Способ защиты и восстановления металлических поверхностей

 

Изобретение относится к области защиты металлических поверхностей и их восстановления, работающих в условиях абразивного износа, воздействия агрессивных сред, и может быть использовано при ремонте изношенных деталей и для защиты аппаратуры в обогатительном оборудовании. Способ включает нанесение на обезжиренную поверхность грунтовочного слоя на основе композиции, содержащей эпоксидную смолу, электрокорунд и отвердитель с последующим высыханием "до отлипа", нанесение изолирующего слоя из состава, содержащего эпоксидную смолу, бакелитовый лак, диабазовый порошок, электрокорунд, стеклоткань, отвердитель с последующим высыханием "до отлипа", нанесение пластифицирующего слоя из состава, содержащего эпоксидную смолу, дисперсию железного сурика в олифе, отвердитель и ацетон с последующей сушкой до полного отверждения. В изобретении приводятся композиции всех 3-х слоев. Технический результат заключается в повышении износостойкости и коррозионной стойкости покрытия в условиях воздействия абразивных и агрессивных сред. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области получения покрытий на металлических поверхностях, работающих в условиях абразивного износа, воздействия агрессивных сред, и может быть использовано для защиты аппаратуры в обогатительном оборудовании, энергетике, химическом оборудовании и т.п., и при ремонте изношенных деталей.

Известны способы защиты металлических изделий композициями на основе эпоксидных смол, полиэтиленполиамина в качестве отвердителя и наполнителей (например, а. с. 691471, МКИ: C 08 L 63/02, C 08 K 3/18, опубл. в БИ N 38 - 1979).

Однако эти способы не обеспечивают комплексную защиту металлических поверхностей.

Известен также способ ремонта деталей с помощью эпоксидных составов, армированных стеклотканью (а. с. 126342, МКИ C 08 L 63/02, опубл. в БИ N 4-1960). Способ заключается в использовании композиции из эпоксидной смолы, полиэтиленполиамина, наполнителей и стеклоткани в качестве армирующего.

Однако использование данного способа также не обеспечивает одновременно коррозионную износостойкость, т. к. это монопокрытие обеспечивает только прочность ремонтируемого участка.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты и восстановления металлических поверхностей, заключающийся в последовательном нанесении на ремонтируемый участок грунтовочного, изолирующего и пластифицирующего слоев. (RU 94030109 A1, C 09 D 5/08, 20.06.96).

Однако этот способ не обеспечивает предупреждение износа поверхности детали.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении износостойкости и коррозионной стойкости покрытия в условиях воздействия абразивных и агрессивных сред за счет увеличения адгезии покрытия к металлу.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе защиты и восстановления изношенной металлической поверхности путем нанесения грунтовочного и изолирующего слоя на основе композиции, содержащей эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин в качестве отвердителя и наполнители, на обезжиренную поверхность наносят последовательно грунтовочный слой следующего состава,%: Эпоксидная смола - 75,4 - 75,5 Электрокорунд - 12,7 - 12,75 Отвердитель - 11,75 - 11,9 и после высыхания его до "отлипа", т.е. до степени 1 по ГОСТ 19007-73 наносят изолирующий слой следующего состава,%: Эпоксидная смола - 44,7 Бакелитовый лак - 20,0 Диабазовый порошок - 1,1 Электрокорунд - 19,0 Стеклоткань - 4,2
Отвердитель - 11,0
а затем поверхность, высушенную до "отлипа", дополнительно покрывают пластифицирующим слоем следующего состава,%:
Эпоксидная смола - 77,5
Дисперсия железного сурика в олифе - 5,4
Отвердитель - 13,2
Ацетон - 3,9
после чего покрытие высушивают до полного отверждения.

При этом в пластифицирующем слое используют 70 - 80%-ную дисперсию железного сурика в олифе, а в изолирующем слое стеклоткань используют в виде волокон длиной не боле 10 см или кусками площадью 9 - 10 см.

Защита и восстановление металлических поверхностей оборудования, работающего в условиях абразивного износа в агрессивных средах, осуществляется за счет нанесения на поверхность комбинированного покрытия, которое состоит из 3-х слоев:
- первый слой обеспечивает адгезию состава к поверхности металла;
- второй слой несет основную ударную и абразивную, а также антикоррозионную нагрузку и принимает на себя растягивающие напряжения от гидроабразивного воздействия раствора;
- третий слой - пластифицирующая композиция, обеспечивающая достаточно хорошее скольжение абразивного раствора.

Износостойкость зависит от адгезионной способности. Увеличение адгезии покрытия к металлу достигается введением в грунтовочный слой электрокорунда. Адгезия покрытия к металлу усиливается при использовании эпоксидной смолы с пониженной вязкостью: 200 - 300 с. (по ВЗ-4) т.е. без подогрева и без разбавления ее ацетоном при приготовлении состава покрытия. После сушки первого слоя до "отлипа" наносится второй слой, сцепление между которыми происходит за счет взаимодиффузии молекул и совместимости контактирующих веществ.

При соединении бакелитового лака с эпоксидной смолой происходит химическая реакция частичного отверждения смолы и некоторого его пластифицирования, превращающая полимер в 3-мерное состояние в результате диффузии непосредственно на поверхности защищаемого металла.

Соединение эпоксидной смолы и бакелитового лака придает покрытию химическую стойкость, влагонепроницаемость, прочность.

Смесь эпоксидно-бакелитового связующего с резаной стеклотканью или ее волокнами, выполняющими армирующую функцию, имеет высокий предел прочности на растяжение - до 410 кгс/см.

Введение электрокорунда в состав 2-го слоя создает дополнительную прочность и твердость и увеличивает абразивостойкость покрытия, т.к. с увеличением твердости сила трения, а следовательно, и износ уменьшится. Предел прочности на растяжение составляет - 450 кгс/см и скорость коррозионно-механического изнашивания - 0,2 г/см.

Для снижения истираемости покрытия и повышения прочности при ударе вводится в смесь для 2-го слоя покрытия диабаз, обладающий полифункциональным действием, что обусловлено образованием т.н. "диабазовой структуры", когда между продолговатыми кристаллами плагиоклаза расположены неправильные зерна авгита. В этом случае образуется высокопрочная структура, не изменяющаяся при колебаниях температур, что особенно важно для сохранения первоначальных свойств.

Поскольку диабаз представляет собой смесь водостойких оксидов кремния, алюминия, железа, магния, кальция, то введение его в состав увеличивает водостойкость покрытия и плотность слоя, способствуя при этом уменьшению усадки слоя при отверждении. В соединении с электрокорундом диабаз способствует равномерному распределению нагрузки на слой, но при определенном его содержании (≈ 1,1%), т. к. с возрастанием количества наполнителя износ может увеличиваться вследствие снижения механической прочности композиции.

Для уменьшения шероховатости защитного покрытия наносится 3-й слой, содержащий эпоксидную смолу в сочетании с 70 - 80%-ной дисперсией сурика в олифе, который обладает высокой водостойкостью, высокой скоростью высыхания и глянцем. Олифа хорошо удерживает твердые частицы железного сурика во взвешенном состоянии и при отвердевании хорошо уплотняется. Дисперсия сурика в олифе пластифицирует эпоксидную смолу, и покрытие на этой основе выдерживает большие напряжения при растяжении. Формирование 3-го слоя покрытия идет за счет окислительной полимеризации.

Пигмент - железный сурик ,- являясь наполнителем в составе, снижает диффузию молекул воды к поверхности металла.

Способ защиты металлических поверхностей осуществляется следующим образом.

Пример 1.

Пластины из углеродистой стали или кремнистого чугуна размером 90 х 60 мм обезжиривали ацетоном и с обеих сторон наносили комбинированное покрытие. Первоначально наносили грунтовочный слой состава,%:
Эпоксидная смола - 75,5
Электрокорунд - 12,7
Полиэтиленполиамин - 11,8
Состав для первого слоя покрытия готовится из эпоксидной смолы (ГОСТ 10587-76) без подогрева и без использования растворителя и электрокорунда фракции < 1 мм, затем прибавлялся полиэтилеполиамин (ТУ 6-02-594-80). Грунтовочный слой просушивается до "отлипа" (30 - 40 мин). Затем наносится слой покрытия.

Состав для второго слоя готовится следующим образом: эпоксидную смолу смешивают с бакелитовым лаком (ГОСТ 901 - 78). Отдельно смешивают высушенный диабазовый порошок с электрокорундом. Затем эпоксидно-бакелитовое связующее соединяется с порошком диабаза и корунда. Все перемешивается. Прибавляется резаная стеклоткань размером 9 - 10 см, все тщательно перемешивается. Добавляется аминный отвердитель. Состав равномерно наносится на защищающую поверхность непосредственно на грунтовочный слой толщиной 1,5 мм и 1,5 часа сушится до "отлипа", после чего наносится третий слой состава,%:
Эпоксидная смола ЭД-20 - 77,5
Ацетон - 3,9
Сурик в олифе - 5,4
Полиэтиленполиамин - 13,2
Время отверждения комбинированного покрытия (всех слоев) - 10 час; общее время высыхания покрытия до готовности - 3-е суток.

Выдержанные до полного отверждения покрытия пластины опускались в шнековый растворитель до 720 часов, где обеспечивалась нагрузка на поверхность от 5 до 10 кгс/см при температуре 105^oC, интенсивным перемешиванием глинисто-солевой пульпы с плотностью 1,235 г/см. После этого определялась износостойкость согласно ГОСТа 27180 - 86 и водопоглощение в соответствии с ГОСТ 12730.3 - 78.

Пример 2.

Защитное покрытие может быть использовано для ремонта оборудования, работающего в условиях абразивного износа и агрессивности среды.

Балку двутавровую N 20Б1 (ТУ 14-2-24-72) со сквозными прокорродировавшими отверстиями восстанавливали по вышеуказанной технологии, но предварительно каверны, сквозные отверстия на нем после нанесения грунтовочного слоя состава,%:
Эпоксидная смола - 75,4
Электрокорунд - 12,7
Полиэтиленполиамин - 11,9
заделывали приготовленным составом: эпоксидная смола, электрокорунд и стеклоткань в виде волокон или полосок S = 9 - 10 см, где третья часть составляет электрокорунд и стеклоткань до удобоукладываемой вязкости. Очаги коррозии заделываются, выравниваются приведенным выше составом; покрытие сушится до "отлипа", а далее - все слои в вышеописанной последовательности (исключая грунтовочный слой) заканчивая пластифицирующим слоем состава,%:
Эпоксидная смола ЭД-20 - 77,5
Железный сурик - 5,4
Полиэтиленполиамин - 13,2
Ацетон - 3,9е

Формула изобретения

1. Способ защиты и восстановления металлических поверхностей, включающий нанесение на обезжиренную поверхность грунтовочного слоя на основе композиции, содержащей эпоксидную смолу, электрокорунд и отвердитель с последующим высыханием "до отлипа", нанесение изолирующего слоя из состава, содержащего эпоксидную смолу, бакелитовый лак, диабазовый порошок, электрокорунд, стеклоткань, отвердитель с последующим высыханием "до отлипа", нанесение пластифицирующего слоя из состава, содержащего эпоксидную смолу, дисперсию железного сурика в олифе, отвердитель с последующей сушкой до полного отверждения, отличающийся тем, что в состав пластифицирующего слоя дополнительно вводят ацетон при следующем соотношении компонентов в слоях, в составе грунтовочного слоя, вес.%:
Эпоксидная смола - 75,4 - 75,5
Электрокорунд - 12,7 - 12,75
Отвердитель - 11,75 - 11,9
в составе изолирующего слоя, вес.%:
Эпоксидная смола - 44,7
Бакелитовый лак - 20,0
Диабазовый порошок - 1,1
Электрокорунд - 19
Стеклоткань - 4,2
Отвердитель - 11
в составе пластифицирующего слоя, вес.%:
Эпоксидная смола - 77,5
Дисперсия железного сурика в олифе - 5,4
Отвердитель - 13,2
Ацетон - 3,9
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав пластифицирующего слоя вводят 70 - 80%-ную дисперсию железного сурика в олифе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в изолирующем слое используют стеклоткань в виде волокон длиной не более 10 см.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в изолирующем слое используют резаную стеклоткань кусками площадью 9 - 10 см².

РИСУНКИ

Рисунок 1