КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения и ремонта технологического оборудования, в частности, к нанесению полимерного композиционного материала на посадочные места подшипников в корпусные детали.

Уровень техники

Известен лак Ф-40С, который предназначен для нанесения в виде покрытия на посадочные места подшипников в металлических деталях машин (детали типа «вал» и корпусные детали). Применяется в машиностроении и на транспорте, в электротехнических изделиях, тормозных устройствах, силовых элементах окон, а также в качестве состава, обеспечивающего надежную взаимную фиксацию сопряженных деталей неподвижных соединений. Покрытия из лака Ф-40С позволяют компенсировать износ посадочных мест подшипников в деталях машин и предотвратить появление фреттинг-коррозии. Поэтому, помимо ремонта, покрытия из лака Ф-40С можно наносить на посадочные места подшипников в металлических деталях при производстве машин. Антикоррозионное покрытие из лака Ф-40 применяют также для защиты металлических изделий от воздействия водяного пара и солевых растворов [1]. Преимущества: высокие электроизоляционные свойства. К недостаткам лака Ф-40 относятся относительно низкие деформационно-прочностные свойства материала.

Раскрытие изобретения

Заявлена композиция склеивания металлических изделий в узлах машин, включающая лак Ф-40С, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминиевую пудру и бронзовый порошок при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- лак Ф-40 - 84,5…85;

- нанопорошок оксида алюминия (Al₂O₃) - 13,5…14;

- нанопорошок меди (Cu) - 1,5…2.

Лак Ф-40С (ТУ 6-06-246-92) представляет собой раствор композиции каучука и модифицированной фенольной смолы в органическом растворителе. Лак Ф-40С - жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета, без механических примесей, характеризующаяся по следующим показателям:

- массовая доля сухого остатка - 20%;

- прочность связи со сталью при сдвиге при 20°С не менее - 5,0 МПа.

Состав лака Ф-40С:

1) смола ФКУ (феноло-формальдегидная смола на основе замещенного фенола винилацетиленовой структуры) - 8 масс. %;

2) каучук синтетический бутадиен-нитрильный марки СКН-40С - 12 масс. %;

3) ацетон технический, ГОСТ 2768-84 - 80 масс. % [1].

Нанопорошок оксида алюминия (Al₂O₃) (ТУ 1791-003-36280340-2008) изготовлен методом электрического взрыва алюминиевого проводника в кислородосодержащей атмосфере.

Химический состав:

Материал содержит не менее 95% масс α - Al₂O₃. Около 3% в объеме частиц содержится не прореагировавший алюминий. 2% - сорбированые газы (азот, углеводороды), вода.

Физические и химические свойства:

Внешний вид и цвет: порошок белого цвета, насыпная плотность от 0,6 до 1,7 г/см³. Содержит в основном фазу α - Al₂O₃. Частицы имеют сферическую форму. Удельная поверхность, измеренная методом БЭТ 35-40 м2/г. Вероятностный (средний арифметический) размер ; размер, размер средний по поверхности средний массовый размер Температура плавления 2000°С. Порошок пожаро- и взрыво-безопасен. Порошок оксида алюминия находит применение при изготовлении электротехнических керамик и композиционных материалов.

Нанопорошок меди (Cu) (ТУ 1791-003-36280340-2008) получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона и упакован в стеклянные ампулы в инертной атмосфере.

Химический состав:

Порошок содержит металлическую медь (Cu) около 98% масс; остальное другие химические элементы. При контакте с воздухом содержание активного металла падает до 85-90%, остальное сорбированые газы, оксид меди и Н₂О.

Физические и химические свойства:

Внешний вид и цвет: порошок темно-бурого цвета. Форма частиц сферическая, частицы порошка Cu (50) имеют огранку. Среднеарифметический размер частиц от 50 до 100 нм. Насыпная плотность - около 5 г/см³. При механических воздействиях (вибрация и т.д.) насыпная плотность порошка может увеличиваться. Быстро окисляется при контакте с воздушной атмосферой. Точка плавления 1200°С. Удельная поверхность, измеренная методом БЭТ, для Cu(50) около 12 м2/г, для Cu(100) - 6,8 м²/г. Порошки легко образует агломераты. После контакта с воздухом порошок меди воспламеняется низкокалорийным источником тепла (спиртовка) в течение 0,5 с. Линейная скорость фронта горения 0,48 мм/с, протяженность фронта горения 7,5-8 мм. Порошок меди может найти применение в катализе и материаловедении, электроннной, химической промышленности.

Существенным отличительным признаком от прототипа является то, что композиция дополнительно содержит в качестве наполнителей нано-порошки оксида алюминия и меди.

Таким образом, заявленное техническое решение имеет существенные отличительные признаки от прототипа и соответствует, тем самым, критериям изобретения.

Экспериментальные исследования показали, что прочность пленок, выполненных заявляемой композицией, составляет 14,15 МПа (фиг. 1). Это на 56,4% превышает прочность пленок, выполненных прототипом (9,05 МПа). Удельная работа деформации пленок, выполненных заявляемой композицией составила 3,92 МДж/м³, а у прототипа 2,71 МДж/м³ (фиг. 2). Установлено, что допустимая толщина полимерного покрытия заявленной композиции составляет 0,25 мм, что выше на 0,05 чем у прототипа. Это позволит восстанавливать детали с увеличенным значением износа.

Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно, введение дополнительно в лак Ф-40С нанопорошки оксида алюминия и меди, позволяет получить технический результат, который выражается в повышении деформационно-прочностных свойств пленок, выполненных заявляемой композицией и увеличением допустимой толщины полимерного покрытия.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Прочность пленок σ при одноосном растяжении, выполненных прототипом (1) и заявляемой композицией (2)

Фиг. 2. Удельная работа деформации при разрыве ар при одноосном растяжении, выполненных прототипом (1) и заявляемой композицией (2)

Осуществление изобретения

Заявлена композиция склеивания металлических изделий в узлах машин, включающая лак Ф-40С, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминиевую пудру и бронзовый порошок при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- лак Ф-40-84,5…85;

- нанопорошок оксида алюминия (_A2O3) - 13,5…14;

- нанопорошок меди (Cu) - 1,5…2.

Лак Ф-40С (ТУ 6-06-246-92) поставляется в виде раствора в пластиковых емкостях различного объема. Разработчик - ОАО «Институт пластмасс» (г. Москва).

Нанопорошок оксида алюминия (Al₂O₃) (ТУ 1791-003-36280340-2008) упакован в стеклянные ампулы в инертной атмосфере в количестве 10, 50 и 100 г. Разработчик - ООО «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ», г. Томск.

Нанопорошок меди (Cu) (ТУ 1791-003-36280340-2008) выпускается в двух модификациях: Cu (50) и Cu (100). Нанопорошок упакован в стеклянные ампулы в инертной атмосфере. Разработчик - ООО «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ», г. Томск.

Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ВЛА-200М. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный лак Ф-40С, затем добавляли нанопорошки алюминия и меди, после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.

Образцы представляли собой пленки прямоугольной формы 60×15×0,21 мм. Расчетная длина образца составляла 30 мм. В качестве подложки при изготовлении пленок использовали пластину 200×160×4 мм из фторопласта-4. Прямоугольную форму и геометрические размеры пленки обеспечивали при помощи рамки-трафарета 180×140×0,8 мм из стали 3 с тремя окнами для пленок. Внутренние размеры окон - 70×20 мм. Рамку накладывали на фторопластовую пластину и заполняли ее, нанося послойно лак Ф-40 или композицию волосяной кистью №5. После заполнения рамки, поверхность покрытия формовали фторопластовой пластиной, с целью обеспечения равномерной толщины полимерной пленки. После отверждения образцы кондиционировали в течение 16 ч. при стандартной атмосфере 23°С [3]. Предельные отклонения размеров образцов не превышали по длине и ширине ±0,1 мм. Отверждение пленок проводили сушильном шкафу СНОЛ-3.5,3.5,3.5/3 в течение 2 и 3 ч при температурах 140 и 160°С.

Деформационно-прочностные свойства пленок лака Ф-40С и заявляемой композиции оценивали прочностью и относительным удлинением при одноосном растяжении пленок. Испытания образцов осуществляли на разрывной машине ИР 5047-50 с одновременной записью диаграммы «нагрузка-деформация». Скорость нагружения при испытаниях была постоянной и составляла 5 мм/мин.

Библиографические данные

1. http://www.nicp.ru/

2. http://www.nanosized-powders.com/

3. ГОСТ 12423-66. Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб). - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.