Состав для противоизносных покрытий

 

Получение сверхтонких полимерных покрытий для повышения эффективности эксплуатации металлообрабатывающего инструмента, пресс-форм, оснастки, узлов трения и скольжения машин и механизмов. Предложен состав на основе перфторполиэфира с концевой кислотной группой. В качестве растворителя используют алифатический гидрохлорфторуглерод формулы H(CF₂)_nCl, где n = 3 - 5. Соотношение компонентов, мас.%: перфторполиэфир с концевой кислотной группой 0,1 - 2,0; алифатический гидрохлорфторуглерод до 100. 1 табл.

Изобретение относится к области сверхтонких полимерных покрытий на основе перфторполиэфиркислот или их производных и может быть использовано в машиностроительном комплексе страны для повышения эффективности эксплуатации металлообрабатывающего инструмента, пресс-форм, оснастки, узлов трения и скольжения различных машин и механизмов.

В практике использования различных процессов упрочняющей обработки металлообрабатывающего инструмента, штамповой оснастки и пресс-форм обычно выделяют шесть основных методов, сущность которых заключается в изменении химического состава, структуры, энергетического запаса, шероховатости поверхностного слоя, а также изменении структуры всего объема металла или образования защитной пленки на поверхности. В любом случае для получения упрочненной структуры металла требуется наличие высокотемпературного оборудования и установок для осаждения износостойких покрытий на защищаемой поверхности (Полевой С.Н. Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов. Справочник. М. Машиностроение. 1986, с. 320).

Среди различных физико-химических процессов упрочнения для машиностроения наибольший практический интерес представляет эпиламирование, заключающееся в обработке изделий растворами фторсодержащих ПАВ в легколетучих хладонах, после испарения которых на поверхности образуются сверхтонкие гидрофобные покрытия, предотвращающие при определенных условиях вытекание масла из зоны трения и придающие поверхности антиадгезионные свойства.

Обычно для этих целей используют эпиламы марок эфрен-1, эфрен-2, 6СФК-180-05, которые представляют собой 0,05-0,5%-ные растворы перфторкислоты R_fCOOH в хладоне-113 или его смеси с хладоном-112 (Трение и износ. т.11, N 5, с. 792; N 6, с. 987, 1990.) или составы под общим торговым названием "Фолеокс", представляющие собой 0,1-2% -ные растворы перфторполиэфира с концевой кислотной группой при мм 2000 5000 в хладоне-113 (Трение и износ. т. 13, N 2, с. 306, 1992). К сожалению, хладон-113, являющийся одним из наиболее эффективных и универсальных растворителей для фторПАВ, как и остальные хлорфторуглероды метанового и этанового рядов, отнесен к веществам, разрушающим озоновый слой Земли (материалы Монреальского протокола от 1987 г. и других международных правовых актов по охране озонового слоя Земли), поэтому запрещен к использованию, начиная с 1996 года.

Предложен состав для противоизносных покрытий на основе перфторполиэфира с концевой кислотной группой, для которого в качестве растворителя используют алифатические озонобезопасные (ОРП 0,01-0,02) гидрохлорфторуглероды формулы H(CF₂)_nCl, где n не менее 3 и не более 5, в соотношении мас.

Перфторполиэфир 0,1-2,0 Алифатический гидрохлорфторуглерод указанной формулы до 100 Применение более высоких концентраций перфторполиэфира экономически нецелесообразно, а применение более низких концентраций ухудшает износостойкость обработанных поверхностей.

Предлагаемые хладоны получают в качестве побочных продуктов при синтезе политетрафторэтилена. Приготовление состава осуществляют растворением перфторполиэфира с концевой кислотной группой в одном из указанных хладонов или их смеси при нормальных условиях.

Используемая смесь алифатических гидрохлорфторуглеродов, выделяемых при синтезе политетрафторэтилена, имеет усредненную молекулярную массу 236 и температуру кипения 21 77^oC при 760 мм.рт.ст. Озоноразрушающий потенциал растворителя составляет 0,01-0,02.

На рабочей поверхности покрытие формируется методом окунания в эпиламирующий раствор на 3-4 мин при температуре 0 30^oC, 2-3-х кратным напылением, либо 2-3-х кратным нанесением с помощью кисти и последующей сушкой 5-10 мин.

Норма расхода эпилама 30 50 г/м² поверхности.

Перед нанесением покрытия поверхность очищают от следов коррозии, загрязнений и тщательно обезжиривают. Для этих целей обычно используют бензин "Калоша", ацетон, этанол, уайт-спирит и другие растворители.

Пример. Триботехнические испытания образцов с исследуемыми покрытиями проводили на машине СмТ-2М по схеме "вал-частичный вкладыш". Ролик, имитирующий вал, изготавливают из стали 45, а вкладыш площадью 2 см² - из стали 40Х. Массовый износ определяют согласно методике (В.С. Исакович, В.А. Струк, В.А. Губанов и др. Трение и износ. Т. 13, N 2, с. 306-307, 1992).

Для оценки энергетических характеристик поверхности измеряют краевой угол смачивания сидячей капли масла. При этом в качестве материалов подложки используют сталь, медь или дюраль, а в качестве смачивающей жидкости - дибутилфталат или трикрезилфосфат.

В таблице приведена относительная интенсивность изнашивания, краевой угол смачивания для образцов, обработанных серийными и предлагаемым авторами эпиламами.

Для сравнительных испытаний использовали: озонобезопасный эпилам, представляющий собой 1%-ный раствор перфторполиоксакарбоновой кислоты с мм. 5000 в гидрохлорфторуглероде с n равным 4 [H(CF₂)₄Cl] "Фолеокс-1" 1% -ный раствор перфторполиоксакарбоновой кислоты в хладоне-113 (CF₂ClCFCl₂).

6СФ-180-05 0,5%-ный раствор в хладоне-113 перфторполиэфиркислоты общей формулы R_fO(C₃F₆O)CF(CF₃)COOH с мм. 2000 10000, где R_f C₃F₇ или CF₃, n 10-50.

Таким образом предлагаемый состав позволяет повысить износостойкость обрабатываемой поверхности и снизить до допустимого уровня озоноразрушающее действие растворителя в 30 40 раз, что является остро актуальным в настоящее время.

Формула изобретения

Состав для противоизносных покрытий, включающий перфторполиэфир с концевой кислотной группой и растворитель, отличающийся тем, что состав в качестве растворителя содержит алифатический гидрохлорфторуглерод формулы H(CF₂)_nCl, где n 3 5, при следующем соотношении компонентов, мас.

Перфторполиэфир с концевой кислотной группой 0,1 2,0 Алифатический гидрохлорфторуглерод указанной формулы До 100с

РИСУНКИ

Рисунок 1