CC BY
5
УДК 621.793, 667.6
Журавлев П.А., Силаева А.А., Булимова И.А.
ВЛИЯНИЕ НИТЕВИДНОГО ОКСИДА ЦИНКА НА СТОЙКОСТЬ К ЭРОЗИОННОМУ ИЗНОСУ И ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ
Журавлев Павел Андреевич - магистрант 2-го года обучения кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий; Xomany@mail.ru.
Силаева Анна Александровна - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий; Silaeva.a.a@muctr.ru; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9.
Булимова Ирина Александровна - ведущий инженер лаборатории ОНПП «Технология» имени А.Г. Ромашина, 24903, Обнинск, Киевское шоссе,15.
В работе приведены результаты исследования влияния армирующего наполнителя нитевидного оксида цинка на стойкость к эрозионному износу и стойкость к повышенным температурам эмалей для защиты керамических поверхностей в изделиях авиационного и аэрокосмического назначения. Ключевые слова: лакокрасочные покрытия, нитевидный оксид цинка, износостойкость.
EFFECT OF FILAMENTARY ZINC OXIDE ON THE EROSION RESISTANCE AND THERMORESISTANCE OF COATING
Zhuravlev P.A.1, Silaeva A.A.1, Bulimova I.A.2
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation.
2 JSC ORPE «Technologiya» named after A.G. Romashin, Obninsk, Russian Federation
In this work, results of studies of the filler filamentous zinc oxide for erosion resistance and resistance to hight temperatures of top coatings for prevention of ceramic surfaces for aviation and aerospace crafts are shown. Keywords: paint coatings, filamentous zinc oxide, wear-resistance.
Введение
Для обеспечения длительного срока службы изделий, поверхности которых подвержены регулярному механическому разрушению под действием пылевоздушных мелкодисперсных атмосфер, применяют покрытия с повышенной стойкостью к эрозионному износу [1,2]. Особенно остро стоит проблема обеспечения высоких механических характеристик для покрытий, эксплуатирующихся при повышенных температурах в интервале от 150 до 400 °С [3,4]. Известно, что применение оксида цинка в виде нитевидных
а)
Рис. 1. Микроструктура нитевидных
кристаллов повышает эксплуатационные свойства композиционных материалов, в том числе лакокрасочных покрытий [5].
Экспериментальная часть
За основу при получении композиций для исследований была взята кремнийорганическая эмаль, обладающая термостойкостью до 400 °С. В эмаль вводили различное количество нитевидного оксида цинка (2,4; 4 мас.%) с размерами кристаллов 10 до 50 мкм в диаметре (рис.1).
б)
оксида цинка: а) х4000; б) х10000
Исследования микроструктуры армирующего наполнителя проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа TESCAN VEGA 3 XMU с системой энергодисперсионного микроанализа ADVANCED AZTEC Energy (включая Inca Energy 350) на базе безазотного энергодисперсионного детектора X-MAX 50 STANDARD в режиме вторичных (SE) электронов при увеличениях от х200 до х20000.
Введение нитевидного ZnO проводили на лабораторном диспергаторе с перемешивающим устройством типа «фреза» при скорости вращения вала до 1500 об/мин. Полученные композиции наносили методом пневматического распыления на образцы из кварцевой керамики.
Испытания проводились при скорости движения пыли 83,5 м/с и угле соударения 90°. При 5 циклах «взлет-посадка» расходуется 14.5 г песка на установке, представляющей собой камеру с турбиной, расположенную в горизонтальной
плоскости на концах лопасти которой в рамках закреплены образцы. Перед началом работы с помощью вакуумного насоса в установке создается вакуум, после чего подается воздух под давлением, и турбина раскручивается. После того как тахометр фиксирует, что заданное количество оборотов достигнуто, открывается дозатор с песком и в камеру подается песок. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
По результатам испытания видно, что лучше всего себя показала композиция, где был добавлен нитевидный оксид цинка в количестве 2,4 мас. % -снижение износа по толщине покрытия значительно по сравнению с композицией без добавок, также наблюдается и снижение массы уноса покрытия. Снижение механических характеристик при увеличении концентрации наполнителя закономерно увеличению напряжений в покрытиях при превышении максимальных концентраций наполнителей в системе.
Таблица 1. Результаты испытаний на стойкость покрытий к газоабразивному износу
Содержание нитевидного ZnO в композиции, % ТолщинаЛКП, мкм, средняя Изменение толщины ЛКП при износе, % Изменение массы образца, % X 103 Кол-во циклов «взлет-посадка»
50,0 1,56 5
0 75,4 2,47 10
150,4 3,87 15
5,37 0,98 5
2,4 65,0 11,96 2,26 10
70,49 3,57 15
51,44 1,47 5
4 77,80 2,51 10
154,61 4,77 15
Для выявления зависимости влияния концентрации нитевидного оксида цинка на стойкость покрытия к воздействию повышенных температур был проведен термогравиметрический анализ свободных пленок исследуемых композиций (рис. 3-5).
Рис. 3. ТГА кривая для кремнийорганической эмали без ZnO
Рис. 4. ТГА кривая для композиции с 2,4% масс. ZnO
Термогравиметрический анализ пленок производился на приборе синхронного термического анализа NETZSCH STA 449 F3 Jupiter в температурном диапазоне 40-450 градусов по Цельсию со скоростью нагрева 10 К/мин. в динамической инертной атмосфере.
Рис. 5. ТГА кривая для композиции с 4% масс. ZnO
На кривых ТГА видно, что введение нитевидного оксида цинка влияет на изменение массы образцов при нагревании до температуры 450°С, потери увеличиваются с 4,34% до 9,93% в сравнении с композицией без ZnO. Можно предположить, что частицы оксида цинка выполняют роль катализатора процесса деструкции полимерной матрицы эмали.
Заключение
Таким образом, нитевидные кристаллы оксида цинка, имеющие пространственно развитую форму осей тетраэдра, оказывают положительное влияние на механические свойства наполненных покрытий, так как способствуют образованию менее напряженной, упрочненной структуры покрытия, но
при введении в полимерные системы необходимо учитывать их влияние на возможную интенсификацию процессов деструкции при применении в термостойких материалах.
Авторы выражают благодарность за помощь в проведении исследований заведующему лабораторией кафедры ХТП РХТУ им. Д.И. Менделеева Коленченко А.А., а также инженеру лаборатории ОНПП "Технология " А.Г. Ромашина Бельскому П.А.
Список литературы
1. Кондрашов Э.К., Найденов Н.Д. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия авиационного назначения. Часть 1. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных и полиуретановых пленкообразователей (обзор литературы) [Электронный ресурс] // Труды ВИАМ, электрон. науч.-технич. журн.: сайт - URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 7.07.2021).
2. Патент US № 8096508, 17.01.12.
3. Патент РФ №2522552, 20.07.14.
5. Кузнецова В.А., Кондрашов Э.К., Семенова Л.В., Кузнецов Г.В. О влиянии формы частиц оксида цинка на эксплуатационные свойства полимерных покрытий // Материаловедение. - 2012. - №12. - С. 12-14.
