Технология нанесения антифрикционного покрытия Molykote D-10 на поршни двигателей внутр. сгорания, Днепр

Molykote D-10 — это антифрикционное покрытие на основе графита и полиамидного связующего, отверждаемое при нагреве.

Основные функции Molykote D-10

* Защита поршня и цилиндра от задиров и износа особенно при тяжелых условиях работы (пуск при пониженных температурах, недостаток смазки, перегрев и т. п. )
* Повышение несущей способности поверхности
* Ускорение приработки
* Обеспечение смазки на весь срок службы (покрытие не стирается в течение длительного времени, задерживаясь во впадинах микрорельефа, устойчиво к воздействию топлива и нефтепродуктов)
* Снижение трения, шума и расхода топлива
* Защита от коррозии

Подготовка поверхности:

Перед нанесением покрытия поршни должны быть тщательно очищены от фосфатного остатка, воды, масла и иных загрязнений, попавших в процессе изготовления. Для оптимального результата очистку рекомендуется проводить с помощью механических приспособлений, например, распылителей. Возможно применение ультразвуковых ванн, испаряющихся очистителей и пр. Если названные продукты не обеспечивают удаление всех загрязнений с поверхности поршня, то процесс очистки может включать:

1) горячую щелочную мойку (50-60°С);
2) промывку деионизированной водой;
3) обдув горячим воздухом (60°С).

После очистки недопустимо прикасаться к поверхностям, на которые будет нанесено покрытие. Попадание даже незначительного количества загрязнений или масла с пальцев рук может повлиять на адгезию покрытия.
Если поршни подвергались лужению, то рекомендуется произвести оценку влияния этой обработки с помощью дополнительных испытаний. Как правило, лужение перед нанесением Molykote D-10 снижает адгезионные свойства антифрикционного покрытия. В некоторых случаях лужение после нанесения Molykote D-10 приводит к образованию раковин и пузырей. В целом, применять лужение не рекомендуется, но если это необходимо, олово лучше наносить после покрытия поршней Molykote D-10. Опыт применения Molykote D-10 убедительно показывает целесообразность замены оловянного покрытия поршней на антифрикционное покрытие на основе графита.
Для дополнительной защиты от коррозии и увеличения адгезионных свойств антифрикционного покрытия часто применяется предварительное цинковое фосфатирование. Для алюминиевых поршней фосфатирование может несколько улучшить адгезию покрытия, если юбки имеют гладкие поверхности, но в большинстве случаев в этом нет необходимости.

Нанесение покрытия:

Для нанесения Molykote D-10 на поршни рекомендуется применять трафаретную печать или распыление. Для трафаретной печати покрытие может использоваться непосредственно из упаковки, однако перед применением состав должен быть тщательно перемешан. По причине высокой вязкости состава твердые смазочные вещества не оседают быстро. Тем не менее, перемешивание должно производиться минимум 1 раз в смену (8 часов). Состав из новых упаковок должен быть перемешан (например, в барабанах, пропеллерных мешалках и т. д. ) максимум за 12 часов перед применением. Для нанесения методом распыления состав необходимо разбавить 20-30% (по объему) n-метилпирролидона (Molykote 7414, Molykote 7415). Емкости распылителей должны быть оборудованы устройствами для перемешивания с целью удержания твердых смазочных веществ во взвешенном состоянии после разбавления состава.
Промышленное распылительное оборудование в большинстве случаев подходит для нанесения Molykote D-10. Рекомендуемый диаметр сопла распылителя составляет 0,8 мм при рабочем давлении 275-480 кПа. Дистанцию напыления необходимо выбирать таким образом, чтобы состав достигал поверхности, оставаясь влажным. При слишком большом расстоянии между соплом и деталью покрытие высыхает до контакта с поверхностью, в результате чего на детали оно будет неоднородным, а адгезия недостаточной. Оптимальная толщина образуемой пленки должна быть не более 5 мкм за один проход. Большая толщина покрытия может быть достигнута путем нескольких проходов или за счет применения дополнительных распылительных головок.

Многие производители оборудования для трафаретной печати адаптируют его также для нанесения Molykote D-10 на поршни. При проектировании линии для нанесения покрытий методом трафаретной печати необходимо учитывать несколько важных параметров.

1) Для оптимального результата оборудование для нанесения покрытия должно быть размещено в контролируемой атмосфере. Рекомендуемая температура воздуха составляет 20±4 °С при относительной влажности менее 50%. Быстрое высыхание покрытия на трафарете можно приостановить путем разбавления состава небольшим количеством (около 30 г на 1 литр) n-метилпирролидона (Molykote 7414, Molykote 7415).
2) Детали оборудования для перемещения должны быть сконструированы таким образом, чтобы не происходило царапания или загрязнения поверхностей поршней.
3) Трафареты для печати должны иметь ячейки, соответствующие желаемой толщине покрытия. Размер сетки для получения типичных толщин покрытия составляет 85 – для покрытий толщиной 18-20 мкм, 120 – для покрытий толщиной 10-12 мкм. Некоторые компании могут поставить укомплектованные линии («под ключ») для нанесения покрытий на поршни, включающие оборудование для мойки, машины для трафаретной печати, печи для сушки, оборудование для перемещения. Их применение позволяет достичь производительности 1500 поршней/час.
4) Срок службы трафарета может быть повышен путем локализации области печати на поршнях вдали от острых краев и обеспечения минимального давления ракели, необходимого для получения пленки равномерной толщины. Оценочный срок службы трафарета составляет примерно 10000 отпечатков. В среднем, ракель подлежит замене с каждым третьим трафаретом.
5) После завершения процесса трафаретной печати трафарет должен быть очищен в соответствии со следующими рекомендациями:
а) 5-10 минутная пауза → вставить лист бумаги между поршнем и трафаретом и печатать в «ручном» режиме до тех пор, пока отпечаток остается равномерным и полным;
б) 15-30 минутная пауза → извлечь трафарет и тщательно очистить его с помощью растворителя (n-метилпирролидон).

Толщина покрытия:

Для достижения высокого уровня эффективности и адгезии толщина покрытия должна составлять минимум 5 мкм, максимум – 25 мкм. Антифрикционное покрытие толщиной 10-12 мкм эффективно предотвращает схватывание, задир и минимизирует изнашивание, а покрытие толщиной 18-20 мкм дополнительно способствует снижению шума (стука поршней).

Толщина отвердевшего покрытия может быть определена с помощью электронных приборов или непосредственным измерением, например, с помощью вихретокового толщиномера (для основы из неферромагнитных материалов) или магнитного толщиномера (для основы из ферромагнитных материалов).

Отверждение покрытия:

После нанесения покрытия поршни должны быть помещены (например, с помощью конвейера) в циркуляционную сушилку, обеспечивающую требуемую температуру и время выдержки. Некоторые рекомендации по условиям отверждения приведены ниже. Эти условия могут быть скорректированы в зависимости от размеров и материалов поршней.
Объем неотвердевшего покрытия, нанесенного методом трафаретной печати, примерно в 5 раз больше объема отвердевшего покрытия. При отверждении уменьшение объема происходит в значительной степени из-за удаления растворителя.
Рекомендуемые условия отверждения:
1) выдержка 60-120 минут при температуре 150°С;
2) выдержка 30 минут при температуре 180°С
(или 20 минут при температуре 180°С самого изделия).
Для предотвращения повреждения покрытия температура детали при сушке не должна превышать 200°С более 30 минут.

Методы контроля качества:

После отверждения образец партии деталей с покрытиями должен быть проверен по следующим параметрам:
1) полнота отверждения покрытия;
2) адгезия покрытия;
3) толщина и однородность покрытия.

Полноту отверждения покрытия можно установить с помощью теста на стираемость растворителем по ASTM D-4752. В процессе теста вместо рекомендуемого стандартом метилэтилкетона необходимо применять n-метилпирролидон.
Уровень адгезии покрытия может быть определен с помощью метода решетчатых надрезов по ASTM D-3359. Процедура испытания предполагает использование специальной ленты, чувствительной к давлению, с известной минимальной величиной адгезионной прочности. Более жесткий тест покрытий на адгезию, который часто применяется с целью идентификации поршней с плохой очисткой поверхностей или поршней с повышенной пористостью металла, это испытание в кипящей воде в течение минимум 0,5 ч. После извлечения поршней из воды и охлаждения до температуры окружающего воздуха они исследуются на предмет наличия вздутий и отслоений покрытия.
Определение толщины покрытия и его равномерности производится с помощью одного из указанных выше измерительных приборов и предполагает проведение нескольких измерений на покрытой поверхности.
Тест в кипящей воде для контроля адгезии покрытия предполагает очень жесткие условия испытания и не обеспечивает воспроизводимости результатов. Это испытание применяется для оперативного контроля качества. Его результаты чувствительны даже к незначительным изменениям в технологии очистки поверхностей поршней и/или увеличению пористости металла.
Альтернативный тест покрытий на адгезию, не столь жесткий как описанный выше, предполагает испытание в нагреваемой емкости, заполненной стандартным моторным маслом. Погружение в масло температурой 162°С на 96 ч не должно приводить к заметной потере адгезии покрытия.

Удаление покрытия:

До отверждения покрытие может быть легко удалено с помощью растворителя n-метилпирролидона (Molykote 7414, Molykote 7415). После отверждения покрытие может быть удалено с помощью пескоструйной обработки, обработки стеклянной дробью и т. д.