Самосмазивающееся покриття та спосіб виробництва самосмазивающегося покриття

 

Даний винахід відноситься до покриття, виготовленому з металевого шару, в якому міститься мастильний матеріал, що вивільняється при зносі. Справжній винахід також відноситься до самосмазивающемуся компоненту з покриттям, нанесеним щонайменше на певні ділянки, до способу виробництва покриття і самосмазивающегося компонента, а також до електроліту для нанесення покриття, що містить метал щонайменше одного виду, розчинений у вигляді іона або комплексу, і щонайменше один мастильний матеріал.

З існуючого рівня техніки відомо, що покриття можуть впливати на фізичні, електричні та/або хімічні властивості поверхні матеріалу. За допомогою методів зміцнення поверхні поверхня може бути оброблена таким чином, щоб, наприклад, покриття поверхні забезпечувало захист від зносу, володіла стійкістю до корозії, було біологічно сумісним та/або мала підвищену електропровідність.

В контактах штекерних з'єднань і натискних коннекторах тертя та зношування найчастіше визначають можливу кількість разів їх використання та їх належне функціонування. Зменшують тертя і, таким чином, знос масла/мастила, нано� кількості разів використання з'єднань і коннекторів, а не протягом тривалого часу, до того ж їх хімічний склад може змінюватися.

Таким чином, бажано отримати покриття, які збільшували б зносостійкість на більш тривалий час.

В WO 2008/122570 А2 описується покриття для компонента, наприклад, електропровідної частини штепсельної вилки, що має матрицю щонайменше з одним основним металом. В основний метал включені наночастинки з середнім розміром менше 50 нм, кожна з яких має по меншій мірі один функціональний носій. Функціональний носій впливає на властивості матриці необхідним чином. Наприклад, використання металу в якості функціонального носія може змінити електропровідність покриття. Функціональні носії, зроблені з особливо міцних матеріалів, таких як карбід кремнію, нітрид бору, алюмінію оксид та/або алмаз, можуть збільшити міцність матриці і поліпшити характеристики зносу компонента з покриттям.

Зменшує знос покриття компонента, яке робить його додаткове змазування непотрібним, відомо, наприклад, з ЕР 0 748 883 А1. Характерною відмінністю покриття, описаного в згаданому документі, є металевий шар, в якому знаходяться рівномірно распределенub>2O3, ZrO і ТіО2і мати мильне з'єднання, прикріплене до її поверхні.

Недоліком покриттів, описаних в ЕР 0 748 833 А1 і WO 2008/122570 А2, є те, що фактичні функціональні елементи, які впливають на властивості покриття поверхні, включені в металевий шар з'єднаними з носієм. Це з'єднання вимагає додаткових етапів у спосіб, що підвищує витрати матеріалів і вартість покриття.

Таким чином, метою цього винаходу є створення поліпшеного зносостійкого покриття, яке має просту структуру і невисоку вартість виробництва.

Згідно з винаходом, покриття, згадане спочатку, і вищезгаданий електроліт для нанесення покриття забезпечують досягнення цієї мети, оскільки мастильний матеріал, включений в металевий шар, складається з щонайменше одноразово розгалуженого органічної сполуки.

Згаданий спочатку спосіб виробництва покриттів згідно винаходу забезпечує досягнення цієї мети за такими етапами:

a) додавання щонайменше одного мастильного матеріалу, що складається з щонайменше одного одноразово розгалуженого органічної сполуки, в розчин электролЀастворенного металу і мастильного матеріалу з розчину електроліту у вигляді покриття на компонент.

У цьому винаході органічна сполука, включене в металевий шар, що представляє собою мастильний матеріал, який згідно винаходу під час тертя і зносу покриття частково з'являється на поверхні покриття і утворює на ній змазує плівку, що зменшує знос. Елемент-носій, такий як неорганічні наночастинки, описані в WO 2008/122570 А2 або ЄР 0 748 883 А1, не потрібно, щоб спосіб згідно винаходу міг обійтися без додаткового етапу приєднання функціонального елемента, тобто металів згідно WO 2008/122570 А2 або мильних з'єднань згідно ЄР 0 748 883 А1, до частинок-носіїв.

Оскільки бажаний ефект змащення покриття по справжньому винаходу вже досягнутий в мінімально одноатомні проміжному шарі органічного мастильного з'єднання або його частини при контакті двох шарів, зносостійкість покриття по справжньому винаходу збільшується в багато разів, що дозволяє зменшити необхідну товщину шару і тим самим скоротити витрату сировини і знизити витрати.

Органічні сполуки включають в себе всі з'єднання вуглецю, крім винятків з неорганічної хімії, наприклад, карбідів, з самим собою або з іншими елементами, наприклад Н, N, О, Si, F, Cl, кремнійорганічні сполуки.

Рішення по справжньому винаходу може бути далі покращено за рахунок ряду конфігурацій, кожна з яких є незалежною від інших. Ці конфігурації і пов'язані з ними переваги коротко описані нижче.

Переважно, щоб органічне з'єднання мало в цілому тривимірну молекулярну структуру. Тривимірна і, отже, компактна структура має перевагу в тому, що молекули мастильного матеріалу розподіляються в розчині електроліту більш однорідне і зменшується ризик агрегації і утворення клубків. Таким чином, можливе досягнення дуже однорідного розподілу мастильного матеріалу в розчині електроліту і в покритті. Тим не менш, в залежності від сфери застосування також можна використовувати органічні сполуки в основному з ланцюжковою або плоскою молекулярною структурою, тобто в основному з лінійним або пластинчастим розташуванням атомів в органічному поєднанні.

В переважній конфігурації органічне з'єднання, яке далі за текстом буде називатися також змащувальну молекулою або молекулою мастильного матеріалу, є макромолекулой. Термін «макромолекула» означає молекули складаються з однакових або різних атомів �. Макромолекулярні мастильні матеріали цього типу, які включають в себе полімери, володіють перевагою у тому, що мають широкий спектр застосування і можуть бути оптимально підібрані для відповідної сфери застосування. Необхідно лише забезпечити те, щоб макромолекули та їх складові ланцюжки, включаючи сополімери, змішані полімери і блок-сополімери, підбиралися таким чином, щоб вони забезпечували змащувальні властивості контактного шару і не чинили негативного впливу на електричні властивості. Крім того, сполуки, що використовуються в якості мастильних матеріалів, повинні бути хімічно стабільними у використовуваному для створення покриття розчині електроліту, на який вони не повинні чинити негативного впливу.

Було виявлено, що особливості органічні сполуки, що мають максимальний просторовий розмір приблизно 10 нм, а переважно - максимум 3 нм, мають особливо добрі змащувальні властивості. Більш того, змащувальні молекули величини даного порядку є електропровідними в сенсі тунелювання і можуть застосовуватися в електропровідних покриттях. Термін «максимальний просторовий розмір» в даному випадку означає наибольшуѰстинчатой форми. Ця конфігурація відповідає в цілому максимальній довжині ланцюжка приблизно 200 атомів, переважно - приблизно 60 атомів, на відстані максимального розміру.

Враховуючи відносно невеликий просторовий розмір молекул мастильного матеріалу, які використовуються у цьому винаході, який набагато менше порядку>50 нм у покриттях з наночасток, розмір зерна металу в покритті може бути зменшений до наномасштабов змащувальних молекул.

Змазує органічна сполука, зокрема, може мати деревоподібну структуру, тобто сильно розгалужену ланцюг і виражене розгалуження. Сильне розгалуження і виражене розгалуження може бути симетричним і асиметричним. Субстанції та полімери з деревоподібної структурою в якості змащувальних молекул є особливо бажаними в частині хорошого розподілу в розчині електроліту, мають невелику в'язкість і схильні до утворення наноструктур, особливості наночастинок.

З метою збільшення включення мастильного матеріалу органічне з'єднання може мати щонайменше одну функціональну групу, що володіє аффинностью до металу металевого шару. Це змушує змащувальні молекули, які ввлении металевого шару і осідати на ньому. В принципі, афінність функціональної групи до металевого шару повинна бути вище афінності до розчинника в розчині електроліту для забезпечення включення або осадження мастильного матеріалу.

Агрегування або повного покриття металевого шару змащувальні молекулами не відбувається, оскільки афінність до металу функціональної групи діє тільки на дифузійному шарі, тобто у безпосередній близькості до поверхні покриття. Щоб виключити ризик агрегації молекул мастильного матеріалу в розчині електроліту, можна включити в органічне з'єднання функціональну групу, яка змусить окремі змащувальні молекули в розчині електроліту відштовхуватися один від одного. Функціональна група переважно знаходиться на краю, тобто на кінці ланцюжка або відповідної гілки ланцюжка.

Переважно - і для забезпечення афінності до металевого шару, і для забезпечення відштовхування змащувальних молекул один від одного - щоб відповідна функціональна група перебувала на поверхні органічної сполуки. Функціональна група в такому разі знаходиться із зовнішньої сторони молекули мастильного матеріалу і розташовується таким чином, коли смазѰсно особливо кращого варіанту здійснення винаходу функціональна група може представляти собою тиоловую групу, яка володіє сильною аффинностью до металам і за рахунок своєї полярності забезпечує відштовхування змащувальних молекул один від одного.

Вибір функціональної групи також залежить від металевого шару покриття по справжньому винаходу, при цьому металевий шар переважно вибирається з групи Cu, Ni, Co, Fe, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, W, Cr, Zn, Sn, Pb та їх сплавів. Зокрема, металевий шар із золота або срібла - завдяки сильній афінності тіолової групи до цих металах - добре взаємодіє зі змащувальними молекулами, що мають тиоловую групу.

Електроліт для нанесення покриття у відповідності з винаходом, який, наприклад, отримують на етапі а) способу згідно з винаходом, містить щонайменше один іон металу і мастильний матеріал, що складається з органічної сполуки щонайменше одного виду у відповідності з описаними вище варіантами здійснення винаходу і включений в покриття у відповідності з винаходом.

Справжній винахід також відноситься до самосмазивающемуся компоненту з покриттям, яке наноситься щонайменше на певних ділянках відповідно до одного з вищеописаних варіантів здійснення винаходу. На компоненті згідно зображе зносостійкості, яку має покриття згідно винаходу, можна було наносити шар меншої товщини з забезпеченням хорошою зносостійкості контакту, що дозволить зменшити розмір і спростити відповідний контакт, а також зменшити масу і витрата сировини.

Покриття особливо підходить для деталей штепсельних виделок і інших сполучних компонентів, особливо деталей штекерного з'єднання або натискного з'єднання.

Далі винахід описується більш детально на основі ілюстративного варіанту здійснення винаходу і з посиланням на креслення, на яких:

Фіг.1 являє собою схематичне зображення кращого варіанту здійснення мастильного матеріалу, використовуваного в цьому винаході;

Фіг.2 являє собою схематичне зображення електроліту для нанесення покриття згідно винаходу, що містить мастильний матеріал, зображений на фіг.1;

Фіг.3 являє собою схематичне зображення частини самосмазивающегося компонента відповідно до цього винаходу з нанесеним покриттям згідно винаходу, в якому міститься мастильний матеріал, зображений на фіг.1;

Фіг.4 являє собою схематичне зображення частини кон�зано на фіг.3.

На фіг.1 зображена молекула мастильного матеріалу 1 згідно кращого варіанту здійснення винаходу. Мастильний матеріал 1 складається з сильно розгалуженого органічної сполуки 2, полімеру з деревоподібної структурою 3.

Полімер 3 складається з пов'язаних між собою будівельних блоків-мономерів 4, які пов'язані в виражену розгалужену структуру для утворення полімеру з деревоподібної структурою 3 у вигляді органічної сполуки 2.

Полімер з деревоподібної структурою 3 згідно наведеного варіанту здійснення винаходу являє собою макромолекулярное органічна сполука 2 з тривимірною, переважно сферичної молекулярною структурою. Просторовий розмір цього органічного мастильного з'єднання 2 лежить в наномасштабі. Діаметр, згідно показаному просторового діаметру d сферичного сполуки 2, становить < 10 нм, переважно < 3 нм.

Функціональні групи 5, у наведеному варіанті здійснення - тіоловою групи 6, знаходяться на поверхні органічної сполуки 2. Тіоловою групи 6 переважно знаходяться на кінцевих блоках-мономерах, тобто на кінцевих мономерах 4, які - з точки зору структури переважно растоящий з функционализированного наномерного мастильного сполуки 2, завдяки хімічній структурі і фізичному розміру полімеру 3 має добрі змащувальні властивості і може бути фактично включений в якості мастильного матеріалу 1, який може вивільнятися при зносі - у металевий шар покриття 8 7 згідно винаходу.

Для виробництва самосмазивающегося покриття 7 згідно винаходу з кращим мастильним матеріалом 1, показаним на фіг.1, молекули мастильного матеріалу, тобто органічної сполуки 2, додаються в розчин електроліту, в якому розчинений метал 9 у вигляді іона або комплексу для отримання електроліту для нанесення розчину 10, який схематично показано на фіг.2.

Електроліт для нанесення покриття 10 містить іони металу 9 щонайменше одного виду і мастильний матеріал 1 щонайменше одного виду, що складається щонайменше з одного одноразово розгалуженого органічної сполуки 2 згідно з цим винаходу. Слід зазначити, що на фіг.2 показаний електроліт для нанесення покриття 10 згідно винаходу виключно в якості прикладу і схематично. Зокрема, відношення концентрації іонів металу 9 і мастильного матеріалу 1 було вибрано довільно і, загалом, не відповідає відношенню, � 9 металу з електроліту для нанесення покриття 10 осаджують на компонент 11, при цьому молекули мастильного матеріалу 1 також осаджують і включають в металевий шар 8. В ході цього одночасного осадження, яке переважно проводиться електромеханічним способом, іони металу 9 кристалізуються на поверхні 12, на яку наноситься покриття, у вигляді металевого шару 8 з атомів металу 9'. Під час кристалізації змащувальні молекули 1 включаються в металевий шар 8 або осаджуються на ньому, утворюючи тим самим композитне покриття 7 згідно винаходу, як показано на фіг.3.

Осадженню і включенню мастильного матеріалу 1 в металевий шар 8 сприяє функціональна група 5 органічної сполуки 2, яка володіє - наприклад, якщо представляє собою тиоловую групу 6 - аффинностью до металевого шару 8, особливо, якщо металевий шар містить золото або срібло.

У варіанті здійснення, показаному на фіг.3, покриття 7 згідно винаходу наноситься на поверхню 12 електричного контакту 11'. Таким чином отримають самозмащувальний компонент 11 по справжньому винаходу. Покриття 7 забезпечує підвищену зносостійкість поверхні 12 компонента 11, оскільки при терті мастильний матеріал 1 частково з'являється на поверхні п� фіг.4, на якій показано з'єднання 15, наприклад, штекерне з'єднання 15а або нажимний з'єднання 15b, в якому два компоненти 11, які можна з'єднати разом для отримання з'єднання 15, мають області контакту 13 з покриттям 7 згідно винаходу на поверхні 12.

На фіг.4 показано, як окремі молекули органічної сполуки 2 при терті вивільняються з покриття 7 згідно винаходу на відповідній поверхні покриття 12 7 і утворюють змазує плівку 14 в області контакту 13, коли компоненти 11 сполуки 15 з'єднані разом. Змащуюча плівка 14 збільшує зносостійкість з'єднання 15 завдяки хорошим трибологическим властивостей мастильного матеріалу 1, органічне змазує з'єднання 2 якого утворює змазує плівку 14, і в результаті цього стирання металевого шару 8 сильно зменшується, а зносостійкість компонента 11 збільшується.

Незважаючи на те що в ілюстративному варіанті здійснення винаходу, показаному на фігурах, у покритті 7 згідно винаходу використовується тільки один вид мастильного матеріалу 1, звичайно ж, можливо включати й інші мастильні матеріали 1 в металевий шар покриття 7, якщо кожен з цих інших мастильних матеріал�ающееся покриття (7), складається з металевого шару (8), у який включено мастильний матеріал (1), здатний вивільнятися при зносі, що відрізняється тим, що мастильний матеріал (1) складається щонайменше з одного одноразово розгалуженого органічної сполуки (2), має щонайменше одну функціональну групу (5), що володіє аффинностью до металевого шару (8) і представляє собою тиоловую групу (6).

2. Самосмазивающееся покриття (7) за п. 1, яке відрізняється тим, що органічна сполука (2) має тривимірну молекулярну структуру.

3. Самосмазивающееся покриття (7) за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що органічна сполука (2) являє собою макромолекулу.

4. Самосмазивающееся покриття (7) за п. 1, яке відрізняється тим, що органічна сполука (2) має максимальний просторовий розмір d приблизно 10 нм, а переважно - приблизно 3 нм.

5. Самосмазивающееся покриття (7) за п. 1, яке відрізняється тим, що органічна сполука (2) має деревоподібну структуру.

6. Самосмазивающееся покриття (7) за п. 1, яке відрізняється тим, що функціональна група (5) розташована на поверхні органічної сполуки (2), в якому функціональна група (7) переважно знаходиться на краю.

7. Самосмазив�, n, Sn, Pb та їх сплавів.

8. Деталь (11) з самозмащувальних покриттям (7), відрізняється тим, що принаймні на певні ділянки деталі (11) нанесено покриття (7) за п. 1.

9. Деталь (11) за п. 8, відрізняється тим, що покриття (7) нанесено на поверхню (12) електричного контакту (11').

10. Деталь (11) за п. 8, відрізняється тим, що вона є частиною штекерного з'єднання (15а) або натискного з'єднання (15b).

11. Електроліт для нанесення самосмазивающегося покриття (10), що містить метал (9) щонайменше одного виду, розчинений у вигляді іона або комплексу, і щонайменше один мастильний матеріал (1) п. 1.

12. Спосіб нанесення самосмазивающегося покриття (7) за п. на 1 деталь (11), що включає етапи:
a) додавання щонайменше одного мастильного матеріалу (1), що складається з щонайменше одного одноразово розгалуженого органічної сполуки (2), в розчин електроліту, що містить метал (9) щонайменше одного виду, розчинений у вигляді іона або комплексу та
b) осадження розчиненого металу (9) і мастильного матеріалу (1) з розчину електроліту згідно етапу а) у вигляді покриття (7) на деталі (11).



 

Схожі патенти:
Винахід відноситься до області електролітичного осадження твердих зносостійких покриттів, зокрема залізо-дисульфід молібденових покриттів, застосовуваних для відновлення і зміцнення поверхонь деталей. Спосіб включає осадження з електроліту, що містить, кг/м3: сірчанокисле залізо 400-600, дисульфід молібдену 100-200, соляну кислоту 0,5-1,5, на змінному асиметричному струмі з коефіцієнтом асиметрії β=1,2-6,0 і катодного щільністю 20-80 А/дм2 при механічному перемішуванні електроліту з температурою 20-40°C і кислотністю рн 0,8-1,0. Технічний результат: підвищення продуктивності процесу за рахунок використання змінного асиметричного струму та підвищення зносостійкості покриття за рахунок збільшення композитного компонента дисульфіду молібдену в покритті до 5%.

Спосіб нанесення гальванічних залізних покриттів в проточному електроліті з великими дисперсними частинками

Винахід відноситься до відновлення зношених деталей машин і механізмів шляхом нанесення на їх поверхню гальванічних залізних покриттів в проточному електроліті. Спосіб нанесення гальванічного залізного покриття в проточному електроліті включає приміщення відновлюваної деталі і розчинної анода в електролітичну комірку, підключення їх до джерела струму, прокачування через електролітичну комірку електроліту, що містить солі двовалентного заліза, соляну кислоту, а також великі тверді дисперсні частинки розміром 100-300 мкм, які додатково вводять до складу електроліту, при цьому електроліз ведуть при щільності катодного струму понад 1 кА/дм2 і швидкості гетерофазного потоку 9-11 м/с. Винахід дозволяє підвищити швидкість осадження і збільшити максимальну товщину гладкого покриття. 1 іл.
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в ювелірній, часовий, медичної, радіо - та електронно-технічної промисловості, а також у виробництві сувенірів та біжутерії. Електроліт містить на 1000 мас. частин складу: дицианоаурат калію 5-22; лимоннокислий калій 30-95; блескообразующую добавку 0,5-5; ультрадисперсних алмаз 10-42; ультрадисперсних оксид кремнію 80-90; воду інше. Для приготування електроліту в половині розрахованого кількості дистильованої води розчиняють задані кількості дицианурата калію, лимоннокислого калію і блескообразующей добавки, потім до отриманого розчину додають водну суспензію ультрадисперсного алмазу, перемішують, вводять решту кількість дистильованої води, при необхідності корегують значення pH до 3,6-3,8 і потім при перемішуванні вводять ультрадисперсних оксид кремнію. Технічний результат - після закінчення п'яти років зберігання електроліту осідання компонентів не спостерігалося, а покриття після 3-5 років зберігали міцність і блиск. 2 н.п. ф-ли, 2 ін.

Електроліт для нанесення покриття композиційного матеріалу на основі сплаву олово-цинк

Винахід відноситься до галузі електрохімії і може бути використане в умовах впливу агресивних середовищ, в тому числі в умовах морського і тропічного клімату. Електроліт містить, моль/л: сульфат олова 0,08-0,09, сульфат цинку 0,065-0,085, лимонну кислоту 0,31-0,33, цитрат лужного металу 0,65-0,68, препарат ОС-20 0,70-0,80 г/л, дифеніламін 0,20-0,32 г/л, фторопластову емульсію Ф-4Д-Е 0,25-0,30 г/л. Технічний результат: підвищення корозійної стійкості, зниження екологічної небезпеки при збереженні основних фізико-механічних параметрів покриттів. 2 табл., 2 іл., 1 пр.
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в різних галузях промисловості
Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в різних галузях промисловості

Гальванічний композиційний матеріал на основі сплаву олово-цинк

Винахід відноситься до області гальванотехніки і може бути використане в машинобудуванні, автомобілебудуванні, морському транспорті та в інших галузях промисловості для збільшення корозійної стійкості покриттів на основі сплаву олово-цинк
Винахід відноситься до отримання гальванічних композиційних покриттів, зокрема на основі нікелю з дисперсною фазою у вигляді порошків наноалмазних

Спосіб отримання композитних полімер-оксидних покриттів на вентильних металах і їх сплавах

Винахід відноситься до області електрохімічної обробки поверхні виробів з вентильних металів і їх сплавів і може бути використане в машинобудуванні та інших галузях промисловості для отримання гідрофобних покриттів, що володіють високою зносостійкістю, а також антифрикційними властивостями і корозійною стійкістю
Винахід відноситься до області гальванотехніки, а саме до отримання покриттів з електролітів нікелювання з використанням в якості другої фази нанодисперсного порошку хрому диборида
Up!