Результат интеллектуальной деятельности: Способ поверхностного упрочнения деталей из полимерного термореактивного материала

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использована для улучшения эксплуатационных характеристик деталей машин, выполненных из полимерных материалов различного строения, в том числе термореактивных, находящих применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности и сельского хозяйства, например, для поверхностного упрочнения зубчатых цилиндрических, конических передач, лопаток рабочих колес и лопаток корпуса жидкостно-кольцевых машин и дисковых уплотнений валов.

Известны различные способы нанесения металлического слоя на поверхность пластмасс, см., например,

Патент РФ №2425912 (2011 г.) [1], Шалкаускас М.И. Металлизация пластмасс. - М.: Знание, 1983. - 64 с. [2], патент США №3658661 (1969 г.) [3], патент РФ №2313622 (2007 г.)[4], патент РФ №2656233 (2018 г.) [5], патент РФ №2761191 (2021 г.)[6].

Общим недостатком многих известных способов металлизации является необходимость использования агрессивных, высокотоксичных, пожароопасных веществ для активации поверхности пластика перед металлизацией. Сам процесс обработки является сложным и дорогостоящим.

Например, известен способ металлизации полимера [1], состоящий в том, что предварительную модификацию поверхности полимерного материала осуществляют разгоном частиц металла ударной волной, образующейся перед фронтом детонации, и внедрения их в поверхность полимерного материала, последующее нанесение металлического слоя на модифицированную поверхность проводят потоком вышеупомянутых частиц, которые разгоняют продуктами детонации газовой смеси.

Для каждого конкретного изделия (материала подложки, наносимого металла и т.д.) подбором скорости и температуры металлических частиц, разгоняемых в стволе установки детонационного напыления, достигается такой режим их столкновения с полимерной деталью, при котором они (частицы) внедряются в поверхностный слой и остаются в нем, не вызывая эрозии поверхности пластика. После такой обработки поверхность пластика представляет собой высоконасыщенную металлическими частицами металлополимерную смесь. Затем, после такой модификации поверхности детонационным напылением, с помощью той же установки детонационного напыления, наносят слой металла в таких условиях, что частицы разгоняются и нагреваются в потоке газообразных продуктов детонации; при этом (при соударении) частицы напыляемого металла образуют прочную металлическую связь с ранее внедренными в поверхность пластика частицами металла, образуя слой прочного металлического покрытия, который, благодаря высокой когезии с внедрившимися в поверхность пластика частицами из того же металла, образует металлическое покрытие.

Недостатком данного способа являются высокий уровень шума в процессе напыления (до 140 дБ), наличие продуктов сгорания газовой смеси и высокая концентрация взвешенных частиц в воздухе после окончания процесса (более 150 мг/м³).

Наиболее близким по техническому решению является способ, описанный в (RU 2761191 C1). В данном способе на поверхность изделия из термопластичного полимера наносится ферромагнитный порошок, удерживаемый магнитным полем. При нагревании потоком воздуха температурой 200…230°С ферромагнитный порошок расплавляет поверхностный слой полимера и под одновременным действием напора воздуха и магнитного поля проникает на глубину удержания, оставаясь в полимере после его остывания

Недостатком указанного способа является его практическая неприменимость для металлизации поверхности термореактивных полимеров из-за необратимости полимеризации реактопластов и невозможности металлизации поверхности уже готовых изделий из них.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение срока эксплуатации деталей из термореактивных пластиков, повышение поверхностных твердости и прочности, а также снижение сложности процесса поверхностного упрочнения изделий из реактопластов непосредственно в процессе их получения, исключая необходимость металлизации готовых изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ поверхностного упрочнения изделий из полимерных термореактивных материалов осуществляется непосредственно в процессе формования деталей на установке, содержащей стальную форму 1, источник питания электромагнитов 2, соединительные провода, катушек с сердечником 3 из электротехнического железа, которые располагаются с внешней стороны по периметру стальной формы, внедрение удерживаемых магнитным полем на внутренней поверхности стальной формы частиц ферромагнетика 4 различных размерностей в поверхность термореактивного полимера 5 происходит за счет действия давления полимера, находящегося в пластичном состоянии при заполнении им стальной формы. Обработанные таким образом детали будут иметь более высокую твердость и износостойкость при незначительных изменениях коэффициента трения по стали.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема установки для металлизации предлагаемым способом полимерных деталей различных размеров.

Предлагаемый способ металлизации работает следующим образом.

На внутренней поверхности стальной формы фиксируется магнитным полем порошок ферромагнетика. После заполнения формы термореактивным полимером под давлением и полимеризации магнитное поле выключается и деталь извлекается из формы. В итоге получается деталь нужных размеров и с поверхностью, упрочненной слоем металлического порошка, свойства которого приближаются к свойствам металла.

Предлагаемый способ поверхностного упрочнения не производит каких-либо продуктов сгорания либо взвесей ферромагнитного порошка в воздухе вследствие удержания порошка мощным магнитным полем, позволяет получать модифицирование поверхности полимерной детали непосредственно в процессе ее формообразования.

Предлагаемый способ поверхностного упрочнения является практически применимым и не требует подбора каких-либо специальных составов и технологических приемов для улучшения процесса внедрения ферромагнитного порошка в поверхность детали из термореактивных материалов, что уменьшает токсичность, повышает технологичность и культуру производства.

Предлагаемый способ поверхностного упрочнения позволит повысить эксплуатационные характеристики деталей машин, изготавливаемых из полимерных термореактивных материалов. Необходимо отметить, что при проведении данного процесса должны быть использованы термопласты и реактопласты, параметры процесса должны подбираться, исходя из размеров деталей из упрочняемого по поверхности полимера. Тем не менее, минимальное значение магнитной индукции должно составлять не менее 500 Гс или 0,05 Тл.

Заявляемое изобретение может быть реализовано с помощью известных технических средств, поэтому оно удовлетворяет условию патентоспособности «промышленная применимость».