Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния технических систем в ЖКХ и технологических систем в промышленном производстве 9
1.1 Сервисное обслуживание оборудования и систем жизнеобеспечения в ЖКХ и в промышленности 9
1.2 Композиционные материалы, используемые при восстановлении и модернизации оборудования и систем жизнеобеспечения 16
1.3 Клеевые и герметизирующие составы и возможности их применения для восстановления деталей и узлов оборудования 28
1.4 Постановка задачи исследования 35
Выводы 41
2. Методология сервисного обслуживания технических и технологических систем 42
2.1 Стратегические основы сервисного обслуживания 42
2.2 Обоснование организации сервисных центров по оказанию технических услуг 48
2.2.1 Сервисное предприятие по восстановлению и модернизации оборудования 48
2.2.2 Возможности территориального функционирования сервисных центров 51
2.2.3 Формирование загрузки предприятий технического сервиса 55
2.3 Обеспечение качества, стандартизация и сертификация услуг технического сервиса 59
Выводы 66
3. Исследование свойств композиционных материалов при восстановлении и модернизации оборудования и технических средств 61
3.1 Влияние различных факторов на прочность адгезионных соединений композит-металл 61
3.2 Исследование влияния модифицирования поверхности специальными составами на адгезионную прочность соединений 79
3.3 Исследование поведения композиционных материалов в жидкостях и агрессивных средах 83
3.3.1 Химическая стойкость ремонтных композиционных материалов 83
3.3.2 Определение влияния различных видов топлива на ремонтные композиционные материалы
3.3.3 Прогнозирование долговечности работы композиционных материалов в агрессивных средах 91
Выводы 97
4. Исследование адгезионных свойств анаэробных материалов при их использовании в процессах восстановления и модернизации оборудования 98
4.1 Методы определения адгезионной прочности соединений полимер-металл, выполненных с использованием анаэробных материалов 98
4.2 Поведение анаэробных материалов в жидкостных и агрессивных средах 105
4.3 Активирование процесса полимеризации анаэробных материалов 109
4.4 Особенности выбора анаэробных материалов и исследование их характеристик 112
Выводы .. 116
5. Эффективность технологических методов восстановления и модернизации оборудования с использованием композиционных материалов 117
5.1 Технологические основы восстановления технических и технологических систем... 117
5.1.1 Использование металлополимерных композиционных материалов 117
5.1.2 Использование анаэробных материалов 119
5.2 Методы восстановления основных деталей и узлов 128
5.3 Экономическая эффективность от внедрения технологических методов восстановления оборудования композиционными материалами 133
Выводы 139
Общие выводы по работе 140
Список литературы
- Композиционные материалы, используемые при восстановлении и модернизации оборудования и систем жизнеобеспечения
- Обоснование организации сервисных центров по оказанию технических услуг
- Исследование влияния модифицирования поверхности специальными составами на адгезионную прочность соединений
- Поведение анаэробных материалов в жидкостных и агрессивных средах
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время около 70% населения развитых стран занято в сфере услуг и в ближайшей перспективе тенденция опережающего роста сферы сервиса будет определяющей в современном обществе. При этом производственный сервис будет столь же весом, как и оказание услуг населению. К производственной сфере следует отнести не только услуги по поддержанию работоспособного состояния оборудования в промышленности, но и всю сферу услуг по бесперебойному функционированию систем жизнеобеспечения в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ). Вопросы сервиса оборудования на сегодняшний день особенно актуальны.
Так как сервис является приоритетным направлением современной экономики, то он должен быть первоочередным объектом научных исследований. В настоящий момент можно выделить три научных проблемы актуальные для сферы сервиса: развитие методологии науки о сервисе; сервисное сопровождение научных исследований; разработка наукоемких сервисных технологий.
Развиваемая идеология современного сервиса включает, наряду с традиционными и новыми представлениями о бытовом обслуживании, концепции промышленного сервиса, к каковым следует отнести сервис технических и технологических систем, которые следует отнести к объектам исследования промышленного сервиса. Техническая система представляет собой функционирующий объект определенного назначения (автомобиль, трактор, насос, станок, стиральная машина и т.д.), созданный для осуществления процессов производства или обслуживания непроизводственных потребностей общества. Технологическая система — это производственная система, представляющая собой совокупность методов и средств обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы материалов или полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства продукции.
Актуальность вопросов, связанных с ремонтом машин обусловлена наличием с стране
большого парка физически и морально устаревших машин и оборудования, требующих
частого, в большинстве случаев аварийного ремонта при хроническом дефиците запасных
частей. Основным конструкционным материалом массового машиностроения остается
металл. Традиционно изделия из металла ремонтируют с использованием металла. Для
контактного взаимодействия металлов необходимо термическое воздействие с
обеспечивающим его громоздким технологическим оборудованием и
высококвалифицированным обслуживанием. Новые возможности в технологии ремонта открывает использование композиционных материалов. Необходимость в технологиях ремонта оборудования и систем жизнеобеспечения, не требующих значительных
финансовых вложений, материальных и трудовых ресурсов, существуют постоянно. Именно таким требованиям отвечают технологии ремонта с использованием ремонтных полимерных композиционных материалов, использование которых не требует дорогостоящей оснастки и оборудования, и часто являются адекватной замене сварке, пайке, наплавке. Рациональное использование физико-химических свойств полимерных композиционных материалов позволяет значительно снижать трудоемкость и себестоимость ремонта и сокращать расход материалов на их проведение.
С начала 90-х годов на российских машиностроительных заводах металлорежущее оборудование практически не обновляли, не ремонтировали и тем более, не модернизировали. Причины такой ситуации: ограниченность у предприятий собственных инвестиций в развитие производства и низкая платежеспособность отечественных потребителей - привели к потере точности и производительности станочного оборудования и, следовательно, к низкой конкурентноспособности продукции российских предприятий. Такая же картина наблюдается и в жилищно-коммунальном хозяйстве по причине высокого износа трубопроводов и используемого оборудования [11, 112]. Поэтому важнейшей задачей машиностроения России в настоящий период является модернизация станочного оборудования, определяющего качество продукции промышленных предприятий. Понятие модернизации оборудования в настоящее время, в отличии от принятого в литературе [75] означает, что предполагается поднять технический уровень имеющегося оборудования до уровня новой современной конкурентноспособной продукции. В основе модернизации всех видов оборудования должны быть заложены разнообразные технические решения, в том числе: восстановление и модернизация изношенных узлов оборудования для повышения их точности, надежности и долговечности; использование для целей модернизации новых композиционных материалов, обеспечивающих повышение износостойкости механизмов оборудования.
Именно эти технические решения являются одной из задач настоящего исследования. Поэтому в настоящее время актуальной является задача оказания сервисных услуг по восстановлению и модернизации технологических систем предприятий, т.е. действующего технологического оборудования, обеспечивающего выпуск продукции. Решение этой задачи может быть решено на основе создания сервисных центров, специализирующихся на выполнении восстановления различных видов оборудования для различных отраслей промышленности и сферы ЖКХ.
Очевидно, что восстановление и модернизация оборудования может быть достигнута на базе применения современных технологий, в том числе с использованием новых композиционных материалов.
Цель и залами исследования. Целью настоящей раооты является разраоотка метода сервисного обслуживания технологических систем с использованием комплекса прогрессивных полимерных композитов, что позволяет повысить долговечность и снизить затраты на эксплуатацию оборудования и систем жизнеобеспечения в ЖКХ. Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:
1. Разработать основные положения методологии технологического сервиса и
обосновать необходимость создания сервисных центров по восстановлению и модернизации
оборудования и систем жизнеобеспечения ЖКХ на базе использования прогрессивных
технологий.
2. Оценить физико-механические и эксплутационные свойства имеющихся
полимерных композитов и установить их соответствие требованиям, предъявляемым к
технологическим системам с сфере ЖКХ и в промышленности.
3. Разработать метод сервисного обслуживания технологических систем ЖКХ с
использованием комплекса существующих прогрессивных полимерных композитов.
Установить зависимости между химической стойкостью полимерных композитов и механической прочностью соединений в оборудовании, изделиях и системах ЖКХ.
Разработать и внедрить технологию сервисного обслуживания технологических систем на базе использования комплекса прогрессивных полимерных композитов через сеть сервисных центров.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методологических основ сервисного обслуживания технологических систем и создании наукоемких технологических методов восстановления и модернизации оборудования в промышленности и сфере ЖКХ на базе использования прогрессивных полимерных композиционных материалов. На основе проведения комплекса теоретических, экспериментальных и технологических исследований:
разработаны модели объектов сервиса, установлены их основные функции и предложен метод планирования и формирования загрузки предприятий технического сервиса и установлены основные этапы от постановки целевых задач до выполнения конкретных сервисных услуг;
разработан метод оценки соответствия физико-механических, технологических и эксплутационных свойств полимерных композитов требованиям, предъявляемым к технологическим системам в промышленности и в сфере ЖКХ;
установлены зависимости, оценивающие влияние жидкостных и агрессивных сред на химическую стойкость композиционных материалов и их механические свойства и
разработан метод прогнозирования долговечности работы соединений, выполненных
с использованием композиционных материалов в агрессивных средах; - разработан метод сервисного обслуживания технологических систем с
использованием комплекса существующих прогрессивных полимерных композитов и
сервисных центров.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Методология создания и функционирования сервисных центров по оказанию услуг в восстановлении и модернизации оборудования на предприятиях и в сфере ЖКХ будет способствовать широкому распространению сферы технического и технологического сервиса.
Разработаны технические условия на композиционный материал «Мультипласт» и технологическая инструкция по применению анаэробных и металлополимерных материалов «Честер Молекуляр» при ремонтно-восстановительных работах.
На «Теплосетях» и «Водоканале» г. Мытищи внедрена технология восстановления деталей и узлов центробежных насосов в использованием композиционных материалов. Рекомендованы для применения ремонтные комплекты инструмента и композиционных материалов.
Технология восстановления крупногабаритных металлических, гранитных валов с использованием композиционных материалов внедрена на предприятиях полиграфической и целлюлезнобумажной отраслей промышленности.
Технология восстановления оборудования с использованием композиционных материалов не требует энергетических затрат, имеет широкую область применения и обеспечивает высокий экономический эффект.
Личное участие автора заключается в постановке и решении задач по разработке методологических основ сервиса технических и технологических систем; разработке моделей объектов сервиса, установлении их основных функций по планированию, загрузке и обеспечению сервисных услуг на основе использования системы качества, стандартизации и сертификации выполняемых работ; в исследовании адгезионных свойств композиционных материалов, установлении зависимостей их поведения в агрессивных средах, при различных технологических и эксплутациоиных ситуациях; в создании методов выбора композиционных материалов и прогнозирования долговечности их работы.
Автором экспериментально обоснован, разработан и внедрен на предприятиях ЖКХ и других отраслей промышленности сервисный метод восстановления и модернизации оборудования в производственных условиях, который учитывает конкретные условия эксплуатации объектов и позволяет многократно сократить затраты на восстановление и поддержание их работоспособного состояния.
Основные положения диссертации, которые выносятся на защиту:
методологические основы сервиса технических и технологических систем и разработка моделей объектов сервиса на основе использования системы качества, стандартизации и сертификации сервисных услуг;
результаты исследования адгезионной прочности соединений, выполненных с использованием композиционных материалов, в зависимости от методов обработки соединяемых поверхностей;
результаты исследования химической стойкости композиционных материалов и метод прогнозирования долговечности их работы;
зависимости адгезионных свойств анаэробных клеев и герметиков от химической активности среды технологических и эксплутационных факторов и методология выбора анаэробных материалов для применения в конструкциях изделий и в ремонтных целях;
метод сервисного обслуживания по восстановлению основных деталей и узлов оборудования на предприятиях и в сфере ЖКХ с использованием комплекса прогрессивных полимерных композитов;
результаты внедрения методов восстановления и модернизации оборудования с
использованием металлополимерных и анаэробных композитов на промышленных
предприятиях и в сфере ЖКХ.
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, пяти частей, заключения, списка литературы и восьми приложений. Текст изложен на 184 страницах машинописного текста и включает 24 таблицы и 70 иллюстраций. Список литературы включает 137 наименований.
1. Анализ состояния технических систем в ЖКХ и технологических систем в промышленном производстве.
Композиционные материалы, используемые при восстановлении и модернизации оборудования и систем жизнеобеспечения
Актуальность вопросов, связанных с ремонтом машин, обусловлена наличием в стране большого парка физически и морально устаревших машин и оборудования, требующих частого, в большинстве случаев аварийного ремонта при хроническом дефиците запасных частей. Основным конструкционным материалом массового машиностроения остается металл. Традиционно изделия из металла ремонтируют с использованием металла. Для контактного взаимодействия металлов необходимо термическое воздействие с обеспечивающим его громоздким технологическим оборудованием и высококвалифицированным обслуживанием. Новые возможности в технологии ремонта открьшает использование композиционных материалов. За рубежом ремонтные композиционные материалы появились в конце 60-х начале 70-х годов XX века. Первым разработчиком явилась швейцарская фирма «Дурметалл», которая для ремонтных целей, выпустила композиционный материал универсального назначения «Дурметалл-стандарт». Затем появились другие зарубежные производители, освоившие производство и применение целой гаммы ремонтных композиционных материалов.
В нашей стране первые работы по созданию и освоению подобных материалов относятся к началу 90-х годов прошлого века. Исследованию ремонтных композиционных материалов были посвящены труды профессоров Буравлева Л.Т. [48, 49], Волкова Г.М. [18, 19, 20], Ищенко А.А. [36, 37, 38], Мотовилина Г.В. [67, 70, 71], Тулинова А.Б. [98-101]. Их усилиями были получены первые отечественные ремонтные композиционные материалы, проведены исследования их свойств и осуществлены первые практические работы по их применению, которые в настоящее время, постоянно расширяются, охватывая новые отрасли и области применения.
Необходимость в технологиях ремонта оборудования и систем жизнеобеспечения, не требующих значительных финансовых вложений, материальных и трудовых ресурсов, существуют постоянно. Именно таким требованиям отвечают технологии ремонта с использованием ремонтных полимерных композиционных материалов, использование которых не требует дорогостоящей оснастки и оборудования, и часто являются адекватной замене сварке, пайке наплавке. Рациональное использование физико-химических свойств полимерных композиционных материалов позволяет значительно снижать трудоемкость и себестоимость ремонта и сокращать расход материатов на их проведение. Особенно эффективно использование новых ремонтных технологий в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Как показывает отечественная и зарубежная практика, устранение примерно 15-20% дефектов трубопроводов в системах тепло- и водоснабжения может быть осуществлено за счет технологии применения для их ремонта металлополимерных композитных материалов, работающих по методу «холодной сварки». Их применение открывает новые возможности в технологии ремонта.
Основой адгезии в этом случае является молекулярное взаимодействие полимерной матрицы композиционного материала с металлом ремонтируемой поверхности. Изменение механизма упрочнения позволяет отказаться от термического и механического воздействия на ремонтируемую поверхность в процессе восстановления изношенных деталей оборудования. Вследствие этого технологический процесс с применением металлополимерных композиций называют холодной молекулярной сваркой, или «холодной сваркой» (ХС) [17].
Переход от атомарного взаимодействия к молекулярному позволяет исключить отмеченные недостатки традиционных способов сварки. Расходными материалами в данном процессе служат ремонтные композиционные материалы (РКМ), которые состоят из полимерной матрицы и дискретного наполнителя. Связь между поверхностями РКМ -металл осуществляется в результате молекулярного взаимодействия полимерной матрицы композиционного материала с металлом ремонтируемой поверхности. Молекулярное взаимодействие не требует нагрева, т.е. осуществляется без подвода энергии.
Современные РКМ являются наукоемкой продукцией. Для создания РКМ с необходимым комплексом технологических и эксплуатационных свойств творчески применяют последние достижения различных отраслей науки.
В формировании адгезионного контакта молекул полимера и металла участвуют самые разнообразные силы, что предопределяет заведомо более широкий спектр технологических возможностей управления адгезионной прочностью соединения полимер-металл по сравнению с металлической связью.
Свойства РКМ можно целенаправленно изменять модифицированием полимерной матрицы, вводя в ее структуру функциональные группы различного назначения. Адгезионная прочность имеет экстремальную зависимость от их содержания, поэтому при разработке рецептуры следует тщательно соблюдать оптимальное соотношение компонентов РКМ [11, 14, 98].
На величину адгезионной прочности оказывает влияние надмолекулярная структура полимера, которая также поддается технологическому регулированию. Процессами смачивания поверхности металла полимерной матрицей РКМ можно управлять посредством введения в рецептуру поверхностно-активных веществ. Для улучшения технологических
свойств РКМ используют тиксотропные добавки. Соотношение упругих и пластических свойств РКМ и уровень внутренних напряжений можно изменять, меняя природу, дисперсность и содержание наполнителя. При создании РКМ учитывается также специфика механического поведения полимеров и релаксационный характер развития деформаций [4, 73].
В процессе затвердевания смеси компонентов РКМ входящие в их состав молекулы соединяются в макромолекулярные цепи, которые переплетаются с дисперсными частицами дискретного наполнителя, образуя сложную трехмерную структуру. Изменение механизма упрочнения от атомарного взаимодействия (для металлов) к молекулярному (для РКМ) позволяет отказаться от термического и механического воздействий на ремонтируемую поверхность в процессе восстановления изношенных деталей. ХС обеспечивает надежность ремонтного соединения и простоту технологии ремонтно-восстановительных работ.
Современные технологии реновации машин и оборудования должны обеспечивать поддержание действующей техники в рабочем состоянии, не прибегая к услугам специализированных ремонтных предприятий. Основанием для рекомендации ХС, в качестве ключевой технологии ремонтно-восстановительных работ являются следующие ее особенности.
ХС выполняется на воздухе без нагрева и давления, вне защитной среды без какого-либо оборудования, не требует высокой квалификации исполнителя. Основной рабочий инструмент ХС - шпатель для формирования конфигурации шва. Это позволяет производить ремонт в производственных условиях промышленного предприятия, в неприспособленных для ремонта, в том числе пожаро- и взрывоопасных помещениях, а также при необходимости в полевых условиях.
Доставка тяжелой техники на специализированные ремонтные предприятия для выполнения ремонтно-восстановительных работ в стационарных условиях в большинстве случаев сопряжена с большими материальными и трудовыми затратами. Это особенно важно для техники, эксплуатируемой в полевых условиях, часто в необжитой местности с практически полным отсутствием соответствующей инфраструктуры. Технически и экономически целесообразным, а иногда и единственно возможным решением восстановления работоспособности тяжелой техники является выполнение ремонта по месту ее эксплуатации. Однако доставка громоздкого технологического оборудования для традиционного ремонта методами термической сварки, наплавки, пайки и др. также достаточно проблематична. ХС позволяет с минимальными затратами выполнить ремонт тяжелой техники в полевых условиях.
Обоснование организации сервисных центров по оказанию технических услуг
Роль сервисных предприятий на сегодняшний день особенно важна, ибо большинство оборудования, использующееся на предприятиях, выработало гарантийные сроки, потеряло связи с производителем оборудования и нуждается в его восстановлении и модернизации, что должно обеспечить продление его жизненного цикла. Многие предприятия утратили взаимосвязи с производителем оборудования еще и потому что многие из них перестали функционировать [7, 5]. Именно поэтому на первый план призваны выходить сервисные центры. Назовем их поставщиками сервисных услуг (или просто поставщиками), основной задачей которых является задача восстановления и модернизации оборудования предприятий и систем жизнеобеспечения.
Парк оборудования предприятий в достаточной степени изношен, а отсутствие возможностей закупки нового оборудования и резкое сокращение его производства ориентирует предприятия на взаимодействие с поставщиком сервисных услуг.
По мнению большинства аналитиков отечественная промышленность в ближайшем будущем будет занята в основном проектами реконструкции и модернизации имеющегося на предприятиях оборудования. При этом решающая роль должна принадлежать сервисным центрам.
Необходимость организации службы сервиса металлообрабатывающего и других видов оборудования назрела давно — вопрос в настоящее время достаточно актуален. Такое предприятие должно обладать достаточным производственным и кадровым потенциалом, чтобы для успешной работы на рынке сервисных услуг квалифицированно представлять их следующие виды: ремонт оборудования как на территории заказчика так и на собственных площадях; - техническое послегарантийное обслуживание; - консультационные услуга; обмен бывшего в употреблении оборудования на новое или восстановленное; - дефектация и оценка оборудования у заказчика; пусконаладочные работы; изготовление запасных частей по чертежам и образцам заказчика.
Для улучшения качества и сокращения сроков восстановления оборудования целесообразно идти по пути специализации, выбрав для себя на начальном этапе в качестве объектов обслуживания наиболее распространенные на предприятии станки и оборудование. В дальнейшем приобретя определенный опыт и по мере освоения новых технологий можно переходить к ремонту более сложного оборудования.
Сотрудничество с сервисным предприятием позволит предприятиям сосредоточиться на выпуске собственной продукции и не вкладывать средства в создание и содержание собственных ремонтных служб с дорогостоящей оснасткой и квалифицированными кадрами. Появится возможность исключить время вынужденного простоя оборудования при ремонте путем их временной замены сервисными предприятием на исправные, либо сократив время простоя за счет использования прогрессивных технологических методов восстановления. По такой схеме технического обслуживания и ремонта работает большинство металлообрабатывающих предприятий в Европе: функции самих предприятий сводятся к смене режущего инструмента, качественной наладке, техническому оослужнванию станка в пределах паспортного и устранению простейших неисправностей. Все остальные задачи, связанные со сложным техническим обслуживанием и ремонтом оборудования, передаются специализированным сервисным фирмам, работающим в контакте с производителем оборудования [90, 135].
Важным аспектом в работе сервисного предприятия является обеспечение возможности выезда ремонтной бригады к заказчику для проведения техобслуживания и выполнения восстановительных работ непосредственно в цехах заказчика. При этом исполнитель заказа полностью обеспечивает техническое и кадровое сопровождение восстановительных работ.
При проведении ремонта на сервисном предприятии непосредственно после демонтажа вышедших из строя узлов и деталей оборудования, составления дефектной ведомости и финансовых согласований составляется необходимая технологическая документация на детали и узлы, подлежащие восстановлению, заказываются стандартные комплектующие, крепежные изделия и т.п. В зависимости от сложности изготовления или восстановления деталей заказ выполняется на собственной производственной базе, либо передается в цеха машиностроительного предприятия, на базе которого целесообразна организация сервисного предприятия, что позволит выполнять сложные технологические операции - координатно-расточные, шлифовальные, термическую обработку, гальванику и т.д., если подобного оборудования нет на сервисном предприятии. Сервисное предприятие должно устанавливать связи с заводами-изготовителями оборудования, что позволит оперативно обеспечить своих клиентов запасными частями фирменного изготовителя, а также создать собственный банк документации на выпускаемые ими станки и оборудование.
Существуют различные направления в выработке стратегии повышения эффективности и повышения конкурентоспособности сервисного предприятия в сфере оказания технических услуг. В этом случае сервисное предприятие должно осуществлять высокоспециализированное обслуживание и маркетинг для того, чтобы стать лидером в выбранной сфере услуг. Как правило, это приводит к тому, что потребители выбирают именно этот вид услуг. Предприятия реализующие этот вид стратегии, должны иметь высокий потенциал, отлаженную систему обеспечения необходимого качества услуг, а также развитую систему маркетинга.
Наукоемкие сервисные технологии, каковыми являются технология обслуживания, оказание услуг технического характера требует существенных маркетинговых усилий. В первую очередь речь идет о сервисе технических и технологических систем с использованием при этом новых материалов и прогрессивных технологических процессов.
Исследование влияния модифицирования поверхности специальными составами на адгезионную прочность соединений
Кроме механических способов модифицирования поверхностей и получения требуемой шероховатости существует и ряд других способов. К ним относятся фосфатирование. плазменно-химическая обработка, электроэрозионный синтез. Наибольший интерес представляет фосфатирование, как наиболее изученный способ модификации поверхности [86].
Фосфатирование представляет собой процесс получения фосфатных покрытий на поверхности изделий из черных и цветных металлов. Фосфатные слои химически связаны с металлом и состоят из сросшихся между собой мельчайших кристаллов, которые могут образовывать развитую шероховатую поверхность и обладают рядом технически ценных свойств. Физико-химические, хемосорбционные и адгезионные свойства фосфатных слоев обуславливают высокую способность поверхностей адсорбировать и впитывать наносимые на них краски, масла, смазки и различные пропитывающие составы [23].
Составы и свойства фосфатных покрытий весьма разнообразны, что и определяет широкую область их применения [10]. Фосфатирование применяется как самостоятельное покрытие, например, антикорозионное или электроизоляционное, так и в качестве подслоя для нанесения органических покрытий и пропитывающих составов для придания поверхности необходимых функциональных свойств. Так, защитные свойства лакокрасочных покрытий при нанесении их на фосфатный слой значительно повышаются. Методы фосфатирования основаны на комбинации способов очистки и фосфатирования. В зависимости от способов использования растворов фосфатов щелочных металлов различают методы погружения, разбрызгивания и пескоструйной обработки [30]. В промышленной технологии удобнее использовать методы погружения или нанесения растворов кистью как более простые и универсальные. Для проведения экспериментальных исследований были использованы составы КФ-3 (концентрат фосфатирующий) и КФА-8 (концентрат фосфатирующий аморфный).
В качестве метода подготовки поверхности использованы абразивная подготовка, обеспечивающая высоту шероховатости Ra = 5 - 7,5 мм и обезжиривание ацетоном. Измерение параметров шероховатости показало, что аморфное фосфатирование не изменяет шероховатость поверхности, а получаемый слой фосфатного покрытия имеет толщину 0,5 мкм. Обработка стальной поверхности фосфатирующим составом может быть проведена как методом разбрызгивания, так и методом погружения. Поскольку контакт с кислородом в процессе фосфатирования приводит к образованию окислов, применение метода разбрызгивания не позволяет обеспечить необходимую чистоту стальной поверхности.
Химическая обраоотка выполнялась на поверхности образцов по ГОСТ 14759-69, помещенных в емкость с фосфатирующим раствором КФА-8 (рН - 3,8+4,0) при температуре 50С в термостате. Процесс фосфатирования продолжался 5 минут. Образовавшаяся пленка имела фиолетово золотистый цвет, что указывает на образование фосфатного слоя с плотностью 0,8 г/м". После фосфатирования образцы были промыты водой и высушены в термостате при температуре 40С в течении 15 минут. Через 30 минут после фосфатирования были изготовлены адгезионные соединения с использованием композита «Металл-Сулер».
Фосфатирование с образованием цинк-фосфатной пленки выполнялось на поверхности образцов соединений типа "однократная нахлестка". Подготовка поверхности выполнена по аналогичной методике. После механической обработки поверхность образцов промывалась непрерывно в течении 2-х минут кистью в активном растворе АФ-4 при комнатной температуре. Непосредственно после активирования, без промывки водой, образцы помещались в фосфатирующий состав КФ-3 (рН = 2,4-2,5) на 5 минут при температуре 50С в термостате. По окончании процесса фосфатирования следовали промывка водой и сушка при 40С в термостате. Толщина полученного фосфатного покрытия серого цвета составляет до 0,5 мм.
Цвет аморфных фосфатных покрытий изменяется в пределах: коричневато-серый, желтовато-голубой, зеленовато-синий, синий, тёмно-синий, пурпурно-фиолетовый. Поскольку толщина плёнки колеблется в области длин волн видимого света (0,15+0,8мкм)[86], достаточно небольших изменений толщины для того, чтобы она приобрела другую окраску. Поэтому на стальных поверхностях, покрытых плёнками из фосфата и окиси железа, часто наблюдаются пурпурные переливы красок, охватывающие большинство цветов видимого спектра. В тонких плёнках (до 0,5 мкм) цвета, как правило, изменяются от зеленовато-фиолетового до сине-фиолетового. Начиная с 0,7 мкм, поглощение в плёнках уже столь велико, что они имеют практически серую окраску. Для большинства аморфных фосфатирующих систем [23] действует следующее соотношение между массой фосфатного покрытия и цветом (табл. 3.5) Плотность плёнок составляет 2,71 г/см3.
Нанесённое аморфное фосфатное покрытие фиолетово-золотистого цвета способствует увеличению числа реализуемых адгезионных связей на границе контакта "Композит-металл" и приводит к увеличению адгезионной прочности соединения. При этом геометрические характеристики поверхности практически не изменяются.
Цинковые фосфатные покрытия формируют на поверхности металла более толстые плёнки, которые имеют меньшую прочность, но отличаются высокой пористостью.
В настоящее время в связи со все более широким применением ремонтных композиционных материалов для восстановления объектов, в качестве соединительных материалов и антикоррозионных покрытий, эксплуатирующихся в контакте с агрессивными средами, большое значение приобретает оценка срока их службы. При эксплуатации композиты контактируют с жидкими и газообразными средами, которые могут вызывать, изменение их свойств. Потому для успешной эксплуатации в агрессивных средах композиционные материалы должны быть химически стойкими. По своему составу они представляют собой многофазные системы, полученные из двух и более компонентов и обладающие новым сочетанием свойств, отличными от свойств исходных композитов, но с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента. Основными компонентами ремонтных композиционных материалов являются полимерная основа (матрица) и дисперсный или волокнистый наполнитель. При введении наполнителя необходимо соблюдать критическую степень наполнения, соответствующую не только максимальному улучшению физико-механических свойств, но и высокой химической стойкости [97]. При выборе компонентов и определении их необходимого содержания в композиции следует учитывать размер и форму частиц наполнителя, возможность взаимодействия его с полимерной основой, объемные и механические характеристики и др. Свойства наполнителя влияют и на химическую стойкость композиционного материала. К таким свойствам относятся: химическая стойкость наполнителя, его дисперсность, гидрофильность, адгезия наполнителя к связующему, остаточные напряжения (усадочные, термические) [16].
При действии агрессивных сред на связующее - полимерную основу композиционных материалов протекают реакции окисления, гидролиза, дегидротацйи и др., которые, однако, характеризуются своими особенностями, обусловленными гетерогенностью системы.
Поведение анаэробных материалов в жидкостных и агрессивных средах
Кроме этого были проведены исследования отечественных анаэробных продуктов АН-125у и УГ-Ік в минеральном масле МГЕ-10А и рабочих жидкостях ТСЗП-8 и ПМС. Испытания по критерию прочности проведены на образцах «вал-втулка», d=10 мм, l/d=l. Образцы были собраны по типовому технологическому процессу с применением активатора. Обезжиренные и взвешенные с точностью до 10 7 кг образцы помещали в стаканы с рабочей жидкостью, уровень которой бьш на 10-15 мм выше поверхности образцов. Образцы выдерживались в жидкости в течении 40 суток при комнатной температуре, затем проводилось 25 циклов , в каждом из которых образцы нагревались до 363 К, выдерживались 4 часа и охлаждались до комнатной температуры. После испытаний образцы обезжиривали бензином, сушили, взвешивали, определяли состав рабочей жидкости, образцы испытывали на прочность и проверяли наличие коррозии. По результатам испытаний можно сделать вывод, что анаэробные продукты АН-125У и УГ-1к и другие из их ряда не образуют коррозии на поверхности соединений, не изменяют предела прочности и параметров испытанных рабочих сред и могут быть использованы в системах, приборах и оборудовании, заполненных этими средами.
Влияние отвержденных анаэробных продуктов на смазочные материалы, масла и специальные жидкости определялось и на образцах в виде куба с размерами сторон 10 мм. Образцы помещались в бюксы с используемым материалом и выдерживались при температуре 333 К или 393 К соответственно 2000 и 1000 часов. Как показали испытания смазки ВНИИНП-260, ВНИИНП-274, МС-70, ЦИАТИМ-201, масла МС-14, МП-601, специальное жидкости Б-1-11, Д-5-50 и ряд других испытанных материалов не изменяют содержания свободных щелочей и кислотных чисел. При непосредственном контакте неотвержденных анаэробных продуктов с полистиролом, лакокрасочными покрытиями ЭП-51, ПФ-115, резинами ИРП-9106, ИРП-9102 и аналогичными неметаллическими материалами происходит набухание последних в пределах от 1.5 до 9% и в отдельных случаях не происходит отверждения анаэробных продуктов в контакте с этими материалами. Не изменяет своих свойств в контакте с жидкими анаэробными продуктами фторопласт, без изменений остаются и металлические покрытия - никель, цинк, кадмий и т.п. Полностью отсутствует коррозия для отвержденного и неотвержденного продукта у всех металлов; наличие следов коррозии для неотвержденного продукта наблюдается только у латуни, магниевых сплавов, берилия и его сплавов. Многочисленные испытания и практическое применение анаэробных продуктов подтвердили, что применение всех марок отечественных и некоторых зарубежных (ф. «Честер Молекуляр») практически не вызывает коррозии металлов и металлических покрытий в процессе их применения. Это связано со временем полного отверждения анаэробных продуктов, которое составляет 12-24 часа без применения активатора и 0,5-4 часа с использованием активатора. Первые признаки появления корозии (потемнение поверхности под каплями неотвержденного продукта ) появляются через 3.-4 суток, например на стали 35 при использовании анатерма АН-1 и унигерма УГ-1, на латуни Л С 52 незначительное потемнение поверхности наступает через 15 минут. Для проверки химической стойкости отечественных анаэробных продуктов АН-1, АН-2, АН-4, АН-5 и УГ-1 по критерию герметичности образцов использовалась также морская вода с содержанием 0,2 г/л амила и 0,04 г/л гептила. Для испытания каждого продукта брали по 15 образцов -имитаторов: - для продуктов АН-2, АН-5 и УГ-1 - образцы - имитаторы резьбовых соединений М27х1,5, материал сталь 12Х18Н10Т; - для продукта АН-4 - соединения с гладкими цилиндрическими поверхностями диаметром 12,7 мм, с соотношением l/d=0,88, диаметральным зазором 0,05 мм, шероховатостью поверхности Ra=3,2-0,8 мкм, материал — сталь 12Х18Н10Т; - для продукта АН-1 - образцы - имитаторы негерметичного сварного шва диаметром 60 мм, толщиной 3 мм, материал - алюминиевый сплав АМгб.
Определение герметичности производилось через 30, 90 и 180 суток испытаний на шести образцах каждый раз. Химическая стойкость анаэробных продуктов в течении испытаний оценивалась по сохранению герметичности образцов - имитаторов, которая определялась прибором ПТЧ-7 со скоростью натекания контрольного газа гелия не менее 1 10 э л-мкм/с.
Результаты испытаний показали, что продукты АН-4 и УГ-1 сохраняют герметичность образцов - имитаторов после выдержки в морской воде с добавлением амила и гептила в течении 180 суток. Снижение герметичности образцов - имитаторов у двух образцов через 90 суток и двух образцов через 180 суток испытаний для продукта АН-2 связано с некачественным нанесением продукта (отсутствие полноты заполнения резьбы образца анаэробным продуктом). Снижение герметичности у некоторых образцов, загерметизированных продуктом АН-1, произошло ввиду того, что первоначальная течь превышала 1-Ю 1 л-мкм/с, т.е. имела место течь воздуха.
Исследования химической стойкости анаэробных продуктов АН-1 и УГ-1 к воздействию подогретого амила или его парами были проведены на образцах - имитаторах из стали Х18Н9Т и алюминиевого сплава АК6. Перед заполнением полости имитатора подогретым амином образцы имитатора были испытаны на прочность давлением воды до 65 МПа и проверены на герметичность воздушно-гелиевой смесью давлением 1 МПа. Испытания проводились методом сравнения с контрольной течью, за эталон которой бралась течь, равная 1,8-10"4 л-мкм/с. Проверкой образцов на герметичность подогретым от 278 до
К амилом при давлении от 5 до 60 МПа было установлено, что работоспособность сборочных единиц, пропитанных анаэробным продуктом, зависит от температуры агрессивной среды (амила), причем эта зависимость не имеет существенных изменений для различных марок анаэробных продуктов.
Срок службы узлов, загерметизированных анаэробными продуктами АН-1 и УГ-1, при температуре агрессивной среды 308 К составляет 10 лет, при 323 К - 15 мес, а при 353 К - 2 мес. Исследования химической стойкости анаэробных продуктов к воздействию гептила аналогичны исследованиям в амиле. Исследования показали, что анаэробные продукты Ан-1 и АН-2 обеспечивают герметичность после длительного воздействия гептила и хорошо защищают собранные поверхности от коррозии.
Поведение зарубежных аналогов анаэробных материалов фирмы «Честер Молекуляр» в жидкостных и агрессивных средах сходно с поведением отечественных рассмотренных выше «Анатермов» и «Унигермов».
