CZ2019250A3 - Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby - Google Patents

Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ2019250A3
CZ2019250A3 CZ2019-250A CZ2019250A CZ2019250A3 CZ 2019250 A3 CZ2019250 A3 CZ 2019250A3 CZ 2019250 A CZ2019250 A CZ 2019250A CZ 2019250 A3 CZ2019250 A3 CZ 2019250A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
minutes
temperature
solution
preparation
coating
Prior art date
Application number
CZ2019-250A
Other languages
English (en)
Inventor
Štefan Michna
Jan Novotný
Jaromír Cais
Irena Lysoňková
Original Assignee
Univerzita Jana Evangelisty Purkyně V Ústí Nad Labem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Jana Evangelisty Purkyně V Ústí Nad Labem filed Critical Univerzita Jana Evangelisty Purkyně V Ústí Nad Labem
Priority to CZ2019-250A priority Critical patent/CZ2019250A3/cs
Priority to EP19170939.3A priority patent/EP3560670B1/en
Publication of CZ2019250A3 publication Critical patent/CZ2019250A3/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/34Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing fluorides or complex fluorides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/82After-treatment
    • C23C22/84Dyeing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
    • C23G1/14Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with alkaline solutions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
    • C23G1/14Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with alkaline solutions
    • C23G1/22Light metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

Vynález se týká povlaku forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE. Povlak PTFE obsahuje rovnoměrně rozložené částice TiO2 a jeho celková tloušťka je 20 až 25 μm. Dále se týká způsobu výroby povlaku forem z hliníkových slitin při kterém se připraví nanočástice z tablet oxidu titaničitého, které se rozemelou, načež se povrch forem odmastí a odmoří v lázni o teplotě 50 až 55 °C s pH 11,0 až 12,5 po dobu 2 až 3 minut, opláchne v demineralizované vodě o teplotě 20 až 30 °C a povlékne v lázni s obsahem do 0,5 % kyseliny hexafluorozirkoničité o teplotě 25 až 30 °C s pH 4,8 až 5,2 po dobu 1 až 2 minuty. Dále se opláchne v demineralizované vodě o teplotě 20 až 30 °C a suší při teplotě 110 až 115 °C po dobu 20 až 25 minut, poté se povlékne v lázni s polytetrafluoerthylenovou disperzí s obsahem částic TiO2 na vodné bázi rozptýlitelnou na vodě s obsahem do 5 % neionogenní povrchově aktivní látky o teplotě 60 až 65 °C s pH 7,5 až 8,5 po dobu 15 až 16 minut. Poté se bez oplachu suší při teplotě 80 až 120 °C po dobu 30 až 40 minut.

Description

Povlak forem z hliníkových slitin pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby
Oblast techniky
Vynález se týká nanokompozitního mikropovlaku sloužícího k povlakování forem tvořených z AI - slitin typu Al-Si s cílem prodloužení životnosti, zvýšení nepřilnavosti - koheze a otěruvzdomosti těchto forem.
Předmětem vynálezu je vývoj nově vyvinuté technologie chemického povlakování AI forem za vzniku ochranných nanovrstev a mikrovrstev, a to například pro povlakování pracovní plochy segmentů formy sloužících k vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik v automobilovém průmyslu.
Zmiňovaný povlak je využíván k výraznému prodloužení doby použití formy bez čištění, tj. zvýšení koheze. Nevýhodou stávajícího povlaku je jeho malá otěruvzdomosti a tvrdost povrchu. Pro zvýšení doby životnosti, otěruvzdomosti a zvýšení nepřilnavosti jsou do PTFE povlaku přidávány a testovány nanočástice T1O2 různé morfologie - tvam. Nanočástice byly připraveny různými technologiemi s cílem dosažení nej lepších vlastnosti z hlediska otěruvzdomosti a maximální nepřilnavosti nanokompozitního povlaku. Tím dojde k vytvoření speciálního, cíleně použitelného univerzálního nanokompozitu. Nanokompozit obsahuje cíleně vytvořené částice T1O2, které zajistí požadované vlastnosti povrchu součásti.
Dosavadní stav techniky
V současné době se využívají k výrobě segmentů forem hliníkové slitiny, konkrétně typu Al-Si a Al-Mg. Tyto formy se skládají z 8 až 36 segmentů (obr. 1), které se před samotnou vulkanizaci spojí do požadovaného tvam finálního výrobku.
Substrát nanokompozitu - vstřikovací forma
Tyto formy lze využívat i bez jakékoliv povrchové úpravy. Vzhledem k jejich způsobu výroby nízkotlakému lití, kdy je jakost pracovní plochy dostačující pro výrobu. Dle výše zmiňovaného je však jasné, že mnohem žádanější je zvýšení koheze povrchu forem právě na základě již existujícího patentu. Problémem však zůstává otěmvzdomost a přilnavost povrchu.
Kovová forma je složena z 8 až 32 segmentů. Pracovní teplota se obvykle nachází v rozmezí 150 - 170 °C, přičemž může být i vyšší podle přidaných aditiv do pryžového materiálu. Uvedený materiál i povlak odolávají těmto teplotám.
Tento typ forem vyžaduje údržbu po cca 2500 až 2700 cyklech. Údržba spočívá v odstavení formy a jejím následujícím vyčištění. Čištění probíhá buď měně, tedy pomocí ocelových nebo brusných kartáčů, případně pokrytím pracovní plochy vrstvou suchého ledu s následným mechanickým očištěním. Mechanické čištění probíhá formou otryskávání jemným pískem. Každá údržba je finančně nákladná z důvodu odstávky - snížení produktivity, a také z hlediska opotřebení formy jejím čištěním. Konkrétní dobu čištění nelze přesně určit vzhledem k rozličnosti velikostí, tvaru a druhu pneumatiky. Odstávka ovšem vždy trvá v řádu dnů.
K prodloužení životnosti forem se nově využívají v dnešní době PTFE povlaky. Tyto povlaky docílily prodloužení pracovního cyklu mezi jednotlivými údržbami o 200 - 400 %. To přispělo ke značným snížením finančních nákladů. Počet cyklů mezi čištěním se zvýšil tedy až na 10 000 12 000. Problémem zůstává otěruvzdomosti povlaku. Nová technologie řeší i tuto problematiku a uvedený způsob řešení vhodný jak pro nově vyrobené formy, tak pro použité formy, ovšem po vyčištění.
-1 CZ 2019 - 250 A3
Podstata vynálezu
Technologie povlakování tvořená kombinací mikrovrstvy a speciálně, chemickým procesem, vyrobených nanočástic oxidu titaničitého. Tato mikrovrstva dle výsledků výzkumu kladně ovlivňuje vlastnosti AI forem, z pohledu větší otěruvzdomosti a povrchové nepřilnavosti povlaku, při výrobě součástek s gumy a plastu - do 200 °C. Již samotný mikropovlak zvyšuje počet cyklů mezi čištěním jednotlivých forem. Předpoklad prodloužení tohoto intervalu vychází ze zvýšení parametru koeficientu tření. Kompozitní mikrovrstva vytvořená tímto způsobem má tloušťku 20 až 25 pm, tím nedochází k ovlivnění vlastností výsledného vulkanizovaného výrobku. Vrstva nanokompozitu je tvořena polymemími makromolekulami PTFE, mezi kterými ulpívají nanočástice TiCE se speciálně vytvořenou morfologií. Nanočástice dané morfologie ulpívají v PTFE mikrovrstvě na základě fyzikálně-chemických zákonitostí.
Uvedená hodnota tloušťky mikrovrstvy je tak celkový rozměr tloušťky nanokompozitu, tvořeného PTFE matricí a nanočásticemi TiCE. Částice dosahují velikosti několika desítek nanometrů.
Princip výroby nanočástic:
Jedná se o nanočástice T1O2, které mají tvar tyčinek, (viz. Obr. 2). Postup jejich výroby je následující: Nejprve byla vytvořena směs 100 ml demineralizované vody a 50 ml ledové tříště v laboratorní kádince na 350 ml. Následně bylo přidáno 5 ml amoniaku, sloužícího jako prekurzor a výsledný roztok byl krátce pomíchán. Bezprostředně poté bylo přimícháno 4,8 g naváženého hydratovaného titanyl sulfátu T1OSO4, což odpovídá maximálnímu množství rozpustnosti látky ve vodném roztoku amoniaku. Výsledná směs byla několik hodin míchána na magnetickém míchadle, až do dosažení laboratorní teploty, za stálé kontroly pH, které postupným těkáním zásaditého amoniaku z roztoku kleslo na pH 8 z původních pH 9 - 10. Po kontrole teploty roztoku, srovnatelné s teplotou laboratorní, byla kádinka se směsí odstavena a vyčkalo se usazení prášku T1OSO4 na dno kádinky. Roztok byl následně dekantován a kádinka byla dolita na 350 ml demineralizovanou vodou a směs byla znovu rozmíchána po dobu 10 minut. Proces dekantace, dolití kádinky a míchání se opakoval celkem třikrát pro zajištění úplného nahrazení iontů sulfátu disociovaného z T1OSO4 za hydroxylové anionty. Po posledním míchání byl roztok zfiltrován a zbylý prášek, usazený na filtračním papíru, byl usušen a uskladněn do připravené nádobky. Výsledná látka, obsahující metatitanovou kyselinu (H2T1O3), vzniklá v prekurzoru amoniaku, dostala název TIO ID. Struktury oxidu titaničitého bylo dosaženo až po žíhání primárního vzorku TIO ID za vysokých teplot v intervalu 500- 950°C. Tímto způsobem vznikl velice dobře vykrystalizovaný anatas (vzorky se značením TIO 1D/500, TIO 1D/650 a TIO 1D/800, ataké směs anatas - rutil vzorek TIO 1D/950).
Částice této morfologie se ponechají pro další použití v tomto stavu, nebo se obvykle pro vyšší stabilitu ještě žíhají při teplotě 800°C. S žíhanými nanočásticemi je spojen nový poznatek, který bude popsán níže.
Vynález se týká vývoje nové technologie chemického povlakování za vzniku ochranných nanokompozitů. Nově vyvinutá technologie tvorby nanokompozitních povlaků je tvořena 3 vrstvami - pasivování, základním metalikem a tepelně zpracovaným teflonem s přidanými nanočásticemi TÍO2. Současně povrch vyžaduje přípravu povrchu a jeho chemické čištění. Celková technologie povlakování (chemické látky, koncentrace, teploty, čas atd.) je popsána výše v jednotlivých krocích technologického postupu. Dosažený mikropovlak má tloušťku v rozmezí 20 -25 pm a jeho identifikace, jak kvalitativní, tak i kvantitativní byla provedena na přístrojovém vybavení v laboratořích FSI UJEP.
Součásti výzkumu uvedené technologie bylo testování na slitině odpovídající slitině využité v praktickém provozu. Zkoušky dopadly velice dobře a u vzorků s nanokompozitním povlakem byl naměřen 5x až 6x větší součinitel smykového tření, oproti vzorkům pouze s PTFE povlakem. Výzkum prokázal jakje důležitá různá morfologie získaných T1O2 částic ajejích použití z hlediska
- 2 CZ 2019 - 250 A3 dosažených výsledků otěruvzdomosti, nepřilnavosti mikropovlaku a rovnoměrnosti rozloženi nanočástic.
Pro ucelení výzkumu, celkové představy o daném procesu a komplexního zhodnocení nové technologie je součásti tohoto zhodnocení i grafický návrh technologického postupu při tvorbě nanokompozitních mikropovlaků (obr. č. 8).
Výhody a nové poznatky při využití nanokompozitního mikropovlaku na bázi PTFE s přídavkem jehlicovitých nežíhaných nanočástic T1O2 pro povlakování AI slitin.
• Při použití částic stejné morfologie, ovšem s rozdílem tepelného vyžíhání použitých nanočástic dochází k základnímu rozdílu při aglomeraci použitých nanočástic. Tepelně vyžíhané nanočástice nelze použít pro silnou aglomeraci částic s následkem silných shluků nanočástic, které je obtížné oddělit i v ultrazvukové lázni. Naopak nežíhané částice zcela splňují požadavky k jejich využití v nanokompozitních mikrovrstvách.
• Nebyl zjištěn rozdíl mezi samotným PTFE povlakem a PTFE mikropovlakem obohaceným o částice oxidu titaničitého. Drsnost povrchu součásti se tak prakticky nezmění a můžeme říci, že jakost povrchu vulkanizovaného pryžového materiálu, nebo plastových výlisků zůstane stejná.
• Tloušťka nanokompozitní mikrovrstvy (vrstva nanokompozitu je tvořena polymemími makromolekulami PTFE, mezi kterými ulpívají nanočástice TiO2 se speciálně vytvořenou morfologií), má tloušťku 20 až 25 pm, čímž nedochází k ovlivnění vlastností výsledných vulkanizovaných výrobků, nebo plastových výlisků.
• Pro zvýšení doby životnosti, otěruvzdomosti a zvýšení nepřilnavosti jsou do PTFE povlaku přidávány a testovány nanočástice TiO2 různé morfologie (tvaru). Nanočástice byly připraveny různými technologiemi s cílem dosažení nej lepších vlastnosti z hlediska otěruvzdomosti a maximální nepřilnavosti nanokompozitního povlaku. Tím dojde k vytvoření speciálního, cíleně použitelného univerzálního nanokompozitu. Nanokompozit obsahuje cíleně vytvořené částice TiO2, které zajistí požadované vlastnosti povrchu součásti.
• Můžeme pozorovat bezmála šestinásobné zvýšení součinitele tření, čímž lze potvrdit i výrazné zvýšení otěruvzdomosti u vzorku s nanokompozitní mikrovrstvou obsahující speciálně vyrobené nanočástice TiO2 s jehlicovitou morfologií nežíhaných nanočástic.
Princip povlakování:
Celkové schéma tvorby nanokompozitu na AI - formách s popisem jednotlivých specifikací technologických parametrů je na obrázku č. 3.
Proces tvorby nanokompozitním mikrovrstvy je založen na třífázovém, neboli třívrstvém povlakování substrátu hliníkové slitiny.
Základ popis jednotlivých vrstev:
• odmaštění substrátu, pasivování, • přechodová vrstva, • třetí, smíšená vrstva s nanočásticemi.
-3CZ 2019 - 250 A3
Povlakovaný segment nejprve projde odmašťovací a odmořovací lázní s pH 11,0 až 12,5, zahřáté pomocí ohřívacího zařízení na teplotu 50 až 70°C, po dobu 1 až 2 minuty. Následuje oplachování v demineralizované vodě o teplotě 20 - 30°C.
Přechodová vrstva spočívá v metalickém roztoku s pH 4,8 až 5,2 s ohřívacím zařízení na teplotu 25 - 30°C v čase 2 až 3 minuty, oplach v demineralizované vodě o teplotě 20 - 30°C. Poté nutnost sušení v horkovzdušné peci při teplotě 110 až 115°C.
Finální lázeň s teplotou 60 až 65°C při pH 7,5 až 8,5 na 15 až 16 minut. Konečná fáze je sušení v horkovzdušné peci na 100 °C po dobu 30 až 40 minut. Při manipulaci s materiálem nesmí vzorek přijít do nechráněného kontaktu s rukama - je nutné využití rukavic po celou dobu povlakování.
Finální lázeň - Polytetrafluoerthylenová disperze je doplněna o nanočástice T1O2 dané morfologie. Jejich rovnoměrná distribuce je zde zaručena ultrazvukovou lázní. Nutno zajistit disperzi částic v roztoku!
Popis použitých přípravků
Slitina
Podkladem pro mikropovlak je vstřikovací forma ze slitiny typu Al-Si.
Částice
Přídavek nanočástic oxidu titaničitého, rozměrově v nanoškále (velikost několik desítek nanometru). Morfologií se jedná o částice tyčinkového tvaru. Pro experiment byly použity v žíhané i nežíhané formě. Na základě výsledků testů lze ovšem doporučit výhradně nanočástice v nežíhaném stavu.
Přípravek P1
Alkalický přípravek k odmašťování na vodné bázi s obsahem 30 až 50 % hydroxidu sodného s maximální koncentrací 5% tetranatrium-ethylemdiamintetraacetát. Je to kapalina žluté barvy se slabým zápachem o hustotě cca 1400 kg.m-3 a pH 14.
Přípravek P2
Tekutá kombinace tenzidů na vodné bázi s obsahem aminů do 10 %. Je to kapalina žluté barvy s charakteristickým zápachem a hustotě cca 1000 kg.m-3 a pH cca 9, která je s vodou mísitelná. Přípravek je určený ke zlepšení odmaštění v alkalických lázních.
Přípravek P3
Přípravek je tekutý vysoce účinný zirkonový pasivační prostředek, který je určený pro vytváření nanomolekulámích povrchů chránících různé kovové povrchy před korozí. Obsahuje do 0,5% kyselinu hexafluorozirkoničitou. Je to bezbarvá lehce kalná se slabým zápachem o hustotě cca 1000 kg.m-3 a pH 1 až 2.
Přípravek P4
Polytetrafluorethylenová disperze na vodné bázi, disperzující ve vodě s obsahem do 5 % neionogenní povrchově aktivní látky. Je to kapalina bílé barvy se slabým zápachem po amoniaku o hustotě cca 1500 kg.m-3, pH 9 až 10 a bodem varu 100°C, která obsahuje 4,5 až 6,5 g/1 pevných částic. Je to přípravek pro ošetření povrchu hliníku po anodické oxidaci.
-4CZ 2019 - 250 A3
Přípravek P5 - A
Přípravek na vodné bázi s obsahem do 10 % kyseliny dusičné. Je to bezbarvá kapalina se specifickým zápachem o hustotě cca 1000 kg.m-3 a pH 1, která je mísitelná s vodou. Přípravek je určený ke korekci hodnoty pH roztoku lázně.
Přípravek P5 - B
Přípravek na vodné bázi s obsahem do 10 % hydrogenuhličitanu a do 10 % amonium-karbamátu. Je to bezbarvá kapalina se specifickým zápachem o hustotě 1000 kg.m-3 a pH 8 až 9, která je mísitelná s vodou. Přípravek je určený ke korekci hodnoty pH roztoku lázně.
Návrh postupu nového řešení
Odmaštění a odmoření
Složení lázně: 15 g/1 Pl + 3 g/1 P2 + demineralizovaná voda
Teplota: 50-55 °C
pH: Čas: 11,0- 12,5 2-3 minuty
Poznámka: Obsah hliníku v lázni musí být pod 10 g/1 v roztoku.
Oplach
Složení lázně: demineralizovaná voda
Teplota: 20 - 30 °C
Čas: krátce
Povlakování I. fáze
Složení lázně: 40 g/1 P3+ demineralizovaná voda
Teplota: 25 - 30 °C
pH: Čas: 4,8-5,2 1-2 minuty
pH lázně nesmí překročit hodnotu 5,2. Pro úpravu pH se používají přípravky P5 - A (zvýšení pH) a P5 - B (snížení pH).
Oplach
Složení lázně: demineralizovaná voda
Teplota: Čas: 20 - 30 °C krátce
Sušení
Zařízení: Horkovzdušná sušící pec
Teplota: Čas: 110-115 °C 20 - 25 minut
Povlakování II. fáze
Složení lázně: 10 - 12 g/1 P4 + demineralizovaná voda
Teplota: 60 - 65 °C
pH: 7,5 - 8,5
-5CZ 2019 - 250 A3
Čas: 15-16 minut
Poznámka: Materiál po II. fázi povlakování neoplachovat.
Sušení
Zařízení: Horkovzdušná sušící pec
Teplota: 100 °C
Čas: 30-40 minut
Poznámka: Pec musí být předehřátá na danou teplotu.
Schéma uvedeného příkladu skutečného technického řešení je na obr. č. 3, nebo detailněji na obr. č. 8.
Vyhodnocení nanokompozitu pomocí elektronové mikroskopie
Výsledky získané pomocí elektronových mikroskopů mají za úkol především dokázat rovnoměrné rozložení částic v nanokompozitu a EDS analýza slouží k určení prvkového složení. Bylo provedeno více měření (ve zprávě uvedená souhrnná analýza pro dokumentaci). Dále byla změřena tloušťka vrstvy, kdy ve všech měřeních bylo identifikováno, že tloušťka vrstvy se pohybuje v rozmezí 22 -25 pm.
K vyhodnocení byl použit skenovací elektronový mikroskop TESCAN Vega 3 s EDS analyzátorem BRUKER X-FLASH.
Zajímavé bylo porovnání vlastností nanokompozitu při použití částic stejné morfologie, ovšem s rozdílem, že výše popsané nanokompozity využívají částic bez tepelného vyžíhání.
Při použití nanočástic žíhaných při teplotě 800 °C dochází k vysoké aglomeraci jednotlivých nanočástic, čímž jsou pro využití k tvorbě nanokompozitu naprosto nevhodné! (viz obr. č. 7). Tento poznatek je dalším novým objevem při provádění experimentu.
8. Vyhodnocení nanokompozitu z hlediska mechanických vlastností povrchu
Drsnost povrchu
U vyhodnocování drsnosti byl sledován parametr Ra, Rz a Rt. Každý vzorek byl měřen 15x. Měření probíhalo na přístroji Hommel Tester T8000 dle normy ČSN EN ISO 4288. Nebyl zjištěn rozdíl mezi samotným PTFE povlakem a PTFE mikropovlakem obohaceným o částice oxidu titaničitého. Můžeme tedy říci, že jakost povrchu vulkanizovaného pryžového materiálu zůstane stejná. Hodnoty aritmetického průměru jsou uvedeny v tab. 1.
Tab. 1 Vyhodnocení parametru drsnosti
Hodnoty drsnosti
P ovlak PTF E Povk d< PTFE + TÍO2
Ra Rz Rt Ra Rz Rt
1,50 7,93 11,97 2,304 13,716 20,092
Součinitel smykového tření
Test otěruvzdomosti byl prováděn vždy na pěti vzorcích na přístroji Tribolab 47540 dle normy ASTM G 132-96. Došlo ke změření součinitele tření. Test probíhal při zatížení 2 N, dráze 10 mm
-6CZ 2019 - 250 A3 a čase 60 s. Test se prováděl na vzorku se samotným PTFE povlakem a následně na vzorku s PTFE povlakem + TiO2. Měření se vždy 15x opakovalo. Výsledky měření jsou uvedeny v tab. 2.
Ve srovnání můžeme pozorovat bezmála šestinásobné zvýšení součinitele tření, čímž díky 5 empirickým znalostem můžeme potvrdit i zvýšení otěruvzdomosti u vzorku s nanokompozitní mikrovrstvou obsahující speciálně vyrobené nanočástice T1O2 s jehlicovitou morfologií.
Tab. 2 Vyhodnocení součinitele tření
Hodnoty třecího koeficientu
vzorek s PTFE povlakem vzorek s PTFE povlakem s částicemi na bázi oxidu titaničitého
0,09794 0,5584
Průmyslová využitelnost
Technologie tvorby mikropovlaku s přídavkem nanočástic je uplatnitelná u vulkanizace pryžových materiálů na slitinách typu Al-Si. Konkrétně lze jako příklad uvést výrobu pneumatik, nebo AI forem pro vstřikování plastů atd.

Claims (5)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Nanokompozitní mikropovlak na bázi PTFE s přídavkem nanočástic T1O2 pro povlakování AI slitin, vyznačující se tím, že obsahuje nanočástice T1O2, které mají tvar tyčinek.
  2. 2. Postup jejich výroby je následující: Nejprve byla vytvořena směs 100 ml demineralizované vody a 50 ml ledové tříště v laboratorní kádince na 350 ml. Následně bylo přidáno 5 ml amoniaku, sloužícího jako prekurzor a výsledný roztok byl krátce pomíchán. Bezprostředně poté bylo přimícháno 4,8 g naváženého hydratovaného titanyl sulfátu T1OSO4, což odpovídá maximálnímu množství rozpustnosti látky ve vodném roztoku amoniaku. Výsledná směs byla několik hodin míchána na magnetickém míchadle, až do dosažení laboratorní teploty, za stálé kontroly pH, které postupným těkáním zásaditého amoniaku z roztoku kleslo na pH 8 z původních pH 9 - 10. Po kontrole teploty roztoku, srovnatelné s teplotou laboratorní, byla kádinka se směsí odstavena a vyčkalo se usazení prášku T1OSO4 na dno kádinky. Roztok byl následně dekantován a kádinka byla dolita na 350 ml demineralizovanou vodou a směs byla znovu rozmíchána po dobu 10 minut. Proces dekantace, dolití kádinky a míchání se opakoval celkem třikrát pro zajištění úplného nahrazení iontů sulfátu disociovaného z T1OSO4 za hydroxylové anionty. Po posledním míchání byl roztok zfiltrován a zbylý prášek, usazený na filtračním papíru, byl usušen a uskladněn do připravené nádobky. Výsledná látka, obsahující metatitanovou kyselinu (H2TÍO3), vzniklá v prekurzoru amoniaku, dostala název TIO ID. Struktury oxidu titaničitého bylo dosaženo až po žíhání primárního vzorku TIO ID za vysokých teplot v intervalu 500- 950°C. Tímto způsobem vznikl velice dobře vykrystalizovaný anatas.
  3. 3. Částice této morfologie se ponechají pro další použití v tomto stavu, nebo se obvykle pro vyšší stabilitu ještě žíhají při teplotě 800°C. S žíhanými nanočásticemi je spojen nový poznatek, který bude popsán níže.
  4. 4. Povlakovaný segment nejprve projde odmašťovací a odmořovací lázní spH 11,0 až 12,5, zahřáté pomocí ohřívacího zařízení na teplotu 50 až 70°C, po dobu 1 až 2 minuty. Následuje oplachování v demineralizované vodě o teplotě 20 - 30°C.
    Přechodová vrstva spočívá v metalickém roztoku s pH 4,8 až 5,2 s ohřívacím zařízení na teplotu 25 - 30°C v čase 2 až 3 minuty, oplach v demineralizované vodě o teplotě 20 - 30°C. Poté nutnost sušení v horkovzdušné peci při teplotě 110 až 115°C.
    Finální lázeň s teplotou 60 až 65°C při pH 7,5 až 8,5 na 15 až 16 minut. Konečná fáze je sušení v horkovzdušné peci na 100 °C po dobu 30 až 40 minut. Při manipulaci s materiálem nesmí vzorek přijít do nechráněného kontaktu s rukama - je nutné využití rukavic po celou dobu povlakování.
    Finální lázeň - Polytetrafluoerthylenová disperze je doplněna o nanočástice T1O2 dané morfologie. Jejich rovnoměrná distribuce je zde zaručena ultrazvukovou lázní. Nutno zajistit disperzi částic v roztoku!
    Popis použitých přípravků
    Slitina
    Podkladem pro mikropovlak je vstřikovací forma ze slitiny typu Al-Si.
    Částice
    Přídavek nanočástic oxidu titaničitého, rozměrově v nanoškále (velikost několik desítek nanometru). Morfologií se jedná o částice tyčinkového tvaru. Pro experiment byly použity v žíhané
    -8CZ 2019 - 250 A3 i ne žíhané formě. Na základě výsledků testů lze ovšem doporučit výhradně nanočástice v nežíhaném stavu.
    Přípravek P1
    Alkalický přípravek k odmašťování na vodné bázi s obsahem 30 až 50 % hydroxidu sodného s maximální koncentrací 5% tetranatrium-ethylemdiamintetraacetát. Je to kapalina žluté barvy se slabým zápachem o hustotě cca 1400 kg.m-3 a pH 14.
    Přípravek P2
    Tekutá kombinace tenzidů na vodné bázi s obsahem aminů do 10 %. Je to kapalina žluté barvy s charakteristickým zápachem a hustotě cca 1000 kg.m-3 a pH cca 9, která je s vodou mísitelná. Přípravek je určený ke zlepšení odmaštění v alkalických lázních.
    Přípravek P3
    Přípravek je tekutý vysoce účinný zirkonový pasivační prostředek, který je určený pro vytváření nanomolekulámích povrchů chránících různé kovové povrchy před korozí. Obsahuje do 0,5% kyselinu hexafluorozirkoničitou. Je to bezbarvá lehce kalná se slabým zápachem o hustotě cca 1000 kg.m-3 a pH 1 až 2.
    Přípravek P4
    Polytetrafluorethylenová disperze na vodné bázi, disperzující ve vodě s obsahem do 5 % neionogenní povrchově aktivní látky. Je to kapalina bílé barvy se slabým zápachem po amoniaku o hustotě cca 1500 kg.m-3, pH 9 až 10 a bodem varu 100°C, která obsahuje 4,5 až 6,5 g/1 pevných částic. Je to přípravek pro ošetření povrchu hliníku po anodické oxidaci.
    Přípravek P5 - A
    Přípravek na vodné bázi s obsahem do 10 % kyseliny dusičné. Je to bezbarvá kapalina se specifickým zápachem o hustotě cca 1000 kg.m-3 a pH 1, která je mísitelná s vodou. Přípravek je určený ke korekci hodnoty pH roztoku lázně.
    Přípravek P5 - B
    Přípravek na vodné bázi s obsahem do 10 % hydrogenuhličitanu a do 10 % amonium-karbamátu. Je to bezbarvá kapalina se specifickým zápachem o hustotě 1000 kg.m-3 a pH 8 až 9, která je mísitelná s vodou. Přípravek je určený ke korekci hodnoty pH roztoku lázně.
  5. 5. Návrh postupu nového řešení
    Odmaštění a odmoření
    Složení lázně: 15 g/1 Pl + 3 g/1 P2 + demineralizovaná voda Teplota: 50-55 °C pH: Čas: 11,0- 12,5 2-3 minuty Poznámka: Obsah hliníku v lázni musí být pod 10 g/1 v roztoku.
    Oplach
    Složení lázně: demineralizovaná voda Teplota: 20 - 30 °C
    -9CZ 2019 - 250 A3
    Čas: krátce
    Povlakování I. fáze
    Složení lázně: 40 g/1 P3+ demineralizovaná voda Teplota: 25 - 30 °C pH: Čas: 4,8-5,2 1-2 minuty
    pH lázně nesmí překročit hodnotu 5,2. Pro úpravu pH se používají přípravky P5 - A (zvýšení pH) a P5 - B (snížení pH).
    Oplach
    Složení lázně: demineralizovaná voda Teplota: 20 - 30 °C Čas: krátce
    Sušení
    Zařízení: Horkovzdušná sušící pec Teplota: 110-115 °C Čas: 20 - 25 minut
    Povlakování II. fáze
    Složení lázně: 10 - 12 g/1 P4 + demineralizovaná voda Teplota: 60 - 65 °C pH: Čas: 7,5 - 8,5 15 - 16 minut Poznámka: Materiál po II. fázi povlakování neoplachovat.
    Sušení
    Zařízení: Horkovzdušná sušící pec Teplota: 100 °C Čas: 30-40 minut Poznámka: Pec musí být předehřátá na danou teplotu. 4 výkresy
CZ2019-250A 2018-04-25 2019-04-23 Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby CZ2019250A3 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-250A CZ2019250A3 (cs) 2019-04-23 2019-04-23 Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby
EP19170939.3A EP3560670B1 (en) 2018-04-25 2019-04-24 Ptfe-based coating for moulds of aluminium alloys used in rubber vulcanization for tire production and method of production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-250A CZ2019250A3 (cs) 2019-04-23 2019-04-23 Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ2019250A3 true CZ2019250A3 (cs) 2020-11-11

Family

ID=73045589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-250A CZ2019250A3 (cs) 2018-04-25 2019-04-23 Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2019250A3 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tavakoli et al. Embedding CuO nanoparticles in PDMS-SiO2 coating to improve antibacterial characteristic and corrosion resistance
Xia et al. Improving the corrosion resistance of Mg–4.0 Zn–0.2 Ca alloy by micro-arc oxidation
Farnoush et al. A kinetic study on the electrophoretic deposition of hydroxyapatite–titania nanocomposite based on a statistical approach
Maharana et al. Effect of CTAB on the architecture and hydrophobicity of electrodeposited Cu–ZrO2 nano-cone arrays
ul Haq et al. Tribological behavior of electrodeposited Ni–SnO2 nanocomposite coatings on steel
Zanella et al. Effect of ultrasound vibration during electrodeposition of Ni–SiC nanocomposite coatings
Zboun et al. In vitro comparison of titanium surface conditioning via boron-compounds and sand-blasting acid-etching
Xing et al. Polycaprolactone/ZnO coating on WE43 magnesium alloy combined with a MgO/MgCO3 transition layer for promoting anticorrosion and interfacial adhesion
EP3560670B1 (en) Ptfe-based coating for moulds of aluminium alloys used in rubber vulcanization for tire production and method of production thereof
Khazrayie et al. Si3N4/Ni nanocomposite formed by electroplating: Effect of average size of nanoparticulates
CZ2019250A3 (cs) Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby
Safonov et al. Effect of alumina nanoparticles on the structure and physicochemical properties of chromium coatings
WO2015146466A1 (ja) 耐食性及び加工性に優れた皮膜を有する鋼線材及びその製造方法
Vaja et al. Multifunctional advanced coatings based on ZnO/M obtained by nanocasting method
CZ2018200A3 (cs) Povlak forem z hliníkových slitin pro vulkanizaci gum pro výrobu pneumatik na bázi PTFE a způsob jeho výroby
Kowalski et al. Influence of 45S5 Bioglass addition on microstructure and properties of ultrafine grained (Mg-4Y-5.5 Dy-0.5 Zr) alloy
Hayajneh et al. Enhancement the corrosion resistance of AISI 304 stainless steel by nanocomposite gelatin-titanium dioxide coatings
Bagheri et al. Growth and internal microstructure of micro-arc oxidized MgO-based nanocomposite coating
CN109679420B (zh) 一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜及其制备方法
CN109852851A (zh) 一种低磨损率材料及其制备方法
Hussein et al. A study evaluating the improvement of the corrosion properties of a Yttria-stabilized zirconia coated on Ti-alloy by using a Taguchi design
Ji et al. Enhancement of osteogenic and antibacterial properties of 3D-printed porous Ti-6Al-4V implants using multi-scale composite structures and ZnO nanoparticles
Sayes et al. Life cycle considerations for engineered nanomaterials: A case study for nano-enabled coatings on drywall
Matsui et al. Influence of bath composition on tensile ductility in electrodeposited bulk nanocrystalline nickel
Shahriari et al. Corrosion resistance enhancement of AZ91 magnesium alloy using Ni-P interlayer and electrophoretic deposited 3YSZ coating