Таблица 2 - Методы специальной обработки покрываемых поверхностей
Обработка поверхности | Углеро-дистая сталь | Нержаве-ющая сталь | Алюми-ний и его сплавы | Медь и медные сплавы |
Дробеструйная обработка стальной или чугунной дробью | + | - | - | - |
Дробеструйная обработка стальной или чугунной дробью с последующим фосфатированием | + | + | - | - |
Пескоструйная обработка корундовым песком | + | + | + | + |
Травление в щелочном растворе с последующим осветлением | - | - | + | - |
Анодное покрытие | - | - | + | - |
Примечание: 1. Знак “+” означает, что операция проводится. Знак “-” – операция не проводится. 2. Для каждого материала проводится один из видов обработки. 3. Пескоструйная обработка проводится с применением материала шлифовального из электрокорунда марки 24А зернистостью 12-6Н или 12-6П ОСТ 2М. |
В третьей главе представлены результаты исследований свойств покрытий на основе Ф-4МБ: антифрикционных, уплотнительных, исследований электро - и теплопроводности, стойкости к воздействию климатических факторов, факторов дегазации, дезактивации и дезинфекции, водопоглощения и биостойкости и приведены рекомендации по выбору состава и оптимальной толщины покрытий различного функционального назначения. Для проведения исследований были разработаны соответствующие методики и экспериментальные устройства.
10
Антифрикционные свойства покрытий Ф-4МБ эффективны при их использовании для улучшения работы трущихся деталей: подвижных и неподвижных соединений, резьбовые поверхности которых испытывают взаимные перемещения в процессе их затяжки при сборке и эксплуатации. При
этом нередко происходит схватывание и задирание резьбы, приводящее к отказу изделий. Применение традиционных смазочных материалов малоэффективно для резьб, испытывающих высокие нагрузки из-за низкой несущей способности смазок. Кроме того, во многих узлах и конструкциях наличие смазочных материалов в резьбовых соединениях не допустимо из-за возможного взаимодействия с компонентами рабочей среды. Это послужило основанием для применения химически инертного твердосмазочного покрытия на основе Ф-4МБ, обладающего высокой несущей способностью и низким значением коэффициента трения. Высокая несущая способность покрытия позволила исключить взаимный металлический контакт сопрягаемых элементов резьбы. Низкий коэффициент трения Ф-4МБ должен обеспечить легкое свинчивание резьбовых соединений и снизить момент их затяжки. Для проведения исследований были использованы резьбовые пары типа болт-гайка с резьбой М12х1,25 из сталей 07Х16Н6 и 07Х21Г7АН5. На резьбовую поверхность болтов наносилось покрытие Ф-4МБ толщиной 10 + 5 мкм. Для сравнительного анализа смазочных свойств наряду с фторопластовыми покрытиями исследовались антифрикционные свойства резьбовых пар с гальваническим покрытием Ц 9.хр. и смазкой ВНИИНП-279. Исследования антифрикционных свойств покрытий проводились путем затяжки резьбовых соединений с одновременным измерением усилия и крутящего момента затяжки с последующим измерением коэффициента трения в резьбе.
Для измерения усилия и крутящего момента затяжки резьбовых пар было разработано устройство, схема которого приведена на рисунке 2.
Затяжка резьбы производилась болтом 1 с одновременным измерением момента сопротивления в резьбе с помощью моментного ключа. Гайка 2 резьбовой пары расположена в пазу вкладыша 4 и остается неподвижной. Усилие затяжки передается от болта 1 через проставку 3, вкладыш 4 и толкатель 5 на опоры силоизмерительного устройства. Для измерения усилия затяжки в работе использовалось силоизмерительное устройство машины для механических испытаний УМ – 5. Коэффициент трения в резьбе рассчитывался по формуле 3:
|
(3),
где Мр – момент сопротивления в резьбе, Н·мм; F0 – усилие затяжки, Н; Р–шаг резьбы (1,25 мм); d2–средний диаметр резьбы. Графики зависимости коэффициентов трения от момента сопротивления в резьбе с различными покрытиями и смазками в резьбовых парах представлены на рис. 3.
|
1 – без покрытия;
2 – покрытие-смазка
ВНИИНП-279;
3 – покрытие Ц9.хр;
2
4 – покрытие Ц9.хр +
смазка ВНИИНП-279;
5 - покрытие Ф-4МБ
 |
Рис. 3.
Графики зависимости коэффициентов трения от момента сопротивления в резьбе
Статистическая обработка результатов эксперимента показала, что при доверительной надёжности a = 0,95 величина доверительного интервала для значений fp составляла 0,01, а относительная погрешность измерений не превышала 10%. Анализ результатов исследований антифрикционных свойств показал, что покрытия Ф-4МБ значительно улучшают работу резьбовых пар из сталей 07Х16Н6 и 07Х21Г7АН5. Коэффициент трения в резьбе у резьбовых пар с фторопластовым покрытием более чем в 1,5 раза ниже коэффициента трения в резьбовой паре с цинковым покрытием и смазкой ВНИИНП-279; более чем в 2 раза ниже коэффициента трения в резьбовой паре с цинковым покрытием без смазки и более чем в 3 раза ниже коэффициента трения в резьбовых парах со смазкой ВНИИНП-279 без цинкового покрытия.
12
Для определения возможности применения и изучения свойств покрытия Ф-4МБ в качестве уплотнителя, были использованы соединения трубопроводов по внутреннему конусу с торовыми и сферическими ниппелями, а также штуцерно-торцовые стяжные и ввертные соединения как с уплотнительной алюминиевой прокладкой, покрытой Ф-4МБ, так и без прокладки. Проведены исследования клапанного уплотнения периодического действия типа металл-резина с седлом из титанового сплава ОТ – 4. Уплотнитель клапана – резина ИРП (покрытие Ф-4МБ наносилось на уплотнительную поверхность седла). Все исследования соединений по внутреннему конусу проводились в сравнении с аналогичными соединениями без покрытия Ф-4МБ. Штуцерно-торцовые соединения испытывались в сравнении с аналогичными соединениями со стандартными прокладками. Результаты испытаний показали, что применение уплотняющих покрытий Ф-4МБ позволяет значительно снизить усилия (моменты затяжки) всех соединений трубопроводов, повысить их ресурс по количеству переборок, снизить чувствительность к действию внешних воздействующих факторов и повысить надежность разъемных герметичных соединений в целом. Установлена возможность применения покрытия Ф-4МБ с целью устранения прилипания резины к металлу.
Электрическая прочность покрытий Ф-4МБ толщиной 180 – 200 мкм определялась путем изменения напряжения пробоя на установке УПУ-1М. Напряжение пробоя исследуемого покрытия составило не менее 6 кВ.
Исследование возможности получения антистатических покрытий проводилось путем введения в покрытие антистатиков. Установлено, что для обеспечения покрытиям антистатических свойств рекомендуется вводить в объем покрытия 1,5 – 3 % алюминиевой пудры или сажи либо 3 – 5 % графита.
Для оценки теплопроводности модифицированного покрытия на основе Ф-4МБ (модификация покрытия осуществлялась с целью повышения его теплопроводности путем введения в его состав алюминиевого порошка марки ПАК-1 в количестве 6-8 %) был выбран критерий Км, определяющий степень снижения градиента температур:
(4),
где grad Tв – градиент температур на покрытии фторопластом-4МБ;
grad Tа – градиент температур на модифицированном покрытии.
Из результатов экспериментов по теплопроводности покрытий следует, что градиенты температур, образованные на модифицированных покрытиях, значительно меньше (в раза) градиентов температур, образованных на покрытиях Ф-4МБ без модификатора. Повышенную теплопроводность модифицированных покрытий можно объяснить тем, что в процессе передачи теплоты в этих покрытиях, наряду с фононной теплопроводностью, имеет место электронная теплопроводность.
13
Для проведения исследований в климатических камерах типа 3626/11, 3522, 3001, Т25/1.2 разработана программа ускоренных климатических испытаний покрытий, имитирующих хранение и эксплуатацию деталей с покрытием. Программа отражает процессы исследований стойкости фторопластовых покрытий к воздействию климатических факторов и факторов дегазации, дезактивации и дезинфекции, водопоглощения и биостойкости покрытий.
Ускоренные климатические испытания и испытания на биостойкость проводились совместно с «Композит-Тест» (г. Королёв, Московской области). Испытаниям подвергались образцы покрытия Ф-4МБ толщиной 30 + 10 мкм и покрытий на основе Ф-4МБ толщиной 50 + 10 мкм следующих составов: Ф - 4MБ + 7 % графита; Ф - 4МБ + 7 % MoS2; Ф - 4МБ + 7 % пигмента голубого фталоцианинового.
Исследования стойкости покрытий Ф-4МБ к воздействию климатических факторов и факторов дегазации, дезактивации и дезинфекции выявили, что в процессе ускоренных испытаний, имитирующих 13,5 года хранения и эксплуатации для категории размещения 2 (навес) или 20 лет для категории размещения 3 (закрытые неотапливаемые помещения) в условиях, как умеренно-холодного, так и тропического влажного климатов, декоративные и другие свойства всех видов испытываемых фторопластовых покрытий сохранились на исходном уровне: не произошло изменения цвета и блеска, трещин, вздутий и отслаивания покрытий, изменение значения коэффициента трения в резьбовых парах не превышает 15%. Установлено, что образцы со всеми типами испытываемых фторопластовых покрытий практически не поглощают воду.
Испытания покрытий на биостойкость проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 9.049-91 по методу Б, устанавливающему наличие у фторопластовых покрытий фунгицидных свойств и влияние внешних загрязнений на грибоустойчивость фторопластовых покрытий.
Результаты проведенных испытаний на биостойкость показали, что все образцы покрытий Ф-4МБ и покрытий на его основе выдержали испытания. Оценка грибоустойчивости покрытий по шестибалльной шкале ГОСТ 9.048-89 соответствует баллу 1. Пятна суспензии грибов легко смывались дистиллированной водой или стирались стерильной салфеткой, не оставляя следов на поверхности. Поверхность образцов и адгезия покрытий не изменились после испытаний.
В результате проведенных исследований декоративных свойств покрытия путём введения в его состав различных добавок - алюминиевой пудры марки ПАП-2, сажи марки ДГ-100, пигмента голубого фталоцианинового, окиси хрома технической марки ОХП-1 - установлена возможность окрашивания покрытий Ф-4МБ в различные цвета: серебристо-серый, чёрный, сине-фиолетовый, зелёный соответственно.
14
В результате проведенных исследований установлено, что оптимальный состав и толщина покрытий определяется их назначением и эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к изделиям и деталям с этими покрытиями. Установлены области применения, толщина и состав покрытий с различным функциональным назначением. Наименование покрытий, условное обозначение и состав приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Полное наименование покрытия | Содержание наполнителя, весовые % | Условное обозначение покрытия |
Покрытие фторопластом-4МБ | - | фторопласт-4МБ |
Покрытие фторопластом-4МБ с наполнителем - графит марки ГС-2 | 3,0…7,0 | фторопласт-4МБ-Г |
Покрытие фторопластом-4МБ с наполнителем - дисульфид молиб-дена (Мо S2) марки ДМ-1 | 3,0…7,0 | фторопласт-4МБ-М |
Покрытие фторопластом-4МБ с наполнителем – углерод техниче-ский (сажа) марки ДГ-100 | 0,5…3,0 | фторопласт-4МБ-С |
Покрытие фторопластом-4МБ с наполнителем - пудра алюминиевая марки ПАП-2 | 0,3…8,0 | фторопласт-4МБ-А |
Покрытие фторопластом-4МБ с на-полнителем - окись хрома марки ОХП-1, или ОХП-2, или ОХПС-1,или ОХПС-2 | 0,5…5,0 | фторопласт-4МБ-Х |
Назначение, области применения, оптимальный состав и толщина покрытий приведены в таблице 4.
Таблица 4.
Функцио- нальное | Рекомен-дуемая толщина покры-тия, мкм | Условное обозначе-ние покрытия | Содержа-ние на-полни-теля, весовые % | Области применения и | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
15 | от 20±10 до 60±20 (кроме резьбо-вых поверх-ностей) | фторопласт-4МБ | - | Трущиеся, в том числе резь-бовые детали. Применяется взамен смазочных матери-алов, применение которых по условиям эксплуатации не допустимо. | ||
фторопласт-4МБ-Г | 3,0…7,0 | То же, кроме деталей, работающих в вакууме | ||||
фторопласт-4МБ-М | 3,0…7,0 | То же, для деталей, работающих в вакууме. |
Продолжение таблицы 4.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
