CC BY
46
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №3-4_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 621.793
Р.О.Азизов, М.Х.Саидов* ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОДЛОЖКИ НА АДГЕЗИОННУЮ ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ
Президиум Академии наук Республики Таджикистан, Таджикский технический университет им.академика М.С.Осими
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан М.М.Хакдодовым 01.02.2016 г.)
В статье показано преимущество использования механической обработки поверхности деталей и изделий перед нанесением полимерного композиционного покрытия методом газотермического напыления.
Ключевые слова: покрытие, адгезия покрытий, полиэтилентерефталат, полиамид.
Нанесение защитных покрытий - один из самых распространенных методов борьбы с коррозией. Создание на поверхностях деталей различного конструкционного назначения покрытий, комплексно улучшающих их служебные характеристики, относится к одному из наиболее эффективных, экономичных и широко применяемых в мировой практике приёмов. В последние годы проводится поиск эффективных материалов и технологий по формированию защитных покрытий на деталях, работающих в агрессивных средах, которые обеспечивали бы значительное повышение ресурса их работоспособности [1-4].
Покрытия используются не только для защиты от коррозии, но и могут придать поверхности ряд ценных физико-механических свойств: износостойкость, теплозащиту, отражательную способность, электроизоляцию или электропроводность, декоративную отделку и т.п. Для повышения коррозионной стойкости деталей, на заготовки из сравнительно недорогих конструкционных материалов, наносят покрытия из сплавов на основе никеля и кобальта, тантала, титана, молибдена, оксидо-керамики и полимеров. Однако в настоящее время по ряду причин технологические процессы формирования таких покрытий недостаточно отработаны, а в некоторых случаях и вовсе отсутствуют [5].
Анализ методов нанесения полимерных покрытий показывает, что одной из наиболее экономичных и простой в реализации технологией является газотермическое и, в частности, газопламенное напыление, позволяющее формировать и оплавлять слой в одной технологической операции. Оборудование для газотермического напыления имеет малый вес и габариты, не требует источников электропитания, может эксплуатироваться в нестационарных условиях [5].
Одним из основных факторов, определяющих работоспособность полимерных покрытий, является адгезия композиционного материала покрытия к подложке и её стойкость к внешним факторам, действующим в процессе эксплуатации. Значение адгезионной прочности полимерного композиционного покрытия к подложке во многом зависит от предварительных операций подготовки поверхности, на которую наносится покрытие.
Адрес для корреспонденции: Азизов Рустам Очильдиевич. 734025, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр.Рудаки, 33, Президиум АН РТ. E-mail: [email protected]
Существуют различные методы подготовки, но чаще всего используют механическую обработку (зачистку металлическими щётками, струйно-абразивную и дробеметную обработки). Применение механической обработки позволяет обеспечить шероховатость и чистоту поверхности изделия перед нанесением полимерного слоя. Свежеобразованная поверхность обладает высокой поверхностной энергией, что способствует адгезионному взаимодействию полимера с металлом, одновременно рационально используется тепло, выделяемое при обработке металла.
Свойства потока абразивных частиц характеризуются расходом абразива, скоростью частиц и их расположением в пятне обработки. Если использовать такой энергетический параметр, как удельную энергию потока частиц, и исследовать зависимость адгезии напыляемых покрытий от этого параметра, то полученные результаты можно использовать при выработке определенных технологических рекомендаций.
В экспериментах применялся корунд и колотая чугунная дробь с размером частиц 0.8-1.5 мм, диаметр выходного сопла пистолета камеры струйно-абразивной обработки составлял 6.5-7.5 мм, расход воздуха - около 40 м3/ч. Расход абразивных частиц оценивался по изменению их объёма в бункере за единицу времени и контролировался весовым методом (при этом исключалось попадание отработанного абразива обратно в бункер). Обработке подвергались образцы из стали 45 для измерения прочности сцепления покрытий на отрыв штифтовым методом. Покрытия наносились с помощью полимерного термораспылителя порошками полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и полиамид ПА 6 - полиэтилен низкого давления (ПЭНД).
Шероховатость оценивалась параметрами Яа, Ятса, ^ при помощи профилографа - профило-метра модели «Та1шигТ-4». Параметры 8т определялись по профилограммам поверхности.
Анализ параметров шероховатости поверхности после струйно-абразивной обработки (рис. 1) показал, что формируемая поверхность имеет хорошо развитый микрорельеф, характеризуемый достаточно большими высотными параметрами, средними значениями шаговых параметров, малыми радиусами впадин и выступов и достаточно большими углами наклона боковой стороны профиля. Всё это должно обеспечивать надежное сцепление напыленного слоя с основой.
Было оценено влияние расстояния от среза сопла пистолета на диаметр пятна обработки и удельную энергию потока частиц корунда. Установлено, что диаметр пятна обработки поверхности практически линейно возрастает от 10 мм на дистанции 25 до 30 мм на дистанции 90 мм. Дальнейшее повышение дистанции несколько снижает размер пятна, хотя из геометрических соображений конус распыла не должен изменяться. По всей вероятности, падает эффективность обработки и постепенно исчезает четко выраженный светло-серый цвет пятна, свидетельствующий о качестве подготовки поверхности. Величина удельной энергии потока частиц не пропорционально уменьшается с ростом дистанции, что обусловлено сложным характером изменения скорости полета частиц абразива по длине потока.
Рис. 1. Профилограмма поверхности детали после струйно-абразивной обработки.
Изучение адгезии покрытий, напыленных на поверхность образцов, подготовленных с различной удельной энергией потока частиц, показало (рис. 2), что максимальные значения прочности сцепления обеспечиваются после подготовки поверхности струей корунда с удельной энергией потока 70-150 кДж/см2. Снижение адгезии покрытий при дальнейшем повышении удельной энергии потока объясняется тем, что большие величины Еч соответствуют малой дистанции обработки (менее 50 мм). Таким образом, наиболее рациональная дистанция струйно-абразивной обработки лежит в пределах 70-90 мм.
Создание высокопроизводительных технологий газотермического напыления полимерных защитных или антифрикционных покрытий обуславливает необходимость разработки новых методов подготовки поверхности деталей, позволяющих не только упростить, но и осуществлять процесс в автоматическом режиме. Все большее распространение в технологии обработки металлов получают процессы резания и шлифования гибким инструментом: иглофрезами и металлическими щетками. Возможность получения на подготовленной поверхности шероховатости с параметрами, изменяемыми в широких пределах, позволяет предположить, что крацевание и иглофрезерование могут быть одними из наиболее высокопроизводительных методов подготовки деталей под напыление полимерных покрытий.
Рис. 2. Изменение удельной энергии потока частиц абразива (*) и прочности сцепления покрытий из ПЭТФ (■) и ПА 6 - ПЭНД (▲) с увеличением дистанции струйно-абразивной обработки.
Были проведены экспериментальные исследования влияния конструктивных параметров цилиндрической иглофрезы на шероховатость. Использовались иглофрезы наружным диаметром 150
мм, шириной рабочей части 22 мм с различными диаметрами игл 4 (0.32 мм и 0.50 мм) и свободной
длиной игл I\ =26 мм. Установлено, что увеличение ^ приводит к росту шероховатости обрабатываемой поверхности, однако с увеличением натяга различия между параметрами шероховатости, полученными с различным диаметром игл, уменьшаются. При равных натягах иглофреза с большей длиной игл обеспечивает получение меньшей шероховатости поверхности, что можно объяснить увеличением доли микровыглаживания в общем процессе резания и уменьшением толщины удаляемого слоя в результате роста величины отжатий игл.
Исследования влияния параметров режима иглофрезерования на шероховатость поверхности показали, что с увеличением скорости резания шероховатость первоначально снижается, а затем незначительно растёт (рис. 3). Минимум шероховатости наблюдается при У=110 м/мин. Отмеченный характер зависимости Яа=/(У) объясняется тем, что с ростом скорости резания вследствие отжатия игл уменьшается их внедрение в поверхность основы. Уменьшение внедрения игл приводит к снижению шероховатости, а дальнейший незначительный рост Яа обусловлен пластическими деформациями отдельных участков.
На, мкм
3,4 2,6 1,8 1,0
0,7 1,4 2,1 2,8 К м/с __-.-,-. .
7.0 14,0 21,0 28,0 5, 10 , м/с »-< • ■ »
1,0 2,0 3,0 4,0 /, мм
1 - 8= 1 м/мин, 1 = 2 мм; 2 - V = 75 м/мин, 1 = 2 мм; 3 - V = 75 м/мин, 8= 1 м/мин.
Рис.3. Влияние скорости резания (1), подачи (2), натяга (3) на высоту микронеровностей.
Анализ полученных результатов позволил предположить, что применение иглофрезерования, а соответственно и обработка металлическими щетками, не позволят достичь уровня прочности сцепления полимерных покрытий, обеспечиваемого струйно-абразивным методом. Для проверки этого предположения были проведены исследования адгезии полимерных покрытий к стальным образцам,
1 лС а _ 1
42
\ •
д | А -
поверхность которых была подготовлена обезжириванием в уайт-спирите, иглофрезерованием, струйно-абразивной обработкой. Струйно-абразивная подготовка считалась законченной, если поверхность детали принимала матовый оттенок с ясно видимой шероховатостью.
Результаты измерения адгезии полимерных покрытий с основой приведены в таблице.
Таблица
Адгезия полимерного покрытия с основой
Напыляемый материал Метод подготовки поверхности Прочность сцепления, МПа
Обезжиривание 4.1 3.9 4.0 4.1 4.0 3.9
ПЭТФ Иглофрезерование 5.9 5.6 5.6 5.8 5.7 5.6
Струйно-абразивная подго- 8 2 7 8 8.0 8.1 7.9 7.9
товка
Обезжиривание 3.9 3.8 3.7 3.8 3.9 3.8
ПА 6 -ПЭНД Иглофрезерование 5.4 5.5 5.6 5.5 5.4 5.4
Струйно-абразивная подготовка 7.5 7.7 7.6 7.6 7.4 7.5
Анализ полученных результатов показывает, что струйно-абразивная подготовка поверхности с удельной энергией потока 70 - 150 кДж/см2 и размером частиц 0.8 - 1.5 мм обеспечивает наибольшие значения адгезии полимерных покрытий (для ПА 6 - ПЭНД = 7.5-7.7 МПа).
Поступило 03.02.2016 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Улучшение технологии термоструйных методов формирования защитных полимерных покрытий. - Вестник ТТУ, 2008, №3, с.44-47.
2. Улиг Г., Реви Р. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. - Л.: Химия, 1990, 455 с.
3. Alfred Hodt. Korrosionsschutz GmbH Wasser High-Tech Coatings. - Hansa, 1998, v.135, № 9, s. 268-270.
4. Khanna A.S. Introduction to high temperature oxidation and corrosion. - N.Y.: ASM Int., 2002, 393 p.
5. Азизов Р.О., Саидов М.Х., Белоцерковский М.А. Вохидова З.Ш. Разработка оборудования для термоструйного нанесения полимерных покрытий, исключающего деструкцию напыляемого материала. - Изв. АН РТ. Отд.физ.-мат., хим., геол., и техн.н., 2007, № 2 (127), с.61-72.
Р.О.Азизов, М.Х.Саидов*
ТАЪСИРИ КОРКАРДИ МЕХАНИКИИ САТХИ МАВОДХО БА МУСТАХКАМИИ АДГЕЗИЯИИ РУЙПУШИ КОМПОЗИТСИОНЙ
Раёсати Академияи илмхои Цумхурии Тоцикистон, *Донишгох,и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С.Осимй
Дар макола бартарии истифодаи коркарди механикии сатх, пеш аз руйпушкунй бо кабати композитсионй, кй бо усули пошхурии газию термикй ичро гардидааст, нишон дода шудааст.
Калимахои калидй: руйпуш, адгезияи руйпушуо, полиэтилентерефталат, полиамид.
R.O.Azizov, M.Kh.Saidov* INFLUENCE OF MECHANICAL SURFACE TREATMENT THE ADHESIVE STRENGTH OF THE COMPOSITE COATING
Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, M.Osimi Tajik Technical University
The article indicates the advantage of using a mechanical surface treatment before applying a polymer composite coating by thermal spraying.
Key words: floor, adhesion coatings, polyethylene terephthalate, polyamide.
