Способ нанесения твердых антифрикционных покрытий

Изобретение относится к способу нанесения антифрикционных покрытий, обеспечивающему защиту их от износа, которое может быть использовано в различных узлах трения для снижения трения, для антикоррозийной защиты и др. целей. Техническая задача - создание способа нанесения твердых антифрикционных покрытий, позволяющего снизить температуру отверждения покрытия до 70-90°С при повышении прочностных свойств и деформационной теплостойкости. Это достигается тем, что при осуществлении способа нанесения твердых антифрикционных эпоксидных покрытий на металлическую поверхность, включающего операции приготовления порошкового состава и его дальнейшее газоплазменное напыление, в качестве эпоксидной смолы в порошке применяют низкоплавкий предконденсат эпоксидной диановой смолы молекулярной массой от 340 до 600 с ароматическим амином в количестве 0,1-0,7 от стехиометрии, смешанный на вальцах или в экструдере с остальным количеством ароматического амина до стехиометрии 0,9-1,2 и смесью антифрикционного порошка и волокнистого рубленного наполнителя в количестве от 50 до 250 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси смолы с амином, а поверхность металла перед газоплазменным напылением обрабатывают смесью ортофосфорной кислоты (А), металла или его окисла (Б) и фосфата или полифасфата аммония (В), в соотношении А:Б:В от 92:6:2 до 60:30:10. 2 табл.

 

Изобретение относится к способу нанесения антифрикционных покрытий, предназначенных преимущественно для пары трения гребень колеса-рельс, обеспечивающих защиту их от износа, и может быть использовано в различных узлах трения для снижения трения, а также для антикоррозийной защиты и др. целей.

Известны твердые смазки на основе отвержденных эпоксидных систем для пары трения гребень колеса - рельс и способ их получения (см. аналог 1 SU 1.752.188 A3, бюл. №28 от 30.07.1992).

Недостатками таких смазок являются сложная технология нанесения, непомерно длинный цикл отверждения - 140-150°С в течение 24 часов, низкие прочностные показатели и недостаточная адгезия к стали.

Достаточно широкое применение нашло газопламенное напыление полимеров, включая эпоксидные порошки, на металлические поверхности, в т.ч. для получения антифрикционных покрытий (ближайшим прототипом является монография В.Е.Бахарева и др. Полимеры в судовом машиностроении. Изд. «Судостроение», 1975 стр.7, 202-204, 225). В этой монографии описан способ получения эпоксидных порошков и их газопламенного напыления.

Недостатками известного способа являются необходимость предварительного нагрева покрываемой поверхности, как минимум до 135°С (см. стр.225), в ряде случаев до 200°С (см. стр.202), низкие пределы прочности и модуль упругости при сжатии, а также недостаточная адгезия к стали и низкая деформационная теплостойкость.

В то же время известно, что массивные металлические предметы, так же как рельс или колесо, невозможно прогреть до 135°С в цеховых условиях, тем более в полевых. А нагрузки на гребне колеса - рельс значительно превышают прочностные показатели описанных составов.

Целью заявляемого изобретения является способ нанесения твердых антифрикционных покрытий, газопламенным напылением обеспечивающий снижение температуры отверждения покрытий до 70-90°С и повышение их прочностных свойств и деформационной теплостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что для осуществления способа в качестве эпоксидной смолы в порошке применяют низкоплавкий предконденсат эпоксидной диановой смолы молекулярной массой от 340 до 600 с ароматическим амином в количестве 0,1-0,7 от стехиометрии смешанный на вальцах или в экструдере с остальным количеством ароматического амина до стехиометрии 0,9-1,2 и смесью антифрикционного порошка и волокнистого рубленого наполнителя в количестве от 50 до 250 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси смолы с амином, а поверхность металла перед газопламенным напылением обрабатывают смесью ортофосфорной кислоты (А), металла или его окисла (Б) и фосфата или полифосфата аммония (В), в соотношении

А:Б:В от 92:6:2 до 60:30:10.

Пример 1

Приготовление порошкового состава

В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (м.м. 390, ГОСТ-10587-85) затем нагревают до 70°С и приливают расплавленный ароматический полиамин марки А, представляющий собой аминоформальдегидный конденсат, состоящий из смеси изомеров 4,4′-диаминодифенилметана и 3-4 ядерных (бензольных колец) первичных аминов (ТУ 2473-342-05763441-2001), в количестве 9 мас.ч., т.е. 0,4 от стехиометрического количества, необходимого по расчету для отверждения. Состав перемешивают при t=70°C в течение 10 минут, после чего выливают на противень и выдерживают в цеховых условиях в течение суток. Полученный таким образом предконденсат представляет собой твердый, хрупкий продукт с t_пл=70°C со сроком хранения не менее двух месяцев.

Смешение предконденсата с остальными ингридиентами осуществляют на вальцах с фракцией 1,25 при t=65°C в течение 5 минут, при этом к 100 мас.ч. предконденсата добавляется 13,5 мас.ч. (0,6 от стехиометрии) ароматического полиамина и 150 мас.ч. наполнителя, состоящего из 130 мас.ч. рубленого стекловолокна диаметром 13 микрон и длиной 5 мм, 15 мас.ч. графита и 5 мас.ч. порошкового фторопласта.

Снятый с вальцов материал подвергают дроблению и помолу в шаровой мельнице. Полученный порошок хранится в складских помещениях не менее 3 месяцев.

Нанесение покрытия

Перед нанесением покрытия металлическая стальная поверхность подвергают обработке в цеховых или полевых условиях смесью ортофосфорной кислоты (А), окиси цинка (Б) и полифосфата аммония (В) в соотношении А:Б:В=76:18:6, после чего на нее напыляют порошок с помощью установки для газопламенного напыления УПН-4 в течение 60 секунд.

За это время поверхность металла при воздействии газопламенной струи (t=580°С) успевает прогреться в тонком слое до t=100°C и за счет фосфор- и азотосодержащих компонентов, на поверхности металла порошковое покрытие успевает оплавиться и отвердеть.

Параметры осуществления способа по примерам 2÷5 приведены в таблице 1, а свойства покрытий по заявляемому способу в сравнении с известными техническими решениями в таблице 2. Как видно из таблицы 2, заявляемый способ обладает принципиально важными преимуществами. Он позволяет наносить покрытия на массивные металлические изделия, например, рельсы и колеса вагонов и локомотивов, обеспечивая высокие прочностные свойства.

Таблица 2
Свойства покрытий, получаемых по заявляемому способу в сравнении с аналогом и лучшим промышленным образцом на основе порошка ЭП-49С*
№	Наименование показателя	Величина показателя по примерам	Аналог	ЭП-49С
1	2	3	4	5	6
1	Продолжительность полимеризации, температура, время	100°С 60 секунд	90°С 3 мин	110°С 60 секунд	80°С 6 мин	90°С 3 мин	90°С 5 мин	135°С 60 мин	150°С 9-13 мин
2	Придел прочности при сжатии, МПа	250	240	230	220	200	200	80	120
3	Модуль упругости при сжатии, МПа	4000	4200	4100	4300	3800	3800
4	Прочность при ударе на приборе У-1, кг·см	Свыше 50 (максимальный показатель прибора)	40	50
* Порошок для напыления ЭП-49С выпускался Нижнетагильским заводом пластмасс. Свойства в справочнике по пластическим массам./Под редакцией В.М.Катаева, 1975 г., т II, стр 248.

Способ нанесения твердых антифрикционных эпоксидных покрытий на металлическую поверхность, включающий операции приготовления порошкового состава и его дальнейшее газопламенное напыление, отличающийся тем, что в качестве эпоксидной смолы в порошке применяют низкоплавкий предконденсат эпоксидной диановой смолы молекулярной массой от 340 до 600 с ароматическим амином в количестве 0,1-0,7 от стехиометрии, смешанный на вальцах или в экструдере с остальным количеством ароматического амина до стехиометрии 0,9-1,2 и смесью антифрикционного порошка и волокнистого рубленного наполнителя в количестве от 50 до 250 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси смолы с амином, а поверхность металла перед газопламенным напылением обрабатывают смесью ортофосфорной кислоты (А), металла или его окисла (Б) и фосфата или полифосфата аммония (В) в соотношении А:Б:В от 92:6:2 до 60:30:10.