Рентгеноспектральный анализ позволил установить, что в зоне плазменного воздействия при комплексном упрочнении происходит диффузия легирующих эле
ментов вглубь металла. Толщина поверхностного слоя, насыщенного легирующи
ми элементами, при этом увеличивается в 2,5~3 раза, достигая 0,2-0,3 мм.
С целью экспериментального подтверждения эффективности комплексного метода упрочнения для дереворежущего инструмента были проведены испытания упрочненных стальных круглых пил при торцовке заготовок из древесины сосны влажностью 120-150 % и температурой -15-18°С. Установлено, что износостой
кость исследуемого инструмента при применении упрочняющей обработки возра
стает в 2,9-3,5 раза.
Для практического использования метода комплексного упрочнения стальных іфуг- лых и рамных пил рекомендуются следующие режимы упрочняющей обработки: сила тока короткого замыкания - 3,8-4,0 А, плотность разрядов на 1 см^
320-340, материал легирующих электродов - Сг, W, Мо, погонная мощность плазмен
ной струи - 0,25-0,28 кДж/см, число циклов плазменного воздействия - 2-3. Использо
вание данных рекомендаций позволяет повысить износостойкость инструмента, обеспе
чить ею более продолжительную работу между переточками и увеличить срок службы.
УДК 6 9 1 .1 7 5
Н. В.Спиридонов, А. С.Володько, Л. И. П илецкая, Д. В. Степук
Напыление полимеров в виде проволоки невозможно, т.к. низкая теплопровод
ность полимеров и низкая температура их разложения препятствуют расплавле
нию проволоки в пламени: она у поверхности разлагается прежде, чем ее внутрен
няя зона нагревается до температуры плавления.
При напылении полимеров наибольшее распространение получили полиоле
фины (полиэтилен, полипропилен), пентопласт, фторпласт, эпоксидные, акрило
вые и полиэфирные материалы. Полиолефиновые покрытия выполняют преиму
щественно защитную функцию, т.к. отличаются высокой химической стойкостью к действию многих агрессивных сред. Полиэтиленовые покрытия также обладают хорошей эластичностью, ударной стойкостью и сопротивлением истиранию. По
крытия обладают высокой стойкостью к моющим средствам, солям, влаге, кисло
там. Благодаря высокому электрическому сопротивлению их можно применять как электроизоляционные.
Обладая защитно-декоративными свойствами, полимерные композиции на ос
нове полиэтилена с красящими добавками должны найти применение при нанесе
нии защитных покрытий на элементы зданий, сооружений, оборудования.
В настоящее время метод газотермического напыления защитных покрытий применяется в основном для упрочнения и восстановления деталей машин и тех
нологического оборудования.
Однако в начале своего развития метод газопламенного напыления приме
нялся в основном для нанесения покрытий с целью декорирования различных предметов. Например, на изделия из обоженной глины можно наносить покры
тия из бронзы или меди. В этой связи можно рекомендовать этот метод для де
коративной отделки элементов зданий и сооружений из красного кирпича. По
крытия из бронзы, меди или латуни применяются только для внутренней отдел
ки сооружений, где нет наружной коррозии, в противном случае применяются цинковые или алюминиевые напыленные покрытия. Толщина таких покрытий не превышает 0,5 мм, а подготовка поверхности в этом случае не нужна [1].
Имеется ряд неметаллических материалов, на поверхности которых можно на
пылять покрытия. На стекло и фарфор покрытия наносят с применением струй
ной обработки. На гипс, бетон, камень можно напылять покрытия без специ
альной подготовки поверхности, однако на таких поверхностях не должно быть следов грязи, масла, краски или влаги, т.к. образовавшиеся водяные пары могут отделить покрытие от основы.
Из целого ряда элементов здания для напыления была выбрана металлическая кровля - наиболее подверженная коррозии часть сооружения. Из оборудования для восстановления были выбраны раскатные валики красочных аппаратов типа
«Котаиог», служащие для растирания типографской краски и корродирующие под ее воздействием. В качестве основы полимерной композиции был выбран ПЭВД (полиэтилен высокого давления) и ПЭНД (полиэтилен низкого давления) грануля
цией до 200 мкм в состоянии поставки.
Покрытия при применении чистого полиэтилена низкого давления имеют склон
ность к растрескиванию и поэтому предпочтение отдается смесям из полиэтилена низкого и высокого давления [ 1 ].
Широкому использованию полиэтилена для защиты изделий препятствует низ
кая адгезия его к металлу, обусловленная невысокой полярностью полимера. Для увеличения адгезии полиэтилена и других полярных полимеров применяются раз
личные методы: введение катализаторов, активизирующих процесс окисления; на
несение полимеров на окисленный слой металла; нанесение подслоя с развитой шероховатостью; струйная обработка.
В настоящее время на практике не применяются покрытия из чистого полиэтиле
на, все они соответствующим образом модифицированы различными добавками.
В качестве катализатора применялась окись хрома (СГ2О3) - для повьпыения проч
ности сцепления с основой и как декоративная красящей добавки в покрытии. Хоро
шие декоративные свойства покрытия получаются при напылении композиции с при
менением добавки, нчиная с 7% от общего веса. Основным критерием при выборе композиции была взята прочность сцепления покрытия с основой, которая позво
ляет определить область применения и эксплуатационные характеристики по-кры- тия. Прочность сцепления в основном зависит от подготовки поверхности и свойств напыляемого и основного материалов. Соединение напыленного слоя с основой про
исходит приемущественно путем механического сцепления распыляемых частиц с неровностями шероховатой и увеличенной поверхности обрабатываемого изделия, а также возможной адгезии, сил усадки, частичного приваривания.
Для повышения прочности сцепления напыленного слоя с основой широко при
меняется дробеструйная обработка. Такая подготовка очищает поверхность и вы
водит ее из состояния динамического равновесия со средой, освобождает межа- гомные связи поверхностных атомов, т.е. активизирует подложку.
Для определения прочности сцепления применялся известный штифтовой метод.
Напыляемая поверхность образца подвергалась струйной обработке. Шерохо
ватость поверхности определяли на профилографе-профилометре 252. Наносилось покрытие толщиной 3 мм из ПЭВД в состоянии поставки и ПЭВД, модифициро
ванного 10% СГ2О3. Введение наполнителя СГ2О3 позволяет повысить прочность сцепления покрытия, поскольку СГ2О3 является катализатором, активизирует про
цесс окисления и образования полярных кислородосодержащих групп на поверх
ности раздела металл-полимер.
На рис. 1 показана зависимость прочности сцепления покрытия из полиэтилена с основой из стали 3 от шероховатости поверхности.
Следует учитывать то обстоятельство, что на участке между поверхностью штиф
та и основой происходит концентрация напряжений, приводящая к разрушению покрытия при более низких значениях нагрузки. Поэтому полученные значения прочности сцепления несколько занижены. Применение других катализаторов, на
пример активной сажи, не позволяет получить хороший декоративный вида.
Рис. 1. Зависимость прочности сцепления покрытий из П Э Щ с основой из cm. 3 от шероховатости поверхности
Рис. 2. Зависимость прочности сцепления покрытий из ПЭВД с основой из cm, 3 от количества циклов в морозильной камере
Поэтому составлялась композиция ПЭВД + 10% СГ2О3, что позволяет повы
сить прочность сцепления и получить насыщенный зеленый цвет.
Повышение шероховатости также приводит к увеличению прочности сцепле
ния. Поэтому следует рекомендовать струйную обработку для подготовки поверх
ности под напыление полимерных композиций.
Так как кровля здания находится на открытом воздухе и зимой подвержена пе
репадам температур, были проведены исследования по определению морозостой
кости покрытий.
Образцы закаливались в воде в течение 24 ч., затем замораживались при -20®С в морозильной камере (4 ч.), затем оттаивались в водопроводной воде (2 ч.) График зависимости прочности сцепления от количества циклов в морозильной камере приведен на рис. 2.
Термораспылительная установка ТРУ обеспечивает высокую производитель
ность, равномерную подачу порошковой композиции, которая подается в горелку от отдельного питателя.
При выборе режимов напыления учитывалось то обстоятельство, что полиэти
лен имеет температуру плавления 220-240°С. Поэтому газопламенную горелку на
страивали на короткий факел пламени и высокую скорость подачи газопорош
ковой смеси. Напыление осуществлялось на пропан-бутан-кислородной смеси, для транспортировки порошка, обжима факела и охлаждения сопла применялся сжа
тый воздух.
После напыления покрытия имеют избыточную пористость и шероховатость. С целью ликвидации пор для улучшения прочности сцепления и коррозионной стой
кости применяют термообработку покрытий.
На рис. 3 показаны графические зависимости прочности сцепления от темпера
туры и времени термообработки покрытия. В результате термообработки улучшают
ся и декоративные свойства ~ покрытие приобретает ровную глянцевую поверхность.
Рис. S. Влияние температуры и времени термообработки на прочность сцепления покрытий из ПЭВДна cm. 3.
Для испытания защитных покрытий в различных климатических условиях были смоделированы условия, соответствующие испытанию на морозоустойчивость, стойкость к ультрафиолетовому излучению (солнечному воздействию) и возмож
ность попадания покрытий под кислотный дождь (коррозионную стойкость).
Так как подобному характеру воздействия больше других элементов зданий подвержена кровля, то выбрали для изготовления образцов кровельное железо с напьшенным покрытием (ПЭВД+10% СГ2О3) толщиной 0,3...0,4 мм.
Поскольку в естественных условиях процесс занял бы много времени, применя
ли камеры для климатических испытаний строительных материалов при интенсив- ньос нагрузках. Одна партия образцов замачивалась в течение 24 ч., затем заморажи
валась в морозильной камере 42 ч., а после оттаивалась в водопроводной воде. Об
разцы выдержали 30 циклов без отслоения покрытия и изменения внешнего вида.
Таким образом, разработанные полимерные композиции могут применяться в качестве защитно-декоративных покрытий на элементы зданий, соор>^ений и обо
рудования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, техно
логия и оборудование. - М.: Металлургия, 1992, - 429 с.
У Д К 691Л 7 5 3
Н. В. Спиридонов