ES2587576A1 - Application procedure for antifriction coatings (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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- ES2587576A1 ES2587576A1 ES201600551A ES201600551A ES2587576A1 ES 2587576 A1 ES2587576 A1 ES 2587576A1 ES 201600551 A ES201600551 A ES 201600551A ES 201600551 A ES201600551 A ES 201600551A ES 2587576 A1 ES2587576 A1 ES 2587576A1
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Abstract
Description
Campo de la invención Field of the Invention
La presente invención se refiere de forma general al campo de la aplicación de recubrimientos antifricci6n, por ej emplo en el sector del automóvil en el que se emplean recubrimientos antifricción sobre juntas de las ventanillas y elementos similares. The present invention relates generally to the field of application of anti-friction coatings, for example in the automotive sector in which anti-friction coatings are used on window seals and similar elements.
Antecedentes de la invención Background of the invention
El método de aplicación de recubrimientos empleando plasma se denomina polimerización por plasma. Por medio de la polimerización por plasma se pueden depositar, en la fase gaseosa, delgados estratos del orden de nano y micr6metros . La selección de los precursores que van a depositarse y los parámetros operativos del plasma The method of applying coatings using plasma is called plasma polymerization. Thin strata of the order of nano and micrometers can be deposited in the gas phase by means of plasma polymerization. The selection of precursors to be deposited and plasma operating parameters
(potencia del equipo, flujo del precursor, flujo del gas, etc.) , determina las caracteristicas específicas del recubrimiento obtenido, y por lo tanto, las caracteristicas de la superficie modificada, la cual puede ser hidrófila, hidrófoba , promotora de la adhesión, antifricción, anticorrosiva, antireflectante, antibacteriana, etc. (equipment power, precursor flow, gas flow, etc.), determines the specific characteristics of the coating obtained, and therefore, the characteristics of the modified surface, which can be hydrophilic, hydrophobic, adhesion promoter, anti-friction, anti-corrosive, anti-reflective, anti-bacterial, etc.
Los sistemas de aplicación de recubrimientos sól idos Solid coating application systems
- basados based
- en la tecnología del plasma (por ejemplo, evo in the technology of the plasma (by example, evo
- (deposición (deposition
- química en fase de vapor) y PVD chemistry in phase from steam) Y PVD
- (deposición (deposition
- física physical
- en fase de vapor), se conocen ampliamente en la in phase from steam), be they know widely in the
- técnica technique
- y su uso está muy extendido. Los recubrimientos Y its use is very extended. The coatings
sólidos que se aplican mediante estos procedimientos permiten mejorar las caracteristicas funcionales de una superficie, por ejemplo aumentando su dureza (en herramientas de cartel o su resistencia a la corrosi6n. La mayoria de estas tecnologias conocidas emplean plasmas térmicos en los que la temperatura de la superficie varia solids that are applied by these procedures allow to improve the functional characteristics of a surface, for example increasing its hardness (in tools of cartel or its resistance to corrosion. Most of these known technologies employ thermal plasmas in which the surface temperature it varies
- entre between
- 200-1000 "C. Sin embargo, este intervalo de 200-1000 "C. Without embargo, East interval from
- temperaturas temperatures
- puede provocar una fase de transformación may to provoke a phase from transformation
- térmica thermal
- de ablandamiento irreversible, o cambios en la from softening irreversible, or changes in the
- forma, shape,
- en la mayoría de los materi ales plásticos. in most of the plastic materials.
- S S
- En el caso de materiales de plástico sensibles a tales At case of sensitive plastic materials to such
- temperaturas temperatures
- elevadas, habitualmente se emplean métodos de high, habitually be employ methods from
- recubrimiento covering
- mediante líquidos fijados químicamente y through liquids set chemically Y
- costosas expensive
- técnicas tales como el flocado. Por ejemplo, en la techniques such how the flocking. For example, in the
- industria industry
- del automóvil l~esulta habitual emplear dicha of the car l ~ esulta habitual use bliss
- 10 10
- técnica de flocado, por ejemplo para las juntas de las technique from flocking, by example for the together from the
- ventanillas. windows.
- Sin embargo, estos sistemas de recubrimiento Without embargo, these systems from covering
presentan varios inconvenientes ya que, por ejemplo, resultan costosos, presentan complicaciones en su they present several drawbacks since, for example, they are expensive, they present complications in their
aplicación, generan rechazos en los controles de calidad de application, generate rejections in the quality controls of
15 las lineas de fabricación y presentan un coste elevado. El empleo de materiales plásticos (por ejemplo el caucho de etileno propileno dieno -EPDM -o el polímero elastómero termoplástico -TPE-) en la industria del automóvil está muy extend.ido debido a sus particulares 15 manufacturing lines and have a high cost. The use of plastic materials (for example ethylene propylene diene rubber -EPDM -or thermoplastic elastomer polymer -TPE-) in the automobile industry is widespread due to its particular
20 propiedades elásticas y su elevado coeficiente de rozamiento; particularidade:s que favorecen la estanqueidad del interior del habitáculo del coche frente al agua, el polvo y el ruido. Sin embargo, en algunas partes del vehículo en las que existe un deslizamiento entre dichos 20 elastic properties and their high coefficient of friction; particularity: s that favor the tightness of the interior of the interior of the car against water, dust and noise. However, in some parts of the vehicle where there is a slip between these
25 materiales (por ej emplo, j unta del elevalunas eléctrico o goma del limpiaparabrisas) y, por ejemplo, el vidrio de las ventanas de las puertas, este elevado coeficiente de rozamiento supone un problE~ma. Tal como se mencionó, en la actualidad se emplean varios tipos de recubrimientos 30 (recubrimientos liquidas fijados quimicamente y zonas de flocado) empleados para reducir el rozamiento en estas zonas, con los inconvenientes ya mencionados. La investigación en la mejora del rendimiento de 25 materials (for example, j of the electric window or rubber of the windshield wiper) and, for example, the glass of the windows of the doors, this high coefficient of friction supposes a problem. As mentioned, several types of coatings 30 (chemically fixed liquid coatings and flocking areas) are currently used to reduce friction in these areas, with the aforementioned drawbacks. Research in improving the performance of
sistemas mecánicos sometidos a condiciones de uso severas mechanical systems subject to severe conditions of use
(elevadas presiones y temperaturas, etc.) y con necesidades de lubricación especiales, constituye un área de interés creciente en los últ:imos años. La progresiva miniaturización de los equipos ha llevado a los lubricantes líquidos tradicionales cerca de sus condiciones limite de aplicabilidad. A este hecho ha de sumarse Wla legislación cada vez más restrictiva por los problemas medioambientales y de salud que puede generar su empleo. En muchos casos, l a lubricación líquida de estos materiales presenta muchos problemas debido a las condiciones de fWlcionamiento a las que van a estar sometidos. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, en las jWltas y los perfiles empleados en la industria del automóvil (gomas de aislamiento de puertas y ventanas, l impi aparabrisas , etc.). (high pressures and temperatures, etc.) and with special lubrication needs, it constitutes an area of increasing interest in recent years. The progressive miniaturization of the equipment has brought traditional liquid lubricants close to their limits of applicability. To this fact must be added the increasingly restrictive legislation due to the environmental and health problems that their employment can generate. In many cases, the liquid lubrication of these materials presents many problems due to the operating conditions to which they will be subjected. This is what happens, for example, in the jWltas and profiles used in the automobile industry (door and window insulating tires, windshield wipers, etc.).
El método de flocado en estos materiales es un proceso habitual que consiste en incorporar en determinadas zonas de la geometría del perfil, fibras de poliamida (PA) o poliéster (PE) con una orientación normal a las superficies del perfil, y que confiere un efecto notable en la reducción del coeficiente de fricción en el contacto con los elementos móviles, por ejemplo, los vidrios de los elevalWlas de un vehículo " Sin embargo, este proceso de flocado no es válido para zonas en las que dichas superficies tratadas se someten a una elevada presión de contacto con elementos móviles, por ejemplo, los contactos en los sistemas de cierr~=: de los vehículos con capota extraíble. Estas zonas flocadas no resisten est e trabajo y se destruyen proporcionando defectos estético-funcionales visibles en forma de calvas, con la consiguiente fractura en la estanqueidad de las juntas. The method of flocking in these materials is a common process that consists of incorporating in certain areas of the profile geometry, polyamide (PA) or polyester (PE) fibers with a normal orientation to the profile surfaces, and which gives an effect notable in reducing the coefficient of friction in contact with the moving elements, for example, the windows of a vehicle's electric window "However, this flocking process is not valid for areas where said treated surfaces are subjected to a high contact pressure with moving elements, for example, the contacts in the locking systems ~ =: of vehicles with removable hood.These flocked areas do not resist this work and are destroyed providing visible aesthetic-functional defects in the form of bald spots, with the consequent fracture in the tightness of the joints.
Las fibras de PA o PET que se utilizan para flocar determinadas zonas de los sistemas de estanqueidad para el The PA or PET fibers that are used to float certain areas of the sealing systems for the
sector del automóvil, son productos muy específicos con unas caracteristicas muy técnicas. Esto hace que tengan un coste elevado, además de necesitar instalaciones tecnológicamente complej.as para su manipulación automotive sector, are very specific products with very technical characteristics. This means that they have a high cost, in addition to needing technologically complex installations.
(electroerosión, aplicación de adhesivo, proyección de las fibras bajo un campo ele,ctrostático de alta tensión y estabilización del adhesivo mediante calor). (EDM, application of adhesive, projection of the fibers under an electrostatic field, high voltage static and stabilization of the adhesive by heat).
Como alternativa a e:3tos métodos, se conoce en la técnica l a aplicación de recubrimientos mediante una fuente de plasma "frío" (APCP, "A tmospheric Presure Cold Plasma"). As an alternative to e: 3rd methods, the application of coatings by means of a "cold" plasma source (APCP, "A tmospheric Presure Cold Plasma") is known in the art.
Por ejemplo, el documemto ES 2345986 T3 da a conocer un procedimiento para rE~cubrir una superficie de un sustrato usando un chorro de plasma, al que se le anade un For example, document ES 2345986 T3 discloses a procedure for covering a surface of a substrate using a plasma jet, to which a
- polvo powder
- de grano fino que forma el recubrimiento, por medio from grain fine that shape he covering, by means, medium
- de from
- un transportador de polvo controlabl e en una cantidad a conveyor from powder controlabl e in a quantity
- dosificada. dosed
- Por By
- otro lado, el documento US 2002195950 Al da a other side, he document US 2002195950 To the gives to
- conocer know
- un plasma que se produce en un espacio de a plasma that be produces in a space from
tratamiento mediante difusión de un gas de plasma a presión atmosférica y sometiéndolo a un campo eléctrico creado por dos electrodos metálicos separados por un material dieléctrico, se mezcla un precursor en fase de vapor con el plasma, y se recubre un material de sustrato mediante deposición en fase de vapclr de la sustancia vaporizada a presi6n atmosférica en el campo de plasma. treatment by diffusion of a plasma gas at atmospheric pressure and subjecting it to an electric field created by two metal electrodes separated by a dielectric material, a vapor phase precursor is mixed with the plasma, and a substrate material is coated by deposition in vapor phase of the vaporized substance at atmospheric pressure in the plasma field.
sin embargo, no se conoce en la técnica ningún procedimiento mediante .A.PCP optimizado para aplicar recubrimientos antifricci6n sobre materiales plásticos, por ejemplo en la industria elel automóvil, que proporcionen resultados satisfactorios en cuanto a coeficiente de fricción y durabilidad de los mismos. however, no process is known in the art by means of .A.PCP optimized to apply anti-friction coatings on plastic materials, for example in the automotive industry, which provide satisfactory results in terms of coefficient of friction and durability thereof.
Por tanto, sería deseable disponer de un procedimiento alternativo de aplicación de recubrimientos antifricción Therefore, it would be desirable to have an alternative method of applying antifriction coatings
que solucione al menos en parte los inconvenientes presentados por la técnica anterior. that at least partially solves the inconveniences presented by the prior art.
Sumario de la invenci6n Summary of the invention
Para solucionar los problemas de la técnica anterior, en el presente documento se describe un procedimiento de aplicación de recubrimientos antifricción que comprende las etapas de: To solve the problems of the prior art, this document describes a method of applying antifriction coatings comprising the steps of:
proporcionar un sust.rato; y proyectar sobre dicho sustrato un plasma frio a presión atmosférica. que comprende un gas de ionización y un precursor de recubrimiento líquido atomizado; provide a substitute; and project a cold plasma at atmospheric pressure onto said substrate. comprising an ionization gas and an atomized liquid coating precursor;
Además, el procedimiento de la invención se caracteriza por que el precursor de recubrimiento comprende grupos SiOx In addition, the process of the invention is characterized in that the coating precursor comprises SiOx groups
- y Y
- grupos nitrogenados I nitrogen groups I
- y Y
- el he
- espesor del recubrimiento aplicado sobre thickness of the covering applied on
- el he
- sustrato substratum
- es superior a 1000 nm. is above 1000 nm.
- Características features
- adicionales preferidas del additional preferred of the
procedimiento según la preEJente invención se dan a conocer en las reivindicaciones dependientes. Method according to the present invention are disclosed in the dependent claims.
Breve descripci6n de las figuras Brief description of the figures
La presente invenci.ón se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras que ilustran reali.zaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera. The present invention will be better understood with reference to the following figures illustrating preferred embodiments of the invention, provided by way of example, and which should not be construed as limiting the invention in any way.
La figura 1 es un esquema del sistema empleado en la realización preferida del procedimiento de la presente invención. Figure 1 is a schematic of the system employed in the preferred embodiment of the process of the present invention.
La figura 2 es una gráfica que representa el Figure 2 is a graph representing the
coeficiente de fricción en función de la distancia recorrida durante el ensayo para varias muestras de sustrato recubiertas según el procedimiento de la presente invención. También se muestr an, como controles, una muestra de sustrato sin recubrir y una muestra recubierta mediante un método de flocado según la técnica anterior. coefficient of friction as a function of the distance traveled during the test for several coated substrate samples according to the process of the present invention. An uncoated substrate sample and a coated sample are also shown as controls by a flocking method according to the prior art.
La figura 3 es un grá:fico que muestra el coeficiente de fricción medio en función del número de pasadas y la potencia de plasma empleada. Figure 3 is a graph showing the average friction coefficient as a function of the number of passes and the plasma power used.
La figura 4 es un gráfico que muestra el espesor en función del nClmero de pasadas y la potencia de plasma empleada. Figure 4 is a graph showing the thickness as a function of the number of passes and the plasma power used.
La figura 5 es un gráfico que muestra la temperatura media de la superficie del substrato en función del número de pasadas y la potencia de plasma empleada. Figure 5 is a graph showing the average surface temperature of the substrate as a function of the number of passes and the plasma power used.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas Detailed description of the preferred embodiments
El procedimiento dado a conocer en el presente documento tiene una aplicación ideal, aunque no de manera exclusiva, en la industria del automóvil. Un ej emplo de esta aplicaci6n está relacionado con los perfiles de caucho The procedure disclosed in this document has an ideal application, although not exclusively, in the automobile industry. An example of this application is related to rubber profiles
(por ejemplo, EPDM o TPE) que se emplean en un vehículo. La elasticidad y elevado coeficiente de rozamiento de estos elementos l os hace ideales para asegurar la estanqueidad del vehículo frente al agua, polvo y ruido, pero en algunas partes del vehículo, este elevado coeficiente de rozamiento supone un problema (por ejemplo, en la junta de la ventana cristal) . (for example, EPDM or TPE) used in a vehicle. The elasticity and high coefficient of friction of these elements makes them ideal for ensuring the vehicle's tightness against water, dust and noise, but in some parts of the vehicle, this high coefficient of friction is a problem (for example, in the joint of the glass window).
Tal como se mencion6 anteriormente, el procedimiento proyectar sobre dicho sustrato tul plasma frio a presión atmosférica que comprende tul gas de ionización y un precursor de recubrimiento líquido atomizado . As mentioned above, the process of projecting on said cold plasma substrate at atmospheric pressure comprising the ionization gas and an atomized liquid coating precursor.
- de from
- aplicación de recubrimientos antifricci6n según la application from coatings antifriction according the
- realización realization
- preferida de la presente invención comprende favorite from the Present invention understands
- las etapas de : the stages of:
- proporcionar provide
- un sust:rato; y a substratum; Y
5 Además, el procedimienl:o se caracteriza por que el precursor de recubrimiento comprende grupos SiOx y grupos nitrogenado1s; y el espesor del recubrimiento aplicado sobre el sustrato es superior a 1000 nm. In addition, the process: o is characterized in that the coating precursor comprises SiOx groups and nitrogen groups1s; and the thickness of the coating applied on the substrate is greater than 1000 nm.
10 Segün la realización preferida de l a presente invención, la etapa de proyectar el plasma frío sobre el sustrato se repite para al menos seis pasadas. According to the preferred embodiment of the present invention, the step of projecting the cold plasma on the substrate is repeated for at least six passes.
Los óxidos de silicio (SiOx ) promueven la reducción de la fricción y el aumento die la resistencia al desgaste de 15 l a superficie recubierta. , mientras que los grupos nitrogenados promueven la adhesi6n del recubrimiento aplicado, característica fundamental para asegurar la durabilidad del mismo. Según tula realizaci6n preferida de la presente invenci6n, el p:recursor de recubrimiento es (3Silicon oxides (SiOx) promote friction reduction and increase wear resistance of 15 l to coated surface. , while the nitrogen groups promote the adhesion of the applied coating, a fundamental characteristic to ensure its durability. According to your preferred embodiment of the present invention, the coating recursor is (3
20 aminopropilltrietoxisilano (APTES), que presenta la fórmula mostrada a continuación: Aminopropyltriethoxysilane (APTES), which has the formula shown below:
...... .... ...... ....
CH,CK¡b ~J.I,CH,CH,(NH;:CH, CK¡b ~ J.I, CH, CH, (NH ;:
¡' ' sil' : ........ ¡'' Sil ': ........
. / \ . . / \.
CH,CfhQ 9-éH,CH, CH, CfhQ 9-éH, CH,
- --
- o. o'" or. or'"
Además, el sustrato sobre el que se aplica dicho recubrimiento antifricciOn es preferiblemente, aunque no de 25 manera limitativa, tul polímero de elast6mero termoplástico Furthermore, the substrate on which said anti-friction coating is applied is preferably, but not limited to, thermoplastic elastomer polymer tulle.
(TPE) . (TPE).
El plasma frío a presión atmosférica empleado en el procedimiento de la presente invención puede aplicarse, según tula realización preferida, mediante tula técnica The cold plasma at atmospheric pressure used in the process of the present invention can be applied, according to your preferred embodiment, by technical tula
30 seleccionada de descarga de corona, descarga de barrera dieléctrica y radiofrecuencia. 30 selected corona discharge, dielectric barrier and radiofrequency discharge.
La descarga de corona (comúnmente denominada CORONA) es un tipo de plasma generado por corriente de baja densidad. Consta de Wl cátodo-filamento y de un ánodo entre los que se genera una corri~:!nte pulsada de baja frecuencia. El gas empleado es el ai:r-e. El plasma creado forma un destello en forma de corona alrededor del cátodo. Cuando se tratan grandes superficies, el tratamiento no es homogéneo Corona discharge (commonly called CORONA) is a type of plasma generated by low density current. It consists of the cathode-filament and an anode between which a low frequency pulsed current is generated. The gas used is ai: r-e. The plasma created forms a crown-shaped flash around the cathode. When large surfaces are treated, the treatment is not homogeneous
- en in
- toda su superficie. all its surface.
- Para For
- solucionar este problema, en los últimos a~os se sort out East trouble, in the last years be
- ha he has
- desarrollado la técnica de descarga de barrera developed the technique from discharge from barrier
dieléctrica (DED) Esta técnica supone un novedoso avance en cuanto a la uniformidad de la descarga de plasma respecto a los tratamientos de tipo corona. El dispositivo de plasma DBD consiste en :2 electrodos de metal en el que al menos uno de estos electrodos está recubierto por un material dieléctrico. Para asegurar la generación estable del plasma, la distancia que separa los electrodos está limitada a unos pocos milimetros . El gas del plasma fluye entre este espacio. La descarga se produce a partir de una tensión pulsada o sinusoidal. Dependiendo de la composición del gas, la tensión y la frecuencia de excitación, la descarga puede ser de tipo filamento o resplandor. El empleo de materiales dielél:tricos desempeña Wl importante papel ya que limita la corriente de descarga permitiendo al arco de transición trabajar con corriente continua o pulsada y distribuye bomogéneamente las descargas asegurando un correcto tratamiento superficial. Dielectric (DED) This technique represents a new advance in terms of the uniformity of plasma discharge compared to corona treatments. The DBD plasma device consists of: 2 metal electrodes in which at least one of these electrodes is coated with a dielectric material. To ensure stable plasma generation, the distance between the electrodes is limited to a few millimeters. Plasma gas flows between this space. The discharge occurs from a pulsed or sinusoidal voltage. Depending on the composition of the gas, the voltage and the excitation frequency, the discharge can be of filament or glow type. The use of dielectric materials plays an important role as it limits the discharge current allowing the transition arc to work with continuous or pulsed current and distributes the discharges in a safe way, ensuring a correct surface treatment.
La descarga por radiofrecuencia (RF) consiste en 2 electrodos concéntricos, a través de los cuales circula el gas de trabajo. La corriEmte de excitación es de baja potencia, lo que permite una descarga estable. El plasma se produce en el espacio compr,endido entre ambos electrodos y, The radiofrequency (RF) discharge consists of 2 concentric electrodes, through which the working gas circulates. The excitation current is low power, which allows a stable discharge. Plasma is produced in the purchased space, between both electrodes and,
- dependiendo de la potencia. de la corriente, estos deben depending on the power. of the current, these must
- refrigerarse por agua o aire. El dispesitive comt1nmente Cool by water or air. The dispesitive commonly
- conocido como APPJ (chorro de plasma a presión atmosféri ca known as APPJ (atmospheric pressure plasma jet
- "atmospheric pressure plasma jet" ) suele corresponder a un "atmospheric pressure plasma jet") usually corresponds to a
- 5 5
- plasma de tipo RF. En algun.os modelos, al igual que en los RF type plasma. In some models, as in the
- equipos de tipo DBD, uno de los electrodos está recubierto DBD type equipment, one of the electrodes is coated
- de un material dieléctrico. En estos casos , la única of a dielectric material. In these cases, the only
- diferencia entre estos equipos de tipo RF y Wl equipo de difference between these RF type equipment and Wl equipment
- tipo DED es la corriente dI:! excitación del gas (tensión y type DED is the current dI:! gas excitation (voltage and
- 10 10
- frecuencia) frequency)
- Según la realización preferida de la presente According to the preferred embodiment of the present
- invención, el plasma frio ;;1 presión atmosférica se aplica invention, cold plasma ;; 1 atmospheric pressure is applied
- mediante un dispositivo APP,J de tipo por radiofrecuencia. by means of an APP device, J of type by radiofrequency.
- Según otra realización preferida de la presente According to another preferred embodiment of the present
- 15 fifteen
- invención, la temperatura del sustrato se mantiene en todo invention, the substrate temperature is maintained throughout
- momento por debajo de 100°C, más preferib lemente por debajo moment below 100 ° C, more preferably below
- de 92 °C, de modo que se evita la degradación del mismo. of 92 ° C, so that its degradation is avoided.
- El gas de ionización I=mpleado para la aplicación del The ionization gas I = mixed for the application of
- plasma sobre el sustrato puede ser cualquier gas de plasma on the substrate can be any gas of
- 20 twenty
- ionización conocido habitualmente en la técnica. ionization commonly known in the art.
- Preferiblemente, dicho gas de ionización se selecciona de Preferably, said ionization gas is selected from
- nitrógeno, helio, argón, aire, etc. y más preferiblemente nitrogen, helium, argon, air, etc. and more preferably
- es nitrógeno. It is nitrogen.
- El plasma frio a presi,~n atmosférica puede aplicarse a Atmospheric pressure cold plasma can be applied to
- 2S 2S
- cualquier potencia adecuada que permita obtener un any suitable power that allows to obtain a
- recubrimiento antifricción adecuado sobre el sustrato en adequate antifriction coating on the substrate in
- cuestión. Según una realización preferida, dicha potencia question. According to a preferred embodiment, said power
- es igual o inferior a 450 W, más preferiblemente igual o is equal to or less than 450 W, more preferably equal to or
- inferior a aproximadamente 350 W. less than about 350 W.
- 30 30
- A continuación se describe un ej emplo de aplicación An application example is described below.
- especifico del procedimient,o dado a conocer en el presente specific to the procedure, or disclosed herein
- documento. document.
Se recubrieron muestrals planas de polímero elast6mero Flat samples of elastomer polymer were coated
termoplástico (TPE) de dimensiones 100xSOx2 mm según el procedimiento de la presente invención . Este material es el mismo que el empleado en los perfiles y las juntas de los automóviles, siendo la única diferenci a la geometría de las thermoplastic (TPE) of dimensions 100xSOx2 mm according to the process of the present invention. This material is the same as that used in the profiles and joints of cars, being the only difference to the geometry of the
5 muestras. 5 samples
Para la aplicación dE!l recubrimiento, se empleó un equipo de tipo APPJ mostrado en la figura 1 adjunta. Dicho dispositivo presenta una entrada de precursor liquido (10) y una entrada de gases de ionización (12) en su parte For the application of the coating, an APPJ type device shown in the attached figure 1 was used. Said device has a liquid precursor inlet (10) and an ionization gas inlet (12) in its part
10 superior. En su interior, el equipo comprende, dispuestos de manera concéntrica, un material dieléctrico (14) , un elect.rodo de alta pot.encia (16), un elect.rodo de tierra Top 10 Inside, the equipment comprises, concentrically arranged, a dielectric material (14), a high power electrode (16), an earth electrode.
(18) y un espaciador cerámico (20). El chorro de plasma producido (22) se ilustra en la figura con un sombr eado (18) and a ceramic spacer (20). The plasma jet produced (22) is illustrated in the figure with a shadow
15 gris. La línea discontinua representa el recorrido de cada pasada realizada con dicho dispositivo, en el sentido de las flechas indicadas. El experto en la técnica conocerá el funcionamiento de un dispositivo de este t i po y por tanto no se explica con más det.alle en el presente documento. 15 gray The dashed line represents the route of each pass made with said device, in the direction of the indicated arrows. The person skilled in the art will know the operation of a device of this type and therefore it is not explained in more detail in this document.
20 Se realizó el recubrimiento de las muestras empleando tres precursores distintos (APTES , TEaS y HMDSO) que presentan las siguientes fó:rmulas: 20 The samples were coated using three different precursors (APTES, TEaS and HMDSO) that have the following formulas: formulas:
TEOS TEOS
Todos los precursores poseen distintas formas de óxidos de silicio: SiOx. Estos óxidos de silicio, debido a las transformaciones que se producen en el plasma, se depositarán en distint.as formas, SiC, SiOSi, SiH, etc . Las moléculas de SiOsi, son las responsables de la reducción All precursors have different forms of silicon oxides: SiOx. These silicon oxides, due to the transformations that occur in the plasma, will be deposited in different forms, SiC, SiOSi, SiH, etc. SiOsi molecules are responsible for the reduction
del coeficiente de fricción. of the coefficient of friction.
El compuesto APTES, además del SiOx, posee un grupo amina, -NHz. Estas aminas se depositarán en los sustratos destino en distintas formas de compuestos nitrogenados. Tal como se verá a continuación, estos compuestos son claves para la adhesión de los óxidos de silicio presentes en el APTES, con la consiguientE~ reducción del coeficiente de fricción y alta durabilidad del recubrimiento aplicado . The APTES compound, in addition to SiOx, has an amine group, -NHz. These amines will be deposited on the target substrates in different forms of nitrogen compounds. As will be seen below, these compounds are key to the adhesion of the silicon oxides present in the APTES, with the consequent reduction of the coefficient of friction and high durability of the applied coating.
En todos los casos los precursores empleados son liquidas y se introducen atQmizados en el chorro de plasma. Se entenderá que también es posible emplear gases como dichos precursores. In all cases the precursors used are liquid and are introduced into the plasma stream. It will be understood that it is also possible to use gases as said precursors.
Los recubrimientos se realizaron empleando 3 potencias distintas de plasma: 350, 450 Y 550 W. La potencia del plasma está relacionada con. el grado de descomposición del precursor líquido en el plasma . Por ejemplo, una potencia alta promueve la creación de más moléculas de SiOSi, sin The coatings were made using 3 different plasma powers: 350, 450 and 550 W. The plasma power is related to. the degree of decomposition of the liquid precursor in the plasma. For example, a high potency promotes the creation of more SiOSi molecules, without
- embargo, embargo,
- destruye las lUliones moleculares de las aminas , destroy the lUlions molecular from the amines,
- aumenta increases
- la temperatura del substrato y crea tensiones the temperature of the substrate Y creates tensions
- residuales residual
- en el recubrimiento . in the coating.
Además, se realizaron recubrimientos con 1, 2, 3, 6, 12 Y 18 pasadas. In addition, coatings were made with 1, 2, 3, 6, 12 and 18 passes.
Todas las muestras de sustrato se activaron con Wla pasada (sin aplicar recubl::-imiento) antes de aplicar los distintos recubrimientos, con objeto de limpiar y preparar la superficie del sustrato. All substrate samples were activated with the last Wla (without applying coating) before applying the different coatings, in order to clean and prepare the surface of the substrate.
La siguiente tabla presenta Wl resumen de las combinaciones de potencia, ntlmero de pasadas y precursor de recubrimiento empleadas en las pruebas: The following table presents the summary of the combinations of power, number of passes and coating precursor used in the tests:
Precursor 1 atomizado I TEOS I TEOS atomized precursor 1
I I
(W)(W)
del of the
45 0 550 45 0 550
350 I 450 I 550 1 350 I 450 I 550 1
3 50 3 50
350 I 450 I 550 350 I 450 I 550
1 2 one 2
2 2 2 2
2 I 2 I 2 2 I 2 I 2
2 I 2 I 2 3 2 I 2 I 2 3
3 3 3 3
6 6
liI liI
12 18 12 18
18 I 18 I 18 18 I 18 I 18
18 I 18 I 18 18 I 18 I 18
En dicha tabla se indican (con fondo gris) aquellas These tables indicate (with a gray background) those
5 combinaciones cuyo coeficiEmte de fricción medio (CF) ha sido inferior al obtenido mediante el procedi miento de flocado. 5 combinations whose coefficient of average friction (CF) has been lower than that obtained by the flocking procedure.
El instrumento para medir el coeficiente de fricción de las distintas muestr as recubiertas mediante el The instrument to measure the coefficient of friction of the different samples covered by the
10 procedimiento de la presente invención fue un tribómetro rotativo con \lila carga nominal de 1 Newton, W1a distancia total recorrida de 4000 metros, un radio de 2,5 mm y una velocidad lineal de 2 cm/s. En la figura 2 se mues:tra l os resultados obtenidos en The method of the present invention was a rotary tribometer with a nominal load of 1 Newton, W1 at a total distance of 4000 meters, a radius of 2.5 mm and a linear velocity of 2 cm / s. Figure 2 shows: the results obtained in
15 estas pruebas. Como control, se analizaron también una muestra de sustrato sin recubrir (TPE) y una muestra de sustrato recubierto mediant.:: W1 procedimiento de flocado de la técnica anterior (FLOC). Por fines de claridad, en la gráfica de la figura 2 sólo se muestran los resultados de 15 these tests. As a control, an uncoated substrate sample (TPE) and a mediant coated substrate sample were also analyzed. :: W1 prior art flocking procedure (FLOC). For the sake of clarity, only the results of
20 las muestras de ensayo recubiertas con APTES empleando 2, 6, 12 Y 18 pasadas y con una potencia de 350 y 550 W. 20 test samples coated with APTES using 2, 6, 12 and 18 passes and with a power of 350 and 550 W.
Para identificar la gráfica del coeficiente de fricción (CF) correspondiente a cada muestra se emplea una codificación que incluye el número de pasadas y la potencia To identify the graph of the coefficient of friction (CF) corresponding to each sample a coding is used that includes the number of passes and the power
25 del plasma empleada en cada caso. Por ejemplo , a la muestra recubierta con 6 pasadas y una potencia de plasma de 350 W 25 of the plasma used in each case. For example, to the sample coated with 6 passes and a plasma power of 350 W
le corresponde el código 6p350. It is code 6p350.
Ninguna de las muestras en las que se empleó TEOS y HMDSO como precursor de recubrimiento presentaron un coeficiente de fricción inferior al obtenido mediante el procedimiento de flocado. Dl: entre las muestras recubiertas con APTES, únicamente las combinaciones en las que se emplearon un número de pasadas igual o superior a 6 y una potencia de plasma de 350 Iil Y un número de pasadas de 6 y una potencia de plasma de 4!30 W obtuvieron CF inferiores al obtenido mediante el procedimiento de flocado (muestras con fondo gris de la tabla ante:r-ior). Por tanto, se observa que para obtener unos resultados adecuados, el precursor de recubrimiento debe presenta:r, además de grupos SiOx , grupos nitrogenados (que no están presenten ni en la molécula de TEOS ni en la de HMDSO) . None of the samples in which TEOS and HMDSO were used as a coating precursor had a lower coefficient of friction than the one obtained by the flocking procedure. Dl: among the samples coated with APTES, only the combinations in which a number of passes equal to or greater than 6 and a plasma power of 350 Iil and a number of passes of 6 and a plasma power of 4! 30 were used W obtained lower CF than the one obtained by the flocking procedure (gray background samples from the table before: r-ior). Therefore, it is observed that to obtain adequate results, the coating precursor must have: r, in addition to SiOx groups, nitrogen groups (which are not present in either the TEOS molecule or the HMDSO molecule).
Además, las figuras 3, 4 Y 5 muestran el coeficiente de fricción medio, el espesor y la temperatura media de la muestra, respectivamente, en función del número de pasadas y la potencia de plasma empleada. In addition, Figures 3, 4 and 5 show the average friction coefficient, the thickness and the average temperature of the sample, respectively, as a function of the number of passes and the plasma power used.
En la figura 3 puede apreciarse que se obtienen resultados de coeficiente de fricción óptimos para un número de pasadas igual o superior a 6 y una potencia de plasma de 350 W y un númerc) de pasadas de 6 y una potencia de plasma de 450 w. In Figure 3 it can be seen that optimal friction coefficient results are obtained for a number of passes equal to or greater than 6 and a plasma power of 350 W and a number of passes of 6 and a plasma power of 450 w.
En la figura 4 se a.precia que, para las muestras óptimas (6p350, 12p350, 1:9p35D y 6p45D) el espesor del recubrimiento obtenido es siempre superior a 1000 nm. In Figure 4 it is appreciated that, for the optimal samples (6p350, 12p350, 1: 9p35D and 6p45D) the thickness of the coating obtained is always greater than 1000 nm.
Además, en la figura S puede apreciarse que, para los resultados óptimos obtenidos (6p350, 12p350 , 18p350 y 6p450) la temperatura de la muestra se mantiene en todo momento por debajo de los 92°C. In addition, in Figure S it can be seen that, for the optimum results obtained (6p350, 12p350, 18p350 and 6p450) the sample temperature is maintained at all times below 92 ° C.
Por tanto, la presente invención da a conocer un procedimiento optimizado dE~ aplicación de un recubrimiento antifricción sobre un sustl::ato, en el que el precursor de recubrimiento presenta g:rupos SiOx así como grupos nitrogenados, y el recubrimiento se aplica a una temperatura inferior a los 92°C y posee al menos una micra Therefore, the present invention discloses an optimized method of applying an anti-friction coating on a substitute, in which the coating precursor has g: SiOx breaks as well as nitrogen groups, and the coating is applied to a temperature below 92 ° C and has at least one micron
5 de espesor. 5 thick
Aunque se ha descrit.o la presente invención con referencia a realizaciones preferidas de la misma, el experto en la técnica podrá concebir cambios y modificaciones sin por ello apartarse del alcance de las Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, the person skilled in the art may devise changes and modifications without thereby departing from the scope of the
10 reivindicaciones adjuntas. 10 attached claims.
Claims (12)
- 1. one.
- Procedimiento de aplicación de recubrimientos Coatings application procedure
- antifricci6n que comprende las etapas de: antifriction comprising the stages of:
- -proporcionar un sustrato; y -provide a substrate; Y
- proyectar sobre dicho sustrato un plasma frío a project on said substrate a cold plasma to
- presión atmosférica que comprende un gas de atmospheric pressure comprising a gas of
- ionización y un precursor de recubrimiento líquido ionization and a liquid coating precursor
- atomizado; atomized;
- caracterizado por que characterized by that
- el precursor de recubrimiento comprende grupos SiOx the coating precursor comprises SiOx groups
- y grupos nitrogenados; y and nitrogen groups; Y
- el espesor del recubrimiento aplicado sobre el the thickness of the coating applied on the
- sustrato es superior a 1000 nm. substrate is greater than 1000 nm.
- 2. 2.
- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado Method according to claim 1, characterized
- por que comprende además mantener la temperatura del because it also includes maintaining the temperature of the
- sustrato inferior a 92°C a lo largo de todo el substrate below 92 ° C throughout the entire
- procedimiento. process.
- 3 . 3 .
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones Method according to any of the claims
- anteriores, caracterizado por que la etapa de proyectar previous, characterized by the stage of projecting
- el plasma frio sobre el sustrato se repite para al the cold plasma on the substrate is repeated for at
- menos seis pasadas. minus six passes.
- 4 . Four .
- Procedimiento según cualquiera de las reivi ndi caciones Procedure according to any of the claims
- anteriores, caracterizado por que e l plasma frio a above, characterized in that the cold plasma a
- presión atmosférica se aplica mediante una técnica atmospheric pressure is applied by a technique
- seleccionada de descarga de corona, descarga de selected crown discharge, discharge
- barrera dieléctrica y radiofrecuencia. dielectric and radiofrequency barrier.
- 5 . 5 .
- Procedimiento según l a reivindicaci6n 4, caracterizado Procedure according to claim 4, characterized
- por que el plasma frío a presión atmosférica se aplica why cold plasma at atmospheric pressure is applied
- mediante tul dispositivo APPJ de tipo por by tulle APPJ type device by
- radiofrecuencia. radiofrequency
- 6. 6.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones Method according to any of the claims
- anteriores, caracterizado por que el sustrato está above, characterized in that the substrate is
- constituido por un polimero elast6mero termoplástico . constituted by a thermoplastic elastomer polymer.
- 7. 7.
- Procedimiento según cualquiera de l as reivindicaciones 1-5, caracterizado por c~e el sustrato está constituido por caucho de etileno p:l:'opileno dieno . Method according to any one of claims 1-5, characterized in that the substrate is constituted by ethylene rubber p: l: 'diene opylene.
- 8. 8.
- Procedimiento según cual quiera de las reivindicaciones Procedure according to any of the claims
- 10. 10.
- Procedimiento según cUi3.lquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizi3.do por que el gas de ionización es nitrógeno. Process according to any of the preceding claims, characterized in that the ionization gas is nitrogen.
- 11. eleven.
- Procedimiento según cua.lquiera de las reivindicaciones Procedure according to any of the claims
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES201600551A ES2587576A1 (en) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | Application procedure for antifriction coatings (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
ES2957344A1 (en) * | 2022-06-03 | 2024-01-17 | Univ La Rioja | ANTI-FRICTION COATING PROCEDURE AND COATING OBTAINED THROUGH SUCH PROCEDURE AND USE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
-
2016
- 2016-06-24 ES ES201600551A patent/ES2587576A1/en active Pending
Non-Patent Citations (3)
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---|
ALBA-ELIAS, F., et al., Tribological behavior of plasma-polymerized aminopropyltriethoxysilanefilms deposited on thermoplastic elastomers substrates, Thin Solid Films, 2013, Vol. 540, págs. 125¿134, apartado: ¿Experimental procedure¿, tablas 1, 2 y 4, figs.3 y 11. * |
LIN, Y.-C, et al., Preparation of nitrogen doped silicon oxides thin films by plasma polymerization of 3-aminopropyltriethoxylsilane using atmospheric pressure plasma jet, Japanese Journal of Applied Physics, 2016, Vol. 55, 01AA04, en línea el 02-11-2015, DOI: http://doi.org/10.7567/JJAP.55.01AA04, apartado: ¿Experimental methods¿, figs. 1 y 2. * |
SAINZ-GARCÍA, E., et al., Enhanced surface friction coefficient and hydrophobicity of TPE substrates using an APPJ system, Applied Surface Science, 2015, Vol. 328, págs. 554¿567. Resumen, apartado: ¿Experimental¿, Tablas 1 y 4, muestra A100, tabla 2, figs. 2, 16 y 18, muestra A100. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2957344A1 (en) * | 2022-06-03 | 2024-01-17 | Univ La Rioja | ANTI-FRICTION COATING PROCEDURE AND COATING OBTAINED THROUGH SUCH PROCEDURE AND USE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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ES2587576A8 (en) | 2016-12-29 |
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