СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С НИЗКОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПРОТИВ БИООБРАСТАНИЯ
METHOD FOR PRODUCING A COATING WITH LOW SURFACE ENERGY AGAINST BIOFOULING

Изобретение относится к способам получения покрытий с низкой поверхностной энергией и может применяться в области судостроения, в частности для создания покрытия на металлических поверхностях для защиты от биообрастания в зонах переменной смачиваемости (ЗПС) и полного погружения корпусов судов и гидротехнических сооружений, устройств, конструкций, эксплуатирующихся в водной морской среде. Обрастание подводной части судов морскими организмами приводит к резкому сокращению скорости судов, повышенному расходу топлива, порче корпуса судна и гидротехнических сооружений.
Известен способ защиты подводных выступающих частей корпуса быстроходного судна от выпадания на них солей и обрастания, включающий многослойное покрытие на основе синтетических смол с последующим двухслойным покрытием необрастающими красками (SU 209978 А1, МПК В63В 59/04, Опубликовано 28.05.69, Бюл. 18).
Недостатками известного способа являются ограниченность его использования для малотоннажных судов, его высокая себестоимость, сопряженная с операциями шлифовки и полировки, а также использование токсических противообрастающих красок.
Известен способ защиты поверхности погруженного объекта от обрастания, содержащий операцию нанесения на поверхность погруженного объекта антикоррозионного слоя, поверх которого наносят покрытие, выполненное из кобальта, никеля, лантаноидов или их сплавов (RU 2043256 C1, В63В 59/04, Опубликовано 10.09.95, Бюл. 25).
Недостатками является то, что в известном способе средством, препятствующим развитию биообрастания, служит токсическое воздействие на среду, высокая стоимость используемых материалов, а также невозможность декоративного оформления плавучих средств.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий к заявляемому способу по совокупности существенных признаков способ получения покрытия с низкой поверхностной энергией против биообрастания на металлических поверхностях в зонах переменной смачиваемости и полного погружения конструкций, эксплуатирующихся в водной морской среде, включающий последовательное нанесение на поверхность металлического подслоя и финишного слоя (RU 2107005 С1, МПК В63В 59/04, Опубликовано 20.03.98, Бюл. 8).
Недостатками прототипа является то, что предотвращение обрастания биомассой поверхности судов достигают за счет токсического воздействия на среду ионов меди, а также большая вероятность коррозии алюминиевого слоя под воздействием морской воды.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа получения покрытия с низкой поверхностной энергией против биообрастания на металлической поверхности, обеспечивающего высокие физико-механические свойства покрытий, относительно невысокую их стоимость и широкие функциональные возможности.
Технический результат: повышение эффективности и расширение области применения; создание дополнительной антикоррозионной защиты за счет металлического коррозионно-стойкого покрытия; реализация создания металлополимерного покрытия с последовательным нанесением металлического; переходного и поверхностного полимерного слоев покрытия в рамках одного технологического процесса; отсутствие ограничений по площади нанесения; понижение энергозатрат на реализацию способа; повышение эксплуатационных характеристик создаваемых покрытий.
Технический результат достигается тем, что дополнительно наносят переходный металлополимерный слой, при этом сначала наносят металлический подслой из цинк-алюминий-магниевого сплава толщиной 100-1000 мкм, затем в металлизационную струю инжектируют полимерный компонент, таким образом, чтобы получить переходный металлополимерный слой покрытия, после чего отключают металлизационную струю и наносят поверхностный полимерный слой толщиной 50-200 мкм с использованием полимерного компонента, затем проводят термообработку покрытия газовым пламенем до температуры 360-380°C, при этом в качестве полимерного компонента используют фторпластовую суспензию, а покрытие наносят способом электродугового напыления, с помощью оборудования, укомплектованного устройством для инжектирования и термообработки полимерного компонента.
Нанесение на металлическую поверхность способом электродугового напыления металлического подслоя из цинк-алюминий-магниевого сплава обеспечивает получение антикоррозионных свойств и адгезии к металлической поверхности.
Совместное нанесение металлополимерного слоя покрытия, путем инжектирования в металлизационную струю фторопластовой суспензии используется для создания переходного слоя и обеспечивает соединение с последующим поверхностным слоем полимерного покрытия.
Для нанесения компонентов и слоев покрытия на металлическую поверхность применяется технология электродуговой металлизации. Нанесение слоев выполняется последовательно, без перерыва при использовании установки электродуговой металлизации, укомплектованной дополнительным комплектом для инжектирования и термообработки фторопластовой суспензии.
Покрытие с низкой поверхностной энергией против биообрастания представляет собой композиционный слой из металла и термопластичного полимера на основе фторопласта. Металлическая основа состоит из цинк-алюминий-магниевого многофазного псевдосплава с высокими антикоррозионными свойствами и стойкостью к морской воде, а также отрицательным, по отношению к конструкционным сталям электродным потенциалом. Металлический слой имеет высокую адгезию 5-20 МПа к поверхности, которая не ухудшается со временем, а напротив возрастает за счет диффузии металла покрытия в металл поверхности. Поры металлического слоя заполнены полимером, который на поверхности образует сплошной слой с низкой поверхностной энергией, препятствующей прикреплению к поверхности биологических организмов. Наличие цинка в металлической матрице также является фактором, замедляющим процессы биообрастания. Толщина покрытия 300-500 мкм.
Согласно заявляемому способу на металлическую поверхность, подготовленную абразивно-струйной обработкой, наносится способом электродугового напыления металлический подслой из цинк-алюминий-магниевого сплава для обеспечения антикоррозионных свойств и адгезии к металлической поверхности. Далее из форсунок, дополнительно установленных на пистолете металлизатора, запускается инжектирование в металлизационную струю фторопластовой суспензии для создания переходного слоя и обеспечения соединения с последующим поверхностным слоем полимерного покрытия. После чего происходит отключение металлизационной струи и выполняется нанесение на металлополимерное покрытие поверхностного слоя полимерного покрытия с последующей термообработкой газовым пламенем, формируемым кольцевым контуром, дополнительно установленным на пистолете металлизатора, и полимеризацией.
Полученный поверхностный слой покрытия обладает низкой поверхностной энергией, препятствующей прикреплению к поверхности биологических организмов. Наличие цинка в металлической матрице также является фактором, замедляющим процессы биообрастания.
Пример 1
Металлическое покрытие напыляют с использованием электродугового металлизатора Thermach на образцы из стали 20. Поверхность под нанесение покрытия готовят абразивно-струйной обработкой. В качестве материалов для металлического слоя используют цинковую проволоку ГОСТ 13073-2018 и алюминий-магниевую проволоку СвАМг5 (ГОСТ 7871-75) диаметром 2,5 мм, для полимерного покрытия - фторопластовая суспензия Ф-4Д. Давление воздуха на входе в металлизатор 0,5 МПа, дистанция напыления 150-250 мм, ток дуги 200-250 А, напряжение 20-25 В. Необрастающее металлополимерное покрытие наносят толщиной 350±150 мкм.
Предлагаемое покрытие и технология его создания отличаются технологичностью, невысокой стоимостью, доступностью технологического оборудования, возможностью нанесения на различные поверхности, в том числе на поверхности объектов, находящихся в эксплуатации без их демонтажа. Полученные покрытия отличаются долговечностью, коррозионной стойкостью и износостойкостью.
Заявляемый способ отвечает критериям патентоспособности и может быть использован как при постройке новых, так и при ремонте ранее эксплуатируемых судов разного класса, а также портовых и других гидротехнических сооружений.