RU2402599C2 - Procedure for application of hard anti-friction coating - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: procedure for application of hard anti-friction epoxy coating on metal surface consists in preparing powder composition and in its further gas-flame sputtering. As epoxy resin in powder there is used soft pre-condensate of epoxy diane resin with molecular weight from 340 to 600 with aromatic amine at amount of 0.1-0.7 from stoichiometry mixed on rollers or in an extruder with the rest amount of aromatic amine to stoichiometry 0.9-1.2 and mixture of anti-friction powder and fibrous cut filler at amount from 50 to 250 wt. shares per 100 wt. sh. of mixture of resin with amine. Before gas-flame sputtering surface of metal is treated with a mixture of phosphoric acid (A), metal or its oxide (B) and phosphate or ammonia polyphosphate (C) at ratio A:B:C from 92:6:2 to 60:30:10.

EFFECT: reduced temperature of coating hardening at raised strength properties and deformation heat resistance.

1 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способу нанесения антифрикционных покрытий, предназначенных преимущественно для пары трения гребень колеса-рельс, обеспечивающих защиту их от износа, и может быть использовано в различных узлах трения для снижения трения, а также для антикоррозийной защиты и др. целей.The invention relates to a method for applying anti-friction coatings intended primarily for a friction pair of wheel-rail flanges, which provide protection against wear, and can be used in various friction units to reduce friction, as well as for corrosion protection and other purposes.

Известны твердые смазки на основе отвержденных эпоксидных систем для пары трения гребень колеса - рельс и способ их получения (см. аналог 1 SU 1.752.188 A3, бюл. №28 от 30.07.1992).Known solid lubricants based on cured epoxy systems for a pair of friction wheel flange-rail and the method of production thereof (see analogue 1 SU 1.752.188 A3, bull. No. 28 from 07/30/1992).

Недостатками таких смазок являются сложная технология нанесения, непомерно длинный цикл отверждения - 140-150°С в течение 24 часов, низкие прочностные показатели и недостаточная адгезия к стали.The disadvantages of such lubricants are the complex application technology, prohibitively long curing cycle - 140-150 ° C for 24 hours, low strength characteristics and insufficient adhesion to steel.

Достаточно широкое применение нашло газопламенное напыление полимеров, включая эпоксидные порошки, на металлические поверхности, в т.ч. для получения антифрикционных покрытий (ближайшим прототипом является монография В.Е.Бахарева и др. Полимеры в судовом машиностроении. Изд. «Судостроение», 1975 стр.7, 202-204, 225). В этой монографии описан способ получения эпоксидных порошков и их газопламенного напыления.Gas-flame spraying of polymers, including epoxy powders, on metal surfaces, including to obtain anti-friction coatings (the closest prototype is a monograph by V.E. Bakharev et al. Polymers in marine engineering. Publishing house "Sudostroenie", 1975, p. 7, 202-204, 225). This monograph describes a method for producing epoxy powders and their flame spraying.

Недостатками известного способа являются необходимость предварительного нагрева покрываемой поверхности, как минимум до 135°С (см. стр.225), в ряде случаев до 200°С (см. стр.202), низкие пределы прочности и модуль упругости при сжатии, а также недостаточная адгезия к стали и низкая деформационная теплостойкость.The disadvantages of this method are the need for preheating the surface to be coated, at least up to 135 ° C (see page 225), in some cases up to 200 ° C (see page 202), low tensile strengths and compressive modulus, as well as insufficient adhesion to steel and low deformation heat resistance.

В то же время известно, что массивные металлические предметы, так же как рельс или колесо, невозможно прогреть до 135°С в цеховых условиях, тем более в полевых. А нагрузки на гребне колеса - рельс значительно превышают прочностные показатели описанных составов.At the same time, it is known that massive metal objects, like a rail or a wheel, cannot be heated to 135 ° C in workshop conditions, especially in field conditions. And the loads on the wheel flange - rail significantly exceed the strength characteristics of the described compositions.

Целью заявляемого изобретения является способ нанесения твердых антифрикционных покрытий, газопламенным напылением обеспечивающий снижение температуры отверждения покрытий до 70-90°С и повышение их прочностных свойств и деформационной теплостойкости.The aim of the invention is a method of applying solid anti-friction coatings, flame spraying to reduce the curing temperature of coatings to 70-90 ° C and increase their strength properties and deformation heat resistance.

Поставленная цель достигается тем, что для осуществления способа в качестве эпоксидной смолы в порошке применяют низкоплавкий предконденсат эпоксидной диановой смолы молекулярной массой от 340 до 600 с ароматическим амином в количестве 0,1-0,7 от стехиометрии смешанный на вальцах или в экструдере с остальным количеством ароматического амина до стехиометрии 0,9-1,2 и смесью антифрикционного порошка и волокнистого рубленого наполнителя в количестве от 50 до 250 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси смолы с амином, а поверхность металла перед газопламенным напылением обрабатывают смесью ортофосфорной кислоты (А), металла или его окисла (Б) и фосфата или полифосфата аммония (В), в соотношенииThis goal is achieved in that for the implementation of the method as the epoxy resin in the powder, a low-melting precondensate of epoxy Dianova resin with a molecular weight of 340 to 600 with aromatic amine in an amount of 0.1-0.7 from stoichiometry mixed on rolls or in an extruder with the rest is used aromatic amine to stoichiometry 0.9-1.2 and a mixture of antifriction powder and chopped fibrous filler in an amount of from 50 to 250 parts by weight per 100 parts by weight mixtures of resin with amine, and the surface of the metal before flame spraying is treated with a mixture of phosphoric acid (A), metal or its oxide (B) and ammonium phosphate or polyphosphate (C), in the ratio

А:Б:В от 92:6:2 до 60:30:10.A: B: C from 92: 6: 2 to 60:30:10.

Пример 1Example 1

Приготовление порошкового составаPreparation of powder composition

В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (м.м. 390, ГОСТ-10587-85) затем нагревают до 70°С и приливают расплавленный ароматический полиамин марки А, представляющий собой аминоформальдегидный конденсат, состоящий из смеси изомеров 4,4′-диаминодифенилметана и 3-4 ядерных (бензольных колец) первичных аминов (ТУ 2473-342-05763441-2001), в количестве 9 мас.ч., т.е. 0,4 от стехиометрического количества, необходимого по расчету для отверждения. Состав перемешивают при t=70°C в течение 10 минут, после чего выливают на противень и выдерживают в цеховых условиях в течение суток. Полученный таким образом предконденсат представляет собой твердый, хрупкий продукт с t_пл=70°C со сроком хранения не менее двух месяцев.100 parts by weight are charged into a reactor equipped with heating and a stirrer. ED-20 epoxy dian resin (m. 390, GOST-10587-85) is then heated to 70 ° C and molten aromatic polyamine grade A is poured, which is an aminoformaldehyde condensate consisting of a mixture of isomers of 4,4′-diaminodiphenylmethane and 3-4 nuclear (benzene rings) primary amines (TU 2473-342-05763441-2001), in the amount of 9 parts by weight, i.e. 0.4 of the stoichiometric amount required for the cure to be calculated. The composition is stirred at t = 70 ° C for 10 minutes, after which it is poured onto a baking sheet and kept in workshop conditions for a day. Thus obtained precondensate is a solid, brittle product with t _PL = 70 ° C with a shelf life of at least two months.

Смешение предконденсата с остальными ингридиентами осуществляют на вальцах с фракцией 1,25 при t=65°C в течение 5 минут, при этом к 100 мас.ч. предконденсата добавляется 13,5 мас.ч. (0,6 от стехиометрии) ароматического полиамина и 150 мас.ч. наполнителя, состоящего из 130 мас.ч. рубленого стекловолокна диаметром 13 микрон и длиной 5 мм, 15 мас.ч. графита и 5 мас.ч. порошкового фторопласта.Mixing the precondensate with the rest of the ingredients is carried out on rollers with a fraction of 1.25 at t = 65 ° C for 5 minutes, while to 100 wt.h. precondensate is added 13.5 parts by weight (0.6 from stoichiometry) of aromatic polyamine and 150 parts by weight filler, consisting of 130 parts by weight chopped fiberglass with a diameter of 13 microns and a length of 5 mm, 15 parts by weight graphite and 5 parts by weight fluoroplastic powder.

Снятый с вальцов материал подвергают дроблению и помолу в шаровой мельнице. Полученный порошок хранится в складских помещениях не менее 3 месяцев.The material removed from the rollers is crushed and milled in a ball mill. The resulting powder is stored in warehouses for at least 3 months.

Нанесение покрытияCoating

Перед нанесением покрытия металлическая стальная поверхность подвергают обработке в цеховых или полевых условиях смесью ортофосфорной кислоты (А), окиси цинка (Б) и полифосфата аммония (В) в соотношении А:Б:В=76:18:6, после чего на нее напыляют порошок с помощью установки для газопламенного напыления УПН-4 в течение 60 секунд.Before coating, the metal steel surface is subjected to treatment in the workshop or field conditions with a mixture of phosphoric acid (A), zinc oxide (B) and ammonium polyphosphate (C) in the ratio A: B: C = 76: 18: 6, after which they are sprayed powder using the installation for flame spraying UPN-4 for 60 seconds.

За это время поверхность металла при воздействии газопламенной струи (t=580°С) успевает прогреться в тонком слое до t=100°C и за счет фосфор- и азотосодержащих компонентов, на поверхности металла порошковое покрытие успевает оплавиться и отвердеть.During this time, the metal surface under the influence of a gas flame (t = 580 ° C) manages to warm up in a thin layer to t = 100 ° C and due to phosphorus and nitrogen-containing components, the powder coating on the metal surface has time to melt and harden.

Параметры осуществления способа по примерам 2÷5 приведены в таблице 1, а свойства покрытий по заявляемому способу в сравнении с известными техническими решениями в таблице 2. Как видно из таблицы 2, заявляемый способ обладает принципиально важными преимуществами. Он позволяет наносить покрытия на массивные металлические изделия, например, рельсы и колеса вагонов и локомотивов, обеспечивая высокие прочностные свойства.The parameters of the method according to examples 2 ÷ 5 are shown in table 1, and the properties of the coatings according to the claimed method in comparison with the known technical solutions in table 2. As can be seen from table 2, the inventive method has fundamentally important advantages. It allows you to apply coatings on massive metal products, for example, rails and wheels of wagons and locomotives, providing high strength properties.

Таблица 2table 2 Свойства покрытий, получаемых по заявляемому способу в сравнении с аналогом и лучшим промышленным образцом на основе порошка ЭП-49С*The properties of the coatings obtained by the present method in comparison with the analogue and the best industrial sample based on powder EP-49C * №No. Наименование показателяName of indicator Величина показателя по примерамThe value of the indicator for examples АналогAnalogue ЭП-49СEP-49S 1one 22 33 4four 55 66     1one Продолжительность полимеризации, температура, времяDuration of polymerization, temperature, time 100°С 60 секунд100 ° C 60 seconds 90°С 3 мин90 ° C 3 min 110°С 60 секунд110 ° C 60 seconds 80°С 6 мин80 ° C 6 min 90°С 3 мин90 ° C 3 min 90°С 5 мин90 ° C 5 min 135°С 60 мин135 ° C 60 min 150°С 9-13 мин150 ° C 9-13 min 22 Придел прочности при сжатии, МПаChallenge of compressive strength, MPa 250250 240240 230230 220220 200200 200200 8080 120120 33 Модуль упругости при сжатии, МПаThe elastic modulus in compression, MPa 40004000 42004200 41004100 43004300 38003800 38003800     4four Прочность при ударе на приборе У-1, кг·смImpact strength on the device U-1, kg · cm Свыше 50 (максимальный показатель прибора)Over 50 (maximum indicator of the device) 4040 50fifty * Порошок для напыления ЭП-49С выпускался Нижнетагильским заводом пластмасс. Свойства в справочнике по пластическим массам./Под редакцией В.М.Катаева, 1975 г., т II, стр 248.* Powder for spraying EP-49C was produced by the Nizhny Tagil Plastic Plant. Properties in the reference book on plastics. / Edited by V.M. Kataev, 1975, vol. II, p. 248.

Claims (1)

Способ нанесения твердых антифрикционных эпоксидных покрытий на металлическую поверхность, включающий операции приготовления порошкового состава и его дальнейшее газопламенное напыление, отличающийся тем, что в качестве эпоксидной смолы в порошке применяют низкоплавкий предконденсат эпоксидной диановой смолы молекулярной массой от 340 до 600 с ароматическим амином в количестве 0,1-0,7 от стехиометрии, смешанный на вальцах или в экструдере с остальным количеством ароматического амина до стехиометрии 0,9-1,2 и смесью антифрикционного порошка и волокнистого рубленного наполнителя в количестве от 50 до 250 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси смолы с амином, а поверхность металла перед газопламенным напылением обрабатывают смесью ортофосфорной кислоты (А), металла или его окисла (Б) и фосфата или полифосфата аммония (В) в соотношении А:Б:В от 92:6:2 до 60:30:10. A method for applying solid anti-friction epoxy coatings to a metal surface, including the steps of preparing a powder composition and its further flame spraying, characterized in that low-melting precondensate of epoxy diane resin with a molecular weight of 340 to 600 with aromatic amine in an amount of 0 is used as the epoxy resin in the powder, 1-0.7 from stoichiometry mixed on rollers or in an extruder with the rest of the aromatic amine to stoichiometry 0.9-1.2 and a mixture of antifriction powder and chopped fiber filler in an amount of from 50 to 250 parts by weight per 100 parts by weight mixtures of resin with amine, and the surface of the metal before flame spraying is treated with a mixture of phosphoric acid (A), metal or its oxide (B) and ammonium phosphate or polyphosphate (C) in a ratio of A: B: C from 92: 6: 2 to 60: 30:10.