покрытием для горячего прессования, способу горячего прессования, а также к детали автомобиля, сделанной способом горячего прессования.

Изобретение относится к способу изготовления алюминиевой детали с конверсионным покрытием и установке для осуществления данного способа. Формируют деталь из заготовки, имеющей нанесенные на ее поверхность тонкопленочный слой предварительной обработки и покрытие-смазку, наносят клей поверх тонкопленочного слоя предварительной обработки и покрытия-смазки на соединительный участок детали, наносят очиститель на участки детали для удаления упомянутого слоя предварительной обработки и покрытия-смазки с ее поверхности, кроме соединительного участка детали с нанесенным клеем, а затем наносят на деталь конверсионное покрытие путем погружения в ванну.

Изобретение может быть использовано при нанесении оксидного покрытия, в частности Al-Cr-O, на подложку методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Осуществляют нанесение реакционного PVD-покрытия на поверхность подложки в камере с использованием технологического газа, содержащего химически активный газ, в частности кислород, реагирующий с ионами металлов, полученными из по меньшей мере одной мишени, для осаждения по меньшей мере одного слоя, состоящего из Al, Cr, Si и О.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к защитным покрытиям для компонентов газовой турбины. Защитное покрытие компонента газовой турбины содержит, вес.%: Со 15-39, Cr 10-25, Al 5-15, Y 0,05-1, Fe 0,5-10, Mo 0,05-2, никель и примеси - остальное.

Изобретение относится к металлическому листу, включающему стальную подложку, имеющему две поверхности, на каждую из которых нанесено металлическое покрытие, включающее цинк, магний и алюминий и пленка краски.

Изобретение относится к получению конверсионного покрытия на металлической поверхности. Предложена конверсионная композиция для нанесения на металлический субстрат, содержащая комплексообразователь для металлов в количестве от 0,005 г/1000 г композиции до 3 г/1000 г композиции, способный связывать и/или удалять медь и/или железо с поверхности металла, катион металла и водный носитель.

Изобретение относится к композиции для обработки металлической поверхности, позволяющей формировать пленку химического преобразующего покрытия, обеспечивающую достаточное укрывание поверхности основы, сцепление покрытия и коррозионную стойкость.

Изобретение относится к получению хорошо видимого нехроматного конверсионного покрытия на поверхностях магния и магниевых сплавов, к предназначенной для этого композиции и к использованию изделий с таким покрытием.

Изобретение относится к технологическим процессам и способам обеспечения защиты металлических и деревянных поверхностей, в частности к способам и технологическим процессам, при исполнении которых создаются или абсорбируются защитные материалы на указанных выше поверхностях, чтобы обеспечить защиту от воздействия абразивного истирания, коррозии, тепла и огня.

Изобретение относится к антикоррозионной заприте и может быть ис- . .
Изобретение относится к композициям, предназначенным для нанесения на металлический субстрат и обеспечивающим очищение металла без формирования травильного шлама, а также эффективное увеличение адгезии к последующим слоям покрытия.

Изобретение относится к способу покрытия металлических форм из сплавов для производства шин транспортных средств типа Al-Mg и Al-Si. В способе форму обезжиривают и протравливают в ванне с рН от 11,0 до 12,5 при температуре от 50 до 70°С в течение 1-2 мин, промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, затем погружают в ванну с жидким циркониевым пассивирующим средством с рН от 4,8 до 5,2 при температуре от 25 до 30°С на 2-3 мин, затем вновь промывают в деминерализованной воде при температуре от 20 до 30°С, сушат при температуре от 110 до 115°С в течение 20-25 мин. Далее формируют окончательное покрытие в ванне с водной дисперсией политетрафторэтилена с рН от 7,5 до 8,5 при температуре от 60 до 65°С на протяжении 15-16 мин, покрытие обжигают при температуре от 100 до 105°С на протяжении 30-40 мин. Изобретение обеспечивает увеличение числа циклов изготовления шин без необходимости очистки рабочей поверхности упомянутой формы для производства шин. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх