RU153764U1

RU153764U1 - SPRAY FOR APPLICATION OF POLYMER ANTIFRICTION COATINGS

Info

Publication number: RU153764U1
Application number: RU2014148854/05U
Authority: RU
Inventors: Мария Юрьевна Карелина; Сергей Михайлович Гайдар; Виктор Дмитриевич Жигарев; Александр Сергеевич Гайдар
Original assignee: Мария Юрьевна Карелина; Сергей Михайлович Гайдар; Виктор Дмитриевич Жигарев; Александр Сергеевич Гайдар
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-07-27

Abstract

Распылитель для нанесения полимерного антифрикционного покрытия, включающий цилиндрический корпус, укрепленные на его противоположных концах резонаторную втулку, выполненную с параболическим диффузором, и торцевую крышку со штуцерами, коаксиально цилиндрической поверхности корпуса на торцевой крышке укрепленное центральное цилиндрическое полое тело с каналом для прохода распыляемого состава, при этом поверхность дна резонаторной втулки наклонена под углом 60° в сторону торцевой крышки, на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона которой совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки, а при пересечении дна с параболической поверхностью диффузора образуется выходное отверстие распылителя.A sprayer for applying a polymer antifriction coating, comprising a cylindrical body, a resonator sleeve made with a parabolic diffuser mounted at its opposite ends, and an end cap with fittings, a central cylindrical hollow body with a channel for passage of the sprayed composition, coaxially to the cylindrical surface of the body, with the bottom surface of the resonator sleeve is inclined at an angle of 60 ° towards the end cover, on the free end surface, centrally of the cylindrical body, a groove is inclined at its outlet opening at an angle of 60 °, the direction of inclination of which coincides with the direction of inclination of the bottom of the resonator sleeve, and when the bottom intersects the parabolic surface of the diffuser, an outlet for the atomizer is formed.

Description

Полезная модель относится к установкам для нанесения полимерных антифрикционных покрытий, на твердые поверхности из металлов, керамики, полимерных материалов и может быть использована в батывающих инструментах, прессформах, в парах скольжения и др., где существует проблема уменьшения трения и повышения износостойкости различных устройств и механизмов. Однако, существующие устройства для нанесения антифрикционных покрытий имеют ряд недостатков, затрудняющих получить высокое качество покрытия.The utility model relates to installations for applying polymer antifriction coatings to hard surfaces made of metals, ceramics, and polymeric materials and can be used in batting tools, molds, in slip pairs, etc., where there is a problem of reducing friction and increasing the wear resistance of various devices and mechanisms . However, existing devices for applying anti-friction coatings have several disadvantages that make it difficult to obtain a high quality coating.

Анализ опубликованных источников информации подтвердил неизвестность заявленной совокупности существенных признаков и ее патентоспособность.An analysis of published sources of information confirmed the uncertainty of the claimed combination of essential features and its patentability.

Известна установка для нанесения полимерных антифрикционных покрытий, выполненная в виде аэрозольного баллончика, у которого емкости с Фтор-ПАВ и распыливающий компонент (фреон) смешены и совмещены в одном корпусе, а клапан совмещен с распыливающим устройством (конусным диффузором). (Патент RU 2139902 C1).A known installation for applying polymer antifriction coatings, made in the form of an aerosol spray can, in which containers with a fluorine-surfactant and a spray component (freon) are mixed and combined in one housing, and the valve is combined with a spray device (conical diffuser). (Patent RU 2139902 C1).

Недостатками установки является то, что при аэрозольном распылении Фтор-ПАВ она может быть использована для обработки небольших поверхностей (вручную) и невозможность обеспечения равномерной пленки покрытия вследствие неоднородности Фтор-ПАВ по сечению факела распыления. Кроме того, применение фреона на открытом воздухе запрещено.The disadvantages of the installation is that during aerosol spraying of Fluorine-surfactant it can be used for treating small surfaces (manually) and the inability to ensure a uniform coating film due to the heterogeneity of the fluorine-surfactant over the cross section of the spray torch. In addition, the use of freon in the open air is prohibited.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является установка для нанесения полимерного антифрикционного покрытия, включающая ресивер с газом, емкость с раствором Фтор-ПАВ, систему трубопроводов, клапанов и распылитель. (Патент RU 2401287 C2).The closest analogue of the proposed technical solution is the installation for applying a polymer antifriction coating, including a receiver with gas, a container with a solution of Fluorine-surfactant, a system of pipelines, valves and a spray. (Patent RU 2401287 C2).

Недостатком данной установки является неравномерность наносимого покрытия, так как закрученный шнеком двухфазовый поток при попадании в критическое сечение сопла Ловаля, сжимается и степень его закрутки в расширяющемся конусе существенно снижается.The disadvantage of this installation is the unevenness of the applied coating, since the two-phase flow twisted by the screw when it enters the critical section of the Loval nozzle is compressed and the degree of its twist in the expanding cone is significantly reduced.

Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств изделий путем обеспечения равномерности распределения частиц Фтор-ПАВ на поверхности изделия за счет придания распыляемому раствору ультразвуковых колебаний по сечению газового (воздушного) потока.The objective of the utility model is to increase the operational properties of products by ensuring uniform distribution of fluorine-surfactant particles on the surface of the product by imparting ultrasonic vibrations to the sprayed solution over the cross section of the gas (air) stream.

Технический результат от использования заключается в создании установки для нанесения полимерных антифрикционных покрытий с новым видом распылителя, обеспечивающего дробление распыливаемой жидкости на мельчайшие капельки, что приводит к равномерному распределению их в потоке газа и, следовательно, к повышению равномерности осаждения полимерных антифрикционных частиц покрытия на поверхности обрабатываемых изделий.The technical result of the use is to create an installation for applying polymer antifriction coatings with a new type of atomizer, which ensures the atomization of the sprayed liquid into tiny droplets, which leads to their uniform distribution in the gas stream and, therefore, to increase the uniformity of deposition of polymer antifriction coating particles on the surface of the treated products.

Это достигается формулой полезной модели (Пункт 1), согласно которой в установке для нанесения полимерного антифрикционного покрытия, включающей ресивер с газом, емкость с раствором фторсодержащего полимерного поверхностно-активного вещества (Фтор-ПАВ), систему трубопроводов, клапанов и распылитель, последний включает цилиндрический корпус, укрепленные на его противоположных концах торцевую крышку со штуцерами и резонаторную втулку, выполненную с параболическим диффузором, коаксиально цилиндрической поверхности корпуса на торцевой крышке укреплено центральное цилиндрическое тело с каналом для прохода распыляемого состава, при этом, дно резонаторной втулки наклонено под углом 60° в сторону торцевой крышки, а на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона которой совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки, при этом выходное отверстие распылителя образуется пересечением дна с параболической поверхностью диффузора, она (установка) выполнена с возможностью сообщения, при помощи штуцеров, полости между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела с ресивером, а емкости, содержащей Фтор-ПАВ, - с каналом центрального цилиндрического тела.This is achieved by the utility model formula (Clause 1), according to which, in a plant for applying a polymer antifriction coating, including a receiver with gas, a container with a solution of fluorine-containing polymer surfactant (Fluorine-surfactant), a piping system, valves and a sprayer, the latter includes a cylindrical housing, end caps with fittings mounted at its opposite ends, and a resonator sleeve made with a parabolic diffuser coaxially to the cylindrical surface of the housing at the end the central cylindrical body with a channel for the passage of the sprayed composition is strengthened, the bottom of the resonator sleeve is inclined at an angle of 60 ° towards the end cap, and on its free end surface of the central cylindrical body, a groove is inclined at an angle of 60 ° at the outlet, the direction of inclination which coincides with the direction of inclination of the bottom of the resonator sleeve, while the nozzle outlet is formed by the intersection of the bottom with the parabolic surface of the diffuser, it (installation) is made with the possibility of communication, by means of fittings, of a cavity between the inner surface of the cylindrical body and the outer surface of the central cylindrical body with the receiver, and the container containing the Fluorine-surfactant, with the channel of the central cylindrical body.

В отдельных случаях установка содержит дополнительно емкость с моющей жидкостью, которая выполнена с возможностью сообщения посредством трубопроводов и клапана с полостью ресивера и каналом цилиндрического тела.In some cases, the installation additionally contains a tank with washing liquid, which is made with the possibility of communication through pipelines and valves with the cavity of the receiver and the channel of the cylindrical body.

Сущность изобретения и его преимущества иллюстрируются детальным описанием примера его осуществления и прилагаемыми графическими материалами, на которых:The invention and its advantages are illustrated by a detailed description of an example of its implementation and the accompanying graphic materials, on which:

фиг. 1 - схема установки, согласно полезной модели;FIG. 1 - installation diagram, according to the utility model;

фиг. 2 - вид продольного сечения верхней половины распылителя.FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the upper half of the atomizer.

Заявленная установка (фиг. 1) содержит: распылитель 1; систему трубопроводов с размещенными на них клапанами 2, 3, 4; компрессор 5; ресивер 6 с газом; емкость 7 с Фтор-ПАВ; емкость 8 с моющей жидкостью. В ней распылитель 1 (фиг.1) включает (фиг.2) цилиндрический корпус 9, резонаторную втулку 10, выполненную как одно целое с параболическим диффузором, торцевую крышку 11 со штуцерами 12, 13, коаксиально корпусу на торцевой крышке 11 укреплено центральное цилиндрическое тело 14 с каналом для прохода распыляемого состава, при этом, поверхность дна резонаторной втулки 10 наклонена под углом 60° в сторону торцевой крышки 11, а на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела 11 выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона проточки совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки. При этом одна из стенок проточки, ближайшая к выходному отверстию, лежит в одной плоскости с поверхностью дна втулки. Пересечением дна с параболической поверхностью диффузора образуется выходное отверстие распылителя. Установка выполнена с возможностью сообщения, при помощи штуцеров, полости между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела с ресивером, а емкости, содержащей Фтор-ПАВ, - с каналом центрального цилиндрического тела.The claimed installation (Fig. 1) contains: atomizer 1; piping system with valves 2, 3, 4 placed on them; compressor 5; receiver 6 with gas; capacity 7 s Fluorine-surfactant; capacity 8 with washing liquid. In it, the atomizer 1 (Fig. 1) includes (Fig. 2) a cylindrical body 9, a resonator sleeve 10, made integrally with a parabolic diffuser, an end cap 11 with fittings 12, 13, a central cylindrical body is strengthened coaxially with the body on the end cap 11 14 with a channel for the passage of the sprayed composition, while the bottom surface of the resonator sleeve 10 is inclined at an angle of 60 ° towards the end cap 11, and on the free end surface of the Central cylindrical body 11 is made at its outlet aperture at an angle of 60 ° pr otochka, the direction of inclination of the groove coincides with the direction of inclination of the bottom of the resonator sleeve. In this case, one of the walls of the groove closest to the outlet, lies in the same plane with the bottom surface of the sleeve. The intersection of the bottom with the parabolic surface of the diffuser forms the outlet of the atomizer. The installation is made with the possibility of communication, using fittings, of a cavity between the inner surface of the cylindrical body and the outer surface of the central cylindrical body with the receiver, and the container containing the fluorine-surfactant, with the channel of the central cylindrical body.

Фокус F параболического диффузора находится в точке пересечения с осью распылителя поверхностей, выполненных с наклоном 60° (после пересечения с поверхностью резонаторной втулки порабола показана пунктиром). Проточка выполнена шириной hp, глубиной lp.Длина выходного отверстия в центральном цилиндрическом теле l₁ и диаметр d₁. Диаметр выходного сечения резонаторной втулки dc, ширина выходного кольцевого отверстия lc. O - вершиа параболы, образующей внутренюю поверхность диффузора (начало координат X-Y).The focus F of the parabolic diffuser is at the point of intersection with the axis of the sprayer of surfaces made with a slope of 60 ° (after crossing with the surface of the resonator sleeve, the flank is shown with a dashed line). The groove is made width hp, depth lp. The length of the outlet in the Central cylindrical body l ₁ and diameter d ₁ . The diameter of the output section of the resonator sleeve dc, the width of the output annular hole lc. O is the vertex of the parabola forming the inner surface of the diffuser (the origin of coordinates XY).

Таким образом, центральное цилиндрическое тело выполнено с кольцевым выступом, образованным наклонной проточкой и расположенным на входе в диффузор, который образует с параболическим диффузором выходную резонансную полостьThus, the central cylindrical body is made with an annular protrusion formed by an inclined groove and located at the entrance to the diffuser, which forms an output resonant cavity with a parabolic diffuser

Работа установки осуществляется следующим образом:The operation of the installation is as follows:

Открывается клапан 3 и распиливающий газ из ресивера 6 подается в кольцевую полость, образованную внутренней поверхностью корпуса 9 и поверхностью коаксиального центрального тела 11. При этом, поток газа отклоняется поверхностью наклонного дна резонаторной втулки 10 и попадает, в основном, в кольцевую проточку на торце центрального тела 11 и затем отбрасывается навстречу этому потоку и выбрасывается вместе с ним из резонаторной втулки 10 через кольцевое отверстие шириной lc, образуя с параболическим диффузором выходную резонансную полость. Одновременно (или с некоторой задержкой) открывается клапан 3 и раствор Фтор-ПАВ вытесняется давлением газа (воздуха) из емкости 7 в резонансную полость.The valve 3 opens and the sawing gas from the receiver 6 is fed into the annular cavity formed by the inner surface of the housing 9 and the surface of the coaxial central body 11. In this case, the gas flow is deflected by the surface of the inclined bottom of the resonator sleeve 10 and falls mainly into the annular groove at the end of the central body 11 and then thrown towards this flow and thrown out with it from the resonator sleeve 10 through an annular hole of width lc, forming with the parabolic diffuser an output resonant cavity. At the same time (or with some delay), valve 3 opens and the Fluorine-surfactant solution is displaced by gas (air) pressure from the tank 7 into the resonance cavity.

Энергия акустических колебаний генерируется воздушным потоком, поступающим в резонансную полость. Под воздействием этих колебаний струя Фтор-ПАВ, вытекающяя из осевого отверстия цилиндрического центрального тела, дробится на мелкие капли, которые вместе с воздушной струей образуют факел распыливаемого раствора. Благодаря наличию ультразвуковых колебаний облегчается внедрение молекул Фтор-ПАВ в поверхность обрабатываемого изделия, а молекулы, не закрепившиеся на изделии, уносятся с его поверхности высоконапорным воздушным потоком.The energy of acoustic vibrations is generated by the air flow entering the resonant cavity. Under the influence of these oscillations, the fluorine-surfactant jet flowing from the axial hole of the cylindrical central body is crushed into small droplets, which together with the air stream form a spray torch. Due to the presence of ultrasonic vibrations, the introduction of fluorine-surfactant molecules into the surface of the workpiece is facilitated, and molecules that are not fixed on the product are carried away from its surface by a high-pressure air stream.

В случае необходимости, после подачи Фтор-ПАВ клапан 3 закрывается и открывается клапан 2, что приводит к дополнительной очистке поверхности изделия акустической промывочной жидкостью от незакрепившихся молекул. Благодаря этому на поверхности изделия остается равномерная пленка, модифицирующая физико-химические свойства поверхности изделия.If necessary, after the fluorine-surfactant is supplied, valve 3 closes and valve 2 opens, which leads to additional cleaning of the surface of the product with acoustic washing liquid from non-fixed molecules. Due to this, a uniform film remains on the surface of the product, modifying the physicochemical properties of the surface of the product.

В качестве варианта подача промывочной жидкости может осуществляться после испарения растворителя и термофиксации пленки на изделии. При необходимости технологический цикл нанесения Фтор-ПАВ может быть повторен.Alternatively, the supply of washing liquid can be carried out after evaporation of the solvent and heat-setting of the film on the product. If necessary, the technological cycle of applying Fluorine-surfactant can be repeated.

Предварительные результаты расчета по [Физические основы ультразвуковой техники. Под ред. Л.Д. Розенберга. М., Наука, 1970, 224 с] показали, что для распылителя с массо-габаритными габаритными параметрами, указанными в п. 1 результатов испытаний, скорость распространения звуковой волны (C) в потоке обеспечится при минимальном давлении подачи в магистрале, равным 4,15 кг/см². При этом, частота акустических колебаний по формуле f=C/4(lp+0,3hp) составит 32 611/сек^-1, а ожидаемый средний диаметр частичек жидкости будет равен 50 мкм. Считается также [Ashgarali Т., Khandwawala, Ramamurthy Natarajan fnl Makam С. Gupta. - Fuel, 1974, vol. 53, p.268], что мелкость распыливания заведомо будет обеспечена при Gг/Gж<3-5, где: Gг - масса распыливающего газа; Gж - масса распыливаемой жидкости Результаты испытаний.Preliminary calculation results for [Physical foundations of ultrasonic technology. Ed. L.D. Rosenberg. M., Nauka, 1970, 224 s] showed that for an atomizer with mass-dimensional overall parameters specified in paragraph 1 of the test results, the propagation velocity of the sound wave (C) in the flow will be ensured at a minimum supply pressure in the line equal to 4, 15 kg / cm ² . In this case, the frequency of acoustic vibrations according to the formula f = C / 4 (lp + 0.3hp) will be 32 611 / sec ^-1 , and the expected average diameter of the fluid particles will be 50 microns. It is also considered [Ashgarali T., Khandwawala, Ramamurthy Natarajan fnl Makam S. Gupta. - Fuel, 1974, vol. 53, p.268] that fineness of spraying will certainly be ensured at Gg / Gzh <3-5, where: Gg is the mass of the spraying gas; Gzh - mass of sprayed liquid Test results.

На очищенные и обезжиренные пластины из дюралюминия размерами 200×200 мм нанесли покрытие на основе Фтор-ПАВ согласно полезной модели (по п.п. 1 и 2 формулы) и прототипу (для сравнения).The cleaned and degreased duralumin plates of 200 × 200 mm in size were coated with a fluorine-surfactant based on the utility model (according to claims 1 and 2 of the formula) and the prototype (for comparison).

1. При проведении испытания с полезной моделью были приняты следующие массо-габаритные параметры полезной модели: dc=15 мм; d₁=1,5 мм; lp=2 мм; hp=1,5 мм; с профилем по параболе y=6x, при температуре продуваемого газа (воздуха) в магистрали T_м=32°C, расходе газа (воздуха) Gг = 60 г/с и расходе жидкости (раствора) = 18 г/с (при концентрации Фтор-ПАВ в растворе 10%.).1. When conducting tests with a utility model, the following mass-dimensional parameters of the utility model were adopted: dc = 15 mm; d ₁ = 1.5 mm; lp = 2 mm; hp = 1.5 mm; with a parabolic profile y = 6x, at the temperature of the blown gas (air) in the line T _m = 32 ° C, the flow rate of gas (air) Gg = 60 g / s and the flow rate of the liquid (solution) = 18 g / s (at a concentration of Fluorine SAS in a solution of 10%.).

В качестве растворителя использовали перфторметилциклогексан, в качестве Фтор-ПАВ использовали перфторполиэфирную кислоту (состав «Автонон-20») Нанесение Фтор-ПАВ на пластины осуществляли путем воздействия распыливаемой струи в течение 3 сек. Расход воздуха составил 60 г/с, расход растворителя составил 18 г/сPerfluoromethylcyclohexane was used as a solvent, and perfluoropolyether acid (“Autonon-20” composition was used as Fluorine-surfactant). Fluorine-surfactant was applied to the plates by spraying it for 3 seconds. The air flow rate was 60 g / s, the solvent flow rate was 18 g / s

После обработки пластин раствором Фтор-ПАВ и испарения растворителя провели термофиксацию покрытия при температуре 100° в течение 30 мин.After processing the plates with a fluorine-surfactant solution and evaporation of the solvent, the coating was thermofixed at a temperature of 100 ° for 30 minutes.

Оценку качества покрытий проводили измерением величины краевого угла смачивания капель масла. При оценки качества покрытий использовали: эталонное масло МН-60 ГОСТ 8781-71; масло дозировку лопаточного типа; микроскоп типа МБС.Evaluation of the quality of the coatings was carried out by measuring the contact angle of the oil droplets. When evaluating the quality of coatings used: reference oil MN-60 GOST 8781-71; scoop type oil dosage; MBS microscope.

Для оценки качества покрытий на пластину нанесли 5 капель масла и определили среднее значение угла смачивания, который составил 52°.To assess the quality of the coatings, 5 drops of oil were applied to the plate and the average value of the wetting angle, which was 52 °, was determined.

2. Провели нанесение фтор-ПАВ и проверку качества аналогично примеру 1. После проведения термофиксации провели дополнительно обработку пластины моечной жидкостью (водой) при температуре 50°C с расходом 60 г/с в течение 3 сек.. Величина среднего угла смачивания составила 56°.2. Conducted the application of fluorine-surfactant and quality control similarly to example 1. After thermofixing, the plate was additionally treated with washing liquid (water) at a temperature of 50 ° C with a flow rate of 60 g / s for 3 seconds. The average wetting angle was 56 ° .

3. Провели сравнительное испытания прототипа по режиму п. 1 с аналогичными расходными характеристиками. Величина среднего угла смачивания составила 48°.3. Conducted a comparative test of the prototype according to the regime of claim. 1 with similar expenditure characteristics. The average wetting angle was 48 °.

Увеличение угла смачивания при проведении испытаний с использованием полезной модели свидетельствует об уменьшении растекаемости капли масла, то есть о более плотной упаковке молекул Фтор-ПАВ на поверхности пластины.An increase in the wetting angle during testing using a utility model indicates a decrease in the spreadability of an oil drop, i.e., a denser packing of fluorine-surfactant molecules on the surface of the plate.

Таким образом, полезная модель, обеспечивающяя создание ультразвукового потока воздуха и распыляемых капель раствора Фтор-ПАВ обеспечила достижение технического результата: получение более равномерной и качественной пленнки Фтор-ПАВ.Thus, a useful model that provides the creation of an ultrasonic flow of air and sprayed droplets of a solution of Fluorine-surfactant has achieved the technical result: obtaining a more uniform and high-quality film of Fluorine-surfactant.

Claims

A sprayer for applying a polymer antifriction coating, comprising a cylindrical body, a resonator sleeve made with a parabolic diffuser mounted at its opposite ends, and an end cap with fittings, a central cylindrical hollow body with a channel for passage of the sprayed composition, coaxially to the cylindrical surface of the body, with the bottom surface of the resonator sleeve is inclined at an angle of 60 ° towards the end cover, on the free end surface, centrally of the cylindrical body, a groove is inclined at its outlet opening at an angle of 60 °, the direction of inclination of which coincides with the direction of inclination of the bottom of the resonator sleeve, and when the bottom intersects the parabolic surface of the diffuser, an outlet for the atomizer is formed.