RU2495893C1 - Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method - Google Patents
Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495893C1 RU2495893C1 RU2012104440/05A RU2012104440A RU2495893C1 RU 2495893 C1 RU2495893 C1 RU 2495893C1 RU 2012104440/05 A RU2012104440/05 A RU 2012104440/05A RU 2012104440 A RU2012104440 A RU 2012104440A RU 2495893 C1 RU2495893 C1 RU 2495893C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- composition
- paste
- aqueous
- water
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения антифрикционных, износостойких покрытий, которые могут быть использованы на изделиях, применяемых в химической, машиностроительной, авиационной областях промышленности, а также к композициям для покрытий на металлические поверхности.The invention relates to the field of producing anti-friction, wear-resistant coatings that can be used on products used in the chemical, engineering, aviation industries, as well as compositions for coatings on metal surfaces.
Известен способ получения покрытия из композиции, содержащей дисперсию политетрафторэтилена (ПТФЭ), деминерализованную воду, слюду (покрыта двуокисью титана), красящий пигмент (содержит окись железа, деминерализованную воду, олеиновую кислоту, триэтаноламин, бутилкарбитол, толуол), смесь, содержащую триэтаноламин, олеиновую кислоту, толуол, бутилкарбитол, причем смесь дополнительно содержит метилметакрилат и сополимер (40% водная дисперсия) (см. патент GB №1557230, МПК C09D 127/18, 1976 г.). Композицию получают введением в дисперсию фторопласта указанных компонентов. Известное покрытие на основе данной композиции недостаточно устойчиво к термоударам, а также обладает низкой термической стойкостью, что сокращает ресурс работы покрытия в условиях эксплуатации.A known method of obtaining a coating from a composition containing a dispersion of polytetrafluoroethylene (PTFE), demineralized water, mica (coated with titanium dioxide), a coloring pigment (contains iron oxide, demineralized water, oleic acid, triethanolamine, butylcarbitol, toluene), a mixture containing triethanol acid, toluene, butyl carbitol, the mixture additionally containing methyl methacrylate and a copolymer (40% aqueous dispersion) (see GB patent No. 1557230, IPC C09D 127/18, 1976). The composition is prepared by introducing said components into the fluoroplastic dispersion. Known coating based on this composition is not sufficiently resistant to thermal shock, and also has low thermal stability, which reduces the service life of the coating in operating conditions.
Известен способ получения антифрикционного покрытия из композиции путем смешивания соли полиамидокислоты, включающей в свой состав фурфуриловый спирт и N-метилпирролидон, воду с дисперсией белого пигмента, с дисперсией политетрафторэтилена и силиконовым препаратом. При этом дисперсию белого пигмента получают путем перемешивания двуокиси титана, воды и смеси триэтаноламина и олеиновой кислоты (GB №1563814, 1976 г.). Однако данная композиция не обеспечивает достаточной адгезионной прочности с подложкой и имеет недостаточно хорошие антифрикционные свойства.A known method of obtaining an anti-friction coating from a composition by mixing a salt of polyamic acid, which includes furfuryl alcohol and N-methylpyrrolidone, water with a dispersion of white pigment, with a dispersion of polytetrafluoroethylene and a silicone preparation. In this case, a white pigment dispersion is obtained by mixing titanium dioxide, water and a mixture of triethanolamine and oleic acid (GB No. 1563814, 1976). However, this composition does not provide sufficient adhesive strength with the substrate and does not have good antifriction properties.
Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцовых уплотнителей и других элементов узлов трения путем смешивания политетрафторэтилена с неорганическими наполнителями различной химической природы. (Истомин Н.П. и др. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторопластов. М., Наука, 1987, с.147.) Эти материалы известны как самосмазывающиеся антифрикционные с малым коэффициентом трения, но имеют низкие деформационно-прочностные характеристики, что снижает их работоспособность, и они не пригодны для антифрикционных покрытий.Composite materials are known for the manufacture of sliding bearings, mechanical seals and other elements of friction units by mixing polytetrafluoroethylene with inorganic fillers of various chemical nature. (Istomin NP and others. Antifriction properties of composite materials based on fluoroplastics. M., Nauka, 1987, p. 147.) These materials are known as self-lubricating antifriction with a low coefficient of friction, but have low deformation-strength characteristics, which reduces their performance, and they are not suitable for anti-friction coatings.
Известен способ получения композиционного материала путем смешивания политетрафторэтилена с ультрадисперсным неорганическим наполнителем ß-сиалоном общей формулы Si 6-х AL ON 8-х, обладая высокой износостойкостью в сочетании с высокими упругоэластичными характеристиками, материал характеризуется нестабильностью коэффициента трения и сильным износом в области верхнего предела эксплуатации в составе изделия (0,5-1,0 мас.) «Композиции фторопластовые, малонаполненные антифрикционного назначения» (ТУ 301-05-120-81). Данный материал, кроме того, не используется в качестве покрытий.A known method of producing a composite material by mixing polytetrafluoroethylene with an ultrafine inorganic filler ß-sialon of the general formula Si 6-x AL ON 8-x, having high wear resistance in combination with high elastic properties, the material is characterized by instability of the friction coefficient and strong wear in the region of the upper limit of operation in the composition of the product (0.5-1.0 wt.) "Fluoroplastic compositions, low-filled antifriction purposes" (TU 301-05-120-81). This material, in addition, is not used as coatings.
Известен способ получения антифрикционного покрытия из раствора в органическом растворителе фторорганического поверхностно-активного вещества - эпилама перфтороксиалкиленового или перфорированного соединения полиалкиленоксида в виде их азотсодержащих производных (патент RU №2139902, 20.10.1999). Из патента RU №2278875, 27.06.2006) известен способ получения антифрикционного покрытия из композиции путем смешивания политетрафторэтилена с фторсодержащим олигомером, например, марок «Эпилам» или «Фолеокс» и медьсодержащим углеродным наполнителем. Недостатками известных способов является то, что они, во-первых, не обеспечивают создания покрытия, обладающего необходимой износостойкостью и предохраняющего от разрушения поверхность изделия, подверженную значительным нагрузкам и высоким температурам. Указанный недостаток обусловлен тем, что известный способ не обеспечивает глубокое проникновение относительно вязкого антифрикционного состава во все микропоры. Предлагаемые антифрикционные композиционные материалы имеют относительно высокую вязкость и не способны обеспечить глубокое их проникновение в микропоры, микротрещины на поверхности изделия и связывание атомарных кислорода и водорода, что не позволяет защитить поверхностный слой металла от коррозии и охрупчивания, вызываемых атомарными кислородом и водородом в микропорах и микротрещинах, которые являются источниками распространения коррозии, не обеспечивает необходимого снижения газопроницаемости материала. При этом микропоры и микротрещины концентрируют напряжение и становятся центрами разрушения поверхности изделия, что увеличивает коэффициент трения, снижает срок службы изделия. Кроме того, известный способ не позволяют удалить из микропор и микротрещин продукты коррозии, способствующие коррозии на поверхности металла, которая увеличивает коэффициент трения. Недостаточное снижение газопроницаемости материала изделия, вызывающей старение материала изделия, и относительно высокий коэффициент трения обусловливают недостаточный срок службы изделия, на поверхность которого известным способом нанесено антифрикционное покрытие. Известный способ обеспечивает проникновение антифрикционного состава лишь частично в микропоры и микротрещины, однако находящиеся там вследствие недостаточно полной очистки продукты коррозии, вытесняемые на поверхность изделия составом, ухудшают качество полученного покрытия. Кроме того, как показали исследования, полученные известным способом покрытия, работоспособны при относительно невысоких температурах (до 150°С). Во вторых, способом по патенту RU №2278875, 27.06.2006 получают композиции, которые используют в машиностроении для изготовления узлов трения машин и механизмов различного назначения, но не используют для покрытий по металлическим поверхностям.A known method of producing an antifriction coating from a solution in an organic solvent of an organofluorine surfactant - epilame of a perfluoroxyalkylene or perforated polyalkylene oxide compound in the form of their nitrogen-containing derivatives (patent RU No. 2139902, 20.10.1999). From patent RU No. 2278875, 06/27/2006) a method is known for producing an antifriction coating from a composition by mixing polytetrafluoroethylene with a fluorine-containing oligomer, for example, Epilam or Foleox brands and a copper-containing carbon filler. The disadvantages of the known methods is that, firstly, they do not provide a coating having the necessary wear resistance and protecting the product surface from damage, subject to significant loads and high temperatures. This drawback is due to the fact that the known method does not provide deep penetration of a relatively viscous antifriction composition into all micropores. The proposed antifriction composite materials have a relatively high viscosity and are not able to provide deep penetration into micropores, microcracks on the surface of the product and the binding of atomic oxygen and hydrogen, which does not protect the surface layer of metal from corrosion and embrittlement caused by atomic oxygen and hydrogen in micropores and microcracks , which are sources of the spread of corrosion, does not provide the necessary reduction in the gas permeability of the material. In this case, micropores and microcracks concentrate stress and become centers of destruction of the surface of the product, which increases the coefficient of friction, reduces the service life of the product. In addition, the known method does not allow to remove corrosion products from micropores and microcracks that contribute to corrosion on the metal surface, which increases the coefficient of friction. The insufficient reduction in the gas permeability of the product material, which causes the aging of the product material, and the relatively high coefficient of friction cause an insufficient service life of the product, on the surface of which an antifriction coating is applied in a known manner. The known method provides the penetration of the antifriction composition only partially into micropores and microcracks, however, corrosion products located there as a result of insufficient cleaning, displaced to the surface of the product by the composition, degrade the quality of the resulting coating. In addition, as shown by studies obtained by the known method of coating, workable at relatively low temperatures (up to 150 ° C). Secondly, the method according to the patent RU No. 2278875, 06/27/2006 receive compositions that are used in mechanical engineering for the manufacture of friction units of machines and mechanisms for various purposes, but are not used for coatings on metal surfaces.
Известны способ и композиции для получения антипригарных, антифрикционных покрытий на металлических поверхностях на основе фторопластов Ф-4Д или смеси его с фторопластом Ф-4МДБ (на основе политетрафторэтилена и сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом) в сочетании с лаком на основе полиамидокислоты из частично гидролизованной полиамидокислоты, этерифицированной моноэтаноламином в смеси растворителей N-метилпирролидона, диметилформамида и воды, путем введения в лак водной суспензии фторопласта Ф-4Д или смеси ее с водной суспензией фторопласта Ф-4МДБ и водной пасты наполнителей, содержащих слюду, дисульфида молибдена и технический углерод, предварительно затертых в водных растворах, содержащих поливинилпирролидон и эмульгатор ОП-10. Состав перемешивают и вводят ксилол, этилцеллозольв и далее воду. Состав может содержать пигменты - двуокись титана, оксиды железа и другие добавки (одноатомные спирты, олеиновую кислоту и т.д.) и т.д. (патент RU №2170286, 26.11.1999, Способ нанесения покрытия на металлическую поверхность, композиции грунтовочного покрытия и композиции для облицовочного покрытия). Покрытия на основе данной композиции, полученные известным указанным способом обеспечивают хорошие физико-механические и антифрикционные свойства, однако известный способ имеет ряд недостатков. Недостатки, как показали исследования, заключаются в методике получения исходной композиции, из которой затем путем аэрозольного напыления формируется покрытие. Описанный способ и методика введения компонентов и их смесей при получении композиционной системы не обеспечивают их равномерного распределения в массе составляющих, происходит частичная агломерация отдельных компонентов, в частности минеральных наполнителей, за счет «обволакивания» их растворителями различной по своей природе сольватирующей способности. При нанесении известной композиции на металлическую поверхность агломераты ухудшают растекаемость композиции по поверхности, что создает разнотолщинность покрытия, ввиду неравномерности распределения компонентов в пленке покрытия, это отражается на физико-механических свойствах; устойчивости к нагрузкам и истиранию, трибологическим параметрам: коэффициент трения на различных участках поверхности имеет различные значения.A known method and composition for producing non-stick, antifriction coatings on metal surfaces based on F-4D fluoroplastics or a mixture thereof with F-4MDB fluoroplast (based on polytetrafluoroethylene and a copolymer of tetrafluoroethylene with hexafluoropropylene) in combination with a varnish based on polyamic acid from partially hydrolyzed polyamide monoethanolamine in a mixture of solvents of N-methylpyrrolidone, dimethylformamide and water, by introducing into the varnish an aqueous suspension of F-4D fluoroplast or its mixture with an aqueous suspension nziey polytetrafluorethylene F-4MDB and aqueous paste fillers containing mica, molybdenum disulfide and carbon black, previously jammed in aqueous solutions containing polyvinylpyrrolidone, and emulsifier OP-10. The composition is mixed and xylene, ethyl cellosolve and then water are added. The composition may contain pigments - titanium dioxide, iron oxides and other additives (monohydric alcohols, oleic acid, etc.), etc. (Patent RU No. 2170286, 11.26.1999, Method for coating a metal surface, primer coating composition and coating composition). Coatings based on this composition obtained by the known method provide good physicomechanical and antifriction properties, however, the known method has several disadvantages. The disadvantages, as studies have shown, are in the method of obtaining the initial composition, from which then a coating is formed by aerosol spraying. The described method and method of introducing components and their mixtures upon receipt of a composite system do not ensure their uniform distribution in the mass of components, partial agglomeration of individual components, in particular mineral fillers, occurs due to the “enveloping” of their solvents of different in nature solvating ability. When a known composition is applied to a metal surface, agglomerates worsen the spreadability of the composition over the surface, which creates a coating thickness difference, due to the uneven distribution of components in the coating film, this affects the physicomechanical properties; resistance to loads and abrasion, tribological parameters: the coefficient of friction in different parts of the surface has different values.
Известен способ получения антифрикционных покрытий на металлических поверхностях из композиции с усовершенствованной методикой введения компонентов, их предварительной обработкой, исключающей образование агломератов и более равномерном распределении композиционного материала по металлической подложке (последняя заявка и полученное положительное решение). По указанному способу удалось сформировать покрытие, практически в 2 раза превышающее триботехнические свойства покрытия сравнительно с ранее известным способом (Патент №2170285, 26.11.1999 г.): коэффициент трения снижен с 0,14 до 0,027; линейный износ - с 4 мкм (по эталону) до 1 мкм. Однако указанный известный способ формирования покрытия со сравнительно хорошими антифрикционными и механическими свойствами имеет следующие недостатки: при требуемой толщине покрытия 18-20 мкм (например, в парах трения скольжении) приходится наносить 7-9 слоев при толщине слоя 2-3 мкм. После каждого слоя по известному способу требуется сушка при (75-85)°С и термообработка при (275-310)°С; при окончательной термообработке - при (350-400)°С. Только при тонком нанесении каждого слоя и его термоотверждении образуется равномерное по толщине покрытие. Силы внутреннего натяжения в монослое малы и не происходит наслоения и «стягивания» жидкого состава в различные участки поверхности до его закрепления термообработкой. При более толстом нанесении, то есть меньше слоев, глубокого проникновения композиции к подложке не происходит, наблюдается неравномерность толщины покрытия, и, как следствие, износ покрытия неравномерен по поверхности, что отражается и на коэффициенте трения. При этом следует учитывать субъективный фактор, заключающийся в следующем: нанесение известной композиционной системы осуществляется вручную методом пневматического (аэрозольного) распыления. Равномерность нанесенного покрытия зависит от ряда факторов - опыта оператора, диаметра сопла в пистолете, расстояния до изделия, на которое наносят композицию, давления на выходе из пистолета и др.A known method of producing anti-friction coatings on metal surfaces from a composition with an improved method of introducing components, their preliminary processing, eliminating the formation of agglomerates and a more uniform distribution of the composite material on the metal substrate (last application and a positive solution). Using this method, it was possible to form a coating that was almost 2 times higher than the tribotechnical properties of the coating compared to the previously known method (Patent No. 2170285, November 26, 1999): the friction coefficient was reduced from 0.14 to 0.027; linear wear - from 4 microns (by standard) to 1 micron. However, this known known method of forming a coating with relatively good antifriction and mechanical properties has the following disadvantages: with the required coating thickness of 18-20 μm (for example, in sliding friction pairs), 7-9 layers with a layer thickness of 2-3 μm have to be applied. After each layer by a known method, drying is required at (75-85) ° C and heat treatment at (275-310) ° C; at the final heat treatment - at (350-400) ° С. Only with a thin coating of each layer and its thermosetting a uniform thickness coating is formed. The forces of internal tension in the monolayer are small and there is no layering and “pulling” of the liquid composition into various parts of the surface until it is fixed by heat treatment. With a thicker application, that is, fewer layers, deep penetration of the composition to the substrate does not occur, uneven coating thickness is observed, and, as a result, the wear of the coating is uneven over the surface, which affects the friction coefficient. In this case, the subjective factor should be taken into account, which is as follows: the application of the known composite system is carried out manually by the method of pneumatic (aerosol) spraying. The uniformity of the applied coating depends on a number of factors - the operator’s experience, the diameter of the nozzle in the gun, the distance to the product to which the composition is applied, the pressure at the outlet of the gun, etc.
В настоящее время одним из эффективных и экономически целесообразных методов повышения трибологических свойств, например, масел является применение твердофазных присадок в виде нерастворимых в маслах ультрадисперсных порошков. Алмазоуглеродные порошки детонационного синтеза являются одним из видов ультрадисперсных и наноматериалов, применяемых в качестве присадок в различных трибологических матрицах. Алмазоуглеродный порошок детонационного синтеза получают по известной технологии - подрывом взрывчатого вещества в камере. С целью введения в смазочные композиции полученный порошок обезжиривают, например, вакуумной сушкой, смешивают с масляной основой, композицию пропускают через фильтры и магнитные сепараторы для отделения крупных частиц, в том числе магнитных металлов, диспергируют, например, при помощи дезинтеграторов или акустических (ультразвуковых систем) систем для равномерного распределения частиц в масляной матрице и частичного разбиения крупных фракталов с размером до 500 нм и более, состоящими из первичных частичек размером 4-6 нм. Полученные таким образом композиции используют для смазки машин и механизмов как в процессе обкатки, так и в процессе эксплуатации при различных концентрациях.Currently, one of the effective and economically feasible methods for increasing the tribological properties of, for example, oils is the use of solid-phase additives in the form of ultrafine powders insoluble in oils. Diamond-carbon detonation synthesis powders are one of the types of ultrafine and nanomaterials used as additives in various tribological matrices. Diamond-carbon powder of detonation synthesis is obtained by a known technology - by detonating an explosive in a chamber. For the purpose of introducing into the lubricating compositions, the obtained powder is degreased, for example, by vacuum drying, mixed with an oil base, the composition is passed through filters and magnetic separators to separate large particles, including magnetic metals, dispersed, for example, using disintegrators or acoustic (ultrasonic systems ) systems for uniform distribution of particles in the oil matrix and partial decomposition of large fractals with sizes up to 500 nm and more, consisting of primary particles 4-6 nm in size. The compositions thus obtained are used to lubricate machines and mechanisms both during the running-in process and during operation at various concentrations.
Известна антифрикционная присадка с твердым модификатором трения в виде алмазосодержащей шихты (Патент RU №2054456, опубл. 20.02.1996 г.), или известна композиция, содержащая ультрадисперсный графитоалмазный порошок. Недостатком известных композиций является недостаточная седиментационная устойчивость системы. Кроме того, данные известные композиции относятся к смазкам, не предназначенным для получения покрытий.Known anti-friction additive with a solid friction modifier in the form of a diamond-containing mixture (Patent RU No. 2054456, publ. 02.20.1996), or a composition containing ultrafine graphite-diamond powder is known. A disadvantage of the known compositions is the insufficient sedimentation stability of the system. In addition, these known compositions relate to lubricants not intended for coatings.
Технической задачей заявляемого изобретения является получение покрытия с высокими триботехническими (трибологическими) свойствами, физико-механическими свойствами, обеспечивающими повышенный ресурс антифрикционного, износостойкого покрытия с увеличенным сроком эксплуатации его, в том числе в условиях повышенных температур и скоростей. Поставленная техническая задача достигается заявленной группой изобретений, в которую входят композиция для получения покрытия и способ получения покрытия, а также композицией для получения покрытия с высокими триботехническими (трибологическими) свойствами, которая содержит водный лак на основе полиамидокислоты, 55-60%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, 53-54%-ную водную суспензию сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, поливинилпирролидон, водную пасту на основе сажи, водную пасту на основе наноалмазов, водную пасту на основе слюды, аппретирующую смесь, содержащую ксилол, этилцеллозольв, эмульгатор на основе оксиэтилированных алкилфенолов и воду, при следующем соотношении компонентов композиции в мас.ч.:The technical task of the claimed invention is to obtain coatings with high tribotechnical (tribological) properties, physico-mechanical properties, providing an increased resource of anti-friction, wear-resistant coating with an extended service life, including at elevated temperatures and speeds. The stated technical problem is achieved by the claimed group of inventions, which includes a composition for coating and a method for coating, as well as a composition for coating with high tribological (tribological) properties, which contains an aqueous varnish based on polyamic acid, 55-60% aqueous suspension polytetrafluoroethylene, 53-54% aqueous suspension of a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylpyrrolidone, carbon black water paste, nanodiamond based water paste, water paste based on mica, a sizing mixture containing xylene, ethyl cellosolve, an emulsifier based on ethoxylated alkyl phenols and water, in the following ratio of the components of the composition in parts by weight:
Поставленная техническая задача достигается также и способом получения покрытия с высокими триботехническими (трибологическими) свойствами путем нанесения на металлическую подложку многослойного покрытия из композиции на основе смесей водных суспензий политетрафторэтилена и сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом в сочетании с водным лаком на основе полиамидокислоты, поливинилпирролдидоном и водными пастами на основе сажи, на основе наноалмазов, на основе слюды с использованием аппретирующей смеси, являющейся одним из изобретением заявляемой группы.The stated technical problem is also achieved by a method for producing coatings with high tribological (tribological) properties by applying a multilayer coating to a metal substrate from a composition based on mixtures of aqueous suspensions of polytetrafluoroethylene and a copolymer of tetrafluoroethylene with hexafluoropropylene in combination with an aqueous varnish based on polyamide acid, polyvinylpyrrolidone and polyvinylpyrrolidone and based on carbon black, based on nanodiamonds, based on mica using a sizing mixture, which is one of the invention of the claimed group.
Способ заключается в нанесении на металлическую подложку многослойного покрытия из указанной выше композиции с общей толщиной его от 5 до 55 мкм, при толщине одного слоя от 2 до 10 мкм в отвержденном состоянии, при этом каждый из нанесенных слоев последовательно подвергают сушке при 80-90°С в течение 8-10 мин, ступенчатой термообработке - при 220-230°С в течение 10-15 мин, затем полуотвержденный слой покрытия подвергают воздействию усилия, обеспечивающего уплотнение и более глубокое проникновение композиции к подложке, при давлении 5-10 атм в течение 2-3 секунд, далее уплотненный слой покрытия термообрабатывают при 280-290°С в течение 15-20 мин, а после нанесения всех слоев осуществляют окончательный обжиг многослойного покрытия при 380-390°С в течение 40-60 минут. При этом высокотемпературную обработку конечного многослойного покрытия, с целью устранения интенсивной термоокислительной деструкции в поверхностных слоях, проводят в атмосфере инертного газа, азота или в вакууме. Используемые в качестве добавки наноалмазы представляют собой, в частности, технический алмазосодержащий углерод (ТАУ), являющийся продуктом детонационного синтеза. По составу ТАУ представляет собой композиционный материал, содержащий кристаллическую фазу детонационных наноалмазов (ДНА) в количестве 30-50 мас.% и аморфный наноуглерод неопределенного состава. Средний размер кластера ДНА в ТАУ (по данным рентгенографического анализа) ~4-6 нм. Дисперсность ТАУ не регламентируется. В качестве водной суспензии политетрафторэтилена при осуществлении способа по изобретению используют, например, водную суспензию политетрафторэтилена марки Ф-4Д (55-60%), содержащую политетрафторэтилен, эмульгатор на основе оксиэтилированных алкилфенолов, воду.The method consists in applying to a metal substrate a multilayer coating of the above composition with a total thickness of 5 to 55 μm, with a thickness of one layer of 2 to 10 μm in the cured state, each of the deposited layers being subsequently dried at 80-90 ° C for 8-10 minutes, stepwise heat treatment at 220-230 ° C for 10-15 minutes, then the semi-cured coating layer is subjected to a force providing compaction and deeper penetration of the composition to the substrate at a pressure of 5-10 atm for 2-3 seconds, then the compacted coating layer is heat treated at 280-290 ° C for 15-20 minutes, and after applying all the layers, the final firing of the multilayer coating is carried out at 380-390 ° C for 40-60 minutes. In this case, high-temperature processing of the final multilayer coating, in order to eliminate intense thermal oxidative degradation in the surface layers, is carried out in an atmosphere of inert gas, nitrogen or in vacuum. The nanodiamonds used as additives are, in particular, technical diamond-containing carbon (TAU), which is a product of detonation synthesis. In terms of composition, TAU is a composite material containing a crystalline phase of detonation nanodiamonds (DND) in an amount of 30-50 wt.% And an amorphous nanocarbon of indefinite composition. The average size of the DND cluster in the TAU (according to x-ray analysis) is ~ 4-6 nm. The dispersion of TAU is not regulated. As an aqueous suspension of polytetrafluoroethylene in the method according to the invention, for example, an aqueous suspension of polytetrafluoroethylene of the brand F-4D (55-60%) containing polytetrafluoroethylene, an emulsifier based on ethoxylated alkyl phenols, water is used.
В качестве водной суспензии сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом используют, например, водную суспензию марки Ф-4МДБ (53-54%). В качестве эмульгатора на основе производных алкилфенола используют, например, вспомогательные вещества ОП-6; ОП-7; ОП-10 (оксиэтилированные алкилфенолы). В качестве наноалмазов используют ультратонкие порошки алмазов (детонационные наноалмазы), предварительно обработанные указанной аппретирующей смесью. В качестве инертной среды при высокотемпературном обжиге конечного покрытия использован, например, аргон, азот или вакуум. Ниже приведены примеры водных паст на основе слюды, пасты сажи, пасты наноалмазов, аппретирующей смеси, используемых при приготовлении композиции для антифрикционных покрытий с высокими трибологическими свойствами. Приведены трибологические характеристики многослойного покрытия из композиции по заявленному способу, при различных способах высокотемпературного отверждения. As an aqueous suspension of a copolymer of tetrafluoroethylene with hexafluoropropylene, for example, an aqueous suspension of the brand F-4MDB (53-54%) is used. As an emulsifier based on alkyl phenol derivatives, for example, auxiliary substances OP-6 are used; OP-7; OP-10 (ethoxylated alkyl phenols). As nanodiamonds, ultrafine diamond powders (detonation nanodiamonds) pretreated with said sizing mixture are used. As an inert medium during high-temperature firing of the final coating, for example, argon, nitrogen or vacuum are used. The following are examples of water pastes based on mica, carbon black paste, nanodiamonds paste, sizing mixture used in the preparation of compositions for antifriction coatings with high tribological properties. The tribological characteristics of the multilayer coating of the composition according to the claimed method, with various methods of high-temperature curing.
Пример 1. Состав аппретирующей смеси, мас.ч.:Example 1. The composition of the sizing mixture, parts by weight:
Пример 2. Паста на основе сажи, мас.ч.:Example 2. A paste based on soot, parts by weight:
Пример 3. Паста на основе слюды, мас.ч.:Example 3. A paste based on mica, parts by weight:
Пример 4. Паста на основе наноалмазов, мас.ч.:Example 4. Paste based on nanodiamonds, parts by weight:
Пример 5. Приготовление антифрикционной композиции по изобретению. Вначале готовят раствор полиамидокислоты в водном растворе моноэтаноламина и N-метилпирролидона, затем в лак добавляют смесь, содержащую этилцеллозольв, бутиндиол-1,4 и N-метилпирролидон. Полученный раствор на основе полиамидокислоты имеет сухой остаток 9,5-10%, условную вязкость 14-35 с. Готовят пасты на основе сажи, слюды, наноалмазов, аппретирующую смесь. В водную суспензию политетрафторэтилена Ф-4Д (55-60%) вводят раствор лака на основе полиамидокислоты, подготовленные водные пасты сажи, слюды, наноалмаза, суспензию фторопласта Ф-4МДБ (53-54%) (на основе сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена), поливинилпирролидон и воду. После введения каждой указанной порции компонентов все тщательно перемешивают. Приготовленная композиция имеет условную вязкость 16-22 секунды (по В3246 с диаметром - 4).Example 5. Preparation of an antifriction composition according to the invention. First, a solution of polyamido acid in an aqueous solution of monoethanolamine and N-methylpyrrolidone is prepared, then a mixture containing ethyl cellosolve, butynediol-1,4 and N-methylpyrrolidone is added to the varnish. The resulting solution based on polyamic acid has a dry residue of 9.5-10%, a nominal viscosity of 14-35 C. Pastes are prepared on the basis of soot, mica, nanodiamonds, a sizing mixture. A varnish solution based on polyamide acid, prepared aqueous paste of carbon black, mica, nanodiamond, a suspension of fluoroplastic F-4MDB (53-54%) (based on a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene), polyvinylpropylene are introduced into an aqueous suspension of polytetrafluoroethylene F-4D (55-60%); and water. After the introduction of each indicated portion of the components, everything is thoroughly mixed. The prepared composition has a conditional viscosity of 16-22 seconds (according to B3246 with a diameter of 4).
Пример 6. Композицию готовят аналогично примеру 5, но используют для приготовления сажевой пасты мелкодисперсные углеродные волокна (с размером 0,01-0,1 нм), предварительно перетертые как в примере 4 аппретирующей смесью. (Паста на основе сажи, мас.ч.) (другой вариант сажевой пасты):Example 6. The composition is prepared analogously to example 5, but used to prepare carbon black paste finely dispersed carbon fibers (with a size of 0.01-0.1 nm), pre-ground as in Example 4 with a sizing mixture. (Carbon black paste, parts by weight) (another version of carbon black paste):
Полученные по данному заявляемому изобретению композиции для антифрикционных покрытий используют как в качестве грунтовочных, так и в качестве отделочных, (облицовочных) покрытий. Наносят композиции для получения антифрикционных покрытий на предварительно подготовленные металлические поверхности - алюминий (литье, прокат); сталь (нелегированная, легированная); титан, и т.д. Подготовку металлических поверхностей осуществляют любым из известных для данного металла способом, обеспечивающим полное отсутствие жировых (масляных) и других загрязнений (обезжиривание и т.д.). Наносят композиции известными методами, например методом пневматического (аэрозольного) распыления. На подготовленную металлическую поверхность осуществляют нанесение композиций для получения покрытий по изобретению в несколько слоев. Количество наносимых слоев, их толщина определяются конкретным назначением, условиями эксплуатации получаемого покрытия, типом изделий, на которые наносятся композиции (пресс-формы; детали, работающие при больших нагрузках; подшипники скольжения; газодинамические подшипники и т.д.). Общая толщина наносимого антифрикционного покрытия может составлять от 5 до 55 мкм, при толщине одного слоя от 2 до 10 мкм (в полностью отвержденном состоянии, что соответствует 4-15 мкм - в сыром состоянии). После каждого нанесенного слоя покрытия по данному изобретению предусмотрена сушка при (80-90)°С в течение 8-10 мин, термообработка при температуре (220-230)°С в течение 10-15 мин, обеспечивающей начальную стадию полимеризации связующих в композиции. Нанесенное покрытие после указанной стадии термообработки подергается уплотнению за счет прижима к пластине по форме, соответствующей зеркальному отражению образца с покрытием. Пластина должна быть отполирована до зеркального блеска с минимальной шероховатостью (Ra). Усилие, при котором происходит воздействие на образец, соответствует давлению 5-10 атм, время воздействия 2-3 секунды. Затем образцы помещаются в печь обжига и термообрабатывают; температура доводится до (280-290)°С и выдерживается в течение 15-20 мин. Последний слой композиции после указанных операций термообрабатывают при (380-390)°С в течение 40-60 мин в атмосфере инертного газа, азота, вакуума.Obtained according to this claimed invention, compositions for antifriction coatings are used both as primers and as finishing (facing) coatings. Compositions are applied to obtain antifriction coatings on previously prepared metal surfaces - aluminum (casting, rolling); steel (unalloyed, alloyed); titanium, etc. The preparation of metal surfaces is carried out in any of the ways known for this metal, which ensures the complete absence of grease (oil) and other contaminants (degreasing, etc.). The compositions are applied by known methods, for example, by pneumatic (aerosol) spraying. On the prepared metal surface, the compositions are applied to obtain coatings according to the invention in several layers. The number of layers applied, their thickness are determined by the specific purpose, operating conditions of the resulting coating, the type of products on which the composition is applied (molds; parts operating under high loads; plain bearings; gas-dynamic bearings, etc.). The total thickness of the applied anti-friction coating can be from 5 to 55 microns, with a thickness of one layer from 2 to 10 microns (in the fully cured state, which corresponds to 4-15 microns - in the wet state). After each applied coating layer according to this invention, drying is provided at (80-90) ° C for 8-10 minutes, heat treatment at a temperature of (220-230) ° C for 10-15 minutes, providing the initial stage of polymerization of the binders in the composition. The applied coating after the indicated heat treatment stage is subjected to compaction due to pressing to the plate in the form corresponding to the specular reflection of the coated sample. The plate should be polished to a mirror finish with minimal roughness (Ra). The force at which the sample is exposed corresponds to a pressure of 5-10 atm, the exposure time is 2-3 seconds. Then the samples are placed in a kiln and heat treated; the temperature is brought to (280-290) ° C and maintained for 15-20 minutes. The last layer of the composition after these operations is heat treated at (380-390) ° C for 40-60 minutes in an atmosphere of inert gas, nitrogen, vacuum.
Пример 7. Подготовленную композицию из примера 5 наносят аэрозольным распылением на рабочую поверхность лепестков газодинамического подшипника послойно, в 7 слоев так, что толщина каждого слоя составила (4+/-1) мкм. Каждый нанесенный слой сушили при 80°С в течение 15 мин, подвергали ступенчатой термообработке при 220°С в течение 15 мин, затем полуотвержденный слой покрытия уплотняли пластиной, копирующей форму лепестка в течение 3-х сек при давлении 0.5 атм, уплотненное покрытие термообрабатывается при 285°С в течение 15 мин. Последний 7-й слой покрытия подвергается всем описанным операциям, но окончательный обжиг проводится при 380°С в течение 40 мин в атмосфере азота. Толщина нанесенного покрытия составила 22-27 мкм.Example 7. The prepared composition from example 5 is applied by aerosol spraying on the working surface of the petals of a gas-dynamic bearing in layers of 7 layers so that the thickness of each layer is (4 +/- 1) microns. Each deposited layer was dried at 80 ° С for 15 min, subjected to stepwise heat treatment at 220 ° С for 15 min, then the semi-cured coating layer was sealed with a plate copying the shape of the petal for 3 sec at a pressure of 0.5 atm, the compacted coating was heat treated at 285 ° C for 15 minutes The last 7th coating layer is subjected to all the described operations, but the final firing is carried out at 380 ° C for 40 min in a nitrogen atmosphere. The thickness of the coating was 22-27 microns.
Пример 8. Композиция из примера 5 нанесена аналогично примеру 7. Высокотемпературный обжиг покрытия в 7 слоев проведен при 400°С в течение 20 мин в атмосфере азота. Толщина многослойного покрытия составила 19-22 мкм.Example 8. The composition of example 5 is applied analogously to example 7. High-temperature firing of the coating in 7 layers was carried out at 400 ° C for 20 min in a nitrogen atmosphere. The thickness of the multilayer coating was 19-22 microns.
Пример 9. Композиция из примера 5 нанесена аналогично примеру 7. Окончательный обжиг многослойного покрытия проведен при 380°С в течение 40 мин в воздушной среде печи. Покрытие по заявляемому изобретению подвергалось следующим испытаниям:Example 9. The composition of example 5 is applied analogously to example 7. The final firing of the multilayer coating was carried out at 380 ° C for 40 min in the air of the furnace. The coating according to the claimed invention was subjected to the following tests:
- на адгезионную прочность (метод решетчатого надреза), балл - 1;- on adhesive strength (trellised notch method), score - 1;
- на адгезионную прочность (методом отрыва на разрывной машине) 1600 кг/см, максимальное усилие - не отделяется от подложки;- for adhesive strength (by tearing on a tensile testing machine) 1600 kg / cm, maximum force - does not separate from the substrate;
- прочность при ударе 50 кг/см - дефекты отсутствуют;- impact strength 50 kg / cm - no defects;
- прочность на изгиб - 1 мм - дефекты отсутствуют;- bending strength - 1 mm - no defects;
- прочность при вытяжке - дефекты отсутствуют (трещины, отслоения);- tensile strength - no defects (cracks, delamination);
- на истирание (нагрузка 2,5 кг) - 7-10 тыс. циклов;- abrasion (load 2.5 kg) - 7-10 thousand cycles;
- антифрикционные свойства покрытий на основе указанной композиции, нанесенной на радиальные лепестковые подшипники способом по заявляемому изобретению при нагрузке на образец 6,7 кг, представлены в таблице 1 (образец - радиальные лепестковые подшипники),- antifriction properties of coatings based on the specified composition deposited on radial spade bearings by the method according to the invention with a load on the sample of 6.7 kg, are presented in table 1 (sample - radial spade bearings),
- антифрикционные свойства покрытий на основе указанной композиции, нанесенной на радиальные лепестковые подшипники способом по заявленному изобретению при нагрузке на образец 6,7 кг в зависимости от среды при высокотемпературном обжиге многослойного покрытия, представлены в таблице 2.- antifriction properties of coatings based on the specified composition deposited on radial flap bearings by the method according to the claimed invention with a load on the sample of 6.7 kg depending on the medium during high-temperature firing of a multilayer coating are presented in table 2.
Ресурс в циклах нагружения - 7000 пусков.Resource in loading cycles - 7000 starts.
В таблице 3 представлены примеры композиций для антифрикционных покрытий, полученных заявляемым способом.Table 3 presents examples of compositions for antifriction coatings obtained by the claimed method.
Как следует из приведенных данных, покрытие из композиций, полученных способом по заявляемому изобретению с учетом разработанных ступенчатых режимов термообработки, уплотнением полуотвержденного покрытия, проведение окончательного обжига многослойного покрытия в атмосфере инертного газа, азота или вакуума превосходит трибологические свойства покрытия, полученного по известному ранее способу: начальный статический коэффициент трения снижен с 0,14 до 0,025 (в начале испытаний) и с 0.24 до 0.1 (в конце испытаний); динамический коэффициент снижен с 0,5 до 0.296 (в конце испытаний по эталону); линейный износ по эталону снижен с 4 мкм до 0,075 и с 1,0 мкм до 0,075 мкм. Проведение высокотемпературного обжига в атмосфере инертного газа, азота или вакуума многослойного покрытия из заявленной композиции по заявленному способу нанесения позволило практически в 2 раза снизить износ покрытия, а ресурс работы увеличить более чем в 2 раза. Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о повышении трибологических (триботехнических) свойств антифрикционных, износостойких покрытий по изобретению, а также - о достижении хороших физико-механических его свойств. Получаемые покрытия имеют повышенный срок эксплуатации - до 9 лет, в условиях высоких скоростей и при температуре до 300°С.As follows from the above data, the coating of the compositions obtained by the method according to the claimed invention, taking into account the developed stepped modes of heat treatment, compaction of the semi-cured coating, the final firing of the multilayer coating in an atmosphere of inert gas, nitrogen or vacuum exceeds the tribological properties of the coating obtained by the previously known method: initial static coefficient of friction is reduced from 0.14 to 0.025 (at the beginning of tests) and from 0.24 to 0.1 (at the end of tests); dynamic coefficient reduced from 0.5 to 0.296 (at the end of standard tests); linear wear on the standard is reduced from 4 microns to 0.075 microns and from 1.0 microns to 0.075 microns. Carrying out high-temperature firing in an atmosphere of inert gas, nitrogen or vacuum multilayer coatings of the claimed composition according to the claimed method of application has allowed almost 2 times to reduce the wear of the coating, and to increase the service life by more than 2 times. Thus, the above data indicate an increase in the tribological (tribotechnical) properties of the antifriction, wear-resistant coatings according to the invention, as well as the achievement of good physical and mechanical properties. The resulting coatings have an increased service life - up to 9 years, at high speeds and at temperatures up to 300 ° C.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104440/05A RU2495893C1 (en) | 2012-02-09 | 2012-02-09 | Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104440/05A RU2495893C1 (en) | 2012-02-09 | 2012-02-09 | Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012104440A RU2012104440A (en) | 2013-08-20 |
| RU2495893C1 true RU2495893C1 (en) | 2013-10-20 |
Family
ID=49162437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012104440/05A RU2495893C1 (en) | 2012-02-09 | 2012-02-09 | Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2495893C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797943C2 (en) * | 2021-09-17 | 2023-06-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Compositions for heat-resistant anti-friction solid lubricant coatings and method for their application |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1563814A (en) * | 1975-06-18 | 1980-04-02 | Du Pont | Fluoropolymer coating compositions having adhesion |
| RU2071968C1 (en) * | 1992-09-21 | 1997-01-20 | Андрейчикова Галина Емельяновна | Composition for wear-resistant coating |
| RU2338764C2 (en) * | 2006-08-18 | 2008-11-20 | Открытое акционерное общество "Белкард" | Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it |
| RU2395563C1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-07-27 | Михаил Григорьевич Иванов | Grease |
| US20100233371A1 (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-16 | Hyundai Motor Company | Polytetrafluoroethylene coating agent, method of preparation and use |
| RU2401855C1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-20 | Открытое акционерное общество "Белкард", г. Гродно | Composite tribotechnical material |
| WO2011041714A1 (en) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Drexel University | Functionalized nanodiamond reinforced biopolymers |
| RU2435653C2 (en) * | 2005-12-14 | 2011-12-10 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани | Antistick composition containing diamond particles and substrate on which composition is applied |
-
2012
- 2012-02-09 RU RU2012104440/05A patent/RU2495893C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1563814A (en) * | 1975-06-18 | 1980-04-02 | Du Pont | Fluoropolymer coating compositions having adhesion |
| RU2071968C1 (en) * | 1992-09-21 | 1997-01-20 | Андрейчикова Галина Емельяновна | Composition for wear-resistant coating |
| RU2435653C2 (en) * | 2005-12-14 | 2011-12-10 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани | Antistick composition containing diamond particles and substrate on which composition is applied |
| RU2338764C2 (en) * | 2006-08-18 | 2008-11-20 | Открытое акционерное общество "Белкард" | Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it |
| RU2395563C1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-07-27 | Михаил Григорьевич Иванов | Grease |
| US20100233371A1 (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-16 | Hyundai Motor Company | Polytetrafluoroethylene coating agent, method of preparation and use |
| RU2401855C1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-20 | Открытое акционерное общество "Белкард", г. Гродно | Composite tribotechnical material |
| WO2011041714A1 (en) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Drexel University | Functionalized nanodiamond reinforced biopolymers |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797943C2 (en) * | 2021-09-17 | 2023-06-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Compositions for heat-resistant anti-friction solid lubricant coatings and method for their application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012104440A (en) | 2013-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110382633B (en) | Graphene-containing lubricating coating | |
| US9243204B2 (en) | Wear resistant lubricious composite | |
| KR101737912B1 (en) | Wear-resistant antifriction lacquer for coating engine pistons | |
| Wang et al. | The effect of particle size of nanometer ZrO2 on the tribological behaviour of PEEK | |
| JP4993908B2 (en) | Resin composition, sliding member and sliding device | |
| Li et al. | Fabrication and tribological behaviors of a novel environmental friendly water-based PAI-PTFE-LaF3 bonded solid lubricating composite coating | |
| Zhao et al. | Hybrid effect of ZnS sub-micrometer particles and reinforcing fibers on tribological performance of polyimide under oil lubrication conditions | |
| Yang et al. | In situ reduction and functionalization of graphene oxide to improve the tribological behavior of a phenol formaldehyde composite coating | |
| CN110982604B (en) | Aqueous graphite-based high-temperature bonding solid lubricant and preparation method and application thereof | |
| US20160251589A1 (en) | Composition for lubricating film, sliding member using the composition for lubricating film, and method of manufacturing the composition for lubricating film | |
| Qi et al. | Exploring the influence of counterpart materials on tribological behaviors of epoxy composites | |
| Bordignon et al. | Tribological behaviour of plasma-functionalized graphene as low-viscosity oil additive | |
| CN105968983A (en) | Preparation method of modified graphene-teflon composite solid lubricating coating | |
| RU2457228C2 (en) | Method of producing compositions for making antifriction coatings on metal surfaces | |
| RU2495893C1 (en) | Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method | |
| WO2021106274A1 (en) | Resin material for sliding members, and sliding member | |
| CN109593306A (en) | One kind being used for coated glass fiber beaming device PTFE material and preparation method | |
| KR101059461B1 (en) | Lubricants and sliding members | |
| JP5748009B2 (en) | Solid particles, solid lubricants and metal parts | |
| Jha et al. | Design of anti-frictional ceramic-based composite coatings | |
| Bak et al. | Wear properties of hybrid ABO+ BN+ CNT/Al-Sn alloy matrix composites for engine bearing materials | |
| JP2007238686A (en) | Coating composition and coated article | |
| JP5816121B2 (en) | Slide bearing and manufacturing method thereof | |
| JP2022532146A (en) | Anti-friction coating formulation composition | |
| Wu et al. | Shape influence on the tribological properties of hexagonal boron nitride nanoplates and nanospheres reinforced epoxy coating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190715 Effective date: 20190715 |