Ремонт металлических деталей полимерными материалами 3 страница

При превышении некоторой пороговой концентрации ультрадисперсного наполнителя в системе наблюдается снижение свойств, что характеризуется совместным протеканием двух процессов:

- увеличение активных центров кристаллизации, а значит и скорости процесса кристаллизации – положительная сторона;

- увеличение вязкости расплава, ухудшение условий упаковки частиц в граничном слое и торможение процессов кристаллизации – отрицательная сторона.

Высокодисперсный наполнитель перемещается в расплаве полимера по механизму градиентной конвекции и может становится либо центром сферолита либо вытесняется в межсферолитные области.

Но эффект усиления физико-механических свойств возможен лишь в случае влияния наполнителя в межструктурном пространстве на упорядоченность проходных цепей, а также концов молекул и прочих неоднородностей, составляющих аморфные участки. Неизбежным следствием этого, с одной стороны, является упорядочения аморфных областей, с другой – результатом активного действия поверхности наполнителя является уменьшение подвижности молекулярных цепей и обще снижение ряда свойств исходного полимера. Однако это в значительной мере компенсируется радикальным улучшением специфических свойств, таких как износостойкость и коэффициент трения. Основной выявленный положительный эффект от межструктурного заполнения – стабилизирующий, т.е. стабильность структуры во времени при различных воздействиях, связанная с термодинамическими и кинематическими (в основном) факторами.

10.2. Очистка и подготовка поверхности для нанесения полимерного покрытия

Важными этапами процесса нанесения полимерного материала являются очи­стка и подготовка ремонтируемой поверхности, что оказывает определяющее влияние на качество полимерного покрытия и на стабильность его прочностных показателей.

Производительная и качественная очистка труднодоступных участков автомо­биля предусматривает комплексное механическое, химическое и физико-химическое воздействия на удаляемое загрязнение с применением высокоэффектив­ных синтетических моющих средств, которые широко используются на специали­зированных ремонтных предприятиях.

Характеристики синтетических моющих средств представлены в табл. 10.18.

Таблица 10.18. Характеристики синтетических моющих средств

Типичный представитель	Рабочая температура, °С	Концентрация, г/л
MC 37 Темп-100Д	70…90 70...80	15…30

Синтетические моющие средства представляют собой многокомпонентные композиции, состоящие из поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ряда щелоч­ных солей.

Синтетические моющие средства выпускаются промышленностью в виде сы­пучего порошка. Они хорошо растворяются в воде, нетоксичны, не вызывают ожогов кожи.

Синтетические моющие средства одинаково пригодны для очистки узлов и дета­лей, выполненных как из черных, так и цветных металлов и сплавов. После мойки де­тали не корродируют и не требуют ополаскивания. При затруднении в приобретении вышеуказанных моющих средств их можно заменить любым стиральным порошком.

Основным условием очистки поверхности (разрушения и удаления загрязне­ний) является превышение динамического давления над прочностными и адгези­онными свойствами загрязнений.

Механическое воздействие очищающей среды на загрязненную поверхность является основным в процессе струйной очистки. Определяющим параметром механического воздействия является давление струи моющей жидкости. Гидро­динамические струи разделяют на струи низкого (до 1 МПа), среднего (1-5 МПа) и высокого (5-60 МПа) давления.

Автолюбители без особого труда и с минимальными затратами денежных средств могут изготовить струйную моечную установку не только низкого но и среднего давления.

Основой такой моечной установки может служить типовой садовый опрыскиватель (рис.10.1). Учитывая, что у многих автолюби­телей в гаражах есть стационарные или авто­мобильные переносные компрессоры, работа­ющие от аккумуляторов, для более произво­дительной очистки можно дополнительно вмонтировать в резервуар штуцер для подачи давления от компрессора.

Рис. 10.1. Моечная установка: 1 - ручной насос; 2 - штуцер для подключения компрессора или ножного насоса; 3 - сжатый воздух; 4 моющий раствор; 5 – кран; 6 - гибкий шланг; 7 - насадок

При самостоятельном изготовлении ука­занного приспособления необходимо знать, что в вашем распоряжении имеется сосуд, работающий под давлением, к которому предъявляются определенные требования. Роль сосуда могут выполнять ресиверы пневмосистемы грузовых автомобилей, ко­торые рассчитаны на работу при давлении до 1 МПа.

Механическое воздействие струи мою­щего раствора можно увеличить за счет насадка, параметры которого влияют на скорость струи, плотность жидкости и площадь сечения струи. По величине гидравлического сопротивления насадки подразделяют на цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и коноидальные (рис. 10.2). Максимальную кинетическую энергию имеет струя жидкости, вы­текающая из коноидапьного насадка.

Рис. 10.2. Виды насадков

Все синтетические моющие растворы значительно повышают свою моющую способность при температуре выше 70°С, поэтому желательно перед использо­ванием моющий раствор нагреть до температуры, указанной в табл. 10.18. На по­вышение эффективности очистки двигателя положительное влияние оказывает прогрев двигателя. При очистке двигателя необходимо защитить от попадания моющего раствора свечи, генератор, стартер, распределитель зажигания - это можно сделать полиэтиленовой пленкой. С остальных поверхностей на прогре­том двигателе вода быстро испаряется.

Подготовка поверхности для нанесения полимерного покрытия. После очистки поверхности от загрязнений, перед нанесением полимерного покры­тия необходима специальная подготовка поверхности. Качеством проведения этой операции во многом определяется долговечность и стабильность прочностных показа­телей полимерного материала.

При эксплуатации автомобиля происходит интенсивный процесс коррозии ме­таллических поверхностей, в результате которого на поверхности возникают уг­лубления со следами коррозии. При ремонте автомобиля, как правило, приходит­ся работать именно с такими поверхностями.

Механический способ подготовки поверхности предусматривает очистку по­верхности до металлического блеска. Удаление ржавчины механическим мето­дом - тяжелый и трудоемкий процесс. Для этого применяются металлические щетки, наждачная бумага либо другой абразивный инструмент. Механический способ не позволяет удалить следы коррозии из углублений, металлические щет­ки и наждачная бумага оказывают воздействие только на верхний слой ржавчи­ны. Нанесение на такую поверхность полимера приводит к быстрому образова­нию вокруг остатков коррозии дополнительных рыхлых продуктов коррозии, объ­ем которых быстро увеличивается, что ведет к быстрому разрушению полимерно­го покрытия. Из механических способов подготовки поверхности хорошие резуль­таты дает только пескоструйная очистка, которая требует специального оборудо­вания, значительных энергетических, трудовых затрат и может быть использова­на только при специализированном ремонте.

Химические способы подготовки поверхности предусматривают химическое воздействие на поверхность металла различными химикатами, что снижает тру­доемкость работ. Однако необходимо знать, что при обработке химикатами, со­держащими кислоту, их остатки должны быть удалены с поверхности металла, иначе они сами способствуют коррозии металла.

Химические составы могут по-разному воздействовать на поверхность метал­лов. В зависимости от механизма взаимодействия химического состава с поверх­ностью металлов различают следующие химические способы подготовки по­верхности: травление; фосфатирование; нейтрализация ржавчины.

Производительность удаления ржавчины повышается при сочетании механи­ческого и химического способов. Сначала с поверхности механическим путем удаляют рыхлый поверхностный слой ржавчины, а на остатки ржавчины в порах и углублениях воздействуют химическим способом.

Травление - это процесс удаления оксидов и гидратов оксидов металлов с по­верхности химическими методами. Для этого используют растворы кислот или кислых солей.

При воздействии на поверхность металла кислотами металлическая поверх­ность становится шероховатой, очищенной от различных загрязнений. Перед травлением поверхность необходимо обезжирить. Остатки смазки и жиров ухуд­шают смачиваемость поверхности, и травление протекает неравномерно. Про­цесс травления состоит из операций обезжиривания, обработки кислотосодержащим составом, промывки водой, промывки нейтрализующим составом, по­вторной промывки водой и сушки.

Для удаления ржавчины в торговлю поступают готовые к употреблению соста­вы. Наиболее распространен "Автоочиститель ржавчины Омега-1". Состав пред­ставляет собой смесь ортофосфорной кислоты, карбоксиметилцеллюлозы, аэро­сила и ингибитора коррозии. Перед употреблением очиститель необходимо хоро­шо перемешать, а затем нанести шпателем или кистью слоем 1-3 мм на ржавую поверхность и выдержать на ней 5-30 мин. (в зависимости от толщины слоя ржав­чины). Опыт использования очистителя показывает, что он действительно спосо­бен полностью удалить ржавчину, в том числе и из углублений. Но для этого вы­шеуказанную операцию приходится повторять многократно (для интенсификации процесса очиститель можно дополнительно втирать железной щеткой). После полного удаления ржавчины очиститель удаляют сухой тканью или щеткой и про­тирают поверхность насухо. Аналогичными свойствами обладает паста "Морж".

На растворы для травления существует ГОСТ, согласно которому в машино­строении и при специализированном ремонте автомобилей производят обработ­ку поверхностей металлов. Составы и технология применения некоторых из них приведены в табл. 10.19.

Для одновременного обезжиривания и травления используются составы, при­веденные в табл. 10.20.

Таблица 10.19. Составы травильных растворов и технология применения

Водный раствор	Режим обработки
№ состава	Состав	Концентрация, г/л	Температура, ºС	Длительность травления, мин
	Серная кислота Катопин ПБ-6 или ХОСП	50-100 5-10	60-80	3-5
	Соляная кислота Катопин ПБ-6 или ХОСП-10	50-100 5-10	15-35	10-35
	Серная кислота Соляная кислота Катопин ПБ-6 или ХОСП-10	175-200 30-50 5-10	15-35	3-30
	Серная кислота Натрий хлористый	120-170 140-180	68-85	6-8
	Фосфорная кислота	50-100	60-80

Таблица 10.20. Составы и технология применения для одновременного обезжиривания и травления поверхностей металлов

Водный раствор	Режим обработки
№ состава	Состав	Концентрация г/л	Температура, °С	Длительность травления, мин
	Серная кислота	50-100	50-60
	Синтанол ДС-10 Кислота ортофосфорная Синтанол ДС-10	0,5-1,0 50-100 0,5-1,0	60-70	3-5

Фосфатированием называется процесс химической обработки стальных изде­лий с целью получения на их поверхности слоя нерастворимых в воде фосфор­нокислых соединений. Фосфатирование проводится на предварительно очищен­ной поверхности металла растворами солей фосфатов различных металлов Так, соли ортофосфорной кислоты, оседая на поверхности металла, образуют нерас­творимую в воде мелкокристаллическую пленку фосфата железа с сильно раз- витой поверхностью и высокой адгезией к металлу. Полимер, нанесенный на фо­сфатный слой, обладает адгезией к такому металлу в 2,0-2,5 раза большей, чем к металлу, подготовленному механическим способом. Кроме того, фосфатный слой пассивирует поверхность металла, предохраняя ее от проникновения агрес­сивных сред под полимерное покрытие. Это способствует увеличению срока службы полимерного покрытия.

В машиностроении и на автозаводах фосфатирование производят готовыми к применению растворами КФ-1, КФ-12 при температуре 45-50°С.

Раствор КФ-1 имеет следующий состав (% по массе): окись цинка - 13,7; орто- фосфорная кислота (87%-я) - 31,9; азотная кислота (57%-я) -14,3; вода - 40,1.

Для фосфатирования используются составы, приведенные в табл. 10.21.

Ввод ингибиторов коррозии обеспечивает защиту металла от коррозии. Состав из серной кислоты и поверхностно-активного вещества синтанол ДС-10 используется для одновременного обезжиривания и травления подготавливаемой поверхности.

Значительно облегчить процесс подготовки поверхности для нанесения поли­мерного покрытия можно, используя преобразователи или нейтрализаторы ржавчины, которые преобразуют продукты коррозии в более стабильные соеди­нения. Нейтрализаторы ржавчины обычно состоят из водно-спиртовых или вод­но-ацетоновых растворов фосфорной кислоты с добавлением танина, гидрохи­нона, различных ингибиторов коррозии.

Таблица 10.21. Составы фосфатирующих растворов

Водный раствор	Режим обработки
№ состава	Состав	Количество компонентов в массовых долях	Температура, ºС	Длительность фосфатирования, мин
	Азотокислый натрий, 10%-ный раствор	1,8...2,2	45...50	1,5...2,0
	Концентрат КФ-1
	Натр едкий, 20%-ный раствор	3,0...3,5
	Азотнокислый натрий	4...8	50...60	1,5...3,5
	Синтанол ДТ-7 или ДС-10, либо ОП-7 или ОП-Ю	0,2...0,5
	Аммоний молибденовокислый	0,1	50...70	1,5...3,0
	Натрий фосфорнокислый однозамещенный
	Танин	0,1

В продажу поступают "Автопреобразователь-1 ржавчины", 'Автопреобразова­тель ржавчины лигнинный", "Нейтрализатор ржавчины ВСН-1" и "Буванол".

Необходимо отметить, что преобразователи ржавчины не взаимодействуют со слоями ржавчины толщиной более 100 мкм, которые необходимо удалять меха ническим путем.

Наиболее удобен при использовании "Нейтрализатор ржавчины ВСН-1". Перед его нанесением поверхность металла необходимо очистить железной щеткой, чем достигается удаление рыхлой ржавчины Затем следует обезжирить поверхностъ уайт-спиритом, высушить и через 20-30 мин. жесткой кистью или тампоном нанести нейтрализатор ржавчины, который для лучшего проникновения в ржа вый слой можно втирать железной щеткой. Примерно через 30 мин. поверхность приобретает беловато-серый цвет, после чего ее промывают водой, высушивают и наносят полимер. Процесс преобразования ржавчины более интенсивно проис­ходит при температуре выше 15°С. Состав сохраняет свои свойства после размо­раживания.

Многообразие полимерных материалов, предлагаемых для ремонта автомоби­лей (эпоксидные, полиэфирные, анаэробные, акриловые и т.д.), исключает еди­ные технологические рекомендации подготовки поверхности для нанесения по­лимерных покрытий. Так, обезжиривание синтетическими моющими растворами благоприятно действует при нанесении полимерных покрытий на основе эпок­сидных смол. Но анаэробные полимерные материалы на поверхностях, обезжиренных синтетическими моющими растворами, не полимеризуются.

10.3. Нанесение полимерных материалов

Полимерные материалы при ремонте машин применяются для следующих целей: восстановления размеров изношенных деталей, заделки трещин и пробоин, упрочнения резьбовых соединений и неподвижных посадок, антикоррозионной защиты, склеивания деталей и материалов, герметизации сварных, заклепочных и резьбовых соединений, а также для изготовления деталей.

Полимерные материалы применяют как в чистом виде (полиэтилен, полистирол, капрон, полипропилен), так и в виде пластмасс. Для образования пластмасс к полимерному материалу добавляют ряд компонентов: наполнители (стеклянное волокно, асбест, цемент, металлические порошки), улучшающие физико-механические свойства пластмасс; пластификаторы (дибутилфталат, диоктилфталат, жидкий тиокол и другие), улучшающие пластичность и эластичность пластмасс; отвердители (полиэтиленполиамин и др.).

Способы нанесения полимеров (пластмасс) на поверхности деталей следующие: напыление (вихревое, газопламенное, центробежное, струйное); опрессовка деталей полимерами; литье под давлением; холодное литье; нанесение паст, компаундов и т.д. [44, 45].

Для прочного сцепления наносимого слоя полимера с деталью поверхность должна быть слегка шероховатой, зачищенной до металлического блеска, обезжиренной ацетоном или другими органическими растворителями.

При нанесении покрытий напылением частицы полимера должны иметь размер не более 0,25 мм. Порошок получают механическим путем, используя дробилки ОП-2107, ИПР-150М, или химическим.

Вихревое напыление (напыление в кипящем слое, напыление в псевдоожиженном слое) проводится на установке типа А-67М (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Установка вихревого напыления

Установка состоит из камеры 5 с пористой перегородкой 2, для изготовления которой используют стеклоткань, керамику, войлок. Сверху перегородка закрывается стальной пластиной 3 с множеством отверстий диаметром 0,8—2,0 мм. Для того, чтобы отверстия не забивались порошком полимера, на стальной лист сверху кладется слой ткани 4. Деталь подготавливают, зачищают, обезжиривают, места, не подлежащие покрытию, защищают жидким стеклом, фольгой, листовым асбестом. Подготовленные детали нагревают в печи либо газовой горелкой до температуры 280—300 °С и помещают в камеру 5 установки. На пористую перегородку 2 насыпают порошкообразный слой капрона толщиной не менее 100 мм. Через перегородку по трубопроводу 1 в камеру подается сжатый воздух или инертный газ (азот или углекислый газ) под давлением 0,1—0,2 МПа. Газ, проходя через перегородку, разделяется на множество мельчайших струй и приводит порошок во взвихренное состояние, обладающее свойствами жидкости. Частицы порошка плавятся и равномерно покрывают деталь. Во время напыления детали сообщается возвратно-поступательное движение. Толщина напыленного слоя может быть до 1,5 мм.

Вибрационный способ напыления в псевдоожиженном слое основан на свойстве сыпучих материалов течь под воздействием колебаний. В вибрационной установке якорь в днище вибрирует с частотой 50 Гц. При этом происходит разрыхление и переход порошка полимера в псевдоожиженное состояние.

Газопламенное напыление пластмасс проводится на установках УПН‑4Л, УПН-6-63 и др. (рис. 10.4).

После нанесения покрытия требуемой толщины подачу порошка прекращают и дополнительно прогревают деталь для того, чтобы сделать слой более равным и плотным. Можно прикатать наплавленный слой стальным роликом.

Рис. 10.4. Схема установки газопламенного напыления полимеров: 1 - полимер, 2-сопло, 3-колпак, 4-резиновая трубка, 5-фильтр, 6-трубка для подачи порошково-воздушной смеси, 7-воздушный вентиль, 8- воздушный вентиль горелки, 9-порошковый инжектор, 10-порошковое сопло, 11-кольцевое сопло газовой горелки, 12-смесительная камера, 13-вентиль горючего газа

Расстояние от горелки до поверхности детали устанавливают 70—150 мм, а скорость перемещения горелки 1,5—2,0 м/мин. Ширина покрываемой за один проход поверхности составляет 25—40 мм. Давление ацетилена, подаваемого для питания горелки, должно быть не ниже 0,5 кПа при расходе газа 300 л/ч, а давление сжатого воздуха — не ниже 0,3 МПа при его расходе 10—15 м³/ч.

Газопламенное напыление удобно для покрытия крупных деталей (толщина покрытия практически не ограничена). Газопламенное напыление применяется для заделки вмятин на облицовке кабин и оперений машин (используют порошки ПФН-12, ТПФ-37 и другие), для восстановления изношенных деталей (порошок капрона марки А), для антикоррозийной защиты (порошки полипропилена, полиэтилена НД и другие), для нанесения антифрикционных покрытий.

Струйный беспламенный метод напыления пластмасс заключается в том, что распыление порошка производится пистолетом-распылителем на предварительно подготовленную и нагретую поверхность детали (рис. 10.5).

Подлежащую восстановлению деталь 3 после подготовки поверхности укладывают в алюминиевую оправку 2. На электропечи 1 оправка вместе с деталью нагревается до температуры 240 °С, после чего на поверхность детали распылителем 5 с помощью сжатого воздуха наносится порошок полимера. Частицы порошка расплавляются и образуют сплошное покрытие. В качестве пистолета–распылителя используют распылители, применяемые для окрасочных работ.

Рис. 10.5. Установка для беспламенного напыления пластмасс: 1-электропечь, 2-оправка с терморегулятором, 3-деталь, 4теплоизоляция, 5-распылитель полимера, 6-воздухопроводы, 7-рессивер, 8-компрессор, 9-фильтр

Недостатками этого способа являются значительная потеря порошковых материалов при напылении и загрязнение воздуха.

Восстановление и изготовление деталей методом литья под давлением термопластических материалов основано на выдавливании разогретой пластмассы из обогревательного цилиндра литьевой машины в гнездо сомкнутой пресс-формы. Изношенную поверхность детали предварительно протачивают, чтобы толщина слоя пластмассы (полимера) была не менее 0,5 мм. Если возможно, на детали протачивают канавки, делают сверления.

Подготовленную деталь устанавливают в разогретую пресс-форму, имеющую номинальные размеры восстанавливаемой детали и нагнетают в нее разогретую пластмассу под давлением 15—125 МПа. Деталь должна быть нагрета до температуры 230—290 °С.

Наиболее распространенные в ремонтном производстве термопластичные материалы, применяемые для восстановления деталей всеми способами напыления и литьем под давлением, капрон (поликпролактан), полиамид 68, полиамид ПП-610, полиэтилен ВД, фенилон С-2. Для изготовлениядеталей литьем под давлением применяют также полистирол, полиформальдегид. Для улучшения качества полимерного покрытия рекомендуется последующая термическая обработка, например, выдержка в течение 2 ч масле при температуре 100—120 °С с дальнейшим охлаждением вместе с маслом.

Дата добавления: 2015-05-06