книги из ГПНТБ / Кричевский, М. Е. Химия ремонтирует
.pdfпокрытый этим составом, препятствует забиванию транс портера. Для самоочистки деталей сельскохозяйственных машин от налипших удобрений был изготовлен шнек, по крытый порошкообразным полиэтиленом низкой плот ности слоем 1,5 миллиметра. Помимо того, что полиэти леновое покрытие шнека изнашивается незначительно, уменьшение налипания удобрений на полиэтиленовый слой шнека существенно (почти в 10 раз) сократило вре мя, затрачиваемое на очистку рабочего органа ма шины.
А вот пример из другой области. По условиям техно логии ремонта в ряде случаев даже при незначительном износе (менее одного миллиметра) подшипники сколь жения подлежат ремонту. Например, цапфы восстанав ливают путем хромирования или наварки слоя металла с последующей обработкой до требуемого размера. Это довольно дорого. А ведь м ожно применить очень прос той и дешевый способ «лечения»: покрыть изношенную поверхность детали слоем полимерного материала, и ра ботоспособность подшипникового узла восстанавливает ся. При этом значительно сокращается время приработки деталей, снижаются потери на трение. Затраты труда и материалов в данном случае весьма незначительны: для наиболее крупных трактррных подшипников скольжения требуется всего 10— 20 граммов полимерного порошка.
В настоящее время для покрытия деталей и узлов ма шин расходуется 25— 30 процентов полимерных матери алов, идущих на нужды машиностроения. Полиамиды и полиэтилен промышленность поставляет обычно в виде зерен — гранул размером 1— 5 миллиметров и более. А как приготовить необходимый порошок, например, из поликапроамида на месте?
В Саратовском институте механизации сельского хо зяйства имени М. И. Калинина разработан довольно прос той способ получения такого порошка. Вторичный поликапроамид в виде бывших в употреблении тканей, воло кон, рыболовных сетей, мелкой стружки, полученной при механической обработке деталей из поликапроамида, растворяют в соляной кислоте при комнатной температу ре. В одном килограмме кислоты м ожно растворить 70 граммов материала. После полного его растворения добавляют воду. В результате выпадает белый осадок, который отфильтровывают в небольшой центрифуге. По лученный осадок сушат 30 часов при температуре 70°С. За тем комочки белой массы растирают в порош ок и просеи вают через сито с ячейками размером 0,15— 0,25 милли-
72
метра. Хранят порош ок в герметически закрытом сосуде, так как он очень гигроскопичен и попадание в него влаги может быть одной из причин получения покрытия низко го качества. Выход чистого порошка при изготовлении его описанным способом составляет 80 процентов.
Итак, порош ок приготовлен, м ожно им покрывать из ношенную поверхность детали.
Одним из наиболее распространенных методов нане сения пластмассовых тонкослойных покрытий является метод вихревого напыления, разработанный ГОСНИТИ. Деталь, нагретую до определенной температуры, напри мер до 290°С, погружают в псевдокипящий или псевдо ожиженный слой порошка. Частицы порошка, попадая на нагретую деталь, оседают на ней и, оплавляясь, растека ются равномерным слоем.
Следить за изменением температуры детали при по мощи обычных термометров или пирометров очень не удобно, а часто просто невозможно. Как же быть? Хими ки предложили пользоваться для этого термоиндикатор ными карандашами. Если таким карандашом нанести на поверхность детали цветную полоску, которая при повы-
73
шении температуры до определенного предела изменяет окраску (например, фиолетовая полоска при 200°С стано вится синей, кремовая при 240°С — коричневой, зеленая при 270°С — желтой, темно-зеленая при 360°С — черной и т. д.), то остается только наблюдать за изменением ее цвета, и температура поверхности детали будет известна.
Псевдоожиженный слой порошка образуется при про дувании воздуха или инертного газа через пористую пере городку, на которой находится слой соответствующего полимерного порошка. Размеры каналов такой перего родки находятся в пределах 0,04— 0,15 миллиметра при пористости около 50 процентов. Каналы должны равно мерно располагаться по всей площади перегородки и быть сквозными. Помимо керамических плит, пористых фильтров, изготовленных из железных порошков мето дом спекания, этим требованиям может отвечать и тех нический войлок толщиной 30— 35 миллиметров, а также некоторые другие материалы.
Для предохранения пористых перегородок из эластич ных материалов от вздувания и разрушения их заключа ют между двумя жесткими металлическими сетками или решетками.
Как же происходит процесс псевдоожижения порош ка? Проходя через пористую перегородку, воздух или инертный газ разбивается на множество мельчайших струй. Частицы полимера, находившиеся в состоянии по коя, подхватываются струями и начинают перемещаться вверх. При этом на них действует и сила тяжести. И вот в результате воздействия двух противоположно направ ленных сил, а также столкновений со стенками сосуда и между собой частицы начинают совершать беспорядоч ное движение.
Порошок приобретает свойства кипящей жидкости (от сюда названия — псевдокипящий, псевдоожиженный).
74
Объем порошка увеличивается, а верхний уровень обо значается довольно резко ограниченной поверхностью. Готовность кипящего слоя порошка к нанесению на дета ли определяют так: поверхность слоя должна напоми нать по виду кипящее молоко без фонтанов и всплесков.
Степень расширения слоя порошка и характер его ки пения определяются не только скоростью газового пото ка, но и степенью измельченности (дисперсности) порош ка, формой частиц, поперечным сечением камеры аппа рата, характером пористой перегородки, на которой
находится порош ок |
в неподвижном состоянии, и толщи |
ной слоя порошка. |
|
Первоначальная |
высота слоя порошка должна быть |
не менее 80— 100 миллиметров. Оптимальные коэффици енты расширения (отношение высоты псевдоожиженного слоя к первоначальному) для некоторых порош кообраз ных полимеров составляют величину 1,45 (полиэтилен, по лиамиды) и 1,7 (полистирол).
Установлено, что толщина наносимого покрытия, кро ме прочих условий, зависит от времени выдержки детали в кипящем слое порошка. Однако при значительном уве личении толщины покрытия прочность его сцепления с подложкой снижается. Наилучшее же сцепление наблю дается при толщине покрытия, равной 0,18— 0,20 милли метра. Как же контролировать эту толщину? Есть ли при боры, устанавливающие толщину слоя нанесенного поли мера? Конечно, есть.
Удобным и достаточно универсальным прибором для контроля толщины покрытия является электронный тол щиномер ЭМТ-2М, вариант А. Его конструкция основана на измерении вихревых токов, возникающих в металле детали при приложении к ней специального датчика. Сте пень такого воздействия зависит от свойств материала подложки и от толщины покрытия.
75
Для измерения толщины пленок на ферромагнитных подложках применяют и магнитные методы. Толщину не магнитного (полимерного) покрытия оценивают по вели чине силы, с которой к подложке притягивается магнит прибора.
От чего же еще, помимо толщины покрытия, зависит его прочность сцепления с металлом? Без сомнения, от способов подготовки металлической поверхности, ее состояния перед нанесением полимерного слоя и прежде всего — от механической обработки.
В результате механической обработки металлическая поверхность приобретает определенную шероховатость, что способствует лучшей сцепляемости ее с полимерным покрытием. При этом широко используют электрический и пневматический инструмент, на шпинделе которого за крепляют шлифовальные круги, проволочные щетки и т. д. Крупнозернистые шлифовальные круги производи тельнее, чем мелкозернистые, быстрее очищают поверх ность от окислов окалины, но образующиеся при этом глубокие царапины не всегда могут быть покрыты слоем полимера. Поэтому для обработки стали рекомендуются
абразивные материалы со |
средней зернистостью 16— |
|
10 единиц, |
а для обработки |
алюминия и его сплавов — |
материалы |
с зернистостью 8— 6 единиц. |
|
Кмеханической относится и дробеструйная обработка
спомощ ью сжатого воздуха при давлении 5—6 кило граммов на квадратный сантиметр. При этом образуется довольно шероховатая поверхность. Так как обычно про цесс обработки связан с большой запыленностью возду ха в рабочем помещении, то применяют передвижную малогабаритную дробеструйную установку БДУ-ЭЗ, ко торая производит беспыльную очистку металлических по верхностей. В качестве абразива используют чугунную с острыми гранями дробь размером 0,5— 1 миллиметр. А б
76
разивная пыль отсасывается че рез сопловую головку в возду хоочистительное устройство и не проникает в рабочее поме щение.
После дробеструйной обра ботки детали обдувают сжатым воздухом и обезжиривают аце тоном или другим органиче ским растворителем, например дихлорэтаном.
Хороший эффект м ожно по лучить, обработав детали при температуре 75— 90°С в тече ние пяти минут в следующем растворе (в граммах на один литр): сода кальцинирован ная — 50, едкий натр — 10, тринатрийфосфат — 30.
Для наиболее прочного сцеп ления полимера с металли ческой поверхностью ее покры вают фосфатным подслоем — фосфатируют. Для этого сталь ные детали кипятят в 50-про центном водном растворе су перфосфата в течение 5— 20 ми нут. Затем после промывки в воде и нейтрализации 5-про центным раствором кальцини рованной соды их снова промы вают и сушат при температуре 100— 120°С. При этом происхо дит одновременное обезжири
вание, травление и фосфатирование поверхности деталей.
Прочность сцепления поли мера с фосфатированной де талью становится выше в 1,5— 2 раза. В чем же здесь секрет?
В результате химической ре акции между железом и соеди нениями фосфора и некоторы ми другими элементами, содер жащимися в растворе, на по верхности металла образуется пленка, обладающая весьма ценными свойствами. Фосфат
ные |
пленки не |
разрушаются |
при |
температуре |
500— 600° С, |
что весьма важно для процес сов нанесения полимерных по крытий, связанных с нагревом детали. Кроме того, при фосфатировании на металле образу ется довольно развитая шеро ховатая поверхность, что также повышает прочность соедине ния полимера с металлом.
А вот, казалось бы и пара докс. Исследуя возможности увеличения прочности сцепле ния полимерного покрытия с металлом, ученые обнаружили, что поверхность детали м ожно не только обезжиривать, а, на оборот, покрывать... жиром, маслом. Наличие тонких масля
ных пленок (толщиной 0,05— 0,1 милліиметра) на поверх ности деталей (перед их нагревом) приводит к увеличе нию адгезионной способности поликапроамидных покры тий. Наивысшая прочность сцепления в этом случае дости гается при покрытии деталей машинным маслом. Величи на прочности сцепления при этом достигает 375 килограм мов на квадратный сантиметр. Объясняется это тем, что под действием температуры нагрева масло превращается в лаковую пленку (и здесь дело в пленке!), которая спо собствует усилению молекулярного взаимодействия м еж ду полимером и лаком, то есть улучшению сцепляемости покрытий. Прочность сцепления поликапроамидного по крытия с деталью при этом увеличивается более чем в
5— 6 раз.
Конечно, нагрев детали длится до превращения масла в лак, то есть до прекращения выделения газообразных веществ. Нагревают деталь до температуры 360— 380° С с последующим медленным охлаждением в печи до рабо чих температур нанесения покрытия.
Конструкция установок для нанесения полимерного порошка в псевдоожиженном слое несложна. Две каме ры разделены пористой перегородкой. Воздух или инерт ный газ по трубопроводу под давлением 1,5— 2,5 кило грамма на квадратный сантиметр поступает в первую ка м еру, где поддерживается давление, создающее во второй камере взвихренный слой, вследствие чего поро шок, лежащий в ней на пористом основании, распыляется. Подачу воздуха и отсос его через кольцевой карман над второй камерой регулируют так, чтобы высота взвихрен ного слоя была в 1,45— 1,7 раза больше первоначального слоя порошка. Нагретую деталь погружают во взвихрен
ный слой и выдерживают там в течение |
определенного |
||
времени (3— 20 секунд), |
необходимого |
для |
получения |
слоя заданной толщины. |
Обычно в течение |
3— 5 секунд |
|
79
удается получить слой толщиной 0,15— 0,2 миллиметра при условии, что нагретая деталь обладает достаточной теплоемкостью. Правда, получить такой слой на деталях с очень тонкими стенками и большой поверхностью не удается. В этом случае деталь с налипшим, но не рас плывшимся порош ком снова помещают в печь для допол нительного подогревания, во время которого порош ок расплавляется полностью.
М ожно пойти и по другому пути. Для увеличения теп лоемкости детали к ней присоединяют дополнительную массу металла. Например, тонкостенную втулку вставляют в массивную металлическую обойму. Такой комплект об ладает большей теплоемкостью, и полимерный порошок лучше расплавляется на поверхности втулки при погруже нии в камеру установки.
Поверхности детали, не подлежащие покрытию поли мерами, перед нагреванием изолируют листовым асбес том или металлической фольгой. Для этих целей приме няют также антиадгезионные пленки, получаемые из кремнийорганического лака или гидрофобизирующей жидкости типа ГКЖ-94.
Наконец, для улучшения физико-механических свойств полимерных покрытий проводят термическую обработку. Она заключается в следующем. Деталь после оплавле ния порошка помещают в ванну с дизельным маслом Дп-11, нагретым до температуры 100— 120°С, и выдержи вают в нем 10 минут. Затем деталь охлаждают на воздухе до 18— 20°С. Эта технология применима к покрытиям из порошковых термопластичных полимерных материалов.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом большое внимание уделяется покрытиям из термореак тивных полимерных материалов. Они имеют преимущест во: их механические свойства в процессе эксплуатации в меньшей степени зависят от изменения температуры
80