RU2769698C1

RU2769698C1 - Одноупаковочное цинк-ламельное покрытие с фиксированным значением коэффициента закручивания

Info

Publication number: RU2769698C1
Application number: RU2021113977A
Authority: RU
Inventors: Владимир Игоревич Чумаков; Роман Владимирович Галкин; Николай Васильевич Гурский; Владимир Иванович Наумов; Игорь Владимирович Чумаков; Сергей Львович Катраев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Химсинтез"
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-04-05

Abstract

Изобретение может быть использовано для нанесения антикоррозионного покрытия на резьбовые крепежные изделия. Состав защитного одноупаковочного суспензионного цинксодержащего покрытия включает органический растворитель, связующее и тройной сплав Zn-Mg-Al в виде чешуек размером не более 15 мкм. Связующее представляет собой титанатное связующее, или силановое связующее, или их смесь. Тройной сплав содержит 90-98 мас.% Zn, 1-5 мас.% Mg и 1-5 мас.% Al. Технический результат заключается в уменьшении коэффициентов трения и закручивания антикоррозионного покрытия. 30 пр.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области защиты от коррозий, в частности к одноупаковочным суспензионным металлсодержащим покрытиям.

Устойчивые тенденции технического развития требуют высокого качества комплектующих изделий, которые будут определять надежность и долговечность работы промышленного оборудования и выпускаемой продукции в целом.

Известен состав для защиты металла от коррозий, содержащий предпочтительно 10-75 вес. % связующего вещества (органо-неорганические соединения, в частности олиго- и полисилаксаны или алкоксиды металлов и продукты их конденсации и пигментов и/или наполнителе) и 25-75 вес. % пигментов и/или наполнителей (RU 2425853 C2). Известный состав содержит металлы, в частности свинец, медь, олово, серебро, золото индий и никель. Данный состав позволяет получить стойкое к окислительным процессам при высокой температуре покрытие. Однако, известный состав не обеспечивает возможности придания покрытию нормированного коэффициента закручивания; компоненты добавляемых металлических пигментов, такие как Zn или Al используются только в виде отдельных частиц, а не в виде сплава Zn-Al-Mg, кроме того, входящие в состав смазки, такие как графит, неизбежно приводят к резкому снижению коррозионной стойкости в тонких покрытиях.

Известен состав покрытия для металлической заготовки для формирования поверхности металлической заготовки с заданным коэффициентом трения (ЕА 020839). Состав содержит по меньшей мере одно связующее вещество и металлические частицы в водной фазе, и по меньшей мере одно смазочное средство, при этом связующее вещество выбирают из группы, состоящей из силанов, силаксанов, силикатов, титанатов и соединений хрома-IV, их смесей или продуктов полимеризации, причемиспользуют металлические частицы, создающие антикоррозионный эффект на поверхности заготовки, и требуемый коэффициент трения задан за счет концентрации смазочного средства. Состав позволяет получить заданный коэффициент трения. Однако, в данном составе содержатся лубриканты и инертные наполнители, снижающие количество металла в композиции, что отрицательно сказывается на коррозионной стойкости

Известна композиция для покрытия (RU 2673293 C2), включающая: а) связующее вещество(А), включающее одну полимерную смолу (А1) и сшивающий агент (А2); б) антикоррозионный пигмент(B); в) органический растворитель(C); г) необязательный дополнительный компонент(D). В качестве коррозионного пимента представлен сплав цинка, магния и/или дополнительного металла и/или полуметалла. Известная композиция позволяет получить грунтовочное покрытие, обладающее высоким антикорризионными адгезивным эффектом. Однако, описанные составы не обеспечивают возможности придания покрытию нормированного коэффициента закручивания; описанные составы являются двухупаковочными, состоящими из связующего (А), включающего по меньшей мере одну полимерную смолу (А1) и сшивающий агент (А2); при этом, перед нанесением композицию необходимо приготовить комбинированием системы, содержащей полимерную смолу (А1), растворитель и пигмент, с системой, содержащей сшивающий агент (А2), что затрудняет, а при некоторых способах нанесения (таких, как дип-спин, спин-коутинг и т.д.) делает невозможным нанесение состава в промышленности, в особенности при конвейерном производстве. Кроме того, двухупаковочная система исключает возможность обработки мелкого резьбового крепежа.

Известна композиция для покрытия, содержащая а) связующее вещество, содержащее силикат от 20 до 60 масс. % и органический титанат от 40 до 80 масс. % до общего количества 100 масс. %; б) ингибитор коррозии, содержащий частицы цинка от 80 до 97 масс. % и частицы алюминия от 3 до 20 масс. % до общего количества 100 масс. % в растворителе. Покрытие формируют на подложке, в качестве которой выбраны гайки, болты и другие крепежные элементы, в один или несколько слоев без дополнительных финишных покрытий (US 20040127625 A1). Снижение коэффициента трения в базовом покрытии достигается за счет введения в состав лубриканта, например PTFE.Однако в данном случае часть цинка в покрытии замещается инертным наполнителем, что отрицательно сказывается на коррозионной стойкости.

Известен состав защитного покрытия, который содержит частицы металла в жидкой среде и обеспечивает коррозионную стойкость одноупаковочного покрытия по патентному документу US 20070172680 A1. Известный состав защитного антикоррозийного покрытия содержит цинк-металлсодержащий сплав в виде плоских чешуек, в частности чешуйки сплава цинка, алюминия и магния. При этом цинковый сплав в форме чешуек содержит более 50 мас. % цинка и остальное менее 50 мас. % металла сплава, не являющегося цинком. Покрытие может быть выполнено в виде композиции на водной основе или на органической основе. Известный состав может содержать силановые или титанатный связующие. Данные композиции позволяют получать покрытия, обладающие коррозионной стойкостью при малых толщинах (8-15 мкм). Однако, известный состав не обеспечивает необходимый коэффициент закручивания для использования его в покрытиях широкой номенклатуры изделий.

Наиболее близким к заявляемому составу по технической сущности и достигаемому результату является состав по патенту ЕР 1233043. Состав содержит цинковый сплав в виде плоских чешуек, в частности чешуйки сплава цинка, алюминия и магния. При этом цинковый сплав в форме чешуек содержит более 50 мас. % цинка и остальное менее 50 мас. % металла сплава, не являющегося цинком. Однако, указанные соотношения или концентрации компонентов очень обширны, и выходят за рамки диапазонов, позволяющих обеспечивают необходимый коэффициент закручивания для в пределах 0,12-0,18 для и использования покрытия для широкой номенклатуры в первую очередь резьбовых изделий.

Задачей предлагаемого изобретения является создание состава защитного цинк-ламельного покрытия, обладающего фиксированным значением коэффициента закручивания и фиксированным значением коэффициента трения, высокой коррозионной стойкостью, отвечающего возможности его использования для покрытия крепежных изделий без нанесения дополнительных слоев финишных покрытий.

В ходе исследовательской разработки поставленная задача была решена путем создания состава защитного одноупаковочного суспензионного цинксодержащего покрытия, состоящего из органического растворителя, связующего и тройного сплава Zn-Mg-Al в виде плоских чешуек размером не более 15 микрометров, вводимых в виде порошка или пасты, при этом тройной сплав Zn-Mg-Al содержит 90-98 мас. % Zn, 1-5 мас. % Mg и 1-5 мас. % Al, при следующем содержании компонентов (мас. %):

органический растворитель - 20-60

связующее - 10-50

тройной сплав Zn-Mg-Al - 30-60.

Предпочтительно, что в качестве органического растворителя используют одноатомный спирт, или сложный эфир, или ароматический углеводород, или их различные смеси.

Предпочтительно, что в качестве связующего используют титанатное связующее или силановое связующее, или их различные смеси.

Технический результат, достигаемый предлагаемым составом, обусловлен его новыми свойствами, обнаруженными при проведении исследований.

Соотношение компонентов в предлагаемом составе подобрано экспериментальным путем и является оптимальным, что позволяет получить технический результат соответствующий поставленной задаче. Наилучший эффект достигается при использовании предложенного состава с содержанием тройного сплав Zn-Mg-Al в виде плоских чешуек, который содержит 90-98 мас. % Zn, 1-5 мас. % Mg и 1-5 мас. % Al. Присутствующий в предлагаемом составе растворитель улетучивается при сушке покрытия, а небольшое количество связующего относительно металлической части обеспечивает хорошую адгезию и когезию, но при этом не препятствует электрическому контакту между плоскими частичками сплава Zn-Mg-Al, что в целом дополнительно повышаем коррозионную стойкость.

За счет синергического взаимодействия компонентов предложенный состав позволяет максимально эффективно использовать его для получения покрытия с фиксированным значением коэффициента закручивания и фиксированным значением коэффициента трения диапазоне 0,12-0,18. При этом, использование в виде плоских частиц с размером 1-15 микрометров отдельных бинарных сплавов предлагаемых компонентов, где цинк в количестве 90-99% легируется вторым компонентом (магнием или алюминием), не позволяет получить покрытия с заявленными свойствами.

Получение предлагаемого состава осуществляется следующим способом.

В реактор из нержавеющей стали, представляющий собой сосуд, снабженный рубашкой водяного охлаждения и лопастной мешалкой во взрывозащищенном исполнении с небольшим усилием сдвига, помещают необходимые количества органического растворителя, связующего и тройного сплава Zn-Mg-Al. Загрузки при этом осуществляются с погрешностью не более 1%.

В качестве органического растворителя могут использоваться, например, изопропанол, 1-бутанол, 2-этилгексанол, этилацетат, бутилацетат, метоксипропилацетат, бензол, толуол, ксилол или их различные смеси.

В качестве связующего могут использоваться, например, тетраэтоксититан, тетрабутоксититан, политетрабутоксититан, полибутилтитанат, тетраэтилсиликат, метилтриэтоксисилан, винилтриэтоксисилан или их различные смеси.

Тройной сплав Zn-Mg-Al может быть добавлен в композицию как в виде порошка плоских частиц, так и в виде пасты, содержащей порошок частиц указанного тройного сплава и растворитель, массы которых учитываются при расчете загрузок в массе растворителя и массе сплава в композиции и не меняют соотношение компонентов предлагаемого состава.

Содержимое реактора диспергируют при скорости мешалки 800-1000 оборотов в минуту, в течение 2 часов при температуре 5-35°C. При этом, в случае необходимости, реактор охлаждают до необходимой температуры, подавая в рубашку реактора холодную воду.

В результате получается предлагаемый состав защитного одноупаковочного суспензионного цинк-содержащего покрытия, который позволяет получить слой защитного покрытия одним из следующих способов:

1) окунание деталей в состав с последующим центрифугированием излишков композиции, что позволяет получить тонкий слой неотвержденного покрытия, порядка 2-7 мкм, на резьбовых деталях и деталях сложной конфигурации;

2) нанесение композиции методом распыления, позволяющее получать на деталях неотвержденный слой покрытия толщиной 2-25 мкм.

Далее детали с нанесенным покрытием помещают в 2-х зонную печь для отверждения, где в первой зоне идет подсушивание при 40-60°C в течение 10-15 минут, а далее идет зона спекания при 200-240°C в течение 20-60 минут. Затем детали охлаждаются до комнатной температуры в естественных условиях помещения. После отверждения из предлагаемого состава получается тонкое твердое защитное покрытие, обеспечивающее коэффициент трения и коэффициент закручивания на резьбовых деталях в диапазоне 0,12-0,18.

Ниже приведены примеры конкретного получения предлагаемого состава.

Пример 1.

В ректор помещают 70 г изопропанола, 175 г тетраэтоксититана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 90 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 5°C.

В результате получают следующий состав: 20 мас. % органического растворителя, 50 мас. % связующего и 30 мас. % тройного сплав Zn-Mg-Al.

Пример 2.

В ректор помещают 105 г изопропанола, 87,5 г тетраэтилсиликата и 157,5 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 10°C.

В результате получают следующий состав: 30 мас. % органического растворителя, 25 мас. % связующего и 45 мас. % тройного сплав Zn-Mg-Al.

Пример 3.

В ректор помещают 210 г изопропанола, 17,5 г тетраэтоксититана, 17,5 тетраэтилсиликата и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 15°C.

В результате получают следующий состав: 60 мас. % органического растворителя, 10 мас. % связующего и 30 мас. % тройного сплав Zn-Mg-Al.

Пример 4.

В ректор помещают 70 г 2-этилгексанола, 70 г тетрабутоксититана и 210 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 95 мас. % Zn, 2 мас. % Mg и 3 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. В течение 2-х часов при температуре 20°C.

В результате получают следующий состав: 20 мас. % органического растворителя, 20 мас. % связующего и 60 мас. % тройного сплав Zn-Mg-Al.

Пример 5.

В ректор помещают 105 г 2-этилгексанола, 122,5 г полибутилтитаната и 122,5 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего содержит 90 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 25°C.

В результате получают следующий состав: 30 мас. % органического растворителя, 35 мас. % связующего и 35 мас. % тройного сплав Zn-Mg-Al.

Пример 6.

В ректор помещают 210 г 2-этилгексанола, 35 г тетраэтилсиликата и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 30°C.

Пример 7.

В ректор помещают 70 г этилацетата, 70 г тетраэтоксититана и 210 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. В течение 2-х часов при температуре 35°C.

Пример 8.

В ректор помещают 87,5 г этилацетата, 122,5 г метилтриэтоксисилана и 140 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 95 мас. % Zn, 3 мас. % Mg и 2 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 5°C.

В результате получают следующий состав: 25 мас. % органического растворителя, 35 мас. % связующего и 40 мас. % тройного сплав Zn-Mg-Al.

Пример 9.

В ректор помещают 210 г этилацетата, 35 г полибутилтитаната и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 98 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 10°C.

Пример 10.

В ректор помещают 70 г бутилацетата, 45 г тетраэтоксититана, 25 тетраэтилсиликата и 210 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 90 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 15°C.

Пример 11.

В ректор помещают 105 г бутилацетата, 57,5 г тетрабутоксититана, 30 полибутилтитаната и 157,5 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 90 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 25°C.

Пример 12.

В ректор помещают 210 г бутилацетата, 35 г тетраэтоксититана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 95 мас. % Zn, 2 мас. % Mg и 3 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 35°C.

Пример 13.

В ректор помещают 70 г толуола, 45 г полибутилтитаната, 25 метилтриэтоксисилана и 210 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 20°C.

Пример 14.

В ректор помещают 105 г толуола, 82,5 г тетраэтилсиликата, 40 метилтриэтоксисилана и 122,5 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 95 мас. % Zn, 3 мас. % Mg и 2 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 30°C.

Пример 15.

В ректор помещают 210 г бутилацетата, 35 г метилтриэтоксисилана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 5°C.

Пример 16.

В ректор помещают 70 г ксилола, 175 г тетрабутоксититана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 10°C.

Пример 17.

В ректор помещают 87,5 г ксилола, 40 г тетраэтоксититана, 82,5 тетраэтилсиликата и 140 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 90 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 15°C.

Пример 18.

В ректор помещают 210 г ксилола, 35 г тетрабутоксититана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 98 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 35°C.

Пример 19.

В ректор помещают 35 г изопропанола, 35 г бутилацетата, 175 полибутилтитаната и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 95 мас. % Zn, 2 мас. % Mg и 3 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 30°C.

Пример 20.

В ректор помещают 70 г изопропанола, 35 г бутилацетата, 30 г тетраэтилсиликата, 57,5 метилтриэтоксисилана и 157,5 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 25°C.

Пример 21.

В ректор помещают 70 г изопропанола, 140 г бутилацетата, 17,5 г тетрабутоксититана, 17,5 полибутилтитаната и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 95 мас. % Zn, 3 мас. % Mg и 2 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 20°C.

Пример 22.

В ректор помещают 35 г этилацетата, 35 г ксилола, 175 тетраэтилсиликата и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 90 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 15°C.

Пример 23.

В ректор помещают 70 г этилацетата, 35 г ксилола, 40 г тетрабутоксититана, 82,5 полибутилтитаната и 122,5 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 10°C.

Пример 24.

В ректор помещают 70 г этилацетата, 140 г ксилола, 17,5 г полибутилтитаната, 17,5 метилтриэтоксисилана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 90 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 5°C.

Пример 25.

В ректор помещают 17,5 г 2-этилгексанола, 17,5 г толуола, 175 метилтриэтоксисилана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 5 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 15°C.

Пример 26.

В ректор помещают 57,5 г 2-этилгексанола, 30 г толуола, 40 г полибутилтитаната, 82,5 г метилтриэтоксисилана и 140 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 98 мас. % Zn, 1 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 900 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 25°C.

Пример 27.

В ректор помещают 70 г 2-этилгексанола, 140 г толуола, 17,5 г тетраэтилсиликата, 17,5 г метилтриэтоксисилана и 105 г тройного сплава Zn-Mg-Al, содержащего 94 мас. % Zn, 5 мас. % Mg и 1 мас. % Al. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 20°C.

Пример 28.

В ректор помещают 46,7 г ксилола, 70 г тетрабутоксититана и 233,3 г тройного сплава 90-95 мас. % Zn, 1-5 мас. % Mg и 1-5 мас. % Al в виде пасты STAPA Zn4 HP, содержащей 90% сплава и 10% ксилола. Смесь диспергируют при 800 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 15°C.

Пример 29 .

В ректор помещают 87,5 г 2-этилгексанола, 87,5 г тетраэтилсиликата и 175 г тройного сплава 90-95 мас. % Zn, 1-5 мас. % Mg и 1-5 мас. % Al в виде пасты STAPA Zn4 HP, содержащей 90% сплава и 10% ксилола. Смесь диспергируют при 1000 об./мин. в течение 2-х часов при температуре 20°C.

Пример 30.

В ректор помещают 198,3 г бутилацетата, 25 полибутилтитаната, 10 метилтриэтоксисилана и 116,7 г тройного сплава 90-95 мас. % Zn, 1-5 мас. % Mg и 1-5 мас. % Al в виде пасты STAPA Zn4 HP, содержащей 90% сплава и 10% ксилола. Смесь диспергируют при 900 об./мин. В течение 2-х часов при температуре 25°C.

Во всех примерах подтвердилось достижение заявленного технического результата.

Представленные примеры предназначены для иллюстрации и не ограничивают объем изобретения, который определяется объемом прилагаемой формулы изобретения.

Предложенный состав является эффективным, обладает фиксированным значением коэффициента закручивания и фиксированным значением коэффициента трения и может быть использован для покрытия крепежных изделий без нанесения дополнительных слоев финишных покрытий.

Claims

Состав защитного одноупаковочного суспензионного цинксодержащего покрытия, состоящего из органического растворителя, выбранного из одноатомного спирта, или сложного эфира, или ароматического углеводорода, или их смеси, связующего, выбранного из титанатного или силанового связующего или их смеси, и тройного сплава Zn-Mg-Al в виде плоских чешуек размером не более 15 микрометров, вводимых в виде порошка или пасты, отличающийся тем, что с целью получения покрытия с фиксированным значением коэффициента закручивания и фиксированным значением коэффициента трения в диапазоне 0,12-0,18 тройной сплав Zn-Mg-Al содержит 90-98 мас.% Zn, 1-5 мас.% Mg и 1-5 мас.% Al, при следующем содержании компонентов (мас. %):
органический растворитель 20-60 связующее 10-50 тройной сплав Zn-Mg-Al 30-60