Способ получения покрытий на металлических деталях

В Е. Старжинский, С. С. Песецкий, О, Н Алексайдров В. И. Львовский и Е. А. Степаненко 72) Авторы нэобретення мерных систем ;., -исти механики металлопопАН Белорусской СС 154) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ИЕТАЛЛИЧЕСКИХДЕТАЛЯХ 1Изобретение относится к технологии получения покрытий на различных изделиях и может быть использовано на различных предприятиях, перерабатывающих или использующих полимерные материалы.Известно использование покрытий из уретановых термоэластопластов для техники средств связи. Здесь их можно эффективно использовать, например для защиты металлических детапей от коррозии .при одновременном демпфировании механических, в том числе высокочастотных ударных, нагружений 1 .гСовременная техника средств свя-, зи, в частности телеграфные аппараты, должны работать в жестких условиях, в том числе при повывенной вдажнос-, ти. В этих условиях адгезионная связь между покрытием и металлической деталью сюжет практически полностью разруциться, в результате чего прои 2зойдет отслаивание покрытия, и деталь потеряет работосгюсобность.В известных технических решенияхвопросам повыаения стойкости адгеэи" :онного соединения покрытий иэ уретановых термоэластопластов во влажной атмосфере или воде должного внимания не уделяется. Так, например,известен способ получения гюлимерных покрытий, заключающийся в том,что на гюверхность детали наносятраствор полимера в органическом раст-,ворителе, который затем удаляют 2)Однако покрытия из уретановых термоэластопластов, нанесенные такимобразом, практически полностью отслаиваются через 0,5-1 ч. пребывания . в воде при комнатной температуре. в Наносить покрытия можно и путемоплавления дисперсного термоэластопласта или его пг 1 енки на поверхности,предварительно. нагретой металличес-.кой детали 31.формула изобретения Составитель Т. БровкинаРедактор Б, федотов Техред И.Гергель Корректор О. Билак Заказ 9456/12 Тираж 727 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035,.Москва 1-35, Раушская наб., л, 4/5 филиап ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, как следует из приведенных данных, способ по изобретению позволяет получить покрытия с высокой адгезионной прочностью, водостойкостью, что увеличивает срок З эксплуатации покрываеех изделий,0Способ получения покрытий на ме- таллических деталях путем предварительной обработки поверхности детали 1-5 мас, Ф-ным раствором в органическом растворителе смеси уре танового термоэластопласта с термореактивным связующим, термообработкудетали после оспарения растворителя при 150-220 фС в течение 10-60 мин и последующего нанесения покрытия на 20 основе уретанового термоэластопласта и его термообработки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения адгезионной прочности и водостойкости покрытия, в качестве 2 з термореактивного связующего исполь" зуют полиэфиримидную смолу при соот" ношении уретанового термоэластоппас 45 20та и полиэфиримидной смолы от 1:9до 6:1 и термообработку покрытияеосуществляют при 140-190 С в тече"ние 10-40 мин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Усович Ю. А., Песецкий С.С.,Львовский В, И. Прозоровский Л.Н;йетодика и некоторые результаты исследовании полимерных материалов дляударостойких покрытий на деталяхтелеграфной аппаратуры-"Техника с, .средств связи", серия "Техника про"водной связи", 1977 вып. 7 с.61-04,2. "Энциклопедия полимеров",т.2, И. Советская энциклопедия, 1974,/с. 12"28.3. Белый В, А. и др. Полимерныепокрытия, Минск "Наука и техника",1978, с. 157.Авторское свидетельство СССРпо заявкв ". 2858635/23-05кл. В 05 0 3/02, 1979 (прототип).5. "Новые лаки для эмалирования проводов", М., Информэлектро,1972, с. 33-356. Урелан-уретановый термоэластопласт. ТУ 38.403.0006-773 9Основными факторами, определяющими адгезионные овойства покрытий, при этом являются температура металлической детали в момент оплавления полимера, температура и длительность термообработки покрытия на металле. Использование указанного метода не позволяет получать адгези" онные соединения, устойчивость которых в воде сохранялась бы длитель" ное время.Наиболее близок к предлагаемому способ получения покрытий на металлических деталях, разработанный для усиления адгезии к металлу уре" танового термоэластопласта урелана. Его сущность заключается в предварительной обработке поверхности детали ( перед нанесением покрытия) 1-5 Ф-ным масс. раствором сме 1 си урелана с термореактивным связующим (резольной феноло-формальдегидной смолы), взятых в массовом соотношении от 1:9 до,9:1 и выдержке при 150-220 С в течение 10-60 ан . после удаления (испарения) растворителя, последующем нанесении покрытия на основе уретанового, термоэластопласта и термообработке его при комнатной температуре 4.Способ обеспечивает существенное увеличение адгезии термоэластопласта к металлу, однако, как показала практика, водостойкость адгезионного соединения все же недостаточна.Целью изобретения является повышение адгеэионной прочности и водо- стойкости .покрытия. Поставленная цель достигается тем, что при получении покрытий на металлических деталях путем предварительной обработки поверхности детали 1-5 массА раствором в органическом растворителе смеси уретанового термоэластопласта с термореактивным связующим, термообработки детали после испарения растворителя при 150"220 С в течение 10-60 мин и последующего нанесения покрытия на основе уретанового термоэластопласта и термообработки его, в качестве термореактивного связующего используют полиэфиримидную смолу при соотношении уретанового термоэласто" ппаста и полиэфиримидной смолы от 1:9 до 6:1 и термообработку покрытия осуществляют при 140-190 0 в течео.ние 10-40 мин. 78945 4 В качестве полиэфиримидных смолиспользуют смолы марок ПЭИ(ТУ-15-948-75), являющиеся продуктом . поликонденсации полиэтиленгликольглицеринтерафталата с тримеллитовым ангидридом и диаминодифенилметаном с содержанием имидной части25+24, ПЭЯ по.ТУ 6-10-44-78, гпредставляющую собой раствор поли 1 в эфиримидной смолы (смола получается взаимодействием полиэфира, синтезируемого взаимодействием диметилтерефталата, этиленгликоля иглицерина с тримеллитовым ангид рядом и диаминодифенилметаном) "всмеси растворителей крезола и сольвента каменноугольного, лак Р =35(теребек), основным компонентом которого является полиэфиримидная смола,причем при ее синтезе используется полиэфир на основе терефталевой кислоты.5.В качестве уретановых термопластов используют урелан 11-85 и уре-. з лан С61, являющиеся продукта 1 ми поликонденсации олиготетраметиленгликоля, 4,44-дифенилметандиизоцианата и 1,4-тетраметиленгликоля приразличном соотношении между компоненз та и, десмопан вторичный (ТУ 38.30..348"73) является продуктом переработки отходов и изделий из первичного десмопана, десмопан относится к классу уретановых термоэластопластов, его молекулярная масса равна 30000-40000, он является растворииам слабо сшитым полимером, синтезируют десмопан взаимодействиемпростого олигоэфира с диизоциана"том, а на образующийся продукт(преполимер) действуют избыткомнизкомолекулярного диола 2.На эффективность способа не оказывают существенного влияния конфи центрация раствора и состав раство- рителей, используеьехдля растворения уретанового термоэластопласта ипопиэфиримидной смолы. Наиболее эффективными растворителями являются ф тетрагидрофуран и диметилформамид.Концентрация раствора для предва .- рительной обработки поверхности металла, как и по технологии прототипа,по технологическим соображениям фф (главным образом с точки зрения необходимости получения на металле какюжно более тонкой и сплошной плен,ки) принимается равной 1-5 масс.4.5 9789П р и м е р 1. Получение образцов с покрытиями из урелана С;Приготавливают растворы для получения покрытий (20-ный раствор урелана С) и предварительной обработ- зки поверхности металла перед нанесениемпокрытия (1-53-ные растворы втетрагидрофуране смеси урелана С и полиэфиримидных смол ПЭИ".25, Р -35.,или ПЭ, взятых в определенном 10соотношении, Предварительно было установлено, что концентрация раствв"ра в указанных пределах на адгезионные свойства покрытий существенноговлияния не оказывает. Затем на поверхность обезжиренной в ацетоне подложки (стальной ленты или алюминиевойфольги) наносят методом поливараствор для предварительной обработки и испаряют тетрагидрофуран. Испарение производят при комнатнойтемпературе в течение 1-2 ч,.После испарения растворителя образцы помещают в термошкаф на термообработку. Затем их извлекают из тер мошкафа, охлаждают до комнатной температуры и наносят покрытие из урелана С"4, Для этого на горизонтальноустановленные подложки поверхностипОдложек, покрытые смесью .урелан ЭоС"4-полиэфиримидная смола) наносят20-ный раствор урелана С. Сушкапродолжается 10-15 ч. Объем раствора урелана С, наносимого на подложку, выбирают с таким расчетом, чтобы толщина покрытия после испарениятетрагидрофурана составляла 300 мкм.Затем подложку с нанесенным на неепокрытием помещают в термошкаф и термообрабатывают (оплавляют) покрытиепо определенному температурно-времен.ному режиму.Конкретные режимы термообработкина металле смеси урелан С-полиэфиримидная смола и собственно покрытия указаны в примечаниях к таблицамэкспериментальных данных (см, табл.1-6),Технология получения образцов спокрытиями из десмопана полностьюсоответствует технологии, описаннойв примереП р и м е р 2 . Получение образцов с покрытиями из урелана 11-85.Урелан 11-85 растворяется зна 55чительно труднее урелана Си десмопана, приготовление его концентрированных растворов затруднительно.Поэтому покрытия из урелана 11-85 45. бнаносят путем оплавления (термообра= ботки) пленок толщиной 300-320 мкм на подложке. Пленки изготавливали методом горячего прессования из крошки урелана 11-85. Режим прессования: температура 170;15 С, длительность Ь 0 с, давление 100 кгс/см.Раствор для предварительной обработки подложки представляет собой 1-2-ный раствор смеси урелана 11-85 и полизфиримидной смолы, взятых в определенном соотношении в диметилформамиде.Последовательность операций при получении образцов в целок аналогична описанной в примере 1: вначале на подложку наносят раствор для предварительной обработки, высушивают растворитель (температура сушки 100 С, длительность 1 ч) и термообрабатывают по определенному режиму (указан в примечаниях к таблицам экспериментальных данных), затем на подложку, покрытую смесью урелана 11-85 и полиэфиримидной смолы, накладывают пленку урелана 11-85 и помещают образец в термокамеру на термообработку (режим указан в примечаниях к таблицам экспериментальных данных),далее образцы помещают в воду и определяют их адгезионную прочность.При использовании данного спосо- ба поверхность металла, подлежащую облицовке, обрабатывают 2-ным раствором смеси уретанового термоэласто пласта и ПЭИС в тетрагидрофуране, После испарения Растворителя (температура,испарения комнатная) ее по" мещают в термошкаф на термообработку, после окончания которой наносят пакрытие поливом 20-ного раствора в тетрагидрофуране -урелан -Си десмопана из урелана 11-85 - оплавлением (термообработкой) пленок этого материала на металле по определенному режиму (см. табл. 1-4).Прочность адгезионного соединения покрытий с металлом (адгезию) оценивают путем их отслаивания от метало лической подложки под углом 180 и характеризуют удельным усилием отс" лаивания. Испытания проводят на машине ХРпри скорости перемещения подвижного зажима 50 мм/мин.Для оценки водостойкости адгезионного соединения облицовок сметаллом образцы помещают в емкость с водопроводной водой, где выдержи; вают при 20-25 С определенное вреФ ФФ Прочность соединения облицовки с металлом (кн/м) в зависимости от длительности ан- дер Способ получения облицовки жки образцов в воде (сут) 05 . 1 10ФФФ в Фа15 20 26 30еа еавваеавааеаеееааее 0 Известный (прототип) 2, 1 1,6 11 редварительная обработкаповерхности металла раство"ром урелана СФ 4 в ТГФ 15 1 е в Ф в Ф Ф Ф 1 о иэобре темнюмассовоесоотнааение уреланаС 4 и ВЭИС Ь растворедля предварительнойобработки поверхностиметалла (отн, един. ). 6;1 К К К 3,6 2, 1,4 К К . К К К 3,8 К К К К К К К К К К К К 1;3 Йрадварнтельнаяобработка поверке ности металла с раствором ПЗИС е тетрагидрофуране 0;1вв Фв в 3 в 0 29 25 11 02 ееевеееееееввввеввеввееевееееев евеФФФ в0 р и и е ч а и н е 1 , Прочерки означает, что прочность соедмненим уиеньеняасьдо нензмрримо малых значений.2 . Ьуква "К" характеризует соединемия, раэруваещиеся прииспытании когеэионно ло материалу аокрытий, т.е. адгезионная прочность при этом лревевает когезионну прочность матернма окрмтия (абсолетнае значение когезионной прочности покрытий толаиной 300 мкм и аирмной1 см составляет 4,3-4,Ь кН/м)3 . Температура (Т) и время (ь) термообработки на металле:смеси урелан С+ПЭИС " Т ф 180 аС, Ф 30 мин,покритня- Тф 150 аС; Фф 29 ен. 7 978945 8 мя, а затем определяют их адгезию, температура 160 Ф 220 еС, длительность За величину водостойкости принимают 10-60 мин (табл, 2). время экспонирования образцов в 4) Оптимальный режим термообра,воде до момента начапа резкого сние ботки покрытия на поверхности металужения адгезиилической подложки, предварительноРезультаты экспериментов приведе- обработанной композицией уретановый ны в таблицах 1-8. Их анализ позво- термоэластопласт - ПЭИС: температуляет сделать следующие выводы: ра 140 в 190 С, длительность 10 е 40 мин1) Водостойкость адгезионного сое- (табл, 3).динения покрытий с металлом при использовании данного способа увеличи"5) Способ эффективен для получев вается более чем в 30 раз (табл.,4). ния покрытий на разных металлах израз 2 ) Оптимальное соотношение между личных марок уретановых термоэластокомпонентами (урета 1 овым термоэласе пластов и при использовании для предтопластом и ПЭИС) в растворе, испольу,варительной обработки различных ПЭИС зуемом для обработки поверхности ме- (табель 2,4).тапла перед нанесением покрытий, 6) Данный способ обеспечивает 1:9 Ф 6: 1 (табл . 1), также повышение адгезионной прочнос 3) Оптимальный режим термообработ- ти до уровня когезионной прочноски на металле композиции из смеси 20 ти уретанового термоэластопласта уретеновый термоэластопластеПЭИС: (табл. 1-4),Таблиц а 1Влияние состава раствора для предвармтельной обработкиповерхности металла (стаям) перед нанесением облицовкииэ уреяана СФ 4 на водостойкость адгеэнонного соединения,Таблица 2 Влияние температурно-временного режима выдержкина воздухе металлической подложки, обработаннойсмесьв урелан С+ПЭИС, на водостойкость адгези. онного соединения Температура выдержюфС Длительностьвыдержки, мин Прочность соединения облицовки с металлом (кН/и ) в зависимости от длительности выдержки образцов в воде (сут 7 30 П р и и е.м а н и е 1 ббработку производили раствором смеси урелан С:ПЭИС 1:3, концентрация растворасоставляла 2. Таврина облицовки 300 мкм.2 . Условия термообработки покрытия на металле:ТЯфс; -303 . Обозначения те же, что и в табл. 1.4 , Результат, обозначенный звездочкой, полученпри использовании в качестве подложки алюминиевой 4 юльги. Т а б л и ц а 3Влияние условий термообработки покрытия из урелана С на металлической подложке на прочность соединения Прочность соединения облицовки с металлом кН/м Длительность термообработки,мин Температу-, ра термообработки, оС П р и м е ч а н и в 1 . Подложка предварительно обрабатывалась раствором смеси урелан С:ПЭИС 1:3.2 . Обсзначения те же что и в табл. 1. 160 180 180 180 180 220 180 ф 130 140 140 140 140 190 2009789(35 . 12 Теблмца 4 Олнлние лрмройм лолнзфнрмюднай снав, мсюизуеифй длл ередеарнтельной обрабфтю неталлмческойлфеерхностм, н урвтанфаого териоэлестолласта,ислользуеного длл лолученнл нфкрмтил, ма крцчностви эодостойкость адгезнонного соединениеЭэве 33 атермалобен 3 овкин слфсобего нанесение 33 ээес тнмй+ 33333 Ф 2 К ЭЭ Эеее ЭЭФЭЭЭФФ Ф ЭЭФ ФеФе33 р и и е ч а м и е 1 . Теилературе (Т) м ерема ф) тернообработю ма металлесмеси термоэластолласт - смола и собственно облицовки олтиналыее: длл снеси тернозластомаст- смола Те 1 ВОеСВв 30 ннн, длл облм 33 факн Тв 3 ОРС,э 20 инн,Ь2 . Обозначении те ае, чтф итабл,3,3 . 33 ри данном слособа массовое соотноееиме лэнду уретайоеим териозластомэстом н П 333 С 3:3. Урала С(мэ раствора) Уралам 13 ФВВ (фила эление лленкм на металле)Урелан 11-89(иэ растаара) Состав снесидлл обработкиловархности мееталла ве УРЕЛан СФ 4+ + ффс Уредан С 4+ + ффС Урелам С 4++ 33333 2 Е Ф Ф Ф Ее В Ф ВВаваФееПрочность адгезифнногф соединении (кН/н) э эавнсмност от длительности эмдермки образцовводе (сут) аваевФее ЭЕ аэееев 10 10 20 30авваав веаее еевеев еее13 928945Состав смеси дляобработки поверхности металлажж ж жшарж аюх Урелан 11-85++ ПЭИК К КК 4,3 14 Материал облицовки (способ его нанесения) Прочность адгезионного соединенияоблицовки с металлом (кН/м) в зависимости от длительности выдержки образцов д.воде. (сут)Обозначения те же, что и в табл. 1.Условия формирования образцов указаны в п.1примечания к табл. 1.Соотношение термоэластопласт:полиэфиримиднаясмола в растворе для предварительной обработки подложки оптимально - 1:3 тмасс.ч).Данные, обозначенные звездочкой, взяты из табл. 4. 3 . Таблицами Влияние природы полиэфиримидной смолы, используемой в растворе для предварительной обработки, на прочность адгезионного соединения, покрытий иэ урелана 11-85 и десмо,пана с подложкой из стали (стальной лентой)г16 Таблица 6Влияние соотношения между компонентаю в растворедля предварительной обработки поверхности металла(стальной ленты):,.перед нанесением обпицовки из урелана 11-85 на прочность адгезионного соединения аввааеевееааЬВ еевееееееееееееее е ееваееееваее1Соотношение уре- Прочность адгезионяого соединения лан 11-85;ПЭИоблицовки с металлом (кй/м) в зависив растворе дпя мости от длительности выдрржки образцов предварительной в воде (сут. ) обработки металла.Еааев авееее еееее е е е е в ч отн, масс.ч. 0 . 10 2030 Еаа е е в е в е аа аа е в аа е в е еаа е ва е а ве е Е е,е е аа еее в в в 0 3,2К 6:1 3;1 1:3 1:9 2 2,К е 1, Обозначения,те же, 2. Условия термообрабо лана 11-85+ПЗИ" 25 Т Тщ 150 С)Вф 20 мин. 3Толщина, облицовок- ность обпицовок при то.и в табпки на металл180 фС,1:; 3 мечан смеси уремии, облицовк300 мкм, когез их отслаивании ионная проч)4-4)6 кН/м.заявкипрочкН)м.масс А Влияниеповерхнопана наа е е аа в е е е аа В в аа е аа аа аа аСоотношениедесмопан:ПЭИ в растворе для, Отйа едаа е ча е аа е в аа в е аа аа Р в в е е Е1,:О6.13"11:0)1е е е аа в Е в е е Е е аа в еЙри меч ан состава раствора для предварительной обработки сти металла перед нанесением облицовки из десмоводостойкость адгезионного соединения еааввввееЕееавеааее ееввв Еееева в Прочность соединения облицовки с металлом (кй/и) в зависимости от длительности выК К3в вв в е аа е е е аа е аа е в е е е е е е е аа аа в 1 етермообработки на металле - сюс+ПЗИ 25:Т 186,Вв 30,мин, облиц ) Ф 20 Ванаения те же, что и в таблописания облицовок е 300 мкм, когезионная блицовок при отслаивании - 4,4-4,6трация раствора составляет 30 е 35. 8 представлены механическтеристики покрытий из уре, сФормированных по оптимаюмам известным способом иетению. 1, Условиядесмопан. Т )150 ф2. Обознач3. Толщинаность оКонцеВ табл17 978945 18Таблица 8 Механические характеристики облицовок из урелана СОпособ получения облицовокпо изобретению Показательсвойств известный Толщина облицовки, мкм 300+20 300+20 Прочность при растяжении, МПа 1418 13-17 Относительное удлинение при разрыве, Ф 600-900 700-900 Таблиц а 9 Влияние температурш термообработки облицовокиз урелана Сна водостойкость адгезионногосоединения Прочность соединения облицовки с металлом (кН/м) в зависимости от длительности выдержки образцов в воде при температуре воды 22-25 С (сут) Температуратермообработки,фС 0 1 О 20 30 130 140 09 0,3 4,1(К) 4,0 (К) 3;б (К) 3,4 (К) .2,0(К) Т;б(К) 1 54,2 (К)4,0(К)2,7(К) 3,8(К) 3,2 (К) 1,3 (К) 190 200в в ю юВП р и м е ч а н и е 1 . Предварительно обработку подложки производили раствором смеси урелан+ПЭИС=1: 3.В качестве ПЭИС использовали полизфиримидную смолу ПЭИ. Концентрация раствора 2. Толщина облицовки 300 мкм.2. Температура (Т) и времятермообра"ботки на металле смеси урелан+ПЭИС:Т=180 С,Г =30 ьен., время термообработки собственно облицовки составляло 20 мин,3. Обозначения те же, что и в табл. 1 описания заявки; обозначение (К) указываетна когезионный характер разрушения обли-цовок при их отслаивании. П р и м е ч а н и е 1 . Условия термообработки облицовок" температура 140 С,длительность - 20 мин .2 . Образцы для оценки механических характеристик сформированы на пленке из фторопласта -4.3. Из облицовок после их отслаивания от фторопласта штампом вырубают лопатки с размеромшейки 10 х 2 мм. Испытания лопаток на растяжение производят на машине при скорости перемещения подвижного зажима 100 мм/юн,