АНТИФРИКЦИОННЫЕ, АНТИАДГЕЗИОННЫЕ И АНТИКОРРОЗИОННЫЕ НАНОПОКРЫТИЯ МНОГОКРАТНОГО ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА,
ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ВИБРОСТОЙКОСТИ МЕХАНИЗМОВ, АГРЕГАТОВ И МАШИН.

Санкт-Петербургскими учеными разработана и запатентована нанокомпозиция, являющаяся поверхностно-активным веществом (ПАВ) и обладающая универсальными свойствами.

Основное назначение нанокомпозиции - получение надежного антифрикционного, антиадгезионного и антикоррозионного покрытия, которое наносится на твердые контактные поверхности изделий из металлов,  резины, пластиков и иных материалов с целью снижения коэффициента трения и износа контактных поверхностей в тяжелонагруженных парах трения в промышленных условиях, а так же для придания таким изделиям антикоррозийных свойств.

Поверхности, обработанные фторсодержащими ПАВ, являются не только водоотталкивающими, как в случае их углеводородных аналогов, но также бензо - и маслоотталкивающими.

       Фтортензиды отличаются высокой стойкостью к окислителям и агрессивным веществам (кислоты, щёлочи, хлор и т. п.). Также они обладают высокой термостойкостью, выдерживают кислородный удар, имеют температуру застывания до ( –160оС), не изменяют свойств при мощности дозы до 10 8 рад.

       Области применения ПАВ чрезвычайно разнообразны. Одним из методов повышения износостойкости пар трения является метод обработки поверхностей пар трения фтортензидами. Фтортензиды - это многокомпонентные системы, включающие фторорганические поверхностно-активные вещества в различных растворителях и  регулирующие добавки. В качестве базовых сред могут применяться фреоны, спирты, некоторые другие жидкости. В настоящее время в мировой практике используется широкий ассортимент эпиламов.  Они используются во многих промышленно развитых странах, таких как США, ФРГ, Франция, Великобритания, Япония и т. д.  Однако, из-за низкой рабочей температуры (до 160°С) их применяют в основном в часовой и приборостроительной промышленности для снижения трения и удержания смазки в контактной зоне, а также для придания некоторым материалам гидрофобных и других специфических свойств.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Мономолекулярный защитный слой, в виде коротких ворсинок длиной 7-8 нм на поверхности металла, обеспечивает снижение коэффициента трения и коррозионного действия окружающей среды на металл. Молекула фторорганического полимера представляет собой структуру Ленгмюра (спираль диаметром 2,5 нм), внутри которой и находится молека), что в якорной зоне находится атом фтора, который имеет незаполненную внешнюю орбиталь электронной оболочки. Поэтому фтор имеет высокую химическую активность, т. е. он захватывает все свободные от химических связей электроны, что и определяет свойства прикрепления молекулы к поверхности различных типов (металл, диэлектрик, стекло, керамика, полупроводники, кристаллы).

Такую поверхность можно сравнить с ворсом на ковре. Молекулы фторорганического полимера предотвращают прямой контакт поверхности, на которую нанесен фтор-ПАВ, с окружающей средой. 

 

Рис.1 Молекула ФТОР-ПАВ с якорной зоной  Рис.1а.  Прикрепление молекулы ФТОР-ПАВ

  к поверхности твердого тела (металла).

Но фторорганическое покрытие не только защищает поверхность материалов, на которые оно нанесено. Вследствие своей высокой проникающей способности фтор-ПАВ заполняет все поры и микротрещины, дегазирует их и исключает охрупчивание (водородная хрупкость)  материала - микропоры и микротрещины лишаются возможности концентрировать напряжения и перестают быть потенциальными средствами разрушения. Кроме этого, нанесенное на поверхность с избытком, фторорганическое покрытие обладает свойством самовосстановления. Т. е., при механическом повреждении покрытия и поверхности металла, избыточные молекулы фтор-ПАВ, находящиеся во втором или третьем слое, устремляются к свободным электронам поврежденной поверхности и связывают их, не давая им возможности вступать в контакт и образовывать устойчивые химические связи с окружающей средой. Покрытие обладает  стойкостью к низким и высоким температурам ( от -200°С до +450°С, кратковременно до +750оС), к давлению (удельная нагрузка до 3000 мН/мм);

К этому следует добавить, что фтор-ПАВ нетоксичен (4 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ), взрыво - и пожаробезопасен).

В процессе испытаний фторорганическое покрытие наносилось на различные материалы, детали, инструменты, штампы, прессформы, пары трения, узлы механизмов и агрегатов. Были получены следующие результаты, подтвержденные соответствующими актами и протоколами (см. таб.):

Область применения

Полученный эффект

Обработка пар трения: направляющих, валов, подшипников скольжения, втулок и т. п.

коэффициент трения снижается в 5-8 раз;

износ механизмов снижается в 2-5 раз;

ресурс работы возрастает в 2-4 раза;

момент трогания покоя снижается в 100 раз;

предотвращается вытекание смазки;

защита от "сухого" и "холодного" старта;

снижение энергопотребления, вибрации и шума.

Обработка режущего инструмента (сверла, фрезы, резцы и др.)

стойкость повышается в 1,5-2 раза при одновременном снижении шероховатости обработанных поверхностей и повышении скорости резания.

Обработка штампов (вытяжных, формовочных, вырубных, пробивных, гибочных, отбортовочных и др.)

стойкость вытяжных матриц и пуансонов повышается в среднем в 2-4 раза при одновременном исключении их хромирования;

практически отсутствует налипание частиц материала на инструмент, улучшается вид детали при вытяжке;

стойкость вырубной и гибочной оснастки повышается в 2-7 раз;

уменьшается усилие штамповки.

Обработка пресс-форм для литья изделий из пластмасс

стойкость инструмента повышается
в среднем в 2-4 раза;

исключается хромирование инструмента, исключается или снижается в 8-10 раз расход силиконовых смазок;

повышается качество поверхности и выход годных изделий;

облегчается съем изделий с инструмента.

Обработка пресс-форм для вулканизации изделий из резины

стойкость пресс-форм повышается в среднем в 2 раза;

исключается хромирование инструмента;

исключается применение силиконовых смазок.

Обработка изделий из резины и пластмасс

уменьшается скорость старения изделий в 2 и более раз;

повышается химическая и масло/бензостойкость изделий;

Технология нанесения нанокомпозиции включает в себя следующие операции:

-        очистка, обезжиривание и высушивание поверхности материала;

-        приготовление раствора композиции согласно изобретению;

-        нанесение полученного раствора на поверхность материала;

-        сушка и термофиксация.

Для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) процесс обработки проходит через транспортную среду (масло).

На сегодняшний день на некоторых предприятиях Санкт-Петербурга уже идет промышленное освоение технологии нанесения фторорганического покрытия на изделия.

Исполнительный директор

Санкт-Петербургской Инженерной академии,

Академик СПб Инженерной академии