Физико-химические основы формирования покрытий газотермическим напылением полимерных порошковых материалов

Саидов, Мансур Хамрокулович

Физико-химические основы формирования покрытий газотермическим напылением полимерных порошковых материалов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Саидов, Мансур Хамрокулович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Душанбе МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Физико-химические основы формирования покрытий газотермическим напылением полимерных порошковых материалов»

Автореферат диссертации на тему "Физико-химические основы формирования покрытий газотермическим напылением полимерных порошковых материалов"

0и34082Э5

На правах рукописи

САИДОВ Мансур Хамрокулович

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

02.00.04 - Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Душанбе - 2009

1 О ДЕК 2009

003488295

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение, металлургические машины и оборудование» Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Азизов Рустам Очильдиевич

академик Академии наук Республики Таджикистан, доктор химических наук, профессор Ганиев Изатулло Наврузович

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Обидов Фатхулло Убайдович

Институт промышленности Министерства энергетики и промышленности Республики Таджикистан

Защита диссертации состоится "23" декабря 2009 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета ДМ 047.003.01 при Институте химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан по адресу: 734063, г.Душанбе-63, ул.Айни, 299/2.

E-mail: gulchera@list.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан

Автореферат разослан "20" ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук Касымова Г.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из ключевых проблем безотказной эксплуатации техники является защита ее от коррозии. Коррозионная активность окружающей среды и техногенное загрязнение к настоящему времени достигли такого уровня, что потери материалов из-за коррозии стали соизмеримы с объемами их выпуска, а затраты на защиту от нее машин и оборудования - с основными производственными затратами.

В совокупности средств защиты металлов от коррозии особое место занимают полимеры, сочетающие в себе высокую химическую стойкость и непроницаемость для различных сред. Самой простой и экономичной формой полимерных противокоррозионных элементов являются покрытия, удельная материалоемкость которых (отношение массы элемента к объему защищаемого металла) в 5 - 20 раз меньше, чем у других видов полимерных средств противокоррозионной защиты. Применение полимерных покрытий отвечает также тенденции экономного расходования углеводородного сырья, ресурсы которого ограничены и практически не возобновляются.

Покрытия, формируемые из дисперсных полимеров, успешно заменяют традиционные лаки и краски, технологию гальваники, гуммирование. В частности, трудоемкость работ при замене окраски жидкими лакокрасочными материалами и гальванопокрытий на нанесение полимерных порошков снижается в 2 - 3 и 6 - 8 раз соответственно. Отделка поверхности деталей и изделий порошковыми полимерными материалами является одной из немногих отраслей промышленного производства, где не наблюдается спада.

Анализ методов нанесения полимерных покрытий показывает, что одной из наиболее экономичных и простой в реализации технологией является газотермическое напыление (ГТН), и, в частности, газопламенное напыление (ГПН), позволяющее формировать и оплавлять слой в одной технологической операции. Оборудование для ГТН имеет малый вес и габариты, не требует источников электропитания, может эксплуатироваться в нестационарных условиях. Вместе с тем, в литературных источниках отсутствуют технологические рекомендации, позволяющие создать коррозионностойкие поверхностные слои ГПН на поверхностях деталей машин и элементов конструкций.

Изложенное дает основание считать актуальной тему диссертационной работы, посвященной обоснованию и разработке технологии формирования коррозионностойких покрытий ГПН порошковых полимерных материалов.

Цель работы заключается в комплексном решении проблемы обеспечения эксплуатационной надежности металлических эле-

ментов конструкций, подверженных воздействию агрессивных сред, путем разработки технологии и оборудования для ГТН защитных покрытий из полимерных порошков, определение закономерностей влияния условий ГПН на свойства защитных покрытий из полимерных порошков.

Поставленная цель исследований достигается решением следующих задач:

- разработать оборудование для ГТН полимерных порошков с коэффициентом использования материала не менее 0,85, обеспечивающее требуемый диапазон тепловых и динамических характеристик факела;

- определить оптимальную величину плотности теплового потока факела при напылении порошков термопластичных полимеров;

- выработать рекомендации по стабилизации температурного режима при напылении полимерных покрытий на наружную поверхность длинномерных изделий;

- изучить влияние технологических параметров процесса ГТН на адгезию и структуру формируемых покрытий, а также на стойкость в агрессивных средах;

- разработать технологические рекомендации по нанесению коррозионностойких покрытий на крупногабаритные детали и элементы конструкций ГТН полимерных порошков, исследовать коррозионную стойкость покрытий и внедрить их в производство.

Научная новизна работы:

- проведен теоретический анализ процесса нагрева полимерного порошка в среде продуктов сгорания пропано-воздушной смеси и определен образующийся при взаимодействии частицы и пламени удельный поток конвективной теплоотдачи газового пламени, достаточный для проплавления частиц порошка, но не перегревающий их выше 1,5ТШ;

- выполненный теоретический расчет оптимальной плотности теплового потока при ГТН порошков из термопластичных полимерных материалов показал, что для эффективного процесса ГПН полимеров с различными теплофизическими характеристиками необходим термораспылитель, обеспечивающий управление процессом теплообмена в системе «факел - частица полимера» плавной и точной регулировкой плотности теплового потока ц в пределах (1+3)-10 Вт/м2;

- разработана конструкция полимерного термораспылителя (малый патент № ТЛ 89), обеспечивающего эффективное ГПН порошков с максимальной производительностью 3,5 кг/ч при незначительном угле конуса распыла порошка, истекающего из сопла;

- на основе решения уравнения теплопроводности получено ана-

литическое выражение для расчета температурного поля в конечном полом цилиндре при движении по винтовой линии по его наружной поверхности нормально-полосового источника тепла, учитывающего суммарное тепловложение в основу от газополимерной струи.

Практическая ценность работы:

- разработаны общие и частные методики получения и исследования напыленных покрытий, а также получены результаты лабораторных и эксплуатационных испытаний;

- установлено, что наибольшие значения прочности сцепления достигаются при использовании окислительного пламени и порошков с наименьшим размером частиц. Однако, для обеспечения у напыленных порошковых слоев уровня физико-механических свойств, близких к свойствам литых полимеров, необходимо свести к минимуму воздействие как факела пламени, так и окислительных свойств окружающей среды;

- определено, что наиболее высокую адгезию во всем исследуемом диапазоне дистанций напыления имеют покрытия из полиэти-лентерефталата;

- экспериментальными исследованиями установлено, что при нанесении различных полимерных покрытий наибольшая адгезия достигается напылением порошков с размерами частиц от 150 до 300 мкм, причем максимальная прочность сцепления покрытий с основой наблюдается при соблюдении следующего соотношения между минимальным и максимальным диаметром частиц в шихте: dmJdmin < (1,8*2,0);

- методом инфракрасной спектроскопии установлено, что при газопламенном формировании полимерных покрытий с помощью разработанного оборудования и выбранных режимов напыления окислительная деструкция поверхности покрытия незначительна.

Результаты исследований апробированы и внедрены:

- в ГУПО «Таджикстекстальмаш» Министерства энергетики и про-мьшиенносга Республики Таджикистан-в ремонтных подразделениях при восстановлении гальванических ванн;

- в Таджикском техническом университете имени академика М.С. Осими Министерства образования Республики Таджикистан при разработке комплексного модуля НИР по новым материалам, конструкциям и технологиям.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса нагрева полимерного порошка в среде продуктов сгорания пропано-воздушной смеси;

- результаты, определяющие значения адгезии покрытий из по-лиэтилентерефталата в исследуемом диапазоне дистанций напыления;

- разработанное оборудование для ГТН полимерных порошков с коэффициентом использования материала не менее 0,85:

- технология нанесения коррозионностойких покрытий на крупногабаритные детали и элементы конструкций ГТН полимерных порошков;

- результаты определения влияния режимов напыления на физико-механические свойства исследуемых покрытий;

- аналитическое выражение решения уравнения теплопроводности для расчета температурного поля в конечном полом цилиндре при движении по винтовой линии по его наружной поверхности нормально-полосового источника тепла;

- математическая модель распределения температурного поля в конечном полом цилиндре;

- технико-экономическое обоснование применения разработанных коррозионностойких покрытий с целью их внедрения в производство.

Достоверность результатов исследований подтверждена:

- необходимым объемом и повторяемостью экспериментальных данных, полученных в лабораторных и натурных условиях;

- расчетными данными, полученными при оптимизации моделей теплового баланса деталей на персональном компьютере (ПК);

идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследований с помощью лабораторного оборудования и расчетных данных на ПК.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 1-ой и Н-ой Международной научно-практической конференции (НПК) «Перспективы развития науки и образования в XXI веке» (г.Душанбе, ТТУ, 20052007 гг.), 1-ой Международной НПК «Научно-технический прогресс и развитие инженерной мысли в XXI веке» (г.Худжанд, Худ-жандский филиал ТТУ им. академика М.С.Осими, 2007 г.), 1-ой и Н-ой Республиканской НПК «Из недр земли до горных вершин» (ГМИТ, г.Чкаловск, 2007-2008 гг.), Международной конференции, посвященной 60-летию ТГНУ (г.Душанбе, 2008 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 статей, получен малый патент Республики Таджикистан на изобретение. Из печатных работ 3 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Общий объем диссертационной работы состоит из 152 страниц компьютерного набора. Основной текст диссертации изложен на 134 страницах, включая 36 рисунков и 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, содержится краткое описание выполненной работы и приводятся основные положения, выносимые на защиту. Показана возможность практического применения результатов исследования.

В первой главе на основании литературных данных оценивается возможность и целесообразность применения различных методов нанесения порошковых покрытий для защиты от коррозии. Отмечается, что в качестве материалов защитных покрытий успешно зарекомендовали себя полимерные материалы, одним из важнейших свойств которых является устойчивость к разрушению под действием внешней среды. Сделан вывод о перспективности нанесения полимерных порошковых покрытий методом ГПН. Хотя полимерные покрытия применяются для защиты от коррозии достаточно давно, механизмы их защитного действия полностью не выяснены. Это вызвано сложностью изучения трехкомпонентной системы «основной металл - покрытие - среда» и большим количеством факторов, которые влияют на протекающие в ней процессы.

Глава 2. ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Разработка конструкции термораспылителя для нанесения коррозионностойких полимерных покрытий

Анализ достоинств и недостатков известных термораспылителей позволил предложить конструкцию, обеспечивающую качественное напыление полимерных материалов за счет уменьшения угла конуса распыла порошка, истекающего из сопла. Уменьшение угла конуса распыла порошка достигается тем, что в канале для выхода газопорошковой струи установлен турбулятор - пластина, свернутая в виде пропеллера, обеспечивающая закручивание газопорошкового потока и не позволяющая ему расходиться (образовывать конус) на всем протяжении факела пламени (рис. 1).

Устройство содержит распылительную головку 1 с мундшту-ком2, сопловым наконечником 3, каналом для истечения газопорошковой смеси 14 и турбулятором 15, рукоятку 4, порошковый питатель 5 с сужающейся горловиной, часть которой выполнена цилиндрической формы с наружной резьбой и равномерно распо-

ложенными продольными канавками 6, корпус 7, в котором выполнен осевой канал 8 подачи воздуха для транспортировки порошкового материала, канал 9 подачи газа в кольцевой зазор 10 между мундштуком 2 и сопловым наконечником 3, канал 11 подачи порошка, вентиль 13, регулирующий подачу воздуха в осевой канал 8, вентиль 12, регулирующий подачу газа в кольцевой зазор 10.

Рис. 1. Схема разработанного термораспылителя (а) и соплового наконечника (б).

Экспериментальные исследования, проведенные с использованием разработанного оборудования показали, что вылетающие из сопла частицы движутся плотным узким потоком на всем протяжении факела.

2.2. Методики исследования физико-механических и физико-химических свойств покрытий, напыляемые материалы

Адгезионную прочность покрытий полимерных покрытий, полученных ГПН, исследовали с помощью штифтового метода оценки прочности сцепления, заключающегося в отрыве штифта от слоя

нормально приложенной нагрузкой. Методика включает следующие основные операции: подготовку образцов для напыления; нанесение полимерного покрытия; определение его адгезионной прочности. Образцы для определения адгезионной прочности штифтовым методом изготавливались из материала сталь 45 ГОСТ 1050-88.

Для исследования изменений структуры исследуемых полимерных покрытий при выборе режимов напыления и введении модификаторов использовали рентгеноструктурный анализ. Рентгенограммы получали на дифрактометре ДРОН-2,0.

Для ускоренных испытаний полимерных покрытий на коррозионную стойкость была выбрана методика, сущность которой заключается в экспериментальном определении зависимости ресурса испытаний от свойств агрессивной среды. Критерием отказа (предельного состояния) являлось снижение электрического сопротивления покрытия до величины сопротивления разрушения Япр.К[ЖТ. Метод основан на ГОСТ 9.083-78.

Зависимость между приведенным электрическим сопротивлением и продолжительностью испытания приведена на рис. 2.

Япр сп - сп г

10"

гяД I /0* \ I

Л7' Д I 70е - \ I 10* - > га* —

V «г -

ю? -10 -

Щ I

г г з ч 5 в т в з т и 12 ?з г

Рис. 2. Зависимость приведенного электрического сопротивления от продолжительности испытаний.

Обработка экспериментальных данных проводилась в соответствии с общими принципами математической статистики с использованием ПЭВМ.

2.3. Полимерные порошковые материалы и их характеристики

В качестве основных термопластичных полимерных материалов, используемых для ГПН коррозионностойких покрытий, были выбраны следующие полиолефины: полиэтилентерефталат (ПЭТФ,

ТУ 6-06-С199-86), полиэтилен низкого давления (ПЭНД 277-03 ГОСТ 16338-85), полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ГОСТ 16338-77), севилен (ГОСТ 16338-85).

ПЭТФ обладает: хорошими электроизоляционными свойствами; стабильностью при повышенной температуре и во влажной среде; дугостойкостью; высокими механическими свойствами, особенно при упрочнении стекловолокном и углеродным наполнителем; хорошими антифрикционными свойствами; бензо- и маслостойко-стью. Основные температурные характеристики ПЭТФ: температура размягчения - 175°С; температура холодной кристаллизации -160 С; температура жидкотекучести - 250-260°С; время пленкооб-разования - 2-3 мин.

2.4. Методика проведения эксплуатационных испытаний

Методика эксплуатационных испытаний выбиралась для ванн электрохимической обработки, на поверхность которых нанесены защитные покрытия. Сущность методики заключается в экспериментальном определении ресурса гальванических ванн с покрытиями, полученными ГПН полимерных порошков. В процессе испытания осуществляли регулярный замер толщины покрытия на образце-свидетеле, помещенном в гальваническую ванну и покрытым тем же составом, что и внутренняя рабочая поверхность ванны. Для приготовления растворов использовали следующие вещества: кислота серная плотностью 1,84 (ГОСТ 2184-77); вода питьевая (ГОСТ 2874-82); ангидрид хромовый (ГОСТ 2548-77); добавка «Пенохром» ТУ 6-09-4998-81.

На покрытой полимером поверхности образца-свидетеля выдавливали 5-7 углублений с помощью индентора диаметром 6 мм, острие которого имеет угол конуса 120°. Поверхность конуса имела высоту микронеровностей не более 0,3 мкм. Усилие вдавливания индентора - 50 Н. Замеряли диаметр отпечатка с точностью до 0,1 мкм. В испытываемой ванне помещали не менее 3 образцов-свидетелей таким образом, чтобы они находились на различном расстоянии от дна, но были полностью погружены в заливаемый рабочий раствор. Через каждые десять дней образцы свидетели извлекали из ванны, осуществляли замер диаметра отпечатков. Определяли изменение толщины покрытия и для каждого образца.

2.5. Обработка результатов исследований

Статистическую обработку экспериментальных данных осуществляли стандартными методами математической статистики, определяя значения среднеквадратичного отклонения и границы доверительных интервалов по критерию Стьюдента при уровне надежности 0,95. При малом числе испытаний использовали ГОСТ

27.2001-81. Для обработки экспериментальных данных использовали пакет стандартных программ в ОС «\Ушс1о\у8'98».

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАПЫЛЕНИИ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Моделирование процесса нагрева полимерной частицы в факеле термораспылителя

При реализации процесса ГПН полимерных покрытий особое внимание уделено соблюдению температурного режима напыления, при этом температура основы в процессе напыления должна поддерживаться в достаточно узком диапазоне, поскольку напыляемый полимерный материал должен разогреваться до температуры, с одной стороны, обеспечивающей его растекание по поверхности основы, а с другой стороны, не допускающей «сползания» полимерного покрытия с напыляемой поверхности и его деструкции.

При нанесении полимеров с относительно низкой температурой плавления это приводит к значительному увеличению времени застывания частиц на подложке, в результате чего возможны расплавление и выдувание покрытия струей распыляющего газа.

Важным условием для расчета температуры пламени является полное обеспечение реакции горения пропана первичным воздухом в стехиометрическом объеме.

Характер изменения зависимости температуры пламени от соотношения в смеси газа-окислителя и горючего газа определяет, что с увеличением содержания воздуха в смеси (увеличением р) максимальная температура пламени возрастает, а при дальнейшем повышении концентрации воздуха в смеси наблюдается постепенное снижение температуры пламени. В то же время из представленных данных видно, что, варьируя содержание окислителя и горючего газа, изменять температуру пламени можно только в пределах АТ = Ттах - Ттш = (100-К350) К.

3.2. Моделирование плотности теплового потока при газотермическом нанесении покрытий из полимерных материалов

Термосостояние частиц описывается уравнением теплопроводности параболического типа для сферических частиц следующего вида:

дт "дг2

Начальные и граничные условия следующие

Т(г, 0)=То,

дТ{г, г)

дг

дТ (0,г)

л „

вг

= О, Г (О, г ) со.

здесь: Л - радиус частицы, м; Т - время нахождения частицы в тепловом потоке, с; а„ - коэффициент температуропроводности материала частицы, м2/с; а - коэффициент теплообмена, Вт/(м2-К); \ - коэффициент теплопроводности материала частицы, Вт/(м-К), т{гьг) - температура частицы, К; У - расстояние от центра частицы, м.

При анализе теплофизических процессов получено выражение для расчета коэффициента теплообмена

в = у 'Р к •(1'5Г» ~ 293 )+ Я> (2)

3 (Ь - /„ )• (Тс - 1,5 Г«) где; Ь - длина активной зоны факела, м; 1„ - расстояние от сопла термораспылителя до точки попадания частицы в активную зону факела, м; V - средняя скорость полета частицы в факеле, м/с; Я -удельная теплота плавления материала частицы, Дж/кг; Тс - температура среды; р - плотность материала, кг/м3; с - удельная теплоемкость материала частицы, Дж/(кг-К).

Для оценки плотности теплового потока при термоструйном нанесении покрытий из полимерных материалов получена следующая система уравнений

№ 5^,^)=

? \р .1 Г/1 -7« . 2 1, л 2-5т(0,5^)-ехр(У-^0)|

0,75+

Вi

+т >т

(3)

К-а Г° 6

1+-

+ А-

5т//-ехр(-//2-,Р0) м1

+Т0<\,5ТШ

здесь Т(0,5Ятах,тт,п) ~ температура внутри частицы максимального диаметра в процессе напыления с минимальной дистанции, К; Т(Ятш,ттау) - температура на поверхности частицы минимального диаметра в процессе напыления с максимальной дистанции, К; а -коэффициент теплообмена, рассчитанный по формуле (2); ¡л - первый корень характеристического уравнения; Т0 - начальная температура частицы, К; Ёо - число Фурье; В! - критерий Био.

Доказано, что решение системы (3) позволяет вычислить не только оптимальную плотность теплового потока, но и диапазон, в котором должны находиться теплофизические параметры факела пламени, предотвращающие термоокислительную деструкцию полимерной частицы.

На основе полученных данных и расчетов установлено, что для эффективного процесса ГПН полимерных материалов с различными теплофизическими характеристиками необходим термораспылитель, обеспечивающий регулировку плотности теплового потока q в пределах (1+3)-10б Вт/м2.

3.3. Расчет тепловой нагруженности основы при напылении полимерных покрытий

3.3.1. Влияние температурного режима на процесс формирования покрытий из полимерных материалов

При реализации процесса ГНП определено, что наиболее высокие показатели физико-механических свойств полимерных покрытий, нанесенных ГНП, получаются при напылении на достаточно коротких дистанциях (200 - 250 мм).

Указанная на рис. 3 предельная толщина покрытия из полиэти-лентерефталата, нанесенного без перегрева за один проход при различных режимах работы термораспылителя, определялась напылением на подогреваемый образец из стали 3 наружным диметром 70 мм, внутренним диаметром 60 мм и длиной 120 мм, температура поверхности которого контролировалась хромель-алюмеле-вой термопарой и потенциометром ПП-63.

0,5 1,0 б, мм

Рис. 3. Взаимосвязь толщины полимерного покрытия, формируемого за один проход горелки, с максимально допустимой температурой подложки при плотности теплового потока Qlen = 1,5-106 Вт/м (1,1',1"); 2,0*106 Вт/м2 (2, 2',2"); 2,5-10б Вт/м2 (3, 3',3") и дистанции напыления LH = 200 мм (1,2,3); 250 мм Г,2',3'); 300 мм (1",2",3").

3.3.2. Решение тепловой задачи для нанесения полимерного покрытия на цилиндрическую полую деталь

При моделировании тепловых процессов в длинномерных трубных элементах, подвергаемых ГНП наружных поверхностей, рассматривалась тепловая задача в нижеследующей постановке.

По наружной поверхности ограниченного полого цилиндра движется по винтовой линии источник тепла В((р,г,1), имеющий длину И и угловую ширину р (рис. 4). Требуется найти распределение температуры Т{г,(р,г,{).

Рис. 4. Расчетная схема для определения температурного поля в полом ограниченном цилиндре.

Для упрощения расчета теплофизические характеристики материала цилиндра принимаются постоянными, теплообмен с окружающей средой отсутствует.

Тогда уравнение теплопроводности в неподвижной системе координат запишется в виде:

дТ(г,<р,1,() _ д2Т(г | 1 дт{г,<р,2,1)'

дг2 г дг

д( ( 32

д2т(г,<р,г,1) д<р2

4 д2Т(г,<р,2,1) дг2

Л, < г < Я2, 0 < <р < 2тт, 0<г<1

при начальном условии Т{г,(р,2,{)|)=0 = А{г,(р,г)

и граничных условиях дТ{г,ср,2,1) _ дТ{г,<р,2,1)

дг

_ дТ{г,(р,г

дг

О,

(4)

(5)

(6)

дТ(г,<р,г,()

дг

= \в{<р,г,1)-8{<р,х,1). (7)

Решение (4) в окончательном виде представляется следующим образом:

Т(г,<р,г,1) = -тЦнЁ Е к* 'иЛ Г/к Ьб х

л/ 711 [ п = 1 * = 1 \ / г }

А+ (¡Р.О-соз (ряг)

т0 - д,2)+ р ■ (2\t-erf {^ь У + £

1-ехр

■аЦ-,

(8)

где

л* (р.о=

(р„к )*вт I

К „и —

п/З 2

= а 'Кг'Я„ .

п2со 2

со$ п

• СОЭ (ий> /) +

я22

л,4

+ «а

бш (п <и /) - " ^ Цк • ехр I - а

л;

л2

Л,2

■ эт (п ш - п со сое (п со I) + п со ■ ехр - а

-Ч-^^М^чЫ»

• ехр

с„Л«м)= Е

а=1;-1 4гкт С.

пта

соэ

ртИ

+ <Г„„„ -ят+

ар,

р„И 2

ртИ

ар * ■ соб (ррт>)+ ирт ■ «т (ор„<)-т ' 5'П °Рт С05 +

+ • ехр

* ч =

,2 О * ) • и л О

Т1ГГУ Д О ок а 0 )

)

и-

+ Г Л 2

соз

- -ехр (- £,Лт I) ]- ып

^ Л <Я

РЛ

х ■ 5»п (ор,„1)-ирт • СОБ (ир„0+ ир„ • ехр (- /)] [;

( 2 М „к

я2

+ Р,

= Р„V - а п а ;

и, и - функции ошибок от комплексного аргумента.

Расчет значений функции т{г,(р,г,{) проводился на ПЭВМ Р1У-3.0 в среде Ма11аЬ 7.0 1113 с применением инженерных пакетов для расчета показательной функции, тригонометрических функций, функций Бесселя, функций ошибок Гаусса и корней трансцендентного уравнения. Численные расчеты выполнялись для случая нанесения разработанным термораспылителем покрытий толщиной 8 = 0,5; 1,0; 1,5 мм на стальную трубу (полый цилиндр) с размерами 111=145 мм, 112=150 мм и Х=1500 мм для различных точек, расположенных на напыляемой поверхности.

Результаты экспериментальной проверки разработанной математической модели температурного поля проводились при расходе горючего газа Сгор= 1,10 м3/ч, соотношении расхода горючего газа и газа-окислителя (1=22, дистанции напыления 1„=220 мм, толщине наносимого покрытия 6=0,5 мм. Оценка температуры проводилась в трех точках, расположенных по длине трубы при нанесении на ее поверхность полимерного покрытия толщиной 0,5 мм. Полученные расчетные соотношения удовлетворительно согласуются с данными эксперимента, при этом погрешность не превышает 12%.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ НАПЫЛЕНИЯ НА

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

С целью определения наиболее рациональных режимов напыления коррозионностойких полимерных покрытий были проведены исследования влияния на адгезию и стойкость против коррозии состава горючей смеси, физико-химических свойств полимерной основы покрытия, количества инертного наполнителя.

4.1. Влияние состава горючей смеси и дистанции напыления на прочность сцепления покрытий

Для повышения прочности сцепления полимерных покрытий с поверхностью деталей, испытывающих при эксплуатации знакопеременные нагрузки в пределах упругих деформаций скольжения предложено использовать эффект резкого повышения адгезии полимеров к металлам при возникновении у полимеров кислородосо-держащих групп (- ОН, - СООН и др.).

Для напыления использовались порошки полиамида и полиэти-лентерефталата, рассеянные на фракции, мкм: <50; 50 - 60; 60 - 80; 80 - 100; более 100 мкм. Количество воздуха по отношению к количеству пропана в смеси изменялось от 16/1 (восстановительное пламя) до предельно возможного для горения факела 32/1 (окислительное пламя).

Для более точного определения дистанции были выполнены экспериментальные исследования. Анализ полученных результатов показал, что наиболее высокую адгезию во всем исследуемом диапазоне дистанций напыления имеют покрытия из полиэтиленте-рефталата, причем дистанция напыления для порошков с размером частиц около 100 мм должна быть не менее 200 мм. Для полиамида эта величина должна составлять около 175 мм.

4.2. Кинетика изменения адгезии покрытий в зависимости от грануляции и состава наносимой шихты

Текучесть шихты, содержащей порошки ситалла и полимера, определяли по времени истечения 50 г порошка из калиброванной воронки согласно ГОСТ 20899-75 (СЭВ РС 2750-70; ШО 4490-1978 (Р)). Основными стадиями процесса нанесения покрытия являются: подогрев поверхности, непосредственное нанесение покрытий и оплавление напыленного слоя.

В качестве неорганических добавок использовались порошки следующих веществ: ситалл (измельченное стекло ВВС) с размером частиц 200-К300 мкм и алюминиевая пудра с размером частиц 25-^50 мкм. Полученные результаты свидетельствуют о том, что

введение неорганических наполнителей в полиэтилен способствует увеличению его адгезии к стали на 15*20%.

Результаты экспериментальных исследований по определению влияния размера частиц на адгезию получаемого покрытия представлены на рис. 5. Определено, что при нанесении различных полимерных покрытий наибольшая адгезионная прочность достигается напылением порошков с размерами частиц от 150 до 300 мкм.

Рис. 5. Кинетика изменения прочности сцепления покрытий от среднего размера частиц порошков полиэтилентерефталата (■), полиэтилена (Ж)

и полиамида (•).

Также при определении оптимального фракционного состава полимерных порошков с размерами частиц от 100 до 300 мкм установлено, что максимальная прочность сцепления покрытий с основой наблюдается в том случае, когда с1„шх/с1тт < (1,8*2,0). Проведённые исследования показали, что наибольшей прочностью сцепления обладают ситаллополимерные покрытия на основе порошков полиэтилентерефталата.

4.3. Исследование структурных изменений и коррозионной стойкости напыленных покрытий

Для изучения изменения структуры полимера, подвергаемого газотермическому воздействию, использовали метод инфракрасной спектроскопии (ИКС). В исследованиях использовали полиамид ПА-6, структурная чувствительность которого к термическим воздействиям отмечалась в работе.

На рис. 6 приведен спектр порошка полиамида и спектр напыленного газопламенного покрытия. Как видно из рисунка, число характеристических полос поглощения атомных групп и положение максимумов совпадает, изменяется лишь при некоторых вол-

С, МП

50 100 150 200 250 300 350 с1ср, мкм

новых числах их интенсивность. Изменение интенсивности поглощения основных линий свидетельствует об образовании С=0 групп, вследствие чего можно предположить что в незначительной степени происходит окислительная деструкция поверхности покрытия, которая неизбежна при газотермическом формировании полимерных покрытий.

На следующем этапе исследований коррозионная стойкость напыленных полимерных покрытий оценивалась по методике, основанной на ГОСТ 9.083-78 (изложена в главе 2). Определялось приведенное электрическое сопротивление покрытия Кпр., Омм2. Графики зависимости приведенного электрического сопротивления Кпр, Ом-м2 от продолжительности испытания для алкидного лака, покрытия из ПЭТФ и монолитного ПЭТФ приведены на рис. 7.

1 - порошок; 2 - покрытие

Рис. 6. Инфракрасный спектр полиамида.

К ----------

ч ___

О 60 120 180 240 300 Г

Рис. 7. Зависимость приведенного электросопротивления образцов от времени испытаний (мин.) в 20% растворе серной кислоты: 1 - покрытие из алкидного лака, 2 - покрытие ПЭТФ, 3 - литая пластина из ПЭТФ.

Полученные данные свидетельствуют о том, что защитные свойства газопламенного покрытия из ПЭТФ достаточно высокие, хотя несколько и уступают литому материалу того же состава.

Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГПН ПОЛИМЕРНЫХ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

5.1. Разработка технологии ГПН полимерных коррозионностойких покрытий

Разработанный в диссертационной работе типовой технологический процесс является основанием для разработки рабочих технологических процессов нанесения полимерных покрытий на технологические емкости (ванны) химической и электрохимической обработки.

Для ГПН коррозионностойких полимерных покрытий в качестве оборудования для напыления рекомендуется использовать разработанный в ходе выполнения данных исследований термораспылитель. Разработан типовой технологический процесс нанесения полимерных покрытий ГПН. Процесс включает подготовку поверхности, напыление промежуточного слоя из порошка ПЭТФ размером 50-63 мкм, напыление основного слоя из шихты, содержащей 90 об.% ПЭНД и 10 об.% ситалла.

5.2. Нанесение экспериментальной партии защитных покрытий и определение их коррозионной стойкости

С помощью установки для формирования полимерных покрытий напылением в факеле пропано-воздушного пламени были изготовлены сборные корзины для электрохимической обработки метизов и экспериментальная партия ванн (4 шт.) для электрохимической обработки с коррозионностойкими покрытиями. Элементы корзин и ванны изготавливались из листа Б-ПН419903-74 / СтЗГОСТ!4637-79.

Испытания осуществлялись при следующем составе агрессивной среды: ангидрид хромовый - 200 г/дм3, кислота серная - 2,0 г/дм3, добавка «Пенохром» - 0,01 г/дм3, добавка ДХТИ-11 - 4 г/дм3. Результаты измерений скорости коррозии фиксировали в табл. 1. Критерием отказа является величина скорости коррозии, превышающая 0,014 мкм/сутки, а также появление видимых следов разрушения покрытия.

Результаты проведенных испытаний свидетельствуют о том, что разработанный технологический процесс можно рекомендовать для ремонта и защиты от коррозии технологических емкостей химической и электрохимической обработки.

Таблица 1

Результаты измерений скорости коррозии

Характеристики испытания Номера измерений

1 2 3 4 5 6

Продолжительность испытаний, ч 120 240 360 480 600 720

Среднее изменение толщины покрытий, мкм - - 0,11 0,14 0,17 0,21

Средняя скорость коррозии, мкм/сутки 0,007

5.3. Экономическая эффективность разработанной технологии и область ее рационального использования

Ожидаемый экономический эффект от внедрения указанных разработок за счет снижения себестоимости нанесения защитной облицовки ванн на ГУПО «Таджиктекстильмаш» Министерства энергетики и промышленности Республики Таджикистан к 2009 году составил не менее 5,3 - 6,5 тыс. у.е.

Комплект документов на типовой технологический процесс может быть использован в ремонтных подразделениях машиностроительных заводов при восстановлении гальванических ванн, а также на предприятиях химической и перерабатывающей промышленности при восстановлении технологических емкостей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен теоретический анализ процесса нагрева полимерного порошка в среде продуктов сгорания пропано-воздушной смеси и определен образующийся при взаимодействии частицы и пламени удельный поток конвективной теплоотдачи, достаточный для проплавления частиц порошка, но не перегревающий их выше 1,5ТПЛ. Разработана конструкция полимерного термораспылителя, осуществляющего эффективное ГПН порошков с максимальной производительностью 3,5 кг/ч при незначительном угле конуса распыла порошка, истекающего из сопла (малый патент Республики Таджикистан № Т.1 89).

2. Экспериментально установлена зависимость между адгезией полимерных покрытий, размером напыляемых частиц и составом используемой для формирования факела горючей смеси. Определено, что напыление предварительного слоя, обеспечивающего адгезию покрытия, необходимо осуществлять порошком с размером частиц менее 60 мкм в окислительном пламени, напыление основного покрытия необходимо осуществлять порошком с размером частиц 100 - 300 мкм в нормальном пламени, а оплавление покрытия производить восстановительным пламенем.

3. Показано, что введение неорганических наполнителей в состав напыляемой шихты позволяет увеличить адгезию полимерных покрытий к стали на 15*20% и снизить величину угла естественного откоса с 70 до 50°.

4. Определено, что при газопламенном формировании полимерных покрытий с помощью разработанного оборудования и выбранных режимов напыления окислительная деструкция поверхности покрытия незначительна. Испытаниями на коррозионную стойкость в 20% растворе серной кислоты установлено, что защитные свойства газопламенного покрытия из ПЭТФ удовлетворяют предъявляемым требованиям.

5. Разработан типовой технологический процесс нанесения полимерных покрытий ГПН на технологические емкости химической и электрохимической обработки. Процесс включает подготовку поверхности, напыление промежуточного слоя из порошка ПЭТФ размером 50-63 мкм, напыление основного слоя из шихты, содержащей 90 об.% ПЭНД и 10 об.% ситалла.

6. Ожидаемый экономический эффект от внедрения указанных разработок за счет снижения себестоимости нанесения защитной облицовки ванн на ГУПО «Таджиктекстильмаш» Министерства энергетики и промышленности Республики Таджикистан к 2009 году составил не менее 5,3 - 6,5 тыс. у.е.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Азизов P.O. Ходжаев Т.А., Саидов М.Х. Структура и свойства двухком-понентных диффузионных покрытий / Материалы II Международной НПК, посвященной 50-летию ТТУ имени академика М.С. Осими. -Душанбе, 2006. -С.302-304.

2. Устройство для нанесения газопламенного напыления полимерных порошков / Азизов P.O., Саидов М.Х., Белоцерковский М.А., Вохидова З.Ш., Мирзоев А.Н. // Малый патент № TJ 89. Зарегистр. в Гос. Реестре изобретений Республики Таджикистан 16.10.2007 г. (Бюл. №48).

3. Азизов P.O., Саидов М.Х., Белоцерковский М.А. Вохидова З.Ш. Разработка оборудования для термоструйного нанесения полимерных покрытий, исключающего деструкцию напыляемого материала // Известия АН РТ. Серия физико-математических, химических и геологических наук. - 2007. -№ 2 (127). -С.61-72.

4. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш., Мирзоев А.Н. Экспериментальные исследования струйноабразивной обработки поверхности под газотермическое напыление покрытий / Материалы 1-ой Республиканской научно-практической конференции «Из недр земли до горных вершин». - Чкаловск: ГМИТ, 2007. -С.85-87.

5. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Активация поверхности основы при ее подготовке для газотермического напыления / Материалы 1-ой Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс и развитие инженерной мысли в XXI веке». - Худжанд, 2007. -С.15-18.

6. Азизов P.O., Саидов М.Х. Экспериментальные исследования теплофи-зических параметров факела и определение производительности процесса напыления // Известия АН РТ. Серия физико-математических, химических, геологических и технических наук.-2008. -№ 2(131). -С.37-44.

7. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Методика проведения эксплуатационных испытаний газопламенных покрытий / Материалы II Республиканской научно-практической конференции. -Чкаловск: ГМИТ, 2008. -С. 1722.

8. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Газопламенное напыление порошковых материалов и исследования физико-механических свойств покрытий / Материалы III Международной НПК «Перспективы развития науки и образования в XXI веке». -Душанбе: ТТУ, 2008. -С.219-222.

9. Белоцерковский М.А., Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Полимерные порошковые материалы для газопламенного напыления и методики исследования покрытий / Материалы III Международной НПК «Перспективы развития науки и образования в XXI веке». -Душанбе: ТТУ, 2008. -С.224-227.

10. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Влияние состава горючей смеси на адгезию покрытий // Вестник ТТУ. -2008. -№2. -С.30-33.

11. Белоцерковский М.А., Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Анализ процесса нагрева полимерной частицы в факеле термораспылителя // Вестник ТТУ. -2008. -№3. -С.39-43.

12. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Улучшение технологии термоструйных методов формирования защитных полимерных покрытий // Вестник ТТУ. -2008. -№3. -С.44-47.

13. Витязь П.А., Жорник В.И., Белоцерковский М.А., Азизов P.O., Саидов М.Х. Анализ теплофизических процессов при газопламенном формировании полимерных покрытий / Новоповодский политехнический университет И Вестник Полодского Государственного университета. Фундаментальные науки - ПГУ. -2008. -№3. -С.73-80.

14. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Исследование структурных изменений и коррозионной стойкости напиленных покрытий / Материалы Международной НПК, посвященной 60-летию ТГНУ. -Душанбе: ТГНУ, 2008. -С.79-82.

Разрешено к печати 18 ноября 2009 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитур Times New Roman. Заказ №34. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Собириён», Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. Рудаки-37.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Саидов, Мансур Хамрокулович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Нанесение покрытий для защиты от коррозии. 1.

1.2. Использование полимерных материалов для нанесения коррозионностойких покрытий.

1.3. Технологические особенности термоструйных методов формирования защитных полимерных покрытий и их свойства.

1.4. Цельи задачи исследования.

1.5. Выводы по первой главе.

Глава 2. ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Разработка конструкции термораспылителя для нанесения коррозионностойких полимерных покрытий.

2.2. Методики исследования физико-механических и физико-химических свойств покрытий, напыляемые материалы.

2.3. Полимерные порошковые материалы и их характеристики.

2.4. Методика проведения эксплуатационных испытаний.

2.5. Обработка результатов исследований.

2.6. Выводы по второй главе.

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ПРИ НАПЫЛЕНИИ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Моделирование процесса нагрева полимерной частицы в факеле термораспылителя.

3.2. Моделирование плотности теплового потока при газотермическом нанесении покрытий из полимерных материалов.

3.3. Расчет тепловой нагруженности основы при напылении полимерных покрытий.

3.3.1. Влияние температурного режима на процесс формирования покрытий из полимерных материалов.

3.3.2. Решение тепловой задачи для нанесения полимерного покрытия на цилиндрическую полую деталь.

3.4. Выводы по третьей главе.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ НАПЫЛЕНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ.

4.1. Влияние состава горючей смеси и дистанции напыления на прочность сцепления покрытий.

4.2. Кинетика изменения адгезии покрытий в зависимости от грануляции и состава наносимой шихты.

4.3. Исследование структурных изменений и коррозионной стойкости напыленных покрытий.

4.4. Выводы по четвертой главе.

Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГПН ПОЛИМЕРНЫХ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ.

5.1. Разработка технологии газопламенного напыления полимерных коррозионностойких покрытий.

5.2. Нанесение экспериментальной партии защитных покрытий и определение их коррозионной стойкости.

5.3. Экономическая эффективность разработанной технологии и область ее рационального использования.

5.4. Выводы по пятой главе.

Введение диссертация по химии, на тему "Физико-химические основы формирования покрытий газотермическим напылением полимерных порошковых материалов"

В последние годы, как в СНГ, так и в странах дальнего зарубежья (Великобритании, США, ФРГ, Франции) проводится поиск эффективных материалов и технологий по формированию защитных покрытий на деталях, работающих в агрессивных средах, которые обеспечивали бы значительное повышение ресурса их работоспособности.

Создание на поверхностях деталей различного конструкционного назначения покрытий, комплексно улучшающих их служебные характеристики, относится к одному из наиболее эффективных, экономичных и широко применяемых в мировой практике приемов. На сегодняшний день для защиты от коррозии используются технологии электролитического осаждения, покраски, гуммирования, газотермического напыления, наплавки. Эти технологии требуют значительных материальных затрат, используется энергоемкое оборудование, обслуживаемое высококвалифицированными специалистами.

В совокупности средств защиты металлов от коррозии особое место занимают полимеры, сочетающие в себе высокую химическую стойкость и непроницаемость для различных сред. Самой простой и экономичной формой полимерных противокоррозионных элементов являются покрытия, удельная материалоемкость которых (отношение массы элемента к объему защищаемого металла) в 5 — 20 раз меньше, чем у других видов полимерных средств противокоррозионной защиты. Применение полимерных покрытий отвечает также тенденции экономного расходования углеводородного сырья, ресурсы которого ограничены и практически не возобновляются.

Покрытия, формируемые из дисперсных полимеров, успешно заменяют традиционные лаки и краски, технологию гальваники, гуммирование. В частности, трудоемкость работ при замене окраски жидкими лакокрасочными материалами и гальванопокрытий на нанесение полимерных порошков снижается в2-Зи6-8 раз соответственно. Отделка поверхности деталей и изделий порошковыми полимерными материалами является одной из немногих отраслей промышленного производства, где не наблюдается спада.

Анализ методов нанесения полимерных покрытий показывает, что одной из наиболее экономичных и простой в реализации технологией является газотермическое, и, в частности, газопламенное напыление, позволяющее формировать и оплавлять слой в одной технологической операции. Оборудование для газотермического напыления имеет малый вес и габариты, не требует источников электропитания, может эксплуатироваться в нестационарных условиях.

Однако в литературных источниках отсутствуют технологические рекомендации, позволяющие создать коррозионностойкие поверхностные слои газопламенным напылением на поверхностях деталей машин и элементов конструкций.

Изложенное дает основание считать актуальной тему диссертационной работы, посвященной обоснованию и разработке технологии формирования коррозионностойких покрытий газопламенным напылением порошковых полимерных материалов.

Цель работы заключается в комплексном решении проблемы обеспечения эксплуатационной надежности металлических элементов конструкций, подверженных воздействию агрессивных сред, путем разработки технологии и оборудования для ГТН защитных покрытий из полимерных порошков, определение закономерностей влияния условий ГПН на свойства защитных покрытий из полимерных порошков.

Поставленная цель исследований достигается решением следующих задач:

- разработать технологические рекомендации по нанесению коррози-онностойких покрытий на крупногабаритные детали и элементы конструкций ГТН полимерных порошков, исследовать коррозионную стойкость покрытий и внедрить их в производство.

Научная новизна работы:

- выполненный теоретический расчет оптимальной плотности теплового потока при ГТН порошков из термопластичных полимерных материалов показал, что для эффективного процесса ГПН полимеров с различными теплофизическими характеристиками необходим термораспылитель, обеспечивающий управление процессом теплообмена в системе «факел — частица полимера» плавной и точной регулировкой плотности теплового потока q в

6 2 пределах (1-КЗ)-10 Вт/м ;

- разработана конструкция полимерного термораспылителя (малый патент № TJ 89), обеспечивающего эффективное ГПН порошков с максимальной производительностью 3,5 кг/ч при незначительном угле конуса распыла порошка, истекающего из сопла;

- на основе решения уравнения теплопроводности получено аналитическое выражение для расчета температурного поля в конечном полом цилиндре при движении по винтовой линии по его наружной поверхности нормально-полосового источника тепла, учитывающего суммарное тепловложение в основу от газополимерной струи;

Практическая ценность работы:

- установлено, что наибольшие значения прочности сцепления достигаются при использовании окислительного пламени и порошков с наименьшим размером частиц. Однако, для обеспечения у напыленных порошковых слоев уровня физико-механических свойств, близких к свойствам литых полимеров, необходимо свести к минимуму воздействие как факела пламени; так и окислительных свойств окружающей среды;

- определено, что наиболее высокую адгезию во всем исследуемом диапазоне дистанций напыления имеют покрытия из полиэтилентерефталата;,

Результаты исследований апробированы и внедрены:

- в ГУПО «Таджикстекстильмаш» Министерства энергетики и промышленности Республики Таджикистан — в ремонтных подразделениях при восстановлении гальванических ванн;

- в Таджикском техническом университете имени академика М.С. Оси-ми Министерства образования Республики Таджикистан при разработке комплексного модуля НИР по новым материалам, конструкциям и технологиям.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты, определяющие значения адгезии покрытий из полиэти-лентерефталата в исследуемом диапазоне дистанций напыления;

- результаты определения влияния режимов напыления на физико-механические свойства исследуемых покрытий;

- математическая модель распределения температурного поля в конечном полом цилиндре;

- технико-экономическое обоснование применения разработанных кор-розионностойких покрытий с целью их внедрения в производство.

Достоверность результатов исследований подтверждена:

- идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследований с помощью лабораторного оборудования и расчетных данных на ПК.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 1-ой и П-ой Международной научно-практической конференции (НПК) «Перспективы развития науки и образования в XXI веке» (г.Душанбе, ТТУ, 2005-2007 гг.), 1-ой Международной НПК «Научно-технический прогресс и развитие инженерной мысли в XXI веке» (г.Худжанд, Худжандский филиал ТТУ им. академика М.С.Осими, 2007 г.), I-ой и П-ой Республиканской НПК «Из недр земли до горных вершин» (ГМИТ, г.Чкаловск, 2007-2008 гг.), Международной конференции, посвященной 60-летию ТГНУ (г.Душанбе, 2008 г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 130 наименований и 2 приложений. Общий объем диссертационной работы состоит из 152 страниц компьютерного набора. Основной текст диссертации изложен на 134 страницах, включая 36 рисунков и 16 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Физическая химия"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

3. Показано, что введение неорганических наполнителей в состав напыляемой шихты позволяет увеличить адгезию полимерных покрытий к стали на 15-^-20% и снизить величину угла естественного откоса с 70 до 50°.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата технических наук, Саидов, Мансур Хамрокулович, Душанбе

1. Азизов P.O., Саидов М.Х., Белоцерковский М.А. Вохидова З.Ш. Разработка оборудования для термоструйного нанесения полимерных покрытий, исключающего деструкцию напыляемого материала. -Известия АН РТ. — 2007. -№2(127). -С.61-72.

2. Азизов P.O., Саидов М.Х. Экспериментальные исследования тепло-физических параметров факела и определение производительности процесса напыления. -Известия АНРТ. -2008. -№ 2(131). -С.37-44.

3. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Влияние состава горючей смеси на адгезию покрытий. —Вестник ТТУ. -2008. -№2. -С.30-33.

4. Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Улучшение технологии термоструйных методов формирования защитных полимерных покрытий. -Вестник ТТУ. -2008. -№3. -С.44-47.

5. Балдаев Л.Х. Требования, предъявляемые к современному оборудованию для газотермического напыления // Химические технологии . -2004. -№8.-С. 28-30.

6. Барановский В.М. Теплофизические свойства модифицированных полимеров: учебное пособие. — Киев: КГПИ, 1983. 126 с.

7. Басинюк В.Л., Белоцерковский М.А., Комаров А.И., Макаревич Г.В. Новые композиционные материалы и покрытия // Наука производству. — 1999 (19), -№6. -С. 54-56.

8. Белоцерковский М.А. Технологии активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий. Мн.: Технопринт. — 2004. — 200 с.

9. Белоцерковский M.А., Азизов P.O., Саидов М.Х., Вохидова З.Ш. Анализ процесса нагрева полимерной частицы в факеле термораспылителя. -Вестник ТТУ. -2008. -№3. -С.39-43.

10. Белоцерковский М.А., Федаравичус A.B. Повышение адгезии защитных покрытий из вторичных полимеров // Сварка и родственные технологии. 2001. - №4. - С.94-97.

11. Белоцерковский М.А., Федаравичус A.B. Повышение адгезии защитных покрытий из вторичных полимеров // Сварка и родственные технологии. 2001. - №4. - С.94-97.

12. Белоцерковский М.А., Федаравичус A.B. Разработка технических средств для газопламенного напыления полимерных покрытий // Машиностроитель. 2002. - №12. - С.13-15.

13. Белоцерковский М.А., Федаравичус A.B. Разработка технических средств для газопламенного напыления полимерных покрытий // Машиностроитель. 2002. - №12. - С.13-15.

14. Белый В.А., Довгяло В.А., Юркевич O.P. Полимерные покрытия. — Минск, 1976.- 416 с.

15. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск., 1971. —288 с.

16. Борисенко А.И., Николаева Л.В., Прихидько Н.Е. Получение покрытий из жидких растворов. В сб.: Защитные высокотемпературные покрытия. -Л., «Наука», 1972, с. 233-238.

17. Борисов Ю.С., Борисова A.JI. Плазменные порошковые покрытия. — Киев: Техника, 1986. — 232 с.

18. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская E.H. Газотермические покрытия из порошковых материалов. -Киев: Наукова думка, 1987.-544 с.

19. Виткин А.И., Тейндал И.И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали. Изд-е 2-е. М.: Металлургия. 1991. — 493 с.

20. Витязь П.А., Азизов P.O. Белоцерковский М.А. Упрочнение газотермических покрытий. -Минск: Бестпринт, 2004 г. — 192 с.

21. Витязь П.А., Ильюшенко А.Ф., Шевцов А.И. Основы нанесения износостойких, коррозионно-стойких и теплозащитных покрытий. — Минск: Белорусская наука, 2006. 363 с.

22. Влияние теплофизических свойств материала основы на процессы теплопереноса при нанесении газотермических покрытий / В.Г. Прокопов, Ю.И. Швец, Н.М. Фиалко, Н.О. Меранова, В.Н. Коржик, Ю.С. Борисов // Сварочное производство. — 1992. № 1. — С. 33-35.

23. Высокотемпературные технологические процессы / H.H. Рыкалин,

24. A.A. Углов, JT.M. Анищенко // Под. Ред. К.П. Гурова. — М.: Наука, 1986. — 171 с.

25. Восстановление деталей машин: Справочник / Ф.И. Пантелеенко,

26. B.П. Лялякин, В.П. Иванов, В.М. Константинов / Под ред. В.П. Иванова М.: Машиностроение, 2003. - 672 с.

27. Вундерлих У. Физика макромолекул. М.: Мир. -1971. -296 с.

28. Гартман Е.В., Миронович Л.Л. Свойства покрытий из порошковых композиций на основе полиамидов // Материалы. Технологии. Инструменты. -2001.-Т.6. -№3. С. 45-47.

29. Гарбер М.И. Прогрессивные методы подготовки поверхности // Журнал Всесоюзного химического общества. — 1980. — Т.25. — №2. С. 129 -137.

30. Гнедовец А.Г., Иванов Е.М., Углов A.A. и др. Теплообмен сферической частицы с газом при произвольных числах Кнудсена и перепадах температуры в пограничном слое // Теплофизика высоких температур. — 1986. -№ 3. С. 544-548.

31. Гнедовец А.Г., Морозов В.П., Углов A.A. Теплофизические задачи обработки частиц тугоплавких металлов в горячем газе // Физика и химия обработки материалов. 1979. - № 6. - С.36-38.

32. Говорин Е.В., Морозов М.Е. Установка газопламенная для напыления легкоплавких порошковых материалов УГПЛ // Сварочное производство. -№10.-1981.-С. 21.

33. Горелка для газопламенного напыления легкоплавких порошковых материалов / Белоцерковский М.А., Пунтус И.Л., Федаравичус A.B. // Патент РБ № 223, Пл. МПК 6 В 05В 7/ 20.

34. ГОСТ 9.083-78. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Методы ускоренных испытаний на долговечностьв жидких агрессивных средах. Государственные стандарты СССР. Защита от коррозии. 4.2.-М.: 1991 г. - С. 308 - 311.

35. ГОСТ 11.002 73. Прикладная статистика. Правила оценки анормальности результатов наблюдений. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 26 с.

36. ГОСТ 27.2001 81. Надежность в технике. Оценка показателей надежности при малом числе наблюдений с использованием дополнительной информации. -М.: Изд-во стандартов, 1982. - 28 с.

37. Гордеев А.Ф. Материалы для газотермического напыления покрытий // Технология металлов. -2005. -№4, -С. 47-55.

38. Довгяло A.B., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. Технологические процессы. — Минск: Навука i тэхшка, 1992. — 256 с.

39. Достижения науки о коррозии и технология защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов / Ред. М.Фонтана: Пер. с англ. -М: Металлургия. 1985.-448 с.

40. Дорожкин H.H., Шипай А.К., Белоцерковский М.А. Исследование температурных характеристик газового пламени // Достижения в области технологии газотермических покрытий и методов их диагностики: Труды конф. Апатиты, 1989. - С. 99-107.

41. Дубасов A.M., Кудинов В.В., Шоршоров М.Х. Термическое взаимодействие частиц с подложкой при нанесении покрытий напылением // Физика и химия обработки материалов. 1971. - № 6. - С. 29-34.

42. Егоренков А.И. Разработка модифицированных полимерных покрытий для узлов трения скольжения, работающих в широком интервале температур // Автореферат канд. диссертации — М., 1985. 22 с.

43. Емелин М.И., Герасименко A.A. Защита машин от коррозии в условиях эксплуатации. — М.: Машиностроение, 1980. — 224 с.

44. Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник / Стрижевский И.В., Зиневич A.M., Никольский К.К. 2-е изд. -М: Недра, 1981.-293 с.

45. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: Т.2 / Под ред. А.А.Герасименко. М.: Машиностроение, 1987.- 784с.)

46. Зверев А.И., Шаривкер С.Ю., Астахов Е.А. Детонационное напыление покрытий. Л.: Судостроение, 1979. - 252 с.

47. Ивашко B.C., Куприянов И.Л., Шевцов А.И. Электротермическая технология нанесения защитных покрытий. — Мн.: Навука i тэхшка, 1996. — 375 с.

48. Иванов Е.М. Теплофизика процессов плазменного напыления защитных покрытий // Физика и химия обработки материалов. 1982. - № 4. — С. 60-64.

49. Иванов Е.М. Теплофизика плазменного напыления // Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы. Сб. статей АН СССР, Ин-т металлурги им. A.A. Байкова / Отв. Ред. H.H. Рыкалин. М.: Наука, 1985.-С. 213-225.

50. Иванов Е.М. Приближенный расчёт процесса кристаллизации слоя расплава на подложке // Физика и химия обработки материалов. 1981. - № 2. - С. 79-84.

51. Иванов Е.М., Углов A.A., Усов В.Ф. Нагрев сферических частиц в высокотемпературном газовом потоке // Физика и химия обработки материалов. 1993. - № 3. - С. 77-86.

52. Ильющенко А.Ф., Оковитый В.А., Шевцов А.И. Плазменные покрытия на основе керамических материалов. Минск: Бестпринт. 2006. - 316 с.

53. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1969.-440 с.

54. Какуевицкий В.А. Применение газотермических покрытий при изготовлении и ремонте машин. Кшв: Тэхшка, 1989. - 176 с.

55. Карпинос Д.М., Зильберберг В.Г., Вяльцев A.M. О дробеструйной подготовке поверхности плазменного напыления // Порошковая металлургия. 1978. - №9. — С.25 — 28.

56. Комбинированные металлополимерные покрытия и материалы /А.Г. Терхунов, М.И. Черновол, В.М.Тиунов, Е.К.Соловых, В.М. Веретенников. -К.: Техшка. 1983. -168 с.

57. Корецкая JI.C. Атмосферостойкость полимерных материалов. — Минск: Наука и техника. 1993. - 254 с.

58. Короткий М.В., Макаревич A.B. Современные тенденции противокоррозионных полимерных материалов // Материалы, технологии, инструменты. -2001. -№3. -С. 59-65.

59. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс.-М.: Машиностроение, 1966.- 432 с.

60. Костиков В.И, Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. — М.: Машиностроение, 1978. -160 с.

61. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

62. Куприянов И.Л., Геллер М.А. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления. — Мн.: Навука i тэхшка, 1990. — 176 с.

63. Ковальков А.Н., Баркан А.И., Родченко Д.А. Математическое моделирование процесса нагрева полимерных частиц при распылении плазменной струёй //Инженерно-физический журнал.— 1991.-том 51. -№ 5. -С. 756-762.

64. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. — Изд. 5-е перераб. и доп. — М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

65. Карташов Э.М. Аналитические методы в теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 1984. — 415 с.

66. Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая механика материалов. М.: Изд-во АН СССР, - 1962, 379 с.

67. Лыков A.B. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967.600 с.

68. Малышев В.Н., Марков Г.А., Федоров В.А., Петросянц A.A., Тер-леева О.П. Особенности строения и свойства покрытий, наносимых методом микродугового оксидирования // Трение и износ. — 1984 (5), №2. С. 350-353.

69. Методические указания по определению адгезионной прочности покрытий / H.H. Дорожкин, И.Л. Куприянов, Е.П. Репин, Ю.Н. Гафо. Мн.: ИНДМАШ АН БССР, 1985. - 56 с.

70. Металлополимерные материалы и изделия. Под ред. В.А.Белого. — М.: Химия. 1979.-312 с.

71. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1978. -208 с.

72. Молодык Н.В., Зенкин A.C. Восстановление деталей машин. -М.: Машиностроение, 1989. 480 с.

73. Манойло Е.Д., Толстяк Э.Н. Газопламенное напыление покрытий из композиционных материалов на полимерной основе // Сварка и родственные технологии. -№2. 1999. - С. 124.

74. Никифоров А.Д., Бурякин A.B., Зубков В.И. и др. Проблемы и опыт электрометаллизационной обработки объектов // Сварочное производство. — 2001. -№ 10.-С. 5-7.

75. Нинбург А.К. Газопламенная обработка металлов с использованием газов-заменителей ацетилена. -М.: Машиностроение, 1976. — 152 с.

76. Новаковский В.М. Преодоление коррозии важнейшая задача науки/В сб. докл. Международного конгресса «Защита - 95». - М.: Гос. Научн. Центр РФ, 1995.-С. 158-161.

77. Новиченок Л.Н., Шульман З.П. Теплофизические свойства полимеров. Минск: Наука и техника, 1971. — 120 с.

78. Новое оборудование для газопламенного напыления износостойких покрытий / H.H. Дорожкин, В.Т. Сахнович, М.А. Белоцерковский, Ю.В. По-лупан, А.К. Шипай // Вестник машиностроения. 1986. - № 10. - С. 63-65.

79. Пинчук Л.С., Гольдаде В.А., Макаревич A.B. Ингибированные пластики. Гомель: ИММС HAH Б. 2004. - 491 с.

80. Попович В.А., Сухомлин А.И., Острин В.Г. Коррозионная стойкость газотермических алюминиевых и цинковых покрытий в эксплуатационных условиях // Защита металлов. — 1990. — т. 26. №3. - С. 447 - 452.

81. Пивень А.Н., Гречаная H.A., Чернобыльский И.И. Теплофизические свойства полимерных материалов / Справочник. — Киев: Вища школа, 1976. -180 с.

82. Родченко Д.А., Ковальков А.Н., Баркан А.И. О нагреве полимерных частиц при распылении плазменной струёй // Известия вузов. Машиностроение. 1985. -№ 9. - С. 108-113.

83. Родченко Д.А., Петроковец М.И., Баркан А.И. Особенности нагрева дисперсного политетрафторэтилена в низкотемпературной плазменной струе // Известия АН БССР. Серия физико-технических наук. 1983. - № 9. - С.52-56.

84. Рыкалин H.H. Исследование взаимодействия плазменной струи с порошковыми материалами. М., 1970. — 24 с.

85. Рыкалин H.H., Углов A.A., Анищенко Л.М. Высокотемпературные технологические процессы: Теплофизические основы. — М.: Наука, 1985. -176 с.

86. Сайфулин Р. С. Комбинированные электрохимические покрытия и материалы. -М: «Химия», 1972. -167 с.

87. Сафонова A.A., Крамаренко Д.М., Еселева Л.И. Применение метал-лизационнополимерных покрытий для защиты от коррозии металлоконструкций оборудования в отечественной и зарубежной практике. — М.: Мин-цветмет СССР. 1988. - 36 с.

88. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. М.: Машиностроение, 1984. - 256 с.

89. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М: Машиностроение, 1987. — 192 с.

90. Скороход А.З. Разработка металлополимерных антикоррозионных покрытий, формируемых в плазме дугового разряда, и исследование их свойств. Дис. . канд. техн. наук. Гомель: ИММС АН БССР. - 1991 г.

91. Свиридова И.С. Разработка материалов и технологии газотермического напыления композиционных металлополимерных покрытий с повышенной износо- и коррозионной стойкостью. Дис. .канд. техн. наук. -Киев: ИЭС им. Е.О.Патона. 1997 г.

92. Смирнов Н.С., Простаков A.B. Очистка поверхности стали. -М, Металлургия, 1965. 216с.

93. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче / Под ред. Б.Н. Юдаева. -М.: Высшая школа, 1968. 372 с.

94. Сергеев В.А., Безладнов Г.М., Ляшкевич В.Д. Экспериментальное исследование нагрева затупленных тел потоком плазмы // Инженерно-физический журнал. 1971. -T. XX. -№ 4. -С. 49-54.

95. Способ нанесения покрытия порошком термопластичного полимера / Белоцерковский М.А., Голопятин A.B., Леванцевич М.А., Гоман A.M. // Патент Беларуси №8528 кл. МКИ В05 D 1/08, 2006 г.

96. Теория и практика газопламенного напыления / П.А. Витязь, B.C. Ивашко, З.Д. Манойло и др. Минск: Навука i тэхшка, 1993. - 295 с.

97. Теория и практика нанесения защитных покрытий / П.А.Витязь, В.С.Ивашко, А.Ф.Ильющенко, А.И.Шевцов, Е.Д.Манойло. -Минск: Белару-ская навука, 1998. 583 с.

98. Улиг Г., Реви Р. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. —Л.: Химия. 1990. - 455 с.

99. Устройство для газопламенного напыления порошковых полимерных материалов / Белоцерковский М.А., Пунтус И.Л., Федаравичус A.B. // Патент РБ № 477, Пл. МПК 6 В 05В 7/ 20.

100. Фрейман Л.И. Коррозия металлов. В кн.: Химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1990. -т.2. С. 480-482.

101. Харламов Ю.О., Будагьянц М.А. Физика, химия и механика поверхности твердого тела. — Луганск, Изд-во ВУГУ, 2000. -624 с.

102. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. — М.: Машиностроение, 1996.-432 с.

103. Харламов Ю.А., Будагьянц H.A. Физика, химия и механика поверхности твердого тела. — Луганск: Изд.-во ВУГУ, 2000 г. 624 с.

104. Цырлин М.И. Защитные покрытия на основе эпоксиолигомеров, формируемые с использованием низкотемпературной плазмы. Дис. .канд. техн. наук. Гомель: ИММС им. В.А. Белого HAH Б. 2003 г.

105. Шмаков A.M. Моделирование процессов и прогнозирование структуры и свойств газотермических покрытий. — Пермь: ППИ, 1992. 127 с.

106. Ющенко Е.А., Борисов Ю.С., Вернадский В.Н. Современное состояние и прогноз развития метода получения напыленных покрытий. В кн.: Новые процессы и оборудование для газотермического и вакуумного покрытия.-Киев, 1990. -С.5-17.

107. Ямпольский A.M. Меднение и никелирование. — Л.: Машиностроение, 1977. -112 с.

108. Янко Я. Математико-статистические таблицы. Изд 2-е. М: Машиностроение, 1983. —243 с.

109. Alfred Hodt. Korrosionsschutz GmbH Wasser High-Tech Coatings // Hansa, 135. 1998. № 9, s. 268-270.

110. Beczkowiak H. Thermal Spraying and Thermal Sprayed Coatings. — N.Y.: Dekker. 1992 - 264 p.

111. British firms deput powder coating advances // Modern Metals. 1989. -45, № 10.-P. 20-28.

112. Castolin materials //Bulletin Castolin + Eutectic: Suisse, Lausanne. — 1987.- 4 p.

113. Handbook of corrosion inhibitors / Ed. M.Ash. NY: Synapse Information Resources, 2000. - 322 p.

114. Hull M., Bell G. Surface engineering techniques from the Soviet Union // Surface Engineering. 1990. - Vol 6. -№ 3. - P. 175-178.

115. Klianna A.S. Introduction to high temperature oxidation and corrosion.- N.Y.: ASM Int. 2002. - 393 p.

116. Kretzshmar E. Protection against wear by powder flame spraying //11-th International Thermo Spray Conf: Montreal. 1986. - p. 367-375.

117. Pawlowsky L. The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings. Wiley, UK. 1994,- 402 p.

118. Rostek M., Sievert H. Heutiger Stand des Flammspritzens // Praktiker.- 1989. — 41. — № ll.-S. 668-673.

119. Thermal spraying // Welding Design and Fabrication. 2003. - April. -P. 41-42.

120. ValuArctm Electric Wire Arc Thermal Spray System. The most Advanced Portable Hand-held Arc Spray System. / Sulzer Metco. 1998.

121. Wasser Higy-Tech Coatings New way in polymer compositions. NY: Undady, ASM. - 1998. - 21 p.

122. Wicks Z.W., Jones F.N., Pappas S.P. Organic coatings. Science and technology. Vol. 2. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. 1994. - 438 p.