Methods antifriction coatings

The article deals with how Molykote antifriction coatings on metal and plastic surfaces. Recommendations to control the thickness of antifriction coatings and their removal (cleaning).

1. Подготовка поверхности
1.1. Подготовка металлических поверхностей
1.1.1. Обезжиривание
1.1.2. Удаление окислов
1.1.2.1. Пескоструйная обработка
1.1.2.2. Травление
1.1.2.3. Анодирование
1.1.3. Фосфатирование
1.2. Подготовка пластмассовых поверхностей
2. Нанесение антифрикционных покрытий
2.1. Нанесение антифрикционных покрытий на металлические поверхности
2.1.1. Распыление
2.1.2. Погружение и центрифугирование
2.1.3. Нанесение валиком, щеткой, кистью. Трафаретная печать
2.2. Особенности нанесения антифрикционных покрытий на поверхности пластиков
3. Отверждение
4. Удаление антифрикционных покрытий (очистка)
5. Контроль толщины покрытия
6. Рекомендации по методам нанесения антифрикционных покрытий Molykote.

 

Одним из наиболее современных и перспективных способов защиты деталей и узлов различных механизмов от интенсивного износа является применение антифрикционных покрытий (АФП) – смазочных материалов, подобных краскам, но содержащих вместо красящего пигмента высокодисперсные частицы твердых  смазочных веществ, равномерно распределенных в смеси связующих элементов и растворителей.

Механизм действия антифрикционных покрытий состоит в следующем. После полимеризации связующие элементы вместе с сухими смазками заполняют впадины микронеровностей поверхности и увеличивают ее опорную площадь (см. рис. 1).

Рис. 1. Механизм работы антифрикционных покрытий

В процессе трения часть смазочных частиц переносятся на сопряженную поверхность. При этом они ориентируются параллельно направлению движения, образуя гладкую и скользкую защитную антифрикционную пленку на обеих поверхностях.

Во всем мире широкую известность получили высококачественные антифрикционные покрытия Molykote от компании Dow Corning. Они изготавливаются на основе дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена, а также композиций различных твердых веществ, содержание которых в зависимости от вида покрытия может достигать 70%. Сухие смазки в составе покрытий обеспечивают необходимый комплекс свойств.

Связующие вещества определяют его защитные свойства, химическую стойкость и тип отверждения. В линейке смазочных материалов Molykote имеются антифрикционные покрытия, полимеризующиеся  как при комнатной температуре, так и в результате нагрева.

В зависимости от обрабатываемой основы, типа полимеризации, требуемого комплекса эксплуатационных характеристик применяются различные способы подготовки поверхности и нанесения антифрикционных покрытий Molykote.



1. Подготовка поверхности

Адгезия и срок службы антифрикционных покрытий в большой мере зависят от применяемой технологии предварительной подготовки поверхностей деталей. В качестве примера на рисунке 2 приведена диаграмма зависимости срока службы покрытий от  методов предварительной подготовки поверхности.

Зависимость срока службы антифрикционных покрытий от методов предварительной подготовки поверхности

Рис. 2. Зависимость срока службы антифрикционных покрытий от методов предварительной подготовки поверхности

Технологический процесс подготовки зависит от материала и состояния обрабатываемой детали.

 

1.1. Подготовка металлических поверхностей

Методы предварительной подготовки поверхности металлов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Предварительная обработка Сталь Хромированные или никелированные детали Детали с гальваническим покрытием Алюминиевый сплав Медный сплав Магниевый сплав Титановый сплав Высококачественная сталь
Обезжиривание                

Удаление оксидов:


-травлением
-пескоструйной обработкой
-оксидом алюминия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анодирование                
Обработка солью двухромовой кислоты              
Фосфатирование            
Обработка щавелевой кислотой                

 

1.1.1. Обезжиривание

Подготовка к нанесению антифрикционного покрытия начинается с обезжиривания.

Даже если ранее производилось предварительное удаление коррозии кислотой, последующее обезжиривание способствует более равномерному и прочному нанесению покрытия.

Данная технологическая операция может производиться органическими нежирными растворителями, например, нефрасом, растворителями Molykote 7415 или Molykote L13  вручную, а также с помощью ультразвуковых очистителей.

Растворители не должны оставлять остатков после испарения. Операцию промывки производят несколько раз до полного удаления следов жира с поверхности. При этом для очередной промывки необходимо использовать свежий растворитель.

После обезжиривания детали высушиваются на воздухе. Трогать обработанные поверхности руками нельзя.

Из соображений экологичности и безопасности персонала предпочтительно использовать органические растворители с низким содержанием ароматических соединений.


1.1.2. Удаление окислов

Имеющиеся на обрабатываемой поверхности окислы удаляют химическими или механическими методами.

 

1.1.2.1. Пескоструйная обработка

В качестве механического метода для деталей из стали, титана, алюминия, меди, магния и их сплавов рекомендуется проводить пескоструйную обработку окисью алюминия или литой сталью (размер зерна около 55 мкм). Этот вид предварительной подготовки поверхности необходим также для хромированных и никелированных деталей.

Помимо удаления коррозии, пескоструйная обработка делает поверхность детали более шероховатой (Ra от  0,5 до 1,0 мкм) и обеспечивает лучшую адгезию АФП.

По окончании работ необходимо удалить прилипшие частицы песка сухим сжатым воздухом, не содержащим масла.

Во избежание риска появления коррозии на обработанные таким образом поверхности в кратчайшие сроки необходимо нанести антифрикционное покрытие.

Следует учитывать, что при пескоструйной обработке деталей происходит  изменение их линейных размеров до 1,3 мкм.

После пескоструйной обработки возможно нанесение АФП, однако для более продолжительной службы покрытия рекомендуется фосфатирование детали.


1.1.2.2. Травление

Для обработки деталей из меди и медных сплавов вместо пескоструйной обработки может применяться травление смесью двух или более кислот (серной, фосфорной, азотной, хромовой, соляной).

Травление нержавеющей стали производится специальными растворами щавелевой кислоты.

Растворы должны подбираться таким образом, чтобы удалять продукты коррозии, но не оказывать излишнего воздействия на основной металл.

Время погружения, концентрация раствора варьируется в зависимости от сплава и состояния поверхности. После травления необходимо тщательно промыть детали для удаления остатков кислоты.


1.1.2.3.Анодирование

Алюминий и его сплавы обрабатываются методом электролитического оксидирования.
Алюминиевые сплавы с содержанием меди 0,5% и более, а также сплавы  с общим содержанием легирующих добавок свыше 7,5% обрабатываются в растворе серной кислоты.

После обработки серной кислотой детали необходимо промыть в воде, затем закрепить поверхностную пленку путем погружения в 5-% раствор дихромата натрия или калия, прополоскать и высушить. Сушка производится при температуре не выше 102° С.

Все другие алюминиевые сплавы и алюминий могут обрабатываться в растворе хромовой кислоты.

Хромовая кислота образует тонкую пленку, которая обеспечивает защиту от коррозии.

После обработки хромовой кислотой деталь нужно промыть в горячей воде и дать высохнуть ей на воздухе.

Для образования хорошей поверхностной пленки в растворах кислот необходимо использовать воду высокой чистоты (с низким содержанием хлоридов и сульфатов).

После анодирования до нанесения на детали антифрикционного покрытия их нельзя трогать голыми руками.


1.1.3. Фосфатирование

Фосфатирование применяется для железа и стали, но непригодно для нержавеющей стали, оцинкованного чугуна и деталей с кадмиевым и гальваническим покрытием.

Обработка фосфатом марганца увеличивает несущую способность и смазывающие свойства покрытия. Обработка фосфатом цинка улучшает его коррозионную стойкость. Фосфат железа улучшает адгезию с антифрикционными покрытиями.

Для фосфатирования используются только такие растворы, которые создают слои мелких кристаллов. Большая часть частиц, осаждаемых на поверхности, должна иметь размеры в диапазоне от 3 до 8 мкм. Это эквивалентно весу наносимого слоя от 5 до 15 г/м2.

После обработки фосфатный слой должен иметь ровную, однородную структуру и цвет от серого до черного. Пятна фосфатирующего раствора и следы коррозии на поверхности деталей не допускаются.

Во избежание образования коррозии под действием влаги, содержащейся в окружающем воздухе, антифрикционные покрытия должны быть нанесены в кратчайшие сроки после фосфатирования.


1.2. Подготовка пластмассовых поверхностей

Обработка пластмассовых деталей включает, главным образом, обезжиривание и чистку. При этом  используются растворители, которые не повреждают материал деталей.  Для улучшения адгезии поверхностям придается  шероховатость механическими (например мелкой пескоструйной обработкой) или химико-термическими методами (например, путем активации поверхности пластика плазмой низкого давления).



2. Нанесение антифрикционных покрытий

В зависимости от формы, размера, веса, количества и материала обрабатываемых деталей, а также свойств поверхности применяют различные способы нанесения антифрикционных покрытий. При выборе способа нанесения АФП следует учитывать требования к пленке, конфигурацию и расположение покрываемых поверхностей скольжения.

Перед нанесением антифрикционное покрытие следует тщательно перемешать до получения однородной жидкости. При перемешивании вручную процесс может занять до 30-40 минут. Если необходима толщина покрытия менее 5 мкм, производится его разбавление при тщательном перемешивании.

Количество приготовленного состава рассчитывают с учетом жизнеспособности, указанного в технической документации на материал, и площади, которую возможно покрыть за это время.

При работе с антифрикционными покрытиями необходимо строго соблюдать нормы техники безопасности по работе с лакокрасочными материалами.

АФП могут наноситься распылением, погружением, нанесением щеткой, нанесением с помощью валиков и трафаретной печати.

 


2.1. Нанесение антифрикционных покрытий на металлические поверхности

2.1.1. Распыление

Антифрикционные покрытия Molykote могут наноситься методом распыления с использованием сжатого воздуха или электростатического процесса в специальных камерах или в обычных помещениях с хорошей вентиляцией.

Окраску небольших участков целесообразно проводить с использованием аэрографа с круговым сечением факела и диаметром сопла 0,8 мм при давление от 2 до 5 бар. Расстояние между поверхностью и аэрографом должно быть таким, чтобы продукт попадал на поверхность, не высыхая, но и не образовывая брызг или капель.

Толщина защитной пленки покрытия регулируется количеством наносимых слоев покрытия. Каждый последующий слой можно наносить лишь после полного высыхания предыдущего слоя. Интервал перед нанесением каждого последующего слоя не должен превышать времени, указанного в технической документации на АФП.

При распылении нужно использовать сжатый сухой воздух, не содержащий масла. Для равномерного нанесения покрытия в процессе длительной работы или после перерывов покрытие необходимо периодически перемешивать.

До окончания высыхания покрытия с обработанными деталями следует обращаться с большой  осторожностью.


2.1.2. Погружение и центрифугирование

Если позволяют форма, размер и количество деталей, а также при наличии необходимого оборудования для нанесения антифрикционных покрытий Molykote может использоваться процесс погружения.

Погружение с раскручиванием на центрифуге является более экономичным методом нанесения антифрикционных покрытий на большие партии таких изделий, как винты, гайки и мелкие детали.

Погружение с центрифугированием всегда проводится дважды и состоит из следующих операций:
   • погружение; центрифугирование; раскладка на проволочных
     сетках; сушка;
   • повторение пункта 1 для нанесения покрытия на «дефектные»
     точки поверхности, соприкасавшиеся в процессе первичного
     нанесения  с опорами.


Необходимая толщина пленки антифрикционного покрытия при его заданной вязкости устанавливается регулированием скорости вращения центрифуги.

Крупные болты, втулки, валы, секции, трубы и плоские детали, которые не могут быть покрыты пленкой в центрифуге, обрабатываются в погружной ванне.

При таком методе нанесения покрытия необходимо регулировать скорость погружения детали для предотвращения затягивания в ванну пузырьков воздуха. Скорость извлечения детали также необходимо контролировать, чтобы избежать образования потеков и добиться требуемой толщины пленки.

Равномерность консистенции содержимого погружной ванны обеспечивается постоянной циркуляцией жидкости, создаваемой насосами и сливными порогами.

 

2.1.3. Нанесение валиком, щеткой, кистью. Трафаретная печать

Антифрикционные покрытия Molykote могут наноситься с помощью щетки, кисти, валиков, а также стандартными машинами для койлкоутинга – окрашивания металлических лент в рулонах.

Следует учитывать, что при нанесении АФП щеткой или кистью трудно добиться равномерной толщины пленки.

Если покрытие должно наноситься только на часть детали, то целесообразно применять способ  трафаретной печати. Перед отверждением АФП маскирующие трафареты или защитная пленка удаляются.


2.2. Особенности нанесения антифрикционных покрытий на поверхности пластиков

Перед применением антифрикционного покрытия с термоотверждением необходимо предварительно убедиться, что пластмасса обладает достаточной температурной устойчивостью.

Для армированных пластмасс используются АФП, содержащие дисульфид молибдена. Для неармированных пластмасс применяются покрытия, не содержащие MoS2.

 

3. Отверждение

Время и температура отверждения конкретного покрытия указываются в справочной документации. Однако эти данные могут нуждаться в уточнении в зависимости от конкретных условий производства.

Антифрикционные покрытия Molykote, отверждаемые при комнатной температуре, не требуют специального оборудования для полимеризации.

Время сушки таких покрытий составляет около 2-3 часов при комнатной температуре.

Антифрикционные покрытия Molykote с отверждением под действием температуры имеют лучшие показатели по износостойкости, коррозионной стойкости, сроку службы и по многим другим параметрам.

В зависимости от связующего агента покрытия время отверждения обычно составляет 30 минут при температуре +200° С. При увеличении температуры скорость полимеризации АФП уменьшается.

Для крупных деталей продолжительность отверждения должна быть увеличена в зависимости от их веса и поперечного сечения.

Для отверждения антифрикционных покрытий мелких деталей  или в случае необходимости обеспечения точного значения заданной температуры  применяются печи с циркуляцией топочных газов, предназначенные для сушки красок. При полимеризации АФП на плоских поверхностях особенно эффективно применение ИК-излучения.

Достоинством отверждения под действием ИК-излучения являются: 
   • абсорбция излучения покрытием;
   • сокращение времени отверждения и остывания.

Для проверки качества отверждения рекомендуется провести пробу на стирание с использованием растворителя Molykote 7415 или Molykote L13. Если покрытие стирается, значит процесс полимеризации незавершен неполностью.


4. Удаление антифрикционных покрытий (очистка)

При необходимости удаления антифрикционных покрытий в большинстве случаев возможно использовать растворители Molykote L13, Molykote 7415 или средства для удаления красок на основе эпоксидных смол. Для этого покрытия детали погружаются в растворитель на несколько часов.

Другим эффективным методом удаления является пескоструйная обработка поверхностей (при этом линейные размеры деталей могут уменьшаться на величину до 1,3 мкм).


5. Контроль толщины покрытия

Толщина пленки оказывает существенное влияние на срок службы, коэффициент трения и антикоррозионные свойства антифрикционных покрытий. Она должна превышать размер поверхностных неровностей соприкасающихся поверхностей, составляя, как правило, от 5 до 20 мкм.

Нанесение покрытия  на обе сопряженные поверхности относительно тонким слоем обеспечивает большую несущую способность, чем более толстый слой лишь на одной из поверхностей.

Для измерения толщины пленки могут быть использованы следующие методы: 
   • магнитный метод (DIN 50 981/ISO 2178) для веществ на основе ферромагнетика;
   • метод вихревых токов (DIN 50 984/ISO 2360) для цветных металлов;
   • метод обратного рассеяния бета-частиц (DIN 50 983/ISO 3543) для пластиков;
   • в исключительных случаях (другие методы недоступны) – микрометр и оптические методы.


6. Рекомендации по методам нанесения антифрикционных покрытий Molykote

Рекомендации по наиболее предпочтительным методам нанесения  антифрикционных покрытий Molykote приведены в таблице 2.

Таблица 2

Антифрикционное покрытие Molykote Окунание с центрифугированием Распыление Окунание Нанесение кистью Трафаретная печать Автоматическое нанесение валиками
Molykote D-321R,
Molykote D-21
Х + + + О -
Molykote 106 Х Х Х Х О +
Molykote 3400A Leadfree + + Х + Х +
Molykote 3402C Leadfree Х Х + + Х +
Molykote 7400 Х О Х + О О
Molykote D-10 Х Х О О + +
Molykote D-106 Х Х Х Х О +
Molykote D-3484 Х + Х Х О +
Molykote D-708 + Х + Х Х +
Molykote D-7405 Х Х + + + +
Molykote D-7409 Х + + Х Х +
Molykote D-7620 Х О + Х + +
Molykote D-9610,
Molykote D-96
 Х О Х Х + О
Molykote PTFE-N UV  О О О Х О О

+ – отлично;
х – хорошо;
о – ограниченное использование;
- – не используется.

 

 

Other articles