СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ ПОРОШКООБРАЗНОГО ФТОРОПЛАСТА-4 НА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
METHOD OF PRODUCING PULVERISED-FLUOROPLASTIC-4 COAT ON CYLINDRICAL SURFACES

Изобретение относится к области нанесения полимерных защитных покрытий и может быть использовано для создания антикоррозионного слоя на внутренних металлических поверхностях полых цилиндрических изделий, предназначенных для транспортировки и хранения агрессивных сред.
Известен способ получения защитных покрытий на вогнутой поверхности, включающий накладывание на футеруемое изделие заготовки из фторопласта, ее нагрев, прижатие воздухом к футеруемой поверхности и охлаждение. На футеруемую поверхность предварительно перед получением покрытия наносят подслой фторопласта-4МБ или другого термоплавкого фторсополимера (Патент №2269418, M.кл. В29С 63/02, В29С 51/16, опубликован 10.02.2006). Недостатками данного способа является низкая плотность покрытия, которая снижается из-за применения подслоя, а также из-за незначительного давления формирования покрытия. Кроме того, данный способ требует применения специального оборудования с целью создания вакуума между футеруемой поверхностью и фторопластовой заготовкой, что значительно усложняет и удорожает технологию получения покрытия.
Известен способ нанесения полимерных покрытий на внутреннюю поверхность цилиндрических изделий. Способ включает установку пуансона в полости изделия с обеспечением кольцевого зазора между пуансоном и изделием. При этом изделие устанавливается неподвижно в пресс-форме, снабженной направляющим штоком. Порошок полимерного материала засыпается в пресс-форму, пуансон соосно устанавливается на направляющий шток. Собранная пресс-форма нагревается в печи, извлекается из печи, пуансон нагружается давлением. Затем изделие охлаждается совместно с пресс-формой при комнатной температуре (Патент №2337816, М.кл. В29С 41/00, B05D 7/22, опубликован 10.11.2008). Недостатком данного способа является ограниченная толщина покрытия 0,5-1,0 мм, тем самым снижается эффективность защитных свойств, а также низкая адгезионная прочность соединения покрытия с изделием.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения металлофторопластовых покрытий из порошкообразного материала на цилиндрической поверхности изделия, включающий размещение порошка покрытия, состоящего из смеси фторопласта и металлического порошка, чередующимися слоями в полость, образованную цилиндрической поверхностью изделия и пресс-формой, напрессовку покрытия и последующую термообработку. Перед нанесением покрытия проводят активацию смеси фторопласта с металлическим порошком взрывным нагруженном с целью повышения адгезионной прочности соединения фторопласта и металлического субстрата (Патент №2186658, М.кл. B22F 7/02, 3/08, опубликован 10.08.2002 - прототип).
Недостатками данного способа являются большая трудоемкость и многостадийность операций, связанных с получением активированного взрывом порошкообразного фторопласта-4, необходимость последующего поэтапного статического прессования для обеспечения высокой плотности и прочности покрытия, что значительно усложняет технологию, особенно при формировании покрытий на поверхностях большой протяженности. Тем самым для получения металлофторопластового покрытия с высокой адгезионной прочностью применяют большое количество промежуточных операций по сравнению с предлагаемым способом.
Данный способ имеет невысокий технический уровень, так как не обеспечивает получения прочного плотного покрытия большой протяженности, что ограничивает области промышленного применения данного способа.
В связи с этим важнейшей задачей является разработка способа получения покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на цилиндрической поверхности изделия по новой технологической схеме, в которой порошкообразный фторопласт-4 размещают в полости, образованной между внутренней поверхностью металлического полого цилиндрического изделия и металлическим стержнем, затем производят напрессовку покрытия взрывным нагружением скользящей ударной волной давлением, передаваемым через стенку металлического полого цилиндрического изделия, и последующую термообработку.
Техническим результатом заявленного способа является создание покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на цилиндрической поверхности изделия с применением взрывного прессования скользящей ударной волной, что позволяет получать покрытия большой протяженностью, применяя незначительное количество промежуточных операций, с высокой плотностью и повышенной адгезионной прочностью, а это позволяет использовать данный способ для нанесения покрытий на внутренних поверхностях металлических полых цилиндрических изделий, предназначенных для транспортировки или хранения агрессивных сред.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на цилиндрической поверхности изделия, включающем размещение порошкообразного фторопласта-4 в полость, образованную внутренней поверхностью металлического полого цилиндрического изделия и металлическим стержнем, напрессовку покрытия и последующую термообработку, размещение порошкообразного фторопласта-4 слоем толщиной 2,0-8,0 мм осуществляют путем его засыпки с уплотнением до исходной пористости 50-60%, а напрессовку покрытия производят взрывным нагружением скользящей ударной волной давлением 0,6-0,8 ГПа, передаваемым через стенку изделия.
Новый способ получения покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на цилиндрической поверхности изделия имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по достигаемому результату, так и по совокупности технологических приемов и режимов осуществления способа.
Предложено размещать порошок покрытия фторопласт-4 между внутренней поверхностью металлического полого цилиндрического изделия и металлическим стержнем слоем 2,0-8,0 мм, что обеспечивает формирование покрытия толщиной 0,5-2,0 мм. Засыпка порошкообразного фторопласта-4 слоем менее 2 мм технически затруднительна и не обеспечивает монолитности покрытия. Засыпка порошкообразного слоя толщиной более 8,0 мм приводит к значительному снижению уровня адгезионной прочности фторопласта-4 и металлической цилиндрической поверхностью.
Предложено перед взрывной напрессовкой уплотнять покрытие до исходной пористости 50-60%. Отклонение от заявленных значений исходной пористости в большую и меньшую сторону приводит к снижению плотности покрытия и адгезионной прочности фторопласта-4 с металлом.
Предложено напрессовку покрытия производить взрывным нагружением скользящей ударной волной давлением 0,6-0,8 ГПа, передаваемым через стенку металлического полого цилиндрического изделия. Данная схема взрывного нагружения обеспечивает напрессовку покрытия на внутренних поверхностях металлических полых цилиндрических изделий большой протяженностью. Если давление прессования будет меньше 0,6 ГПа, то это приводит к снижению плотности покрытия и адгезионной прочности фторопласта-4 с металлом. Если давление прессования будет больше 0,8 ГПа, то в покрытие обнаруживаются трещины и следы деструкции полимера.
На чертеже изображена схема получения фторопластового покрытия.
Предлагаемый способ получения покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на цилиндрической поверхности изделия осуществляется в следующей последовательности. Берут цилиндрический контейнер 1 из картона, в центр которого устанавливают полое цилиндрическое изделие 2. Отверстие полого цилиндрического изделия снизу закрывают стальной пробкой 3. В центре полости цилиндрического изделия размещают стальной стержень 4, который предварительно смазывают антиадгезионной пастой, например на графитовой основе. В кольцевой зазор (полость) между цилиндрическим изделием и стальным стержнем засыпают порошкообразный фторопласт-4 слоем толщиной 2,0-8,0 мм. Вибрационным воздействием обеспечивают необходимую исходную пористость покрытия 50-60%. Далее отверстие полого цилиндрического изделия сверху закрывают стальной пробкой 3. На верхнюю пробку устанавливают стальной конический обтекатель 6. Затем в полость, образованную картонным цилиндрическим контейнером и наружной поверхностью полого цилиндрического изделия, засыпают взрывчатое вещество 7 с необходимой скоростью детонации для обеспечения давления напрессовки 0,6-0,8 ГПа. Сверху взрывчатого вещества размещают электродетонатор 8. Далее с помощью электродетонатора осуществляют подрыв взрывчатого вещества, при этом движение продуктов детонации обеспечивает напрессовку порошкообразного фторопласта-4 на внутреннюю поверхность металлического полого цилиндрического изделия давлением, передаваемым через стенку металлического полого цилиндрического изделия. После этого полое цилиндрическое изделие вместе со сформированным фторопластовым покрытием и стальным стержнем подвергают спеканию при установленной для фторопласта-4 температуре и выдержке. После охлаждения производят выпрессовку стального стержня, предварительно смазанного антиадгезионной пастой.
Пример.
Цилиндрический контейнер из картона с внутренним диаметром 280 мм и высотой 450 мм устанавливали на песчано-грунтовое основание. Внутрь цилиндрического картонного контейнера размещали металлическое полое цилиндрическое изделие (отрезок трубы) из стали Сталь 20 с наружным диаметром 200 мм, толщиной стенки 10 мм и высотой 300 мм. Отверстие полого цилиндрического изделия снизу закрывали пробкой из стали Ст 3 диаметром 180 мм. В центре полости цилиндрического изделия размещали стальной стержень из стали Ст 3 диаметром 170 мм, который предварительно смазывали антиадгезионной смазкой на графитовой основе. В образованную полость в виде кольцевого зазора между цилиндрическим изделием и стержнем засыпали порошкообразный фторопласт-4 слоем толщиной 5,0 мм. Путем вибрационного воздействия уплотняли порошок фторопласта до исходной пористости 50%. Далее отверстие полого цилиндрического изделия сверху закрывали стальной пробкой из стали Ст 3 диаметром 180 мм. На верхнюю пробку устанавливали стальной конический обтекатель из стали Ст 3 с основанием таким же как и диаметр пробки и высотой 156 мм. Затем в полость, образованную картонным цилиндрическим контейнером и наружной поверхностью полого цилиндрического изделия, засыпали взрывчатое вещество (смесь аммонита 6ЖВ и аммиачной селитры в соотношении 25/75). Сверху взрывчатого вещества размещали электродетонатор. Далее с помощью взрывного нагружения осуществляли напрессовку покрытия давлением от продуктов детонации, передаваемым через стенку металлического полого цилинрического изделия. После чего покрытие вместе с изделием и металлическим стержнем подвергали термообработке в электрической печи для спекания фторопласта (температура нагрева 380°С, время выдержки 30 мин, охлаждение до комнатной температуры). После термообработки производили выпрессовку стального стержня, обработанного антиадгезионной пастой.
3
Полученное покрытие обладает плотностью 2,19 Мг/м, не имеет дефектов, адгезионная прочность на отслаивание к стальной цилиндрической поверхности составляет 5,4 кН/м. Результаты испытаний приведены в таблице.
Таким образом, предлагаемая технология получения покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на цилиндрической поверхности изделия позволяет получать покрытия на внутренних поверхностях любых металлических полых цилиндрических изделий большой протяженностью. Обеспечение плотного, монолитного, прочного соединения металла с наиболее коррозионно-стойким полимером фторопластом-4 позволяет значительно увеличить срок службы таких покрытий, их надежность и работоспособность в агрессивных средах.