Оптимизация технологии нанесения фторопластовых покрытий для повышения эксплуатационных характеристик высоконагруженных деталей (стр. 3 )

1	2	3	4	5
Уплотни-тельное	от 10±50 до 100±20	фторопласт-4МБ	-	Герметизация неподвижных разъемных резьбовых соеди-нений с металлическими прокладками и без них.
Антиад-гезион-ное	от 30±10 до 60±20	фторопласт-4МБ	-	Покрытие поверхностей де-талей, работающих в условиях воздействия влаги и пониженных температур. Изделия и детали с повы-шенными требованиями по чистоте.
фторопласт -4МБ-С	0,5…2,0
Электро-изоля-ционное	³50 мкм на каж-дые 700 В напря-жения	фторопласт-4МБ	-	Электроизоляция рабочих поверхностей деталей с определенными требова-ниями по электрической прочности.
Антиста-тическое	от10±5 до 100±20	фторопласт -4МБ-А	1,5…3,0	Устранение статической электризации и искрообра-зования при работе деталей с покрытиями в контакте с взрывоопасными и легко-воспламеняющимися веществами
фторопласт -4МБ-С	1,5…3,0
фторопласт -4МБ-Г	3,0…5,0
Теплопро-водное	от10±5 до 100±20	фторопласт -4МБ-А	6,0…8,0	Детали с повышенными требованиями по теплоотдаче
Биостой-кое	От 30±10 до 100±20	фторопласт-4МБ	-	Стойкость к воздействию плесневых грибов при эксплуатации деталей и изделий в условиях влажного тропического климата
фторопласт-4МБ-Г	3,0…7,0
фторопласт-4МБ-М	3,0…7,0
16   Декора-тивное	От 20±10 до 60±20	фторопласт-4МБ-С	0,5…2,0	Декоративная отделка поверхности в чёрный цвет
фторопласт-4МБ-Х	0,5…2,0	Декоративная отделка поверхности в зелёный цвет
фторопласт-4МБ-А	0,3…1,0	Декоративная отделка поверхности в серебристый или серебристо-серый цвет

Таким образом, выявлены высокие антифрикционные и уплотнительные свойства фторопластовых покрытий, определена их электро - и теплопроводность. Установлена возможность рекомендовать к применению покрытия Ф-4МБ с целью устранения прилипания резины к металлу.

В результате проведенных ускоренных климатических испытаний доказана сохраняемость исходных свойств покрытий на основе Ф-4МБ в течение 13,5 года хранения и эксплуатации для категории размещения 2 (в закрытых неотапливаемых помещениях) или 20 лет для категории размещения 3 (под навесом) в условиях как умеренно-холодного, так и тропического влажного климатов, установлена высокая биостойкость покрытий к воздействию плесневых грибов.

Анализ проведенных исследований позволил определить области применения и выдать рекомендации по выбору состава и оптимальной толщины покрытий на основе Ф-4МБ с учётом функционального назначения изделий.

В четвёртой главе приведены результаты испытаний изделий РКТ и других объектов, в состав которых входят высоконагруженные детали с покрытием Ф-4МБ.

17

Покрытие на основе Ф-4МБ в качестве уплотнения было успешно применено на высоконагруженных деталях изделий РКТ, в том числе: вентилей АВ-135, АВ-179, блока разъемных соединений (БРС-ГКП) 1А1С-5311-0 (клапана отжимного БРС-ГКП 1А1С, блока переходного БРС-ГКП 1А1С). Изделия с исследуемым покрытием прошли испытания в различных рабочих средах (на воздухе, в жидком и газообразном азоте, в жидком кислороде, парах нафтила, в среде гелия, водорода, ксенона, керосина) при давлении до 40 МПа, температуре от минус 196°С до плюс 50°С, а также в условиях многократных ударных нагрузок с ускорением до 147 м/с2 (15g), подвергались воздействию инея, росы, пыли, тепловому удару. Для узлов 1А1С, 1А1С покрытие Ф-4МБ явилось единственно возможным способом их герметизации при давлении до 23МПа (уплотнение со стандартной алюминиевой прокладкой оказалось неработоспособным при давлении более 9МПа из-за разрушения прокладки в процессе затяжки). С целью устранения недостатков традиционно применяемых твердосмазочных покрытий (графита и дисульфида молибдена) в резьбовых соединениях ряда изделий РКТ (пневмоклапанах: АГ-145, АЖ-035, кране четырёхходовом АКР-072, вентиле АВ-077 и др.) были применены антифрикционные фторопластовые покрытия, позволившие полностью устранить явление схватывания и обеспечить работоспособность изделий. В качестве электроизоляционных покрытия Ф-4МБ были применены в криогенном разгонном блоке на датчике уровня окислителя 12КРБ-6196 (рабочая среда – жидкий кислород). Покрываемые детали: 12КРБ –

основание (материал – сплав АМг-3), 12КРБ – втулка, 12КРБ – втулка (материал – сталь 12X18Н10Т). Толщина покрытия составила 150…360мкм. Испытания проводились в соответствии с 12КРБ ТУ.

Все изделия прошли испытания в полном объеме, соответствующем ТУ. Результаты испытаний удовлетворительные. В результате дефектации изделий после испытаний установлено, что все изделия, детали и сборочные единицы, в том числе высоконагруженные детали с исследуемым фторопластовым покрытием, имеют удовлетворительное состояние. В результате испытаний установлено, что применение покрытия Ф-4МБ позволило повысить надежность уплотнений в герметичных соединениях за счет уменьшения усилий затяжки и напряженных состояний в стыке. Покрытия позволили обеспечить деталям необходимые электроизоляционные свойства: напряжение пробоя не менее 750В.

Также проводились работы по нанесению антифрикционного покрытия Ф-4МБ на деталь Э262.292.200.01-02 сердечник изделий электропневмоавтоматики систем газоснабжения, производимых » (г. Калининград). Толщина покрытия составляла 20 мкм. Изделия с фторопластовым покрытием успешно прошли ускоренные испытания в воздушной среде при давлении Рисп=0,02 МПа. Наработанный ресурс составил более 106 возвратно-поступательных движений. Покрытие обеспечило работоспособность изделия и позволило исключить наклеп материала сердечника за счет демпфирующих свойств фторопласта.

В соответствии с заказом (г. Владимир) были проведены работы по покрытию Ф-4МБ двух центральных насосов (чугунных) для работы в фильтрационных установках. Покрытие применялось в качестве коррозионностойкого. Насосы эксплуатируются в течение нескольких лет для перекачки горячей воды с температурой 85-90ºС в зимний период. За время эксплуатации нарушения целостности покрытия не произошло.

По заказу им. Дегтярева» проводилась опытная работа по нанесению антиадгезионного и антифрикционного фторопластового покрытия на рабочие поверхности детали КАРПП 09.00.401 нагреватель автомата по герметичной фасовке творога. Нагреватель с покрытием Ф-4МБ в составе изделия прошел испытания с наработкой в процессе отладки в течение 10 часов при температуре 180-200ºС. Результаты испытаний показали высокие эксплуатационные свойства покрытия, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к узлу нагревателя полистирольной ленты автомата КАРПП.

18

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Общие выводы.

Разработана оптимальная технология нанесения фторопластовых покрытий с высокой адгезией для повышения эксплуатационных характеристик высоконагруженных деталей путем придания их поверхностям повышенных функциональных свойств: защитных, антифрикционных, уплотнительных, антиадгезионных, электроизоляционных и др.

Оптимизация технологии нанесения покрытий на основе Ф-4МБ выполнена за счет введения дополнительной операции специальной обработки поверхности, включающей в зависимости от вида покрываемого материала дробеструйную, пескоструйную обработку, травление, анодирование, и определения оптимальных параметров технологии нанесения покрытий на основе Ф-4МБ: шероховатости, температуры, времени оплавления покрытия.

2. Результаты работы.

2.1. На основе проведенного анализа покрытий, свойств материалов и особенностей эксплуатации изделий РКТ обоснован выбор Ф-4МБ в качестве основы материала покрытия высоконагруженных деталей.

2.2 Определены оптимальные параметры технологии нанесения покрытий на основе Ф-4МБ: температура формирования покрытия: °С; шероховатость покрываемой поверхности: Rz =мкм; время формирования покрытия – 80 минут.

2.3. Усовершенствован метод нормального отрыва для определения адгезии покрытий. Адгезионная прочность покрытий, нанесенных по оптимальной технологии, определенная с использованием методов математической статистики на сталях Ст3сп, 40Х, 12Х13, 12Х18Н10Т и алюминиевом сплаве Д16Т, составляет величину не менее 9 – 10 МПа и соизмерима с когезионной прочностью материала покрытия Ф-4МБ (≈ 16 МПа).

2.4. Разработано устройство для исследования антифрикционных свойств фторопластовых покрытий. Доказаны высокие антифрикционные свойства покрытий Ф-4МБ, значительно улучшающих работу резьбовых пар. Установлено, что коэффициент трения в резьбе 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. Полностью исключено явление схватывания в резьбовых соединениях.

19

2.5. Применение уплотняющих покрытий Ф-4МБ, нанесенных по оптимальной технологии, позволило значительно снизить усилия (моменты затяжки) соединений трубопроводов по внутреннему конусу с торовыми и сферическими ниппелями, штуцерно-торцовых стяжных и ввертных соединений, 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.

2.6. Разработана программа ускоренных климатических испытаний, включающая исследования стойкости покрытий к воздействию климатических факторов, факторов дегазации, дезактивации и дезинфекции, исследования водопоглощения и биостойкости покрытий. Установлена высокая стойкость покрытий Ф-4МБ и покрытий на его основе к воздействию климатических факторов при хранении и эксплуатации в течение 13,5 года для категории размещения 2 (навес) и 20 лет для категории размещения 3 (закрытые неотапливаемые помещения) в условиях умеренно-холодного и тропического влажного климатов. Установлены низкое водопоглощение и высокая биостойкость покрытий к воздействию плесневых грибов.

2.7. Результаты проведенных исследований позволили определить области применения, оптимальный состав и толщину покрытий на основе Ф-4МБ с различным функциональным назначением:

- для придания антифрикционных свойств в состав покрытия Ф-4МБ толщиной 20…60 мкм (для резьбовых соединений - толщиной 5…30 мкм в зависимости от параметров резьбы) рекомендуется вводить наполнитель в виде графита или дисульфида молибдена в количестве 3,0…7,0 %;

- в качестве уплотнений целесообразно применять покрытие Ф-4МБ толщиной 10…100 мкм;

- в качестве электроизоляционного наносят покрытие Ф-4МБ толщиной не менее 50 мкм на каждые 700 В приложенного напряжения;

- для обеспечения антистатических свойств в состав покрытия Ф-4МБ необходимо вводить в объем покрытия 1,5 – 3 % алюминиевой пудры или сажи либо 3 – 5 % графита, рекомендуемая толщина 10…100 мкм;

- для увеличения теплопроводности в состав покрытия толщиной 10…100 мкм вводят алюминиевую пудру в количестве 6…8 %;

- путём введения в состав покрытия 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.

20

2.8. Внедрение оптимальной технологии нанесения покрытий на основе Ф-4МБ на высоконагруженных деталях позволило установить высокую эффективность применения покрытий для повышения надежности конструкций ракетно-космической техники и других изделий.

По теме диссертации опубликованы следующие работы

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Изволенский, Е. В. Фторопластовые покрытия в ракетно-космической технике [Текст] / , , // Автоматизация и современные технологии. – 2003. - выпуск 6. - С. 17-19.

2. Изволенский, Е. В. Фторопластовые покрытия в уплотнительных устройствах [Текст] / , , // Химическое и нефтегазовое машиностроение.–2006. - № 12. - С. 23-25.

3. Изволенский, Е. В. Определение условий надежной работы разъемных герметичных соединений принудительного уплотнения [Текст] / , // Авиакосмическая техника и технология. – 2005. - № 1. - С. 32-36.

В прочих изданиях:

4. Дербенев, Л. В. Экспериментальная оценка адгезии фторопластовых покрытий [Текст] / , , Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике. VII международная конференция молодых специалистов организаций авиационной, ракетно-космической и металлургической промышленности России – конкурс инновационных проектов авиакосмических технологий и материалов // Сборник материалов (часть I). –Королёв, Московская обл.: Изд-во НОУ «ИПК Машприбор», 2008, С. 26.-31.

5. Дербенев, Л. В. Исследование адгезионных свойств покрытий на основе фторопласта-4МБ [Текст] / , , Материалы III научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых КГТА «Вооружение, технология. безопасность. управление », 2008.- С. 33.-39.

6. Дербенев, Л. В. Исследование эффективности применения фторсодержащих покрытий в подвижных и неподвижных соединениях агрегатов пневмогидравлических систем [Текст] / ёв, , // Труды XXXIII Академических чтений по космонавтике «Актуальные проблемы российской космонавтики», 26-30 января 2009г. – М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2009. – С. 280-281.

21

7. Изволенский, Е. В. Перспективы применения фторопластовых покрытий [Текст] / , // Тезисы докладов Третьей научно-технической конференции «Перспективы использования новых технологий и научно-технических решений в изделиях РКТ разработки «ГКНПЦ им. ». – М.: РАН ИПУ им. , ГКНПЦ им. , 2С. 158.

8. Дербенев, Л. В. Применение фторопластовых покрытий для повышения эксплуатационных характеристик изделий ракетно-космической техники [Текст] / , Материалы конференции XII Международного форума «Высокие технологии XXI века»апреля 2011 года. М.: Издательство ЛКИ, 2011. – С. 318 – 320.

9. Изволенский, Е. В. Применение фторопластовых покрытий в уплотнениях ракетно-космической техники / , , [Текст] // Тезисы докладов 2-й международной научной конференции «Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы», 18-21 ноября 2003 г. – М: МГТУ им. , Московский институт теплотехники, РКК «Энергия им. , , 2003.

10. Изволенский, Е. В. Математическая модель разъёмного герметичного соединения и её экспериментальная проверка [Текст] / , // Авиакосмическая техника и технология.–2007. - № 2. - С. 26-30.

Патенты:

11. Пат. 2271409 Российская Федерация, С2, МПК С23С 28/00 С23С 14/22. Установка для нанесения покрытий в вакууме [Текст] / , , , (РФ)/28, заявл. 06.12.2001, опубл. 10.03.2003, бюл, № 7.

12. Пат. 2411488 Российская Федерация, C2, МПК G01N 3/00. Устройство для определения физико-механических свойств материалов и изделий [Текст] / , Л.. В. Дербенев, , (РФ)/28, заявл. 20.04.2009, опубл. 10.02.2011, бюл, № 4.

22