RU2784001C1 - Способ получения на сплавах алюминия защитных супергидрофобных покрытий с антистатическим эффектом - Google Patents
Способ получения на сплавах алюминия защитных супергидрофобных покрытий с антистатическим эффектом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784001C1 RU2784001C1 RU2022117245A RU2022117245A RU2784001C1 RU 2784001 C1 RU2784001 C1 RU 2784001C1 RU 2022117245 A RU2022117245 A RU 2022117245A RU 2022117245 A RU2022117245 A RU 2022117245A RU 2784001 C1 RU2784001 C1 RU 2784001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coatings
- sodium
- peo
- coating
- polarization
- Prior art date
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 230000003075 superhydrophobic Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001681 protective Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 13
- LVSJLTMNAQBTPE-UHFFFAOYSA-N disodium tetraborate Chemical compound [Na+].[Na+].O1B(O)O[B-]2(O)OB(O)O[B-]1(O)O2 LVSJLTMNAQBTPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims abstract description 10
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 9
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N Sodium molybdate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 7
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N n-methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims abstract description 5
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 10
- 229910015621 MoO Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910004835 Na2B4O7 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910004619 Na2MoO4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910000406 trisodium phosphate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 4
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N Decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 2
- AVTYONGGKAJVTE-UHFFFAOYSA-L Potassium tartrate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O AVTYONGGKAJVTE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229940111695 Potassium tartrate Drugs 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 description 2
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 description 2
- 235000016693 dipotassium tartrate Nutrition 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N iso-propanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000001472 potassium tartrate Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 description 2
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N Sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к получению защитных супергидрофобных покрытий с антистатическим эффектом на изделиях и конструкциях из сплавов алюминия и может найти применение при подготовке конструкционных материалов для машиностроения, автомобилестроения, авиационной и аэрокосмической техники, электро- и радиотехники, для производства компьютерной аппаратуры и других отраслей промышленности. Способ включает обработку поверхности сплава путем плазменного электролитического оксидирования при переменной поляризации обрабатываемого образца в электролите, содержащем тетраборат натрия, с последующим нанесением на сформированное ПЭО-покрытие фторполимера в органическом растворителе с последующей сушкой, при этом ПЭО проводят в электролите, содержащем, г/л: ортофосфат натрия Na3PO4 12H2O 10-50, молибдат натрия Na2MoO4 2Н2О 5-20 и тетраборат натрия Na2B4O7⋅12H2O 10-30, в течение 10-40 мин при плотности тока 0,1-0,2 А/см2 в ходе анодной поляризации образца и 0,05-0,1 А/см2 в ходе его катодной поляризации, полимерную пленку наносят путем напыления смеси, полученной введением в состав TUBALL, представляющий собой 2% раствор поливинилиденфторида (ПВДФ) в N-метил-2-пирролидоне, содержащий 0,4 масс. % углеродных нанотрубок SWCNT, добавку ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена в количестве, обеспечивающем массовое соотношение ПВДФ : ПТФЭ=1:(1-5), при этом образцы с нанесенным покрытием высушивают при температуре 40-70°С в течение 1-3 часов. Технический результат - повышение защитных свойств и увеличение срока службы получаемых покрытий путем сохранения их гидрофобных свойств за счет формирования проводящих покрытий с антистатическими свойствами. 2 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к способам получения защитных супергидрофобных антиобледенительных покрытий с антистатическим эффектом на изделиях и конструкциях из сплавов алюминия. Упомянутые сплавы представляют собой перспективные конструкционные материалы для машиностроения, автомобилестроения, авиационной и аэрокосмической техники, электро- и радиотехники, для производства компьютерной аппаратуры и других отраслей промышленности. Однако невысокая стойкость к коррозии существенно ограничивает их востребованность. Помимо этого, серьезную проблему представляет собой эксплуатация изделий и конструкций из алюминиевых сплавов при минусовых температурах в результате гололедно-изморозевых явлений.
Актуальной является разработка способов создания на поверхности изделий из алюминиевых сплавов защитных покрытий, в том числе гидрофобных и супергидрофобных, которые в эксплуатационных условиях призваны обеспечивать минимизацию контакта упомянутой поверхности с коррозионной средой, уменьшение гололедно-изморозевых осаждений и снижение скорости сопутствующих коррозионных процессов,
Известен (RU2567776, опубл. 2015.11.10) способ получения на сплавах алюминия защитных супергидрофобных покрытий путем плазменно-электролитического оксидирования в электролите, содержащем тартрат калия и фторид натрия, в гальваностатических условиях при плотности монополярного тока 0,5-1,0 А/см2 с последующей обработкой нанесенного ПЭО-покрытия в течение 20-70 мин в плазме озона с одновременным ультрафиолетовым облучением, после чего на обработанной таким образом поверхности формируют супергидрофобное покрытие путем осаждения дисперсии наночастиц диоксида кремния и фторсилоксанового гидрофобного агента в безводном декане. С помощью известного способа получают супергидрофобные покрытия, которые обеспечивают эффективное снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации конструкций и сооружений из сплавов алюминия в атмосфере с высокой влажностью и в агрессивной среде. Однако используемый в известном способе режим оксидирования и последующая обработка облучением требуют значительных энергозатрат, что делает его применение нерациональным при обработке крупногабаритных деталей и конструкций, необходимых для промышленности. Помимо этого, чтобы обеспечить качественное равномерное нанесение гидрофобного агента и его стабильное действие, требуются сложные процедуры предварительной подготовки поверхности ПЭО-покрытий, что ведет к усложнению и еще большему удорожанию известного способа.
Известен способ получения супергидрофобных покрытий на магнийсодержащих сплавах алюминия (RU2747434, опубл. 2021.05.05), согласно которому проводят плазменное электролитическое оксидирование изделия при его анодной поляризации в электролите, содержащем тартрат калия и фторид натрия, в гальваностатическом режиме при плотности анодного тока 150-160 А/дм2, росте анодного напряжения от 10-30 до 330-340 В в течение 1,5-3,0 мин, изделие с нанесенным ПЭО-покрытием выдерживают в сушильном шкафу при температуре 250-280°С, после чего погружают на 1-2 минуты в расплав ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ) при температуре 310-330°С на границе его перехода в твердое состояние, затем вынутое из расплава изделие сушат при температуре 250-280°С и в течение 1,5-2,0 часов снижают температуру до комнатной. Полученные покрытия обеспечивают снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации конструкций и сооружений из сплавов алюминия, легированных магнием, в атмосфере с высокой влажностью, препятствуют их обледенению в условиях минусовых температур. Недостатком известного способа является его небезопасность, обусловленная использованием расплава УПТФЭ. Вредное воздействие расплавленного УПТФЭ и высокая температура расплава требуют специальных средств защиты для обеспечения безопасности производства, что повышает требования к используемому технологическому оборудованию и значительно удорожает способ.
Известен (RU2707458, опубл. 2019.11.26) способ получения супергидрофобных покрытий с антиобледенительными свойствами на алюминии и его сплавах, обеспечивающих защиту различных конструкций и сооружений от гололедно-изморозевых отложений и сопутствующей коррозии, который предусматривает обработку поверхности алюминия или его сплава путем электролитического оксидирования в режиме плазменных микроразрядов при переменной поляризации обрабатываемой поверхности с постоянной амплитудной плотностью анодного и катодного токов 0,3-0,5 А/см2 в течение 3000-3600 с в электролите, содержащем гидроксид калия КОН и силикат натрия Na2SiO3, с последующим нанесением на обработанную поверхность ультрадисперсного политетрафторэтилена путем кратковременного погружения от 1 до 3 раз в его дисперсию в изопропиловом спирте с сушкой и термообработкой при 340-350°С в течение 10-15 мин после каждого погружения. Однако полученные покрытия в силу отсутствия электропроводящих свойств практически не оказывают влияния на накапливаемый заряд статического электричества, способствующий в итоге ухудшению параметров гидрофобности, что со временем приводит к усилению обледенения и гололедно-изморозевых осаждений в виде «замерзающего дождя», появлению очагов контакта поверхности защищаемого материала с коррозионной средой, ослаблению антикоррозионной защиты и сокращению срока службы защитного покрытия и защищаемого объекта.
Наиболее близким к предлагаемому является (RU2771886, опубл. 2022.05.13) способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия, предусматривающий обработку поверхности сплава путем плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) при переменной поляризации обрабатываемой поверхности в электролите, содержащем, г/л: натриевое жидкое стекло Na2SiO3 (n=2,5) 10-50; гидроксид калия КОН 1-5; фторид натрия NaF 1-5 и тетраборат натрия Na2B4O7⋅10H2O 10-30, с последующим нанесением на сформированное ПЭО-покрытие слоя фторполимера путем погружения на 4-5 с в дисперсию ультрадисперсного политетрафторэтилена УПТФЭ в органическом растворителе с последующей сушкой, при этом в ходе анодной поляризации оксидируемой поверхности значение напряжения сначала повышают со скоростью 0,78-0,88 В/с от 30 до 500-560 В и дальнейший процесс ПЭО проводят при достигнутом значении напряжения, а в катодной фазе процесс осуществляют гальваностатически при плотности тока 0,10-0,15 А/см2, погружение в проводят в дисперсию, содержащую поливинилиденфторид ПВДФ (C2H2F2-)n в количестве 5-8 мас. %, УПТФЭ в расчетном количестве, обеспечивающем весовое соотношение ПВДФ : УПТФЭ=1:(1-5), и N-метил-2-пирролидон -(C5H9NO)n- в качестве органического растворителя.
Недостатком известного способа является ухудшение из-за накапливающегося в ходе эксплуатации заряда статического электричества гидрофобных характеристик покрытия, усиление сопутствующей коррозии и связанное с этим снижение защитных свойств покрытия и сокращение срока его службы.
Задачей изобрегения является разработка способа получения на сплавах алюминия защитных покрытий, обладающих супергидрофобными свойствами, обеспечивающих долговременную защиту поверхности конструкций и сооружений, выполненных из сплавов алюминия, от гололедно-изморозевых отложений и сопутствующей коррозии.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении защитных свойств и увеличении срока службы получаемых покрытий путем сохранения их гидрофобных свойств за счет формирования проводящих покрытий с антистатическими свойствами.
Указанный технический результат достигают способом получения на сплавах алюминия защитных супергидрофобных покрытий с антистатическим эффектом, предусматривающим обработку поверхности сплава путем плазменного электролитического оксидирования при переменной поляризации обрабатываемого образца в электролите, содержащем тетраборат натрия, с последующим нанесением на сформированное ПЭО-покрытие фторполимера в органическом растворителе с последующей сушкой, в котором, в отличие от известного, ПЭО проводят в электролите, содержащем, г/л: ортофосфат натрия Na3PO4 12Н2О 10-50, молибдат натрия Na2MoO4 2Н2О 5-20 и тетраборат натрия Na2B4O7⋅12H2O 10-30, в течение 10-40 мин при плотности тока 0,1-0,2 А/см2 в ходе анодной поляризации образца и 0,05-0,1 А/см2 в ходе его катодной поляризации, полимерную пленку наносят путем напыления смеси, полученной введением в состав TUBALL, представляющий собой 2% раствор поливинилиденфторида (ГГВДФ) в N-метил-2-пирролидоне, содержащий 0,4 масс. % углеродных нанотрубок SWCNT и добавку ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена (УПТФЭ) в количестве, обеспечивающем массовое соотношение ПВДФ : ПТФЭ=1:(1-5), при этом образцы с нанесенным покрытием высушивают при температуре 40-70°С в течение 1-3 часов.
Оптимальные характеристики и наибольшая однородность поверхности покрытия обеспечиваются при воздушном распылении (давление воздуха 3,5-4 атм., диаметр сопла краскопульта 1,8 мм) смеси TUBALL (SWCNT(NMP)0,4%) и ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена (-C2F4-)n.
После стандартной подготовки образца сплава алюминия на его поверхности формируют керамикоподобный слой с микро- и нанопорами, используя метод плазменного электролитического оксидирования (ПЭО).
Покрытия с оптимальными характеристиками: высокой коррозионной устойчивостью, механической прочностью определяются структурой базового гетерооксидного ПЭО-покрытия, тонкий внутренний слой (прилегающий к подложке) которого характеризуется высокой адгезией, и высокими значениями прочности и износостойкости, а внешний содержит микро- и наноразмерные поры. Упомянутая структура формируется при проведении оксидирования в заданных, экспериментально установленных, условиях формирования.
Для обеспечения необходимой (оптимальной) скорости формирования ПЭО-покрытия на сплава алюминия проводят гальваностатику при плотности тока 0,1-0,2 А/см2, при этом значение амплитудного напряжения в ходе процесса оксидирования за 10-40 мин достигает 480-500 В. При катодной поляризации образца осуществляют гальзаностатику при плотности тока 0,05-0,1 А/см2.
На следующей стадии формируют композиционное покрытие с полимерной пленкой на поверхности путем напыления на базовое ПЭО-покрытие состава TUB ALL, содержащего 2 масс. % поливинилиденфторида -(C2H2F2)-n в N-метил-2-пирролидоне, модифицированного добавкой 0,4 масс. % углеродных нанотрубок SWCNT, в котором размешан ультрадисперсный порошок ПТФЭ в количестве, обеспечивающем заданное соотношение поливинилиденфторид: ультрадисперсный ПТФЭ
Добавление микрочастиц УПТФЭ приводит к увеличению многомодальности рельефа поверхности покрытия, улучшению износостойкости и коррозионной стойкости покрытия, а также значительно сокращает время высушивания полимерного слоя.
Политетрафторэтилен отличается среди фторполимеров самой высокой твердостью и чистотой, а среди полимеров самой высокой инертностью Он обладает высокой термической и химической стабильностью, а также хорошими трибологическими свойствами. Углеродные нанотрубки толщиной в один атом и длиной более 5 мкм являются одностенными и обладают высокой электро- и теплопроводностью.
Полимерная TUBALL/УПТФЭ пленка запечатывает поры на поверхности внешнего ПЭО-слоя и значительно увеличивает поверхностное электрическое сопротивление, теплопроводность и многомодальность поверхности, что способствует улучшению электрохимических и антифрикционных свойств покрытия в целом.
Раствор ПВДФ в N-метил-2-пирролидоне характеризуется стабильностью, отсутствием нерастворенных частиц и проявлений седиментации, что является существенным преимуществом при нанесении полимерной пленки в сравнении другими фторполимерами (в частности, одним политетрафторэтиленом). Наличие ПВДФ в растворе позволяет вносить дисперсные компоненты (углеродные нанотрубки и ультрадисперсный ПТФЭ) в состав сформированной полимерной пленки при обработке образца с предварительно полученным ПЭО-покрытием. Кроме того, прочно связанные с поверхностью полимерной пленки микрочастицы УПТФЭ формируют многоуровневую шероховатость, которая, в свою очередь, значительно усиливает гидрофобные свойства покрытия. Таким образом, сформированное в соответствии с предлагаемым способом композиционное покрытие обнаруживает высокие защитные свойства.
Примеры конкретного осуществления способа
Обработке подвергали образцы алюминиевых сплавов прямоугольной формы размером 50 мм × 50 мм × 2 мм. Подаваемый от источника тока ТЕР4-100/460Н-2-2УХЛ4 поляризующий сигнал сформирован импульсами с длительностью 0,0033 с каждый без временного интервала между ними.
Раствор TUBALL (SWCNT(NMP)0,4%), приобретенный у компании-производителя OCSiAl RUSSIA (Москва, Россия), послужил основой для приготовления смеси с микрочастицами УПТФЭ с помощью магнитной мешалки IKA-Werke RT15 Power IKAMAG (Германия).
Морфологию ПЭО-покрытий исследовали с помощью метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на Zeiss EVO 40 (Carl Zeiss Group, Германия).
На фиг. 1 (а, б) приведено СЭМ-изображение поверхности образцов алюминиевого сплава с базовым ПЭО-покрытием (при разном увеличении).
На фиг. 2 (а) показано СЭМ-изображение поверхности образца алюминиевого сплава с покрытием, полученным с использованием TUBALL.
На фиг. 2 (б и в) показано СЭМ-изображение (при разном увеличении) поверхности образца алюминиевого сплава с покрытием, полученным с использованием состава TUBALL/ УПТФЭ
Электрохимические свойства были оценены с использованием системы VMC-4 (Princeton Applied Research, США) методами поляризационных кривых и импедансной спектроскопии. Измерения проводили в трехэлектродной ячейке, заполненной 3% водным раствором NaCl.
Измерение электропроводимости ПЭО- и композиционных покрытий проводили с помощью системы измерения удельного и поверхностного сопротивления RMS-EL-Z с цифровым вольтметром RM3-AR (Jandel Engineering Ltd., Великобритания), способного генерировать постоянного тока в диапазоне 10 нА - 99,9 мА и измерять напряжения от 0,01 до 1250 мВ.
Исследование адгезии льда проводили на испытательной разрывной машине AG-X Plus (Shimadzu, Япония) при скорости нагружения 0,01 мм/с. Диаметр цилиндрического стального наконечника, которым проводили надавливание на столбик льда был равен 5 мм.
Для замораживания ледяных столбиков использовали морозильную камеру, выставленную на -18°С. Для фиксирования на образцах с размерами 50×50×2 мм места намерзания льда использовали пластиковый флакон диаметром 30 мм и толщиной стенки 1 мм, который выравнивали по центру исследуемых пластин с покрытиями и садили на силиконовую смазку. Далее сверху флаконов устанавливали груз 0,2 кг и помещали в холодильную камеру для охлаждения образцов до 0°С. После этого во флаконы заливали 7 мл охлажденной до -10°С деионизированной воды и образцы оставляли в морозильной камере до образования ледяных столбиков в течение 16-20 ч.
Перед испытаниями закрепленные в станке образцы выдерживали 20-30 мин в термокамере, охлаждающейся жидким азотом до температуры -15°С для исключения оттаивания ледяных столбиков от поверхности металлических образцов и образцов с покрытиями. Каждый вид поверхности был испытан на трех образцах.
Пример 1
Образец алюминиевого сплава АМг3 (масс. %: Mg 2,6-3,6; Мп 0,5; Si 0,4; Fe 0,4; Cr 0,3; Zn 0,2; Ti 0,15; Cu 0,1; остальное - Al) оксидировали в электролите состава, г/л:
| ортофосфат натрия | 10 |
| молибдат натрия | 5 |
| тетраборат натрия | 10. |
ПЭО-слой формировали в течение 30 мин в биполярном режиме при плотности тока 0,1 А/см2. При катодной поляризации образца использовали гальваностатику при j=0,05 А/см2.
В результате обработки сформировано равномерное бездефектное покрытие белого цвета толщиной 24,5±0,2 мкм со следующими характеристиками: угол смачивания деионизированной водой 33,9±1,2°; плотность тока свободной коррозии (4,9±0,5)×10-8 А/см2; видимая пористость покрытия 2,0±0,2%. Композиционное гидрофобное покрытие формировали путем воздушного напыления на поверхность образца с предварительно сформированным ПЭО-покрыгием раствора TUBALL с вмешанными в него микрочастицами УПТФЭ в количестве, обеспечивающем соотношение ПВДФ : УПТФЭ=1:1. Образец помещали в сушильный шкаф при температуре 50°С на 3 часа. В результате получено покрытие общей толщиной 29,5±0,1 мкм со следующими характеристиками: видимая пористость покрытия - 0%; поверхностное электрическое сопротивление покрытия (Rs) - ≤3⋅103 Ом; плотность тока коррозии (4,7±1,6)×10-10 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 148,3±3,8°; угол скатывания 12,4±0,8°; значение адгезии льда - 30,5±3,2 кПа.
Пример 2
Образец алюминиевого сплава АМг6 (масс. %: Mg 5,8-6,8; Мл 0,5-0,8; Si 0,4; Fe 0,4; Zn 0,2; Cu 0,1; Ti 0,02-0,1; остальное - А1) оксидировали в электролите состава, г/л:
| ортофосфат натрия | 50 |
| молибдат натрия | 10 |
| тетраборат натрия | 30. |
ПЭО-слой формировали в 10 мин биполярном режиме при плотности тока 0,2 А/см2. При катодной поляризации образца процесс осуществляют гальваностатически при j=0,1 А/см2.
В результате обработки сформировано равномерное бездефектное покрытие белого цвета толщиной 21,0±0,2 мкм со следующими характеристиками: угол смачивания деионизированной водой 30,6±0,9°; плотность тока свободной коррозии (1,0±0,7)×10-8 А/см2; видимая пористость покрытия 1,6±0,2%. на распыления на поверхность образца с предварительно сформированным ПЭО-покрытием раствора TUBALL с вмешанными в него микрочастицами УПТФЭ в соотношении ПВДФ : УПТФЭ=1:5. Затем образец помещали в сушильный шкаф при температуре 40°С в течение 1 ч. В результате получено покрытие общей толщиной 31,5±0,8 мкм со следующими характеристиками; видимая пористость покрытия - 0%; поверхностное электрическое сопротивление покрытия (Rs) - ≤3⋅103 Ом; плотность тока коррозии (3,8±0,9)×10-12 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 160,8±0,7°; угол скатывания 5,2±0,5°; значение адгезии льда - 8,0±0,9 кПа.
Пример 3
Образец алюминиевого сплава Д16 (масс. %: Cu 4,59; Mg 1,40; Fe 0,47; Mn 0,42; Si 0,21; Zn 0,06; Cr 0,02; Ti 0,01; остальное - Al) оксидировали в электролите состава, г/л:
| ортофосфат натрия | 40 |
| молибдат натрия | 20 |
| тетраборат натрия | 20. |
ПЭО-слой формировали в течение 40 мин в биполярном режиме при плотности тока 0,1 А/см2. При катодной поляризации образца процесс осуществляют гальваностатически при j=0,1 А/см2.
В результате обработки сформировано равномерное бездефектное покрытие белого цвета толщиной 30,5±0,2 мкм со следующими характеристиками: угол смачивания деионизированной водой 31,5±2,9°; плотность тока свободной коррозии (2,3±0,3)×10-8 А/см2; видимая пористость покрытия 2,5±0,2%. Композиционное гидрофобное покрытие формировали аналогично способу в примере 2. В результате получено супергидрофобное покрытие общей толщиной 39,3±0,8 мкм со следующими характеристиками: видимая пористость покрытия - 0%, поверхностное электрическое сопротивление покрытия (Rs) - ≤3⋅103 Ом; плотность тока коррозии (2,8±0,9)×10-12 А/см2; угол смачивания деионизированной водой - 164,5±1,1°; угол скатывания - 3,8±0,7°; значение адгезии льда - 7,9±0,8 кПа.
Claims (1)
- Способ получения на сплавах алюминия защитных супергидрофобных покрытий с антистатическим эффектом, предусматривающим обработку поверхности сплава путем плазменного электролитического оксидирования при переменной поляризации обрабатываемого образца в электролите, содержащем тетраборат натрия, с последующим нанесением на сформированное ПЭО-покрытие фторполимера в органическом растворителе с последующей сушкой, отличающийся тем, что ПЭО проводят в электролите, содержащем, г/л: ортофосфат натрия Na3PO4 12H2O 10-50, молибдат натрия Na2MoO4 2Н2О 5-20 и тетраборат натрия Na2B4O7⋅12H2O 10-30, в течение 10-40 мин при плотности тока 0,1-0,2 А/см2 в ходе анодной поляризации образца и 0,05-0,1 А/см2 в ходе его катодной поляризации, полимерную пленку наносят путем напыления смеси, полученной введением в состав TUBALL, представляющий собой 2% раствор поливинилиденфторида (ПВДФ) в N-метил-2-пирролидоне, содержащий 0,4 масс. % углеродных нанотрубок SWCNT, добавку ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена в количестве, обеспечивающем массовое соотношение ПВДФ : ПТФЭ=1:(1-5), при этом образцы с нанесенным покрытием высушивают при температуре 40-70°С в течение 1-3 часов.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2784001C1 true RU2784001C1 (ru) | 2022-11-23 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115896895A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-04-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种在tc4钛合金表面制备防静电且高吸收和高发射的复合热控涂层及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101423945B (zh) * | 2007-11-02 | 2010-10-27 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种轻质金属超疏水表面的制备方法 |
| RU2567776C1 (ru) * | 2014-10-24 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия |
| RU2747434C1 (ru) * | 2020-08-24 | 2021-05-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения супергидрофобных покрытий на магнийсодержащих сплавах алюминия |
| RU2771886C1 (ru) * | 2021-06-29 | 2022-05-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101423945B (zh) * | 2007-11-02 | 2010-10-27 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种轻质金属超疏水表面的制备方法 |
| RU2567776C1 (ru) * | 2014-10-24 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия |
| RU2747434C1 (ru) * | 2020-08-24 | 2021-05-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения супергидрофобных покрытий на магнийсодержащих сплавах алюминия |
| RU2771886C1 (ru) * | 2021-06-29 | 2022-05-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115896895A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-04-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种在tc4钛合金表面制备防静电且高吸收和高发射的复合热控涂层及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Corrosion protection properties of inhibitor containing hybrid PEO-epoxy coating on magnesium | |
| Ivanou et al. | Plasma anodized ZE41 magnesium alloy sealed with hybrid epoxy-silane coating | |
| Xiang et al. | Effects of current density on microstructure and properties of plasma electrolytic oxidation ceramic coatings formed on 6063 aluminum alloy | |
| Lamaka et al. | Complex anticorrosion coating for ZK30 magnesium alloy | |
| Wang et al. | Facile and fast fabrication of superhydrophobic surface on magnesium alloy | |
| Liu et al. | Effect of additives on the properties of plasma electrolytic oxidation coatings formed on AM50 magnesium alloy in electrolytes containing K2ZrF6 | |
| Xu et al. | Superhydrophobic copper stearate/copper oxide thin films by a simple one-step electrochemical process and their corrosion resistance properties | |
| Mashtalyar et al. | Polymer-containing layers formed by PEO and spray-coating method | |
| Rahimi et al. | Comparison of corrosion and antibacterial properties of Al alloy treated by plasma electrolytic oxidation and anodizing methods | |
| Peng et al. | Preparation of anodic films on 2024 aluminum alloy in boric acid-containing mixed electrolyte | |
| Zhang et al. | Fabrication of a superhydrophobic polypropylene coating on magnesium alloy with improved corrosion resistance | |
| Lv et al. | Microstructure and corrosion resistance of plasma electrolytic oxidized recycled Mg alloy | |
| Zhang et al. | An ionic liquid-assisted strategy for enhanced anticorrosion of low-energy PEO coatings on magnesium–lithium alloy | |
| RU2486295C1 (ru) | Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на стали | |
| Wu et al. | Preparation, interface properties and corrosion behavior of nano-modified MAO ceramic film on 5B70 Al alloy | |
| JP5369083B2 (ja) | 高耐電圧性を有する表面処理アルミニウム部材およびその製造方法 | |
| RU2784001C1 (ru) | Способ получения на сплавах алюминия защитных супергидрофобных покрытий с антистатическим эффектом | |
| RU2569259C1 (ru) | Способ получения защитных полимерсодержащих покрытий на металлах и сплавах | |
| Sun et al. | Construction of superhydrophobic GO/Ca coating on AZ31 magnesium alloy for enhanced anti-corrosion performance | |
| RU2534123C9 (ru) | Способ получения защитных покрытий на вентильных металлах и их сплавах | |
| Zhao et al. | Influence of Y2O3/Nd2O3 particles additive on the corrosion resistance of MAO coating on AZ91D magnesium alloy | |
| Datta et al. | Transpassive dissolution of 420 stainless steel in concentrated acids under electropolishing conditions | |
| Reddy et al. | Improved Corrosion Protection of Aluminum Alloys by System Approach Interface Engineering: Part 1—Alclad 2024-T3 | |
| Zhang et al. | Correlation between microhardness and microstructure of anodic film on 2024 aluminum alloy | |
| RU2782788C1 (ru) | Способ получения на сплавах магния проводящих супергидрофобных покрытий |