Специальное антифрикционное покрытие для защиты и повышения износостойкости поверхности технологической оснастки

Полезная модель относится к области авиа- и машиностроения и может быть использована для защиты и повышения износостойкости технологической оснастки, работающей под давлением и/или на износ в условиях сухого трения.
Для защиты металлических изделий от износа при работе в условиях сухого трения, в настоящее время применяют полимерные композиции в качестве антифрикционных покрытий формируемых на поверхности трущихся деталей.
Известен фторопластовый лак ЛФЭ-32ЛНХ (ТУ 6-05-1884-80), модифицированный эпоксидными олигомерами для получения высокоэффективных защитных покрытий на металлах. Для получения качественного покрытия лак необходимо разбавить до рабочей вязкости ацетоном, бутилацетатом или смесью растворителей, и добавить отвердитель АФ-2, расход отвердителя составляет 12 гр. на 1 кг лака. Покрытия, получаемые из лака, обладают высокой адгезией, однако коэффициент трения может достигать 0,1-0,2. К недостаткам также относится: большой расход композиции, так как для защиты поверхности необходимо создать многослойное покрытие в 3 и более слоев, продолжительность сушки при комнатной температуре, которая составляет 10-15 суток или применение горячей сушки при температуре 80-100°С в течение 2-2,5 часов, трудозатратность в приготовлении лакокрасочного материла.
-11
Известен способ нанесения антифрикционного и противоизносного фторсодержащего полимерного покрытия [Патент BY 6350 МПК C1 B 05D 5/08, 1/18 Опубликовано 2004.09.30]. Предложенный способ заключается в нанесении покрытия на поверхность в две стадии из растворов фторсодержащих олигомеров различной полярности с последующей сушкой при температуре 20°С в течение 30 минут, конечная термообработка осуществляется при температуре 100-200°С в течение 15-60 минут. Полученное покрытие обладает высокой износостойкостью 0,08·10 и низким коэффициентом трения не превышающим 0,010. Недостатком изобретения является высокая температура термообработки покрытия, что затрудняет его применение для крупногабаритных изделий.
Известна композиция для самоотверждающегося антифрикционного покрытия, содержащая: полиакриловый лак, дисульфид молибдена, кристаллический йод и дополнительно может содержать сиалон [Патент RU2285019 МПК C1 C08J 5/16, C08L 33/08, C08K 3/30, C08K 3/02, C08K 7/18]. Покрытие на основе получаемой композиции не требует термообработки и способно отверждаться при комнатной температуре 20±5°C в течение 0,5-2 часов, обладает высокой адгезионной прочностью к металлу и низкой интенсивностью изнашивания без дополнительного нанесения на поверхность подслоя сцепления, однако, коэффициент трения находится в диапазоне 0,08-0,15 в зависимости от прикладываемой нагрузки.
В качестве прототипа для заявляемой полезной модели выбрана промышленная антифрикционная композиция ВАФ-31, выпускаемая по ТУ 6-05-041-334-87 и представляющая собой смесь полимерных связующих в органических растворителях, наполненная фторопластом-4Д или фторопластом-4 МД.  Композиция поставляется в готовом виде и не требует предварительной подготовки перед нанесением, что является преимуществом в отличие от описанных выше композиций. Также ВАФ-31 относится к самоотверждающимся покрытиям, сушка и отверждение происходят при температуре от +20 до + 25°С в течение 2-4 часов. По антифрикционным свойствам покрытие обладает высокой адгезией к металлам. Основным недостатком прототипа является то, что получаемое антифрикционное покрытие имеет коэффициент трения от 0,06 до 0,1.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение износостойкости и, как следствие, срока службы технологической оснастки. Технологическая оснастка представляет собой средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса, зачастую выполнена из конструкционных металлов, поэтому целесообразно использовать для защиты рабочей поверхности композиции отверждающиеся при комнатной температуре в диапазоне 18-22°С и проявляющие высокие эксплуатационные характеристики при относительно небольшой толщине покрытия, чтобы снизить расход защитного материала.
Техническое решение заключается в нанесении на технологическую оснастку специального антифрикционного покрытия (САП), представляющего собой антифрикционную композицию ВАФ-31, отличающуюся тем, что дополнительно содержит многостенные углеродные нанотрубки в количестве 0,03% от общей массы композиции. Лакокрасочный материал ВАФ-31 содержит в своем составе фторопласт-4Д, проявляющий антифрикционные свойства, а эпоксидная смола способствует повышению адгезии к металлам. Введение многостенных углеродных нанотрубок обусловлено необходимостью повышения износостойкости покрытия. За счет своих уникальных физических свойств МУНТ способны увеличить прочность формируемых покрытий при толщине слоя 10 мкм, а также снизить температуру и время их отверждения.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении защиты технологической оснастки от преждевременного износа, путем формирования на её поверхности специального антифрикционного покрытия, которое позволяет снизить коэффициент трения относительно прототипа в 2 раза и, как следствие, повысить износостойкость.
Пример реализации полезной модели: технологическую оснастку предварительно очищают от загрязнений и обезжиривают, например, ацетоном, уайт-спиритом или любым другим растворителем. Специальное антифрикционное покрытие, приготовленное введением МУНТ в композицию ВАФ-31 методом УЗ-диспергирования, наносится на рабочую поверхность методом пневматического распыления. Продолжительность сушки покрытия составляет 2-2,5 часа при температуре от +18 до +22°С. Полный набор прочности покрытия достигается в течение суток при температуре от +18 до +22°С. Толщина покрытия составляет не более 10 мкм.
Для контроля свойств покрытия дополнительно окрашивают алюминиевые образцы, которые в дальнейшем подвергают ряду испытаний. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства покрытий
Температура отверждения, °С
Толщина покрытия, мкм
Время отверждения, час
Адгезия, балл
Коэффициент трения
Износ по массе, мг
Прототип
20±5°C
более 15
2-4
0
0,06-0,1
0,0013
САП
18-22°C
не более 10
2-2,5
0
0,03-0,06
0,0006