Способ получения металлополимерных покрытий

го слоя, согласно которой можно наносить покрытия различного состава на рабочие поверхности металлических деталей.Модификаторы и наполнители полимерных матриц оказывают определяющее влияние на служебные характеристики КОМПОЗИЦИОННЫХ материалов на их основе. К числу наиболее распространенных модификаторов полимерных матриц различного состава и строения относятся минеральные Компоненты, полученные переработкой природных полуфабрикатов глин, слюд, цеолитов и т.п. Полученные минеральные порощки, благодаря относительно низкой стоимости и доступности сырья, а также активному модифицирующему действию является в настоящее время многотоннажно применяемым компонентом различных матриц.Известна композиция для получения герметизирующих покрытий, содержащая полимерную матрицу и дисперсный наполнитель, в качестве которого использован порощок природных силикатов, измельченных до размера 50100 мкм, при содержании в матрице 0,13,0 мас. патент РФ на изобретение 2275404. Покрытие из данной композиции наносят методом псевдоожиженного слоя. Согласно этому методу предварительно очищенную и обезжиренную металлическую поверхность нагревают до температуры, на 30-50 С превыщающей температуру плавления матричного полимера, окунают в слой композиционного порошкообразного материала, находящегося во взвещенном состоянии, вь 1 держивают заданное время для осаждения слоя материала необходимой толщины, затем извлекают из рабочей зоны установки и выдерживают на воздухе до полного оплавления полимерного материала и формирования сплощного бездефектного покрытия. Эта технология описана в монографии Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. - Мн. Наука и техника, 1992. - С. 656.К числу недостатков данного способа относится сепарация компонентов, имеющих различную массу из-за отличающегося удельного веса при одинаковых геометрических размерах, что приводит к получению негомогенных покрытий. Кроме того, для обеспечения необходимого уровня адгезионной прочности покрытия подложку необходимо обрабатывать специальным праймером (подслоем), который представляет собой дорогостоящий и экологически небезопасный продукт, или фосфатировать. Данный способ не позволяет наносить покрытия на изделия больщих геометрических размеров, массы и сложной конфигурации.Известно, что низкоразмерные наполнители и модификаторы с размером частиц менее 100 нм обладают существенно больщей активностью по сравнению с частицами того же состава с размерностью более 1 мкм Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. - М. Химия, 2000. - 672 с.. Традиционным в полимерном материаловедении применяют наполнители с размером частиц от 5 до 200 мкм.Известен способ получения низкоразмерных наполнителей из природных слоистых минералов для полимерных материалов патент РФ на изобретение 2269554. Сущность способа заключается в обработке частиц слоистых силикатов типа глинистых минералов и слюд в режиме термического удара, который вызывает разрушение кристаллической рещетки в результате процесса дегидратации. По данному способу получают низкоразмерные частицы с размером не более 100 нм, которые по современной классификации относят к наночастицам.Недостаток известного способа получения низкоразмерных частиц состоит в необходимости специальной операции термической обработки, которая повторяется несколько раз для обеспечения гарантированного гранулометрического состава модификатора.Известен способ получения металлополимеров путем разложения металлсодержащих прекурсоров (формиатов, оксалатов, карбонилов и т.д.) в среде расплава полимера при температуре термолиза Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. - М. Химия, 2000. - 672 с.. Этот способ выбран за прототип изобретения.К числу существенных недостатков способа является необходимость исключения контакта образующихся вь 1 сокодисперснь 1 х частиц с окислительной средой с помощью расплава полимера. При этом температура плавления полимера должна быть несколько ниже,чем температура термолиза металлсодержащего прекурсора для образования изолирующего полимерного слоя возле частицы модификатора. При разложении прекурсора по данному способу получения металлополимеров происходит выделение значительных количеств газообразных веществ (СО 2, Н 2 О, СО), которые вызывают вспенивание полимерной матриць 1 и затрудняют переработку композита на традиционном технологическом оборудовании, например на термопластавтоматах со шнековой пластикацией.При формировании покрытий из механической смеси ингредиентов по способу, описанному в выше цитируемом источнике, с применением технологии псевдоожиженного слоя часть прекурсора не изолируется расплавом полимера из-за одновременного протекания процессов осаждения, термолиза и плавления. В результате происходит разложение прекурсора в воздушной среде, что приводит к окислению образующихся высокодисперснь 1 х частиц металла и потере ими в значительной мере активности.Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения металлополимерного покрытия, обладающего высокой технологичностью и обеспечивающего получение качественных металлополимерных покрытий на металлических деталях, в т.ч. больших геометрических размеров, массы и сложной конфигурации.Поставленная задача решается тем, что способ получения металлополимерного покрытия, при котором смешивают порошкообразные частицы полимера и металлсодержащего прекурсора, подают полученную смесь в высокотемпературный безокислительный газовый поток, имеющий плотность теплового потока 3-106-9-106 Вт/м 2 и проводят осаждение смеси и монолитизацию покрытия при температуре подложки на 5-40 С выше температуры плавления полимера и давлении газового потока 3-5 атм, причем время нахождения смеси в газовом потоке составляет 104-103 с.При формировании металлополимерного покрытия использовали следующие компоненты. В качестве полимерной матрицы применяли порошки полиамида 6 (ПА 6), производства ОАО ГродноХимволокно, полиамид 11 (К 115 ап) производства ЕЬР АТОСНЕМ(Франция), полиэтилентерефталат (ПЭТФ) производства ОАО МогилевХимволокно,полиэтилен высокого давления (ПЭВД) производства ОАО Полимир (Новополоцк). Порошки ПА 6, ПЭТФ, ПЭВД получали криогенным измельчением гранул, охлажденных до температуры жидкого азота (-198 С). Дисперсность порошков составляла 100-200 мкм. В качестве металлсодержащих прекурсоров использовали муравьино- (формиаты) и щавелевокисль 1 е (оксалаты) соли меди С 11(НСОО)2, С 11(СОО)2, никеля 1 Т 1(НСОО)3, цинка 2 п(НСОО)2 и карбонил железа Ре(СО)3 в порошках дисперсностью не более 510 мкм.Порошки полимера и металлсодержащего прекурсора в заданных пропорциях смешивали в смесителе типа МОД-22 (так называемая пьяная бочка) в присутствии металлических мелющих тел сферической формы. В качестве технологического оборудования для получения металлополимерного покрытия использовали установку ТЕНА-П. Рабочими газами служила пропан-бутановая смесь и кислород. Температуру газового потока (плотность теплового потока) регулировали, изменяя соотношение и скорость подачи смеси пропан-бутан-кислород. Подложку нагревали газовой струей до оптимальной температуры формирования покрытия. Температуру подложки контролировали пирометром ДХ 39650-02 (НЗА). Покрытие формировали тепловым потоком определенной плотности, в который подавали смесь полимерного и силикатного компонентов. Время нахождения компонентов материала в тепловом газовом потоке регулировали, изменяя давление кислорода и пропанобутановой смеси. Плотность теплового потока рассчитывали по уравнению теплового балансагде ш - масса Частицы, кг ш 4 тсК 3 р/3 К - радиус Частицы, М р - плотность материала,кг/м 3 То - наЧальная температура частицы, К ТИП - температура плавления материала Частицы, К Тмах - максимальная температура Частицы, К Тмах 1,3 Т С 1(Т 1) - удельная теплоемкость материала Частицы при нагреве от То до ТП, Дж/(кг-К), С 2(Т 2) - удельная теплоемкость материала Частицы при нагреве от ТП до Тмах, Дж/(кг-К) Ж - удельная теплота плавления Частицы, Дж/кг Р - площадь поверхности Частицы, м 2 у - скорость Частицы,м/с 1 х - расстояние до напыляемой поверхности 0 с(х) - коэффициент теплопередаЧи,Вт/(м 2-1) Т(х) - температура газового потока, Тс(х) - температура на поверхности Частицы, К.Покрытие по прототипу формировали из порошковых смесей, которые помещали в установку с возможностью создания псевдоожиженного слоя путем пропускания потока воздуха Через слой композиционного материала на пористой диафрагме. МеталлиЧескую деталь обезжиривали и обрабатывали праймером Кйргйш путем окунания детали в спиртовой раствор. Толщина подслоя 3-5 мкм. После высыхания подслоя детали нагревали в термощкафу типа СНОЛ до температуры 270-320 С для активации подслоя и погружали в кипящий слой композиционного материала на заданное время. Время выдержки определялось толщиной покрытия. После осаждения Частиц порошковой композиции деталь извлекали из рабоЧего объема установки и выдерживали на воздухе до полного оплавления полимерных Частиц и монолитизации покрытия, после Чего изделие охлаждали на воздухе до комнатной температуры. Характеристики сформированных по разным способам покрытий оценивали по адгезионной проЧности с подложкой методом нормального отрыва. Твердости по Бринеллю и проЧности при растяжении. Составы композиционных материалов в обоих способах были идентиЧны.ТехнологиЧеские режимы формирования покрытий из металлополимерных композиций по предложенному способу и прототипу приведены в табл. 1.Характеристики металлополимерных покрытий по разработанному способу и прототипу представлены в табл. 2.Таблица 1 Технологические режимы нанесения металлополимерных покрытий3 ПЛТТЬ ТПЛВГ ПТ 3-106 6-10 3-106 9-10 5-10 5-106 2-106 1-107 - Ка, Вт/М 4. Время нагрева И оплавления 10.4 10.3 10.3 10.3 10 3 10.3КГС/СМ 2 (атм) давление воздуха при псеводоожижении 6. Вид обработки подложки Дробеструйная обработка Кйргйш (ЕЬР АТОСНЕМ) 7. Время нанесения поКрЬ 1 тия