Cпособ нанесения антифрикционного и противоизносного фторсодержащего полимерного покрытия

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОСОБ НАНЕСЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО И ПРОТИВОИЗНОСНОГО ФТОРСОДЕРЖАЩЕГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(72) Авторы Струк Василий АлександровичОвчинников Евгений ВитальевичБойко Юрий Сергеевич Губанов Виктор АндреевичТройчанская Полина Ефимовна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(57) Способ нанесения антифрикционного и противоизносного фторсодержащего полимерного покрытия, включающий очистку поверхности, нанесение на нее покрытия из раствора фторсодержащего олигомера, последующую сушку и термообработку, отличающийся тем, что покрытие наносят в две стадии из растворов фторсодержащих олигомеров различной полярности, при этом на первой стадии формируют слой из полярного олигомера общей формулы-1,где- фторсодержащий радикал вида 3 - 2 - 2 26350 1-2, где 2 - 1-2-алкил,и сушат при температуре 2935 К в течение 30 минут, на второй стадии формируют слой из неполярного олигомера общей формулы - и сушат при температуре 2935 К в течение 30 минут, а термообработку осуществляют при 373-473 К в течение 15-60 минут. 6350 14382983, 1983.95/23036 1.96/38236 1. Изобретение относится к области материаловедения в машиностроении, в частности к технологии нанесения функциональных полимерных покрытий на детали трения машин и механизмов, с целью повышения их износостойкости и снижения коэффициента трения. В современном машиностроении широко применяются полимерные покрытия различного состава и функционального назначения 1. Полимерные покрытия на основе полиамидов,полиацеталей и полиолефинов предотвращают коррозионно-механическое повреждение деталей трения, придают им специальные свойства и повышают потребительские характеристики изделий 2. В настоящее время все большее распространение получают технологии формирования тонкопленочных покрытий на основе фторсодержащих полимеров и олигомеров из разбавленных растворов во фреоне или хладоне 3, 4. При этом удается получать покрытия толщиной от 0,2 до 1,5 мкм за одну обработку поверхности. Известна технология нанесения фторсодержащих тонкопленочных покрытий из растворов олигомеров, заключающаяся в подготовке поверхности, нанесении на поверхность раствора олигомера окунанием, удалении растворителя и термической его обработки при 3735 К в течение 20-30 мин 5. По такой технологии формируются тонкие пленки на поверхностях трения, обеспечивающие повышение износостойкости, снижение коэффициента трения. В качестве фторсодержащих олигомеров используют вещества, имеющие общую структурную формулу -1, где- радикал, 1 - функциональная группа -СООН 1, -2,-СООН 3, -. Молекулярная масса олигомера составляет от 2000 до 5000 ед. Фторсодержащие олигомеры подобного строения выпускают промышленно под торговыми марками Эпилам, Фолеокс, Хаканол. Несмотря на отмеченную эффективность олигомерные пленки не обеспечивают одновременно повышение износостойкости и коррозионной стойкости. Это обусловлено тем, что наиболее эффективные пленки, снижающие износ, формируются из олигомеров, содержащих активные полярные группы типа -СООН,которые ускоряют коррозионные процессы на металлах. И наоборот, олигомеры, включающие неполярные группы типа -, незначительно повышая коррозионную стойкость, не обеспечивают требуемой износостойкости сопряжения. Таким образом, суммарный коррозионно-механический износ трибосистемы остается достаточно высоким. В предлагаемом способе нанесения антифрикционного и противоизносного полимерного покрытия коррозионно-механический износ уменьшается, т.к., согласно изобретению, покрытие наносится в две стадии на первой стадии формируется слой из фторсодержащих олигомеров, содержащих полярную функциональную группу, выбранную из ряда -СООН, -2, -СООСН 3, -, а на второй стадии - слой из фторсодержащих олигомеров, содержащих неполярную или малополярную функциональную группу ,1, 2, 3, после чего двухслойное покрытие термообрабатывают при 373-4735 К в течение 0,5-1 час. Для достижения дополнительного эффекта снижения коэффициента трения двухслойные покрытия обрабатывают мягким рентгеновским излучением на воздухе при температуре 2935 К в течение 0,25-1 час. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ от известного отличается тем, что при двухстадийном нанесении покрытия на первой стадии благодаря интенсивному хемосорбционному взаимодействию формируется слой олигомера с высокой прочностью адгезионной связи с металлической подложкой. Этому способствует наличие в молекуле олигомера активной полярной группы -СО, -2, -ОН. На второй стадии нанесения покрытия формируется поверхностный слой из олигомера, содержащего неактивные неполярные функциональные группы типа , - или . Этот слой обеспечивает высокую стойкость покрытия к воздействию коррозионных сред. Благодаря аналогичному 2(или близкому) строению олигомерного радикалаоба слоя активно перемешиваются и формируют адгезионно прочное соединение, прочность которого близка к когезионной прочности олигомера первого слоя. Граница раздела между отдельными слоями не существует вследствие родственного строения молекул обоих олигомеров и использования единого растворителя. Таким образом обеспечивается синергический эффект одновременного достижения высоких триботехнических и противокоррозионных свойств покрытия эффект повышения стойкости к коррозионно-механическому изнашиванию трибосистемы, на рабочие поверхности которой нанесены такие покрытия. Дополнительный эффект достигается при термической обработке сформированного покрытия при 373-473 К в течение 0,5-1 часа или мягким рентгеновским излучением при задающем напряжении 40 кВ и токе на аноде 20 А (МоК 0,71 ). Дополнительный эффект заключается в увеличении микротвердости и прочности подложки с нанесенным покрытием и снижении коэффициента трения покрытия при эксплуатации без смазки. Для подтверждения эффективности заявленного способа нанесения покрытий приводим следующие данные.Покрытия формировали на подложках из стали 08 кп, стали 45, меди 1, алюминия А 99. В качестве олигомеров использовали фторсодержащие соединения общей формулой -1 или -,где- фторсодержащий радикал вида 3 - 2 -3 - 2 - 23, Олигомеры в виде 2 мас. раствора в хладоне 113 наносили на рабочие поверхности однократным окунанием. Предварительно металлическую подложку обезжиривали в гептане и ацетоне. Обезжиривающий состав удаляли испарением и термообработкой при 323 К в течение 30 мин, толщина покрытия составляла 10,2 мкм. Термическую обработку сформированных покрытий проводили на воздухе при 373573 К в течение 0,5-1 часа в термошкафу с точностью регулировки температуры 5 К. Триботехнические испытания покрытий проводили на машине трения типа СМТ-2 М по схеме вал-частичный вкладыш и машине трения типа УМТ-1 по схеме пленкаролик. Покрытие в обоих случаях наносили на металлическое контртело. Скорость скольжения при фрикционных испытаниях составляла 0,5 м/с на машине трения СМТ-2 М и 0,1 м/с на машине трения УМТ-1. Нагрузка составляла 7,0 МПа, 0,1 МПа соответственно. В качестве смазки использовали масло индустриальное И-20 А, которое наносили на поверхности трения окунанием. Износ фиксировали весовым способом на весах с точностью взвешивания до 0,005 мг после 25 часов испытаний. Температуру в зоне трения фиксировали хромель-копелевой термопарой, горячий спай которой размещали на расстоянии 0,04 мм от зоны трения. Прочность образцов с покрытием оценивали на разрывной машине типа -4. Микротвердость измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н. Коррозионные испытания проводили в камере соляного тумана при 333 К в течение 48 час. Коррозионную стойкость покрытия оценивали по количеству пятен коррозии на рабочих поверхностях. Экспериментальные данные приведены в таблицах 1, 2, 3. 3 6350 1 Таблица 1 Триботехнические характеристики покрытий Тип покрытия Структурная формула 1 2 Без покрытия Ф 1 Ф 14 Ф 3 2 Ф 8-3 Двухслойные Ф 1 Ф 61 Ф 1 Ф 23 Ф 1 Ф 14 Ф 8 Ф 14 Интенсивность МолекулярКоэффициент изнашивания ,Т, К ная массатрения Молекулярная Коррозионная стойкость масса 3 4 Поражение поверхности 1002200 Поражение поверхности 50 Поверхность без пятен 2200 коррозии 2200 Поражение поверхности 102200 Поражение поверхности 202200 2200 2200 2200 Поверхность без пятен коррозии Поверхность без пятен коррозии Поверхность без пятен коррозии Поверхность без пятен коррозии 6350 1 Таблица 3 Прочность при растяжениифольги с покрытием Вид обработки 1 Без обработки Термообработка при К 323 373 473 573 Действие рентгеновского излучения, мин 5 15 30 60 70 Прочность при растяжении стр, МПа Покрытие Покрытие Ф 8 Покрытие Ф 14 Без покрытия Ф 8 Ф 14 2 3 4 5 340 302 340 320 342 355 361 310- Подложка фольги из меди М-1, толщиной 100 мкм. Приведенные данные свидетельствуют о том, что покрытия, полученные по предлагаемому способу, имеют более высокую износостойкость (табл. 1) в сочетании с коррозионной стойкостью (табл. 2). Дополнительная обработка покрытия по заявляемой технологии приводит к улучшению прочностных и триботехнических характеристик (табл. 3). Источники информации 1. Белый В.А., Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Полимерные покрытия. - Мн. Навукатэхнка, 1976. 2. Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. - Мн. Навукатэхнка, 1972. 3. Гарбар И.М., Кисель А.С., Рябинин Н.А., Сапгир В.В. Природа и механизм действия эпиламов при трении // Трение и износ. - 1990. - Т.4,5. - С. 792-801. 4. Гулянский Л.Г. Применение эпиламирования для повышения износостойкости изделий // Трение и износ. - 1992. - Т. 13,4. - С. 672-695. 5. Исакович , Струк В.А., Губанов В.А., Тройчанская П. Е., Напреев Р.С. Влияние гидрофобных хемосорбированных слоев на триботехнические характеристики пары металл-металл и полимер-металл // Трение и износ. - 1992. - Т. 13,2. - С. 306-310. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.