WO2022164345A1 - Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов - Google Patents

Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов Download PDF

Info

Publication number
WO2022164345A1
WO2022164345A1 PCT/RU2021/050445 RU2021050445W WO2022164345A1 WO 2022164345 A1 WO2022164345 A1 WO 2022164345A1 RU 2021050445 W RU2021050445 W RU 2021050445W WO 2022164345 A1 WO2022164345 A1 WO 2022164345A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal
polymer
workpiece
layer
prepared
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050445
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай Юрьевич ОВЧАРЕНКО
Original Assignee
Николай Юрьевич ОВЧАРЕНКО
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Юрьевич ОВЧАРЕНКО filed Critical Николай Юрьевич ОВЧАРЕНКО
Priority to DE112021006205.0T priority Critical patent/DE112021006205T5/de
Publication of WO2022164345A1 publication Critical patent/WO2022164345A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/34—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement"
    • B29C65/36—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction
    • B29C65/3672—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the composition of the elements heated by induction which remain in the joint
    • B29C65/3676—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the composition of the elements heated by induction which remain in the joint being metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/34—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement"
    • B29C65/36—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction
    • B29C65/3604—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint
    • B29C65/3608—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint comprising single particles, e.g. fillers or discontinuous fibre-reinforcements
    • B29C65/3612—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint comprising single particles, e.g. fillers or discontinuous fibre-reinforcements comprising fillers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/34—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement"
    • B29C65/36—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction
    • B29C65/3604—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint
    • B29C65/3608—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint comprising single particles, e.g. fillers or discontinuous fibre-reinforcements
    • B29C65/3616—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint comprising single particles, e.g. fillers or discontinuous fibre-reinforcements comprising discontinuous fibre-reinforcements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/34—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement"
    • B29C65/36—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction
    • B29C65/3604—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint
    • B29C65/364—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" heated by induction characterised by the type of elements heated by induction which remain in the joint being a woven or non-woven fabric or being a mesh
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/44—Joining a heated non plastics element to a plastics element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/72—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by combined operations or combined techniques, e.g. welding and stitching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/026—Chemical pre-treatments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/303—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect
    • B29C66/3032—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect making use of protrusions or cavities belonging to at least one of the parts to be joined
    • B29C66/30325—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect making use of protrusions or cavities belonging to at least one of the parts to be joined making use of cavities belonging to at least one of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/347—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined using particular temperature distributions or gradients; using particular heat distributions or gradients
    • B29C66/3474—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined using particular temperature distributions or gradients; using particular heat distributions or gradients perpendicular to the plane of the joint
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/45—Joining of substantially the whole surface of the articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8182—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the thermal insulating constructional aspects
    • B29C66/81821—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the thermal insulating constructional aspects of the welding jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/02—Layer formed of wires, e.g. mesh
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B19/00—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica
    • B32B19/04—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica next to another layer of the same or of a different material
    • B32B19/041—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica next to another layer of the same or of a different material of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B19/00—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica
    • B32B19/08—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica comprising asbestos
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/285—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyethers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/16—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer formed of particles, e.g. chips, powder or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/303—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect
    • B29C66/3032—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect making use of protrusions or cavities belonging to at least one of the parts to be joined
    • B29C66/30321—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect making use of protrusions or cavities belonging to at least one of the parts to be joined making use of protrusions belonging to at least one of the parts to be joined
    • B29C66/30322—Particular design of joint configurations the joint involving an anchoring effect making use of protrusions or cavities belonging to at least one of the parts to be joined making use of protrusions belonging to at least one of the parts to be joined in the form of rugosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B32B2255/205—Metallic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/105—Metal
    • B32B2264/1055—Copper or nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/304—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B32B2307/737—Dimensions, e.g. volume or area
    • B32B2307/7375—Linear, e.g. length, distance or width
    • B32B2307/7376—Thickness

Definitions

  • the present invention relates to the field of manufacturing combined structural materials consisting of metals and polymers.
  • a method for producing a metal-polymer coating for a metal surface is known from the prior art (see RU2702881, class C23C26/00, publ. 10/11/2019 [1]).
  • the known method [1] refers to the field of polymer production and can be used in various industries, including engineering, aviation and instrumentation.
  • a layer of a polymer coating with an integrated component is applied to the metal coating, after which the resulting workpiece is melted by the induction heating method, as a result of which a metal-polymer coating is formed.
  • the polymer coating consists of a gas-permeable layer of polyethylene enriched with glass fiber filaments, and the metal coating consists of a corrosion-resistant alloy with high roughness, while the specified polymer coating is applied to the specified metal by electrostatic spraying, and the joint melting of the workpiece is carried out by means of induction heating, resulting in the formation of a gradient coating, the polymer part of which contains fiberglass, which increases the resistance of the coating to mechanical stress.
  • the resulting coating does not crack during induction heating, and also has a high tensile strength.
  • the closest in terms of technical essence to the proposed invention is a method for applying a metal-polymer coating on a metal base (see RU2627543, class C23C26 / 00, publ. 2017 [2]).
  • Known technical solution [2] relates to methods for applying protective coatings and is used to protect products, mainly in the chemical and engineering fields of technology.
  • a metal-polymer coating is applied to a metal base and includes obtaining a metal layer and a polymer layer, combining the coating obtained with a pre-prepared metal base by forming a substrate on it and then heating the polymer layer to the required melting temperature by heating metal layer.
  • the metal layer used is permeable, and the polymer layer is formed in the form of a dry gas-permeable layer.
  • the resulting coating is combined and has high technical and operational coatings, in particular, it has high chemical resistance, high anti-friction performance, high wear resistance, etc.
  • this method [2] it should be taken into account that not a local area of the coating is subjected to heat treatment, which must be heated to the melting temperature, but the entire sample, which does not contribute to the efficient and rational use of energy resources, and also necessitates the study of each sample obtained for its compliance with the original parameters.
  • the state of the art lacks a simple and inexpensive technology for joining (welding) polymeric and metallic materials, in which there is no need to heat the workpieces, no thermal deformations occur, no thermal stresses occur, and mechanical joining of materials is provided.
  • the technical objective of the present invention is to create a technology for the fusion of polymer and metal to obtain combined structural materials with a wide potential for industrial use and high technical and operational performance.
  • the technical result of the proposed invention is the implementation of the connection of polymer and metal blanks into a single product, in the implementation of which thermal deformations and stresses are excluded, and the geometric stability of the resulting object is maintained.
  • the specified technical result and the solution of the existing technical problem are achieved due to the fact that in the production process in a metal component is placed in the polymer blank at a depth of 0.1 to 1.5 mm from the surface intended for subsequent fusion, forming an integrated combined layer that emits thermal radiation under the influence of an alternating electromagnetic field, the resulting polymer blank is turned with the specified surface to the prepared surface of the metal blank and placed a combined object into an alternating electromagnetic field with a frequency of 0.1 to 10 kHz, creating at the boundary of the surfaces to be fused a region limited in time and size with a temperature sufficient for melting the integrated combined layer of the polymer blank and its adhesion to the prepared surface of the metal blank by squeezing the surfaces by an amount from 0.1 to 1.5 mm, leading to mechanical adhesion of the polymeric integrated combined layer and the prepared metal surface and ensuring the connection of the surfaces of the workpieces.
  • the metal component can be in the form of a honeycomb structure and/or a lattice and/or particles and/or balls and/or fragments and/or fibers and/or a flat mesh and/or a three-dimensional mesh.
  • the most preferred embodiment of the invention is the use of methods for controlling the depth of the metal elements, for example, making bends in the mesh metal component facing the fusion boundary.
  • a variant of the prepared surface of a metal workpiece is the presence of a surface bronze-nickel layer with a grain size of up to 200 microns and a thickness of 0.2-0.3 mm, or grooves inclined at an angle of 30 - 45 ° to the surface of the workpiece with a depth of 0.3 - 0.5 mm and 1 mm wide, or inclined holes with a diameter of 1 mm.
  • the metal workpiece is preheated and insulated from environment with a heat-insulating element selected from the group including basalt and/or asbestos and/or synthetic material.
  • the fundamental characteristics of the proposed technology which predetermine the proposed object and form its basis and purpose, is the formation of an integrated combined layer in a polymer blank capable of emitting thermal radiation under the influence of an alternating electromagnetic field, the combination of the resulting polymer blank with a metal blank, as well as their subsequent joint placement in zone of action of an alternating electromagnetic field with a frequency of 0.1 to 10 kHz for a given period of time to obtain a finished product.
  • the integrated combined layer of polymeric material contains a metal component, which is placed at a depth of 0.1 to 1.5 mm from the surface intended for subsequent fusion with another surface, for example, with a prepared metal surface.
  • the polymer and metal surfaces intended for fusion are combined and placed in the zone of an alternating electromagnetic field (for example, in an induction furnace) and exposed to an alternating electromagnetic field with a frequency of 0.1 to 10 kHz, which creates an area of short-term temperature exposure sufficient for melting polymer and its high-quality adhesion by subsequent squeezing of objects by a value of 0.1 to 1.5 mm and obtaining a combined structural material.
  • the main purpose of creating an integrated combined layer in a polymer preform is to provide the ability to transfer heat to a layer of polymer material and heat it up to the melting temperature under the influence of an alternating electromagnetic field.
  • the metal component of this layer should be located near the surface of the workpiece intended for melting, which is ensured in the injection or extrusion process by choosing the injection direction, speed and pressure.
  • the polymer workpiece by the fused surface In the process of heating from an alternating electromagnetic field, the polymer workpiece by the fused surface must be closely aligned with the prepared surface of the metal workpiece, and the latter can be isolated from the environment by heat-insulating elements.
  • the alternating electromagnetic field used according to the proposed technology leads to a rapid heating of the joint layer between the surfaces of the workpieces, while the rest of the materials do not have time to heat up, and maintains the stability of geometric parameters, accuracy indicators of the connection of components, and eliminates thermal deformations and stresses at all stages of production operations.
  • the above-described proposed process for obtaining a combined structural material taking into account its characteristics and technical features, has a set of features sufficient to achieve a given technical result, which consists in the mechanical connection of a polymeric and metallic material, during the manufacturing process of which the geometric stability of the finished product is maintained, the possibilities are eliminated the occurrence of thermal deformations and stresses, and a combined structural material is created with a wide potential for industrial use and high technical and operational performance.
  • FIG. 1 shows an example of the arrangement of layers of materials during heating with the designation of the connecting layer
  • FIG. 2 shows the final view of the connected surfaces
  • FIG. 3 shows an example of a used metal component for a mesh-like polymer preform.
  • the proposed method for obtaining a combined structural material using a composite antifriction material can be implemented as follows:
  • FIG. 1 - fig. 3 shows the following parts and elements used in the implementation of the proposed method for obtaining a combined structural material using a composite anti-friction material:
  • a metal component 5 is placed inside the mold until injection or extrusion.
  • the polyetheretherketone and the metal component 5 thus form an integrated combined layer, which is capable of transferring heat to the polymer material under the action of an alternating electromagnetic field and heating it to a melting temperature.
  • the metal component 5 is located precisely at the fusion surface of the polymer blank 1, i.e. is located at a depth of 0.1 to 1.5 mm from this surface, which is ensured by the correct choice of direction, speed control and injection pressure. It is important to mention that if the specified value of 1.5 mm is exceeded, when installing the metal component 5, the volume of the polymer that is subject to heating increases, which negatively affects the time, quality and energy consumption during further pressing of the workpieces, and when the metal component 5 is installed to a depth of less than 0.1 mm amount of molten polymer will be insufficient for penetration deep into the surface of the metal workpiece, which will lead to poor adhesion of materials.
  • the location of the metal component 5 is controlled visually or using a thickness gauge.
  • the surface of the metal blank 3 (steel 45 GOST 1050-88) is prepared and a bronze-nickel layer with a grain size of 100–200 ⁇ m and a layer thickness of 0.2–0.3 mm is applied with an electric arc metallizer.
  • the resulting polymer blank 1 is turned with the side of the integrated layer to the prepared surface of the metal blank 3 and the closely aligned blanks are placed in a 10 kW induction furnace with a flat inductor tuned to a current frequency of 2 kHz.
  • the choice of the frequency and magnitude of the magnetic flux for heating the butt layer is determined by the geometric dimensions of the workpieces, their shape and the required degree of adhesion of materials.
  • the metal workpiece 3 can be preheated and insulated from the environment with a heat-insulating element 4, which can be made of basalt, asbestos or synthetic material.
  • the heating depth of the layer of the polymer blank 1 is determined by the depth of the integrated metal element.
  • the depth of heating of the metal workpiece 3 is determined by the ratio:
  • CM where p - electrical resistivity, 0m-mm2/m; c - magnetic permeability, G/Oe; f is the current frequency, Hz.
  • the effective heating of the butt layer with a size of 200 * 200 * 3 mm to the melting point of polyetheretherketone at 343 ° C takes 10 s, after which it is possible to press the combined blanks to ensure adhesion in the resulting butt layer.
  • the combined surfaces are squeezed by a value from 0.1 to 1.5 mm, at which the volume of the expanded polymer is sufficient for its penetration into the prepared layer of the metal blank 3 with a grain size of 100–200 ⁇ m and a layer thickness of 0, 2 - 0.3 mm, which leads to mechanical adhesion of the joined layers of polymer 1 and metal 3 blanks.
  • Excess polymeric material is squeezed out through the edges of the workpieces, eliminating air and possible excess parts of the metal component 5, while the size and quantity of the remaining metal inclusions in the polymeric workpiece 1 does not adversely affect the mechanical performance of the adhesion.
  • the proposed technology for obtaining mechanical joints of polymer and metal provides for the possibility of joining parts without the need to heat them as a whole, eliminating the need to move hot billets during the production process to the place of pressing.
  • the proposed technology makes it possible to produce short-term heating in a zone limited in size, as a result of which there is no significant heating of other parts of the polymer blank, except for the one that is melted in the intermediate joint layer.
  • the metal billet also does not heat up, as a result of which thermal deformations and stresses do not occur.
  • a high accuracy of joining workpieces up to 0.05-0.1 mm
  • the reliability and quality of the parts obtained are additionally ensured, which can be successfully used in various branches of technology.
  • the present invention can be widely used in many areas of mechanical engineering, in particular, it can be effectively and successfully used for the manufacture of anti-friction components of plain bearings.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов содержит следующие этапы: в процессе производства в полимерную заготовку помещается металлический компонент на глубину от ОД до 1,5 мм от предназначенной для последующего сплавления поверхности, образуя интегрированный комбинированный слой, испускающий тепловое излучение под воздействием переменного электромагнитного поля. Полученную полимерную заготовку обращают указанной поверхностью к подготовленной поверхности металлической заготовки и помещают совмещенные заготовки в переменное электромагнитное поле частотой от 0,1 до 10 kHz, создавая на границе сплавляемых поверхностей ограниченную по времени и размеру область с температурой, достаточной для плавления интегрированного комбинированного слоя полимерной заготовки и его адгезии к подготовленной поверхности металлической заготовки путем сдавливания поверхностей на величину от 0,1 до 1,5 мм, приводящего к механическому соединению полимерного интегрированного комбинированного слоя и подготовленной металлической поверхности. Обеспечивается исключение термической деформации и напряжения, высокая точность соединения, а также сохранение геометрической устойчивости получаемого объекта.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Предлагаемое изобретение относится к области изготовления комбинированных конструкционных материалов, состоящих из металлов и полимеров.
Из уровня техники известен способ получения металлополимерного покрытия для металлической поверхности (см. RU2702881, кл. С23С26/00, публ. 11.10.2019 г. [1]).
Известный способ [1] относится к области полимерных производств и может быть использован в различных областях промышленности, в том числе машиностроительной, авиационной и приборостроительной.
Согласно известному способу [1] на металлическое покрытие наносят слой полимерного покрытия с интегрированным компонентом, после чего полученную заготовку оплавляют способом индукционного нагрева, в результате чего формируется металлополимерное покрытие.
Особенностью известного решения является, то что полимерное покрытие состоит из газопроницаемого слоя полиэтилена, обогащенного нитями стекловолокна, а металлическое покрытие состоит из коррозионностойкого сплава с высокой шероховатостью, при этом наносится указанное полимерное покрытие на указанное металлическое методом электростатического распыления, а совместное оплавление заготовки производится посредством индукционного нагрева, в результате чего формируется градиентное покрытие, полимерная часть которого содержит стекловолокно, что увеличивает стойкость покрытия к механическим воздействиям.
Получаемое покрытие не растрескивается при индукционном нагреве, а также имеет высокую прочность на разрыв. В качестве недостатка рассматриваемого технического решения [1] целесообразно отметить вероятное изменение геометрических характеристик заготовки непосредственно при индукционном нагреве, а также в режиме последующего остывания, что ограничивает применение получаемых композитных материалов особенно в высокотехнологичных производственных сферах, поскольку упомянутые неточности влекут за собой появление нежелательных микро -деформаций и как результат образование нестабильных промежуточных соединений составных частей.
Наиболее близким с точки зрения технической сущности к предлагаемому изобретению является способ нанесения металлополимерного покрытия на металлическую основу (см. RU2627543, кл. С23С26/00, публ. 2017г. [2]).
Известное техническое решение [2] относится к способам нанесения защитных покрытий и применяется для защиты изделий, преимущественно в химической и машиностроительной областях техники.
Суть известной технологии [2] заключается в том, что наносится металлополимерное покрытие на металлическую основу и включает получение металлического слоя и слоя полимера, совмещение полученного с предварительно подготовленной металлической основой путем формирования на ней подложки и последующего нагрева слоя полимера до необходимой температуры его плавления путем нагрева металлического слоя.
В соответствии с уникальными особенностями выполнения рассматриваемого способа, используемый металлический слой выполняется проницаемым, а слой полимера формируют в виде сухого газопроницаемого слоя.
Получаемое покрытие является комбинированным и имеет высокие технико-эксплуатационные покрытия, в частности, имеет высокую химическую стойкость, высокие антифрикционные показатели, высокую стойкость износа и др. При реализации данного способа [2] следует учитывать, что термической обработке подвергается не локальный участок покрытия, который необходимо разогреть до температуры плавления, а целиком весь образец, что не способствует эффективному и рациональному расходованию энергоресурсов, а также обуславливает необходимость проведения исследования каждого полученного образца на его соответствие первоначальным параметрам.
Упомянутые системные недостатки ставят под сомнение целесообразность масштабного и серийного производства рассматриваемых комбинированных покрытий, поскольку затрачивается чрезмерное количество эксплуатационных затрат, несопоставимых с количеством получаемых образцов, прошедших проверку и пригодных для промышленного использования.
В настоящее время в уровне техники отсутствует простая и недорогая технология соединения (сварки) полимерных и металлических материалов, при которой нет необходимости разогрева заготовок, не происходит тепловых деформаций, не возникает тепловых напряжений и обеспечивается механическое соединение материалов.
Таким образом, технической задачей предлагаемого изобретения является создание технологии сплавления полимера и металла для получения комбинированных конструкционных материалов, обладающих широким потенциалом промышленного использования и высокими техникоэксплуатационными показателями.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является реализация соединения полимерной и металлической заготовок в единое изделие, при осуществлении которого исключаются термические деформации и напряжения, и сохраняется геометрическая устойчивость получаемого объекта.
Заданный технический результат и решение существующей технической проблемы достигаются благодаря тому, что в процессе производства в полимерную заготовку помещается металлический компонент на глубину от 0,1 до 1,5 мм от предназначенной для последующего сплавления поверхности, образуя интегрированный комбинированный слой, испускающий тепловое излучение под воздействием переменного электромагнитного поля, полученную полимерную заготовку обращают указанной поверхностью к подготовленной поверхности металлической заготовки и помещают совмещенный объект в переменное электромагнитное поле частотой от 0,1 до 10 kHz, создавая на границе сплавляемых поверхностей ограниченную по времени и размеру область с температурой, достаточной для плавления интегрированного комбинированного слоя полимерной заготовки и его адгезии к подготовленной поверхности металлической заготовки методом сдавливания поверхностей на величину от 0,1 до 1,5 мм, приводящего к механическому сцеплению полимерного интегрированного комбинированного слоя и подготовленной металлической поверхности и обеспечения соединения поверхностей заготовок.
Согласно различным вариантам исполнения изобретения, металлический компонент может выполняться в виде ячеистой структуры и/или решетки и/или частиц и/или шариков и/или осколков и/или волокон и/или плоской сетки и/или трехмерной сетки.
Наиболее предпочтительным вариантом осуществления изобретения является использование способов контроля глубины расположения металлических элементов, например, изготовление в сеточном металлическом компоненте изгибов, обращенных в сторону границы сплавления.
Вариантом подготовленной поверхности металлической заготовки является наличие поверхностного бронзо-никелевого слоя с зернистостью до 200 мкм и толщиной 0, 2-0,3 мм, или наклонных под углом 30 - 45° к поверхности заготовки пазов глубиной 0,3 - 0,5 мм и шириной 1 мм, или наклонных отверстий диаметром 1 мм.
По одному из возможных вариантов осуществления изобретения металлическая заготовка предварительно нагревается и изолируется от окружающей среды теплоизолирующим элементом, выбранным из группы, включающим базальт и/или асбест и/или синтетический материал.
Согласно предлагаемой изобретательской концепции, представляется процедура соединения заготовок из полимерного материала и металла в единое целое, что создает возможность промышленного производства современных комбинированных конструкционных материалов с высокими техническими параметрами и универсальностью применения.
Фундаментальными характеристиками предлагаемой технологии, которые предопределяют предлагаемый объект и формируют его основу и назначение, является формирование интегрированного комбинированного слоя в полимерной заготовке, способного выделять тепловое излучение под воздействием переменного электромагнитного поля, совмещение полученной полимерной заготовки с металлической заготовкой, а также их последующее совместное размещение в зоне действия переменного электромагнитного поля частотой от 0,1 до 10 kHz на заданный промежуток времени для получения готового продукта.
Технологическое новшество в соответствии с изобретательским замыслом заключается в том, что интегрированный комбинированный слой полимерного материала содержит металлический компонент, который помещается на глубину от 0,1 до 1,5 мм от поверхности, предназначенной для последующего сплавления с другой поверхностью, например, с подготовленной металлической поверхностью. Предназначенные для сплавления полимерная и металлическая поверхности совмещаются и размещаются в зоне переменного электромагнитного поля (например, в индукционную печь) и подвергаются воздействию переменным электромагнитным полем с частотой от 0,1 до 10 kHz, которое создает область короткого по времени температурного воздействия, достаточного для плавления полимера и его качественной адгезии путем последующего сдавливания объектов на величину от 0,1 до 1,5 мм и получению комбинированного конструкционного материала. Особое внимание, с точки зрения изобретательского замысла, следует уделить тому, что в процессе производства, обеспечивается кратковременное создание на границе сплавляемых поверхностей ограниченной зоны нагрева с равномерным распределением температуры, достаточной для плавления полимера и его качественной адгезии к материалу-основе.
Также важно отметить, что основная цель создания интегрированного комбинированного слоя в полимерной заготовке - обеспечение возможности передавать тепло в слой полимерного материала и разогревать его до температуры плавления под воздействием переменного электромагнитного поля. При этом металлический компонент данного слоя должен располагаться у поверхности заготовки, предназначенной для плавления, что обеспечивается в процессе впрыска или экструзии выбором направления, скорости и давления впрыска.
В процессе нагрева от переменного электромагнитного поля полимерная заготовка сплавляемой поверхностью должна быть плотно совмещена с подготовленной поверхностью металлической заготовки, причем последняя может быть изолирована от окружающей среды теплоизолирующими элементами.
Используемое, согласно предлагаемой технологии переменное электромагнитное поле, приводит к быстрому разогреву стыковочного слоя между поверхностями заготовок, при этом остальной объём материалов не успевает нагреться, и сохраняет стабильность геометрических параметров, показателей точности соединения составных частей, и устраняются термические деформации и напряжения на всех этапах производственных операций.
После достижения температуры плавления в интегрированном слое полимерной заготовки производится взаимное сдавливание (прессование) поверхностей заготовок на величину от 0,1 до 1,5 мм, что приводит к проникновению расплавленного полимера в подготовленный слой металлической заготовки и к механическому сцеплению обоих поверхностей, ведущее к созданию комбинированного конструкционного материала.
Таким образом, описанный выше предлагаемый процесс получения комбинированного конструкционного материала с учетом его характеристик и технических особенностей обладает совокупностью признаков, достаточных для достижения заданного технического результата, заключающегося в механическом соединении полимерного и металлического материала, в процессе изготовления которого сохраняется геометрическая устойчивость готового изделия, устраняются возможности возникновения термических деформаций и напряжений, и создается комбинированный конструкционный материал с широким потенциалом промышленного использования и высокими технико-эксплуатационными показателями .
На фиг. 1 представлен пример расположения слоев материалов в процессе разогрева с обозначением стыковочного слоя;
На фиг. 2 представлен конечный вид соединённых поверхностей;
На фиг. 3 представлен пример используемого металлического компонента для полимерной заготовки в виде сетки.
Предлагаемый способ получения комбинированного конструкционного материала поясняется конкретным примером реализации с использованием композиционного антифрикционного материала, который, однако, не является единственно возможными, но наглядным образом демонстрирует достижение указанной совокупностью существенных признаков заданного технического результата, а также решение существующей технической проблемы.
Следует отметить, что цель последующего описания предлагаемого изобретения заключается не в его ограничении конкретным вариантом реализации, а наоборот, в охвате всевозможных дополнений, не выходящих за рамки представленной формулы изобретения.
Предлагаемый способ получения комбинированного конструкционного материала с использованием композиционного антифрикционного материала может быть реализован следующим образом: На фиг. 1 - фиг. 3 представлены, следующие части и элементы, применяемые при реализации предлагаемого способа получения комбинированного конструкционного материала с использованием композиционного антифрикционного материала:
1 - полимерная заготовка;
2 - область максимального нагрева;
3 - металлическая заготовка;
4 - теплоизолирующий элемент;
5 - металлический компонент.
При изготовлении полимерной заготовки 1 из полиэфирэфиркетона, например, методом литья под давлением или экструзией, внутрь пресс-формы до момента впрыска или экструзии помещается металлический компонент 5. Металлический компонент 5 выполняется в виде сетки из металлической проволоки d = 0,05-0,1 мм с шагом 5-10 мм и изгибом 1-1,5 мм в сторону границы сплавления объекта.
Полиэфирэфиркетон и металлический компонент 5 образует тем самым интегрированный комбинированный слой, который способен под действием переменного электромагнитного поля передавать тепло в полимерный материал и разогревать его до температуры плавления.
В происходящих процессах впрыска или экструзии металлический компонент 5 располагается именно у поверхности сплавления полимерной заготовки 1, т.е. находится на глубине от 0,1 до 1,5 мм от данной поверхности, что обеспечивается правильным выбором направления, контроля скорости и давления впрыска. Важно упомянуть, что в случае превышения указанного значения в 1 ,5 мм при установке металлического компонента 5 увеличивается объем полимера, который подлежит разогреву, что отрицательно сказывается на времени, качестве и энергозатратах при дальнейшем прессовании заготовок, а при установке металлического компонента 5 на глубину менее 0,1 мм количество расплавленного полимера окажется недостаточным для проникновения вглубь поверхности металлической заготовки, что приведет к некачественной адгезии материалов.
После извлечения полимерной заготовки 1 из пресс-формы расположение металлического компонента 5 контролируется визуально или с помощью толщинометра.
Далее поверхность металлической заготовки 3 (сталь 45 ГОСТ 1050-88) подготавливают и наносят электродуговым металлизатором бронзо- никелевый слой с зернистостью 100 - 200 мкм и толщиной слоя 0,2 - 0,3 мм.
Полученную полимерную заготовку 1 обращают стороной интегрированного слоя к подготовленной поверхности металлической заготовки 3 и помещают плотно совмещенные заготовки в индукционную печь мощностью 10 кВт с плоским индуктором, настроенную на частоту тока 2 kHz. Выбор частоты и величины магнитного потока для разогрева стыкового слоя определяется геометрическими размерами заготовок, их формой и необходимой степенью адгезии материалов.
При необходимости, для экономии времени, металлическая заготовка 3 может быть предварительно нагрета и изолирована от окружающей среды теплоизолирующим элементом 4, который может быть выполнен из базальта, асбеста или синтетического материала.
Таким образом в плотно совмещенном интегрированном слое полимерной заготовки 1 и поверхности металлической заготовки 3 под действием электромагнитного поля происходит быстрый рост температуры, образуя стыковой слой повышенной температуры (область максимального нагрева) 2. Глубина разогрева слоя полимерной заготовки 1 определяется глубиной расположения интегрированного металлического элемента. Г лубина разогрева металлической заготовки 3 определяется соотношением:
3 - 5030 1
СМ где p - удельное электрическое сопротивление, 0м-мм2/м; ц - магнитная проницаемость, Гс/Э; f- частота тока, Гц.
Исходя из установленных эмпирических данных, эффективный разогрев стыкового слоя размером 200 * 200 * 3 мм до температуры плавления полиэфирэфиркетона в 343 С° происходит за 10 с, после чего возможно спрессовывать совмещенные заготовки для обеспечения адгезии в полученном стыковом слое.
Управляя процессом разогрева в интегрированном комбинированном слое полимерной заготовки 1 и в подготовленном поверхностном слое металлической заготовки 3 возможно получать стыковой слой максимального нагрева, т.е. область максимального нагрева 2 необходимой толщины. Допустимая регулировка частоты в диапазоне 0,1 - 10 kHz и величины магнитного потока позволяет для любых геометрических размеров и особенностей материалов подобрать рабочий режим, при котором в области максимального нагрева 2 возникает температура, достаточная для сплавления, при этом в остальном материале полимерной заготовки 1 температура не повышается в виду плохой теплопроводности полиэфирэфиркетона, а температура металлической заготовки 3 изменяется незначительно ввиду кратковременности нагрева области 2.
После достижения в полимерной заготовке 1 необходимой температуры плавления производится сдавливание совмещенных поверхностей на величину от 0, 1 до 1,5 мм, при котором достаточен объем расправленного полимера для его проникновения в подготовленный слой металлической заготовки 3 зернистостью 100 - 200 мкм и толщиной слоя 0,2 - 0,3 мм, что приводит к механическому сцеплению состыкованных слоев полимерной 1 и металлической 3 заготовок. Излишки полимерного материала выдавливаются через края заготовок, устраняя воздух и возможные излишние части металлического компонента 5, при этом размер и количество, оставшихся металлических включений в полимерной заготовке 1 не оказывает отрицательного влияния на механические показатели сцепления. Предлагаемая технология получения механических соединений полимера и металла предусматривает возможность соединения деталей без необходимости их нагрева целиком, исключая необходимость перемещения горячих заготовок в процессе производства до места прессования. Предлагаемая технология позволяет производить краткосрочный нагрев в ограниченной по размерам зоне, в результате чего не происходит значительного нагрева других участков полимерной заготовки, кроме того, который расплавляется в промежуточном стыковочном слое. Металлическая заготовка также не нагревается, в результате чего не возникает термических деформаций и напряжений. С помощью данного метода достигается высокая точность соединения заготовок (до 0,05-0,1 мм) и дополнительно обеспечивается надежность и качество получаемых деталей, которые возможно с успехом использовать в различных отраслях техники.
Предлагаемое изобретение сможет найти широкое применение во многих сферах машиностроения, в частности, эффективно и успешно может использоваться для изготовления антифрикционных компонентов подшипников скольжения.

Claims

Формула изобретения
1. Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов, характеризующийся тем, что в процессе производства в полимерную заготовку помещается металлический компонент на глубину от 0,1 до 1,5 мм от предназначенной для последующего сплавления поверхности, образуя интегрированный комбинированный слой, испускающий тепловое излучение под воздействием переменного электромагнитного поля, полученную полимерную заготовку обращают указанной поверхностью к подготовленной поверхности металлической заготовки и помещают совмещенные заготовки в переменное электромагнитное поле частотой от 0,1 до 10 kHz, создавая на границе сплавляемых поверхностей ограниченную по времени и размеру область с температурой, достаточной для плавления интегрированного комбинированного слоя полимерной заготовки и его адгезии к подготовленной поверхности металлической заготовки путем сдавливания поверхностей на величину от 0,1 до 1,5 мм, приводящего к механическому соединению полимерного интегрированного комбинированного слоя и подготовленной металлической поверхности.
2. Способ получения материала по и. 1, отличающийся тем, что металлический компонент выполнен в виде ячеистой структуры и/или сетки и/или частиц и/или шариков и/или осколков и/или волокон и/или плоской сетки и/или трехмерной сетки.
3. Способ получения материала по и. 2, отличающийся тем, что части сеточного металлического компонента имеют изгибы, обращенные в сторону границы сплавления.
4. Способ получения материала по и. 1, отличающийся тем, что подготовленная металлическая поверхность характеризуется наличием бронзо- никелевого слоя с зернистостью до 200 мкм и толщиной 0, 2-0,3 мм наклонных пазов или отверстий.
5. Способ получения материала по и. 1, отличающийся тем, что металлическая заготовка предварительно нагревается и изолируется от окружающей среды теплоизолирующим элементом, выбранным из группы, включающим базальт и/или асбест и/или синтетический материал.
PCT/RU2021/050445 2021-01-28 2021-12-21 Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов WO2022164345A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112021006205.0T DE112021006205T5 (de) 2021-01-28 2021-12-21 Verfahren zum Verschmelzen von Polymer- und Metalloberflächen zur Herstellung eines kombinierten Strukturmaterials für multidisziplinäre Anwendungen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021101920A RU2758702C1 (ru) 2021-01-28 2021-01-28 Способ сплавления полимерных и металлических поверхностей с получением комбинированного конструкционного материала многопрофильного применения
RU2021101920 2021-01-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022164345A1 true WO2022164345A1 (ru) 2022-08-04

Family

ID=78466780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050445 WO2022164345A1 (ru) 2021-01-28 2021-12-21 Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112021006205T5 (ru)
RU (1) RU2758702C1 (ru)
WO (1) WO2022164345A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024085782A1 (ru) * 2022-10-19 2024-04-25 Николай Юрьевич ОВЧАРЕНКО Способ производства конструкционной композитной структуры с полимерной поверхностью

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU495217A1 (ru) * 1973-08-29 1975-12-15 Институт Механики Металлополимерных Систем Ан Белорусской Сср Способ получени покрытий
DE4227909A1 (de) * 1992-08-22 1994-02-24 Glyco Metall Werke Metall-Kunststoff-Verbundlagerwerkstoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung
RU2402640C2 (ru) * 2008-12-30 2010-10-27 Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) Способ получения тонкослойного фторопластового покрытия на металлических изделиях
RU2627543C2 (ru) * 2015-10-12 2017-08-08 Валерий Николаевич Гацук Способ нанесения металлополимерного покрытия
RU2634100C1 (ru) * 2016-04-21 2017-10-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702881C1 (ru) 2018-09-28 2019-10-11 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Защитные покрытия", ООО "НПО "Защитные покрытия" Градиентное металлополимерное покрытие

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU495217A1 (ru) * 1973-08-29 1975-12-15 Институт Механики Металлополимерных Систем Ан Белорусской Сср Способ получени покрытий
DE4227909A1 (de) * 1992-08-22 1994-02-24 Glyco Metall Werke Metall-Kunststoff-Verbundlagerwerkstoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung
RU2402640C2 (ru) * 2008-12-30 2010-10-27 Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) Способ получения тонкослойного фторопластового покрытия на металлических изделиях
RU2627543C2 (ru) * 2015-10-12 2017-08-08 Валерий Николаевич Гацук Способ нанесения металлополимерного покрытия
RU2634100C1 (ru) * 2016-04-21 2017-10-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях

Also Published As

Publication number Publication date
RU2758702C1 (ru) 2021-11-01
DE112021006205T5 (de) 2023-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Froend et al. Process development for wire-based laser metal deposition of 5087 aluminium alloy by using fibre laser
EP2237939B1 (en) Method for producing highly mechanically demanded pieces and specially tools from concrete, by casting the desired shape and then coating with a metallic layer
US7927528B2 (en) Preform for manufacturing a material having a plurality of voids and method of making the same
US8375758B1 (en) Induction forming of metal components with slotted susceptors
CA2204497A1 (en) Multilayer mould apparatus and method
CN105132824B (zh) 高硬度不开裂激光熔覆层马氏体铁基合金粉末及其制备方法
WO2022164345A1 (ru) Способ получения комбинированных металлополимерных конструкционных материалов
Hong et al. High-performance eco-friendly trimming die manufacturing using heterogeneous material additive manufacturing technologies
US6443352B1 (en) Electrical resistance based object consolidation
CN109434384A (zh) 一种涂层钢板的制备方法及装置、热冲压方法
US20040060639A1 (en) Method of apparatus for ensuring uniform build quality during object consolidation
CN108941238A (zh) 铜包覆铝复合母线的连续制备工艺
CN113305437A (zh) 一种热塑性复合材料-金属激光焊接方法
US11890788B2 (en) Methods and process for producing polymer-metal hybrid components bonded by C—O-M bonds
CN101670433A (zh) 一种激光间接成型制造金属模具的方法
CN102605379A (zh) 一种超细/纳米晶梯度涂层的制备方法
Junker et al. Tailor-made forging tools by Laser Metal Deposition
Deng et al. Effectiveness of pre-scanning on zinc evaporation in laser spot welding of zinc-coated steels
CN115070189A (zh) 一种中空流道的爆炸焊接制备方法
JP2012110920A (ja) アクスルケースの製造方法
CN109352984A (zh) 增材制造方法和相关部件
Lee et al. A Study on Temperature Distribution and Curved Structure for Thick Plate by Single‐Pass Induction Heating
CN103898503A (zh) 一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法
US20210053155A1 (en) Connecting article and method for manufacturing the same, and laser device
CN107649675A (zh) 用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21923481

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112021006205

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21923481

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1