Разработка технологии волочения проволоки с полимерным защитным покрытием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Барышников, Михаил Павлович

• Барышников, Михаил Павлович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Барышников, Михаил Павлович

оглавление

стр.

Введение.,,

1. Анализ процессов получения проволоки

с покрытиями

1.1. Анализ и классификация композиционных покрытий

применяемых в метизной промышленности

1.2. Классификация и свойства фторсодержащих полимерных материалов

1.3. Особенности волочения слоистых материалов

1.4. Постановка задач исследований

2. Аналитическое описание изменения профиля

межслойной границы при волочении проволоки с полимерным покрытием...__________________________________________

2.1. Общие геометрические параметры очага деформации

при описании микрогеометрии межслойной границы

2.2. Изменение профиля микронеровностей при волочении проволоки ___.._____________________________________________________________________________41

2.3. Аналитическое исследование изменения микрогеометрии межслойной границы по длине очага деформации.________

2.4. Выводы по главе

3. Исследование кинематических параметров и

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ

ВОЛОЧЕНИИ ПРОВОЛОКИ С ПОКРЫТИЕМ____________________________________________63

3.1. Кинематика очага деформации при волочении проволоки

с покрытием

3.2. Напряженно-деформированное состояние проволоки

с покрытием при волочении_____________________..._______________________________69

3.4. Анализ изменения кинематических параметров и напряженно-деформирванного состояния проволоки с покрытием при волочении

3.5. Определение реологической модели деформирования политетрафторэтилена и исследование механических свойств покрытий на его основе

3.6. Выводы по главе_______________________..._________________________________________________95

4. Исследование закономерностей процесса деформации металл-фторопластовых композиций при волочении

4.1. Выбор критериев устойчивости покрытий при волочении слоистых систем

4.2. Оценка устойчивости и механизм деформации полимерного покрытия при волочении

4.3. Анализ влияния технологических параметров процесса волочения на напряженное состояние в "полимерных карманах" очага деформации

. Л _ АЛА

4.4 Выводы по главе ------.-----------------------------------------------. ¿-------\ч

5. Разработка технологии производства проволоки с полимерным покрытием..-------------------------------------------

5.1. Подготовка поверхности под нанесение покрытия

5.2. Формирование полимерного слоя

5.3. Термическая обработка покрытия___________________________________________128

5.4. Волочение проволоки с фторполимерным покрытием...—134

5.5. Выводы по главе

v^ctKinюснио в.■ • ■ ■ -п,

Список литературы „„..„

Поиложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии волочения проволоки с полимерным защитным покрытием»

Введение

Повышение качественных показателей, позволяющее обеспечить максимальную надежность и долговечность метизной продукции, в сочетании со снижением себестоимости производства является актуальной задачей для всех метизных заводов. Из широкой номенклатуры продукции, производимой метизными предприятиями, существенную долю составляет проволока различного назначения. При этом, наибольшим спросом потребителей, в последнее время, пользуется проволока со специальными защитными покрытиями. Поэтому, большое значение приобретает совершенствование технологических методов нанесения покрытий различного назначения, что обусловлено целесообразностью использования конструктивно равноценных и более высококачественных изделий из слоистых материалов.

В настоящее время производство проволоки с покрытиями осуществляется двумя основными технологическими схемами:

- формирование покрытия на конечные геометрические размер и форму изделия;

- нанесение материала покрытия на заготовку с последующей деформацией слоистой композиции до готового размера.

В качестве материалов покрытия широкое распространение получили металлы и сплавы на их основе. Известны различные способы их нанесения на проволоку: из расплавов, электролитические способы, нанесение покрытий из порошковых сред и др. Однако, новые экономические условия предъявляют жесткие требования к себестоимости производства проволоки с покрытиями, что делает особенно актуальной задачу выбора альтернативных материалов покрытий взамен дорогостоящих и дефицитных цветных металлов.

Поэтому прогрессивным направлением в проблеме придания метизным изделиям специальных свойств является использование в качестве покрытий полимерных материалов. В настоящее время существует достаточно много способов нанесения полимерных покрытий. Однако, в силу технологических особенностей их формирования на готовый размер, полимерные покрытия на проволоке обладают рядом отрицательных свойств: остаточная пористость, значительная разнотолщинность формируемых поверхностных слоев, относительно низкий уровень адгезии и др. Поэтому для увеличения уровня функциональных свойств таких покрытий целесообразно проводить дополнительное волочение слоистой системы. В процессе волочения происходит увеличение точности геометрических размеров композиций, придание требуемого уровня защитных свойств, повышение адгезионных показателей покрытия.

Технологический процесс нанесения покрытий на проволоку включает операцию подготовки поверхности, при которой формируются опре-деленны^ свойства межслойной границы. Во многих случаях параметры шероховатости соизмеримы с толщиной наносимых покрытий, что оказывает существенное влияние на процесс деформирования слоистой композиции.

Анализ технологических процессов обработки давлением слоистых материалов показывает, что в процессе волочения композиций с существенной разницей механических свойств элементов системы возникает проблема обеспечения устойчивости процесса^ т.е. волочения композиции без образования дефектов покрытия.

В соответствии с этим, целью настоящих исследований являлась разработка технологии производства проволоки с защитным полимерным покрытием, где в качестве основной операции используется волочение проволоки с покрытием.

В диссертационной работе решались следующие задачи:

- разработка технологии производства проволоки с полимерным покрытием с последующим волочением;

- теоретический анализ изменения микрогеометрии поверхности проволоки при волочении проволоки с полимерным покрытием;

- определение кинематических закономерностей и напряженного состояния при волочении сталь-полимерных композиций;

- оценка технологий волочения проволоки с полимерным покрытием по критериям устойчивости покрытий.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке математической модели определения кинематических параметров и напряженного состояния материалов композиции при волочении проволоки с полимерными покрытиями;

- разработке математической модели изменения микрогеометрии межслойной поверхности при волочении металл-полимерных композиций;

- разработке и обосновании критериев кинематической и когезион-ной устойчивости полимерных покрытий при волочении;

- обосновании четырехстадийного механизма процесса деформации металл-полимерной композиции при волочении.

1. Анализ процессов получения проволоки с покрытиями

Среди известных способов придания изделиям специальных свойств широкое распространение получили технологии формирования покрытий специального назначения. В связи с этим большое внимание уделяется расширению номенклатуры используемых материалов, совершенствованию технологических методов нанесения покрытий, а также способам дополнительной обработки композиционных систем.

1.1. Анализ и классификация композиционных покрытий, применяемых в метизной промышленности

Для анализа композиционных покрытий функционального назначения, применяемых в метизной промышленности, целесообразно выделить три основных показателя классификации /2, 3/:

- область применения объекта с покрытием;

- конструкция покрытия, вид и состояние материала (материалов) покрытия;

- способ формирования поверхностного слоя.

Первый критерий классификации характеризует комплекс свойств объекта применительно к условиями эксплуатации. Для рассматриваемой области производства можно выделить две группы объектов по принципиально разным требованиям, предъявляемым к поверхностям.

К первой группе относится продукция метизных предприятий.

Повышенные требования, предъявляемые потребителями к качеству метизных изделий, ставят перед производителями метизов задачу решения комплекса проблем, связанных с увеличением эксплуатацией-

ных свойств готовых изделий (коррозионной стойкости, различных специальных свойств, внешнему виду и т.д.), а также повышения технико-экономических показателей производства.

Ко второй группе следует отнести детали и инструмент, применяемые при производстве метизов. Широкое использование высокоскоростного производительного оборудования при производстве метизной продукции остро ставит вопрос повышения эксплуатационной надежности инструмента и деталей машин, увеличения их межремонтного срока службы.

В настоящее время отсутствует систематизация параметров эксплуатационных воздействий на объекты с покрытиями. Это связано, прежде всего, с огромным количеством изделий, производимых метизной промышленностью, а также деталей и инструмента, применяемых в ней. Кроме того, каждый объект подвергается определенным, свойственным только ему, внешним воздействиям. Их классификация и систематизация требуют отдельных глубоких исследований и в данной работе не рассматриваются.

Под видом материала покрытия подразумевается материал, из которого создан компонент оболочки. По общепринятой системе классификаций все материалы можно разделить на две группы: металлы и неметаллы. Неметаллы, в свою очередь, подразделяются на керамические материалы и полимеры. В настоящее время в метизной промышленности в качестве покрытий используется широкий спектр металлических материалов: цинк, медь, алюминий, олово, свинец, никель, хром, титан и др., а также сплавы на их основе /1/.

Третий критерий определяет уровень формируемых свойств готовой продукции, а также технико-экономические показатели и эффективность производства изделий с покрытиями.

По механизму взаимодействия материалов композиционной систе-

мы покрытия и поверхности основы процессы нанесения покрытия можно условно разделить на группы: химические и электрохимические, физические, механические, а также их сочетания /4/. Целесообразно выделить в отдельную группу способы формирования покрытий с использованием обработки металлов давлением (прокатка, волочение, прессование и др.). Данные методы оказывают существенное влияние на свойства композиционных систем как на промежуточных стадиях процесса нанесения покрытий, так и при использовании процессов ОМД в качестве финишных операций /5/.

К химическим способам следует отнести, в первую очередь, диффузионный метод формирования поверхностных слоев, оксидирование и фосфатирование /5/. К электрохимическим - электролитическое осаждение материала покрытия. Из физических методов можно выделить горячее погружение в расплав материала покрытия, наплавку, вакуумное осаждение. К механическим способам, получившим распространение, относятся плакирование металлов /6, 7/ и напыление /4/.

При формировании металлических покрытий на проволоку, канаты и другие длинномерные изделия наиболее часто применяют способы формирования оболочек погружением изделия в расплав и электролитические методы. Если используется расплав присадочного материала, то способ носит название горячего погружения и чаще всего применяется для покрытия сталей относительно легкоплавкими металлами - цинком, оловом, алюминием, свинцом, кадмием и их сплавами 151.

Преимуществами горячего металлопогружения являются, по мнению авторов работы /13/, высокая производительность процесса, возможность нанесения покрытия на проволоку больших диаметров, увеличенная масса мотка готовой продукции, возможность изготовления проволоки с большим запасом прочности, а также снижение расхода электроэнергии и трудозатрат.

К преимуществам электролитического способа эти авторы относят, прежде всего, отсутствие ярко выраженных промежуточных слоев на границе "покрытие -основа". Слой покрытия отличается высокой степенью чистоты, обладает хорошей адгезией и эластичностью. Достоинством этого способа является большая химическая стойкость, возможность регулирования толщины оболочки, способ не влияет на механические свойства проволоки.

Прогрессивным направлением в проблеме придания метизным изделиям специальных поверхностных свойств является использование в качестве покрытий полимерных материалов. В настоящее время существует достаточно много известных способов формирования полимерных покрытий.

Широкое распространение при нанесении полимерных покрытий получил экструзионный способ, когда поперечному сечению покрываемого материала придают нужную форму путем п рода вливания его через профилирующий инструмент с одновременным формированием оболочки /3/. При этом полимерный материал, как правило, находится в расплавленном или вязком состоянии, а формирование оболочки совмещают с охлаждением. Однако, в настоящее время ограничен выбор легкоплавких, с низкой вязкостью расплава полимерных материалов. Чаще всего для такого процесса используются материалы на основе полиэтилена, который обладает рядом существенных недостатков: низкий ресурс долговечности, узкий диапазон рабочих температур и др.

Нанесение покрытий из порошковых полимерных материалов на проволоку осуществляют способами осаждения в электростатическом поле, нанесения в псевдоожиженном слое порошка, газопламенным напылением, струйным методом /9-12/. Последние два способа используют достаточно редко, в основном для проволоки больших диаметров.

Сущность способа нанесения покрытий в псевдоожиженном слое заключается в прохождении изделия, нагретого выше температуры плавления наносимого материала, через взвешенный (кипящий) слой порошка. Порошок обволакивает проходящее изделие, после чего оплавляют покрытие в печи. Для получения стабильного взвешенного слоя используются вихревые способы (продувка газом или воздухом), вибрационные методы (под действием механических или электромагнитных колебаний порошок переходит во взвешенное состояние) или их сочетание /9/. К недостаткам данного способа следует отнести сложность технологического оборудования и трудности в управлении параметрами процесса, прежде всего толщиной покрытия.

Метод нанесения порошковых материалов в электрическом поле основан на перемещении заряженных частиц к противоположно заряженному изделию и осаждении на его поверхности.

В последнее время достаточно широкое распространение получил способ электрофоретического осаждения полимерных покрытий. Он основан на свойстве материалов переходить из нерастворимого состояния в растворимое и обратно при сдвиге равновесия системы кислота-основание. После погружения изделия, являющегося электродом, и создания на нем потенциала, на его поверхности происходит электроосаждение или электрокоагуляция материала покрытия. Затем производят спекание (оплавление) сформированного слоя. Осаждение полимерного покрытия осуществляется под действием постоянного тока /1,9, 11/.

Известны способы нанесения покрытий из водных суспензий, когда изделие проходит через ванну, где происходит захват поверхностью полимерного материала. Затем производится термическая обработка, включающая в себя предварительную сушку для удаления водной составляющей и полимеризацию покрытия /3, 10/. В отличие от электрофоретического метода данный способ более прост, экологичен, менее

энергоемок. Однако, в настоящее время ограничен выбор промышленно выпускаемых полимерных суспензий.

Кроме перечисленных, известны способы формирования полимерных покрытий из растворов, погружением изделия в расплав полимера, клеевой метод, вакуумный и другие способы нанесения полимерных материалов /9-12/. Однако, при нанесении покрытий на проволоку данные способы не нашли широкого применения.

При выборе способа нанесения как полимерных, так и металлических покрытий следует исходить из их назначения и условий эксплуатации. Выбор способа зависит также от геометрии покрываемого объекта. На длинномерные изделия (проволока, канаты, лента и т.д.) полимерные покрытия наносятся практически любыми способами, обеспечивающими высокую поточную производительность (электрофоретический, из водных суспензий, экструзионный). При формировании сложных (многослойных) композиций на проволоке возможно совмещать или комбинировать рассмотренные выше методы формирования покрытий.

В последнее время значительно увеличилась номенклатура промышленно выпускаемых полимерных материалов. Однако, в силу технологических особенностей формирования на таких изделиях, как проволока, полимерные покрытия приобретают ряд отрицательных свойств: остаточная пористость, значительная толщина формируемых поверхностных слоев, повышенная хрупкость, относительно низкий уровень адгезии и др. Поэтому в настоящее время в метизной промышленности используется узкий спектр полимерных материалов ( в основном материалы на основе полиэтилена и различные лакокрасочные композиции). По нашему мнению перспективным является рассмотрение вопроса использования в качестве покрытий полимерных материалов класса фтор-содержащих полимеров.

1.2. Классификация и свойства фторсодержащих полимерных

материалов

В настоящее время разработано и выпускается большое количество фторсодержащих полимеров с самыми различными сочетаниями физико-механических, термических, химических свойств. К фторопластам относятся политетрафторэтилен (ПТФЭ), политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ), поливинилфторид (ПВФ), поливинилиденфторид (ПВДФ) /13/. Основные свойства фторсодержащих полимерных материалов представлены в табл. 1.1.

Политетрафторэтилен выпускают под техническими названиями фторопласт-4, фторопласт-4Д, тефлон, сорефлон, полифлон, галон /14, 15, 17/. ПТФЭ - высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления кристаллической фазы 327°С, выше которой он превращается в аморфный прозрачный материал, непереходящий из высокоэластичного состояния в вязкотекучее даже при температуре разложения (выше 415иС). Вязкость расплава полимера при температуре 380°С составляет Ю10 Па*с. При температуре 500°С и выше в вакууме он распадается с получением чистого фторэтилена. Скорость разложения пленки или тонкодисперстного порошка почти линейно зависит от молекулярной массы полимера, т.е. от условий получения исходного материала. Степень кристалличности ПТФЭ непосредственно после полимеризации высока (93-98 %). Материал характеризуется высоким коэффициентом термического расширения, который при 380°С достигает максимального значения; при этом материал увеличивается в объеме на 50 % от первоначального /13/.

ПТФЭ обладает уникальной химической стойкостью к большинству агрессивных сред. Это связано с особенностями строения молекулы полимера. ПТФЭ можно эксплуатировать в агрессивных средах при темпе-

ратурах от -269 до 260°С, причем верхний предел определяется снижением физико-механических свойств. При температуре выше 300°С ПТФЭ набухает в некоторых веществах, что объясняется заполнением пор, всегда имеющихся в образцах ПТФЭ. Материал не выдерживает лишь воздействие расплавленных щелочных металлов и газообразного фтора при повышенных температуре и давлении. По горючести ПТФЭ относится к группе трудно сгораемых материалов. ПТФЭ практически не горит даже в среде кислорода, при температурах до 230°С /10/.

Поверхностная энергия ПТФЭ - одна из самых низких из всех известных твердых тел. Это объясняется строением молекулы ПТФЭ, а также низким межмолекулярным воздействием и определяет многие свойства полимера, такие как низкая смачиваемость, адгезионная способность, коэффициент трения (4=0.05).

Изделия из ПТФЭ сохраняют механические свойства в широком интервале температур от -269° С до 260° С. На механические свойства, а также на диэлектрическую проницаемость и электрическую прочность в значительной степени влияют свойства исходного ПТФЭ и методы его переработки. Большинство механических свойств ПТФЭ с увеличением степени кристалличности изменяются. Например, модуль упругости при изгибе увеличивается в 3-5 раз, в десятки раз снижается прочность и на 100-150 % увеличивается удлинение при разрыве. Еще большее влияние оказывает пористость ПТФЭ. Анализ указанных закономерностей позволяет сделать вывод, что для получения высоких эксплуатационных характеристик следует, как правило, стремиться получать изделия с минимальной степенью кристалличности и пористостью. Пористость изделий зависит от размера и формы частиц, условий переработки порошка /13/.

ПТФЭ широко применяется в самых разнообразных отраслях промышленности. Электротехническая промышленность и машинострое-

ние потребляют основную долю фторполимера. Провода и кабели с изоляцией из ПТФЭ можно эксплуатировать при температурах до 260иС, а кратковременно и при более высоких. Такие провода незаменимы в аэрокосмической промышленности. Широкое применение ПТФЭ нашел в машиностроении. Он используется для производства уплотнителей и поршневых колец. ПТФЭ можно использовать в качестве противопригарного и противоналипающего покрытия на посуде, в полиграфии, медицинской технике, в качестве твердой смазки в узлах трения и т.д. /14-17/. ПТФЭ способен вступать в реакцию сополимеризации со многими соединениями /10, 15, 17/. Известны сополимеры тетрафторэтилена с:

- гексафторпропиленом (ТФЭ-ГФП), выпускается под марками фто-ропласт-4МД-2, фторопласт-4МБВ, фтороп л аст-4МПБ;

- этиленом (ТФЭ-Э), выпускается под марками фтороп л аст-40П, фторопласт-40Д и др.;

- перфтор (алкилвиниловыми) эфирами ТФЭ-ПФ(АФ)Эф.

ПТФХЭ относится к числу первых фторсодержащих полимеров, получивших большое практическое значение и промышленное развитие. Полимер выпускают под техническим названием фторопласт-3, кель - Р, и др/13, 14, 16, 17/.

Полимеризация ПТФХЭ отличается небольшой скоростью и получением полимеров относительно небольшой молекулярной массы. С другой стороны это легко кристаллизующийся полимер. Степень кристалличности зависит от условий обработки исследуемого образца, от его термической обработки и охлаждения. В отличие от ПТФЭ кристалличность ТФХЭ может быть в значительной степени подавлена закалкой. По термостойкости данный материал значительно уступает ПТФЭ. ПТФХЭ отличается высокой химической стойкостью, хотя в этом отношении несколько уступает ПТФЭ. Он стоек к действию большинства агрессивных сред: кислот различной концентрации, сильных окислите-

лей (перекиси водорода, озона), газообразных фтора и хлора, растворов щелочей. Как и ПТФЭ, он разрушается под действием расплавленных щелочных металлов. При комнатной температуре ПТФХЭ не растворяется ни в одном из известных органических растворителей, но в некоторых из них набухает /13/.

Совокупность механических и других свойств ПТФХЭ, его способность противостоять длительным нагрузкам дают возможность использовать этот полимер в качестве ценного конструкционного материала. ПТФХЭ отличается высокими прочностными показателями, среди которых особо следует отметить высокое разрушающее напряжение при сжатии, достигающее 250 МПа и более. Механические свойства полимера зависят от температуры /13, 15/.

ПТФХЭ используют в машиностроении, химической, атомной промышленности, электротехнике и других отраслях. Благодаря высокой прочности на сжатие, твердости, хорошей химической стойкости, он нашел применение для изготовления прокладок, манжетов уплотнитель-ных колец, втулок и другой номенклатуры, работающей в агрессивных средах при повышенном давлении /10, 13-17/.

Низкая газопроницаемость и хорошие прочностные свойства позволяют использовать мембраны из ПТФХЭ в клапанах и измерительных приборах.

Высокие значения объемного электросопротивления и сохранность электрических свойств в условиях повышенной влажности позволяют применять его в качестве диэлектрика в особо ответственных назначениях при изготовлении конденсаторов.

К сополимерам ТФХЭ относятся его соединения с /10, 17/:

- этиленом (ТФХЭ-Э), промышленностью выпускается под марками фторопласт-30, фторопласт-30;

- винилиденфторидом (ТФХЭ-ВФД), маркировка фторопласт-ЗМ,

фторопласт-32А, фторопласт-32Л, фторопласт-23 и др.

Начало опытного производства поливинилфторида относится к 1959 г. Промышленное производство пленки тедлар начато в США в 1963 г, а смолы в 1965 г. В России ПВФ выпускают в опытных масштабах с 1967 г под торговой маркой фторопласт-1 /13-16/. ПВФ - кристаллический полимер со степенью кристалличности 30-50 %. ПВФ по термо- и химической стойкости существенно уступает другим фторсодержащим полимерам. ПВФ устойчив на воздухе до 175-180иС. Температура плавления ПВФ примерно 190-200°С, температура его термического разложения 220-240°С. При переработке в ПВФ необходимо вводить стабилизаторы, смазки, высококипящие растворители, так как температура плавления полимера близка к температуре разложения /10, 13, 15/.

Другим перспективным способом расширения температурного интервала переработки ПВФ является его модификация в процессе полимеризации небольшими добавками сополимеров, сохраняющих полезные свойства ПВФ и улучшающих его термостойкость /17/.

ПВФ устойчив к действию щелочей и большинства неорганических кислот, необладающих сильными окислительными свойствами. На него не оказывают влияния такие обычные растворители как углеводороды, хлорированные и ароматические углеводороды, низкие спирты и др. Пленки на основе ПВФ имеют сравнительно низкую газопроницаемость. Диэлектрические свойства ПВФ достаточно высоки. Пленки ПВФ обладают высокой диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью при удовлетворительных значениях тангенса угла диэлектрических потерь и удельного объемного электрического сопротивления. С изменением температуры диэлектрические свойства ПВФ изменяются.

К наиболее существенным механическим свойствам ПВФ следует отнести высокие механическую прочность, твердость, стойкость к ис-

тиранию и многократным перегибам, атмосферостойкость, стойкость к маслам и смазкам, загрязнениям, гидрофобность.

Пленки и покрытия из ПВФ не выцветают, не теряют глянца, приставшие к ним загрязнения (жиры, краски) легко смываются обычной влажной уборкой. Прозрачные пленки из ПВФ хорошо пропускают солнечные лучи в близкой к ультрафиолетовой, видимой и близкой к инфракрасной областям спектра /16, 17/.

ПВФ выпускают главным образом в виде свободных пленок, порошка и дисперсии для получения покрытий методом спекания. ПВФ применяют там, где наилучшим образом используются его отличительные свойства: стойкость к атмосферной и химической коррозии, механическая прочность, долгий срок службы (25-30 лет). В основном ПВФ используют в строительстве и химической промышленности.

Сополимеры винилиденфторида с гексафторпропиленом (ВДФ-ГФП) маркируются фторопласт-26, СКФ-26 /17/.

Все рассмотренные материалы изготавливаются в виде порошков, монолитных пластиков, пленок, лаков, водных суспензий и поэтому пригодны для использования в качестве покрытий /10, 14, 16/.

Рассматривая перспективу использования полимерных покрытий на проволоке, можно выделить следующие основные направления применения фторопластовых материалов:

- защитные покрытия (антикоррозионные, химически стойкие);

- покрытия для придания поверхности специальных свойств (антиадгезионных, антифрикционных, диэлектрических);

- декоративные покрытия для улучшения внешнего вида и повышения конкурентноспособности продукции.

Рассматривая указанные области применения, наиболее важными свойствами полимерных покрытий следует считать защитные, адгезионные и прочностные или когезионные /10/.

Под защитными свойствами чаще всего подразумевают предотвращение или замедление процесса коррозии металла. Полимерные покрытия создают "механическую" защиту материала основы, изолируя его от агрессивной среды. Поэтому эффективность защитных свойств полимерных покрытий, как правило, характеризуется проницаемостью формируемых слоев. Различают фазовую и диффузионную проницаемость /10/.

Фазовая проницаемость является следствием наличия макродефектов и нарушения сплошности покрытия: сквозной пористости, трещин, сколов, задиров и т.д. /18/.

Диффузионная проницаемость-это результат совместного протекания процессов адсорбции и растворения вещества в пограничном со средой слое материала, активной диффузии атомов или молекул через материал покрытия и выделения "агрессивного" вещества с другой стороны защитной оболочки /10/. Механизм диффузионной проницаемости полимеров определяется их цепным строением и связан с наличием межмолекулярных промежутков /19/.

На проницаемость защитных пленок влияют природа полимера, его структура ( степень кристалличности), толщина покрытия, количество слоев, внешние условия (характер агрессивной среды, температура, давление, механические нагрузки и т.д.) /18,19, 20, 21/.

Механизм адгезионного соединения покрытий в настоящее время изучен не достаточно полно и существует ряд теорий, описывающих данный процесс /22,23,24/. Для полимерных материалов используется молекулярно-кинетический подход. Химические связи в соединении полимера с металлом присутствуют, но число их невелико.

Теоретические расчеты адгезионной прочности дают возможность прогнозирования уровня 200-1200 МПа. Однако, в реальных условиях

Таблица 1.1

Свойства промышленных фторполимеров

Показатели ПТФЭ ТФЭ- ГФП ТФЭ-Э ТФЭ- ПФ(АВ)ЭФ ПТФХЭ ТФХЭ-ВДФ ПВФ ВДФ- ГФП СКФ-26

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Плотность, г/см3 2,1.5-2,25 2,14-2,16 1,7 2,12-2,17 2,08-2,16 1,74-2,02 1,38-1,4 1,79 1,83

.... Температура, °С: плавления стеклования разложения 327 425 270-285 380 265-275 350 300-310 210-225 50 320 180-190 190-198 180 220 130 40 22

Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при сжатии при изгибе 14-35 12 11-19 16-31 15-16 20-30 35-50 50 40 28-32 30-40 220-2.50 60-80 25-35 50-60 80-90 25-35 1,5-3,0

Твердость по Шору. МПа 55-59 55 75 60-65 76-80 71-73 86 44-48

Температурный коэффициент линейного расшире-

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ния, «с-1 25*10-5 (5-9)* 10-5 (6-10)* ю-5 6*10-5 (6-10)* 10-5 - 4,3*10-5 -

Относительное удлинение при разрыве, % 250-500 20-200 140-150 100-300 400-600 600-1500

Диэлектрическая проницаемость при 103 Гц при 10б Гц 1,9-2,2 1,9-2,2 2,1 2,1 2,6 2,6 2,1 2,1 2,7-2,8 2,3-2,6 2,3-2,7 2,1 2,1 12 9-10

Температура эксплуатации, °С минимальная максимальная -269 260 - - - -196 150 -196 150-170 -70 110-150 -60 200-250 -20 ■• -40 250-300

данный показатель значительно ниже, и как правило, не превышает 1040 МПа.

Адгезионная прочность систем "металл-полимер" определяется количеством и скоростью образования адсорбционных (ван-дер-ваальсовых) связей. Адгезию оценивают работой или силой для разрушения единицы поверхности двух тел /10/. Схема адгезионного соединения полимерного покрытия и основы представлена на рис 1.1. В общем случае адгезия определяется как

А= ^(аЭфф ИэффЗэфф - авнк), (1.1)

где £ - показатель, характеризующий релаксационные и флуктуаци-онные процессы при разрушении адгезионного соединения;

<звнк - внутренние касательные напряжения, действующие в плоскости подложки;

аЭфф - усредненная сила единичной связи, определяющая адгезию с учетом фактора энергетической активности подложки;

Иэфф - число таких связей на эффективной поверхности контакта с учетом ориентации функциональных групп полимера и доли связей, выделенных при кристаллизации;

Бэфф - эффективная площадь физического контакта.

Эффективная площадь физического контакта определяется как площадь физического контакта с учетом слабых граничных слоев, т.е. поверхности подложки, экранированной воздушными порами, твердыми или жидкими включениями, загрязнениями и т.д.

Площадь физического контакта определяется по уравнению

$фк ~ 8П Кмр, (1.2)

где БфК - удельная площадь физического контакта полимера с подложкой;

8П - номинальная (истинная) удельная площадь подложки;

Кмр - степень микрореологического затекания полимера в поры и микронеровности подложки (рис. 1.1).

Процесс микрореологического затекания полимерного материала в микронеровности подложки зависит от различных факторов: вязкости расплава полимерного материала, давления, времени контактирования, поверхностного натяжения и геометрических параметров поверхности основы /25, 26, 27/.

В уравнении (1.1) величины аЭфф ЫЭфф определяют процесс взаимодействия полимера и подложки. Для повышения энергии взаимодействия в полимерную композицию вводят поверхностно-активные вещества /28/, используют сополимеры /29/.

Энергетическая природа подложки также оказывает существенное влияние на адгезионную прочность. По степени адгезионной способности к полимерным композициям металлы можно расположить в следующий ряд /30/:

Никель > Углеродистая сталь > Легированная сталь > Железо > Медь >Латунь > Алюминий > Олово > Свинец. Для повышения адгезионной способности поверхность металлов подвергают модификации химическими, физико-химическими, механическими способами /31-33/. Адгезионная прочность покрытий может меняться в зависимости от способа нанесения /34/.

Свойства полимерных покрытий могут быть изменены путем последующей обработки давлением. Так, для уменьшения диффузионной проницаемости покрытия на основе ПТФЭ предлагается подвергать его обработке при давлениях 60 МПа и выше /18/.

Повышению агдезионной прочности металл-полимерного слоя способствует предварительная нарезка на поверхности изделия резьбы, нанесения покрытия и последующей прокатки валком /35, 36/.

а) б)

Рис 1.1. Схема процесса адгезионного соединения полимерного покрытия:

а) неполнота затекания расплава полимера в поры подложки; б) "слабые граничные слои"; 1 - расплав полимера; 2 - основа; 3 - микронеровности подложки; 4 - поверхностные дефекты и образованные ими слабые граничные слои.

Фирмой Forestek Plating (США) разработан способ, в котором тонко дисперсный порошок фторсодержащего полимера с размером частиц 1 мкм втирается в поверхность с развитой микрогеометрией. Затем проводят спекание порошка, при этом происходит затекание полимерного материала в микронеровности с образованием прочного соединения покрытия и подложки / 37/.

Авторами работы /38/ предлагается процесс нанесения порошковых полимерных материалов на проволоку, полимеризации покрытия и последующего волочения. Волочение проводится с очень малыми обжатиями - до 2 %.

Известны технологии по получению металл-полимерных покрытий с повышенным уровнем функциональных свойств. На поверхность металла основы любым способом микроучастками наносят полимерный материал. Затем проводят осаждение металлического покрытия (цинкового, латунного и др.), с частичным перекрытием участков полимерного, ранее сформированного слоя . Затем проводят повторное нанесение полимерного материала до требуемой толщины и если необходимо прикатывают роликом / 39/.

Таким образом, формирование полимерного покрытия может осуществляться по следующим механизмам:

- нанесение покрытия на конечный диаметр как в качестве самостоятельного, так и в комплексе с другими видами покрытий;

- нанесение покрытия на проволоку (катанку) с последующим волочением.

В настоящее время практически отсутствуют эффективные технологии, позволяющие проводить волочение проволоки с фторопластовыми покрытиями.

1.3. Особенности волочения слоистых материалов

Производство длинномерных металлических изделий с покрытиями возможно формированием покрытия на конечные геометрические размер и форму изделия и на заготовку с последующей деформацией слоистой композиции до готового размера. Вторая схема, как правило, позволяет получать изделия с повышенным уровнем ряда функциональных показателей: точности геометрических размеров изделия, параметров поверхности и защитных свойств покрытия за счет уплотнения внешней оболочки и увеличения адгезионных показателей и др./40,41/. По технологиям, включающим процессы совместной обработки давлением, производят

широкий спектр продукции: оцинкованную проволоку и проволоку с цинк-алюминиевым покрытием /42/; композиты сталь 20 - ниобий - бронза /43/; медные и цинковые покрытия на трубах /44/; композиционную проволоку сталь 08 кп - сталь 12Х18Н10Т /45/; проволоку с серебряным покрытием и покрытиями другими драгоценными металлами /46,47/; медно-алюминиевые прутки /48/ и т.д.

Однако, при таком достаточно разнообразном спектре материалов, подвергающихся волочению, процессы, описывающие деформационный механизм поведения компонентов в композиционных системах, изучены и представлены в литературе недостаточно. Кроме того, практически отсутствуют технологии, позволяющие проводить обработку металлических изделий с полимерными покрытиями.

В работах Г.Э.Аркулиса /49/, А.В.Архангельского, П.И.Полухина, Ю.В.Кнышева, В.А.Мастерова, Н.П.Барыкина /50/, А.С.Гуляева A.B. Ла-песа /51/ проанализированы послойные деформации и давления при прокатке двухслойного пакета, выведены формулы для расчета давления металла на валки. В работе /52/ на основании анализа напряженного состояния установлено влияние соотношений толщин слоев, прочностных свойств компонентов, диаметра валков, внешнего и межслойного трения на начало деформации твердого слоя при пакетной прокатке.

В работах С.Д.Афанасьева /53/, С.М.Левитана, Ю.В.Коновалова /54/ и других авторов изложены вопросы теории деформации многослойных пакетов с учетом зон: опережения и отставания очага деформации при наличии межслойного и контактного трения; натяжения слоев; наличия неметаллического слоя.

Вопросами устойчивого волочения биметаллической проволоки занимались авторы /55-59/. Математические модели, представленные в этих работах, основаны на определении величины сжимающих (продольных) критических напряжений в компонентах биметалла, по дос-

тижению которых возможно образование зон внеконтактных деформаций. В моделях учитываются коэффициенты трения на контактных и межслойных поверхностях, а также угол волоки. Основной задачей данных работ является определение условий волочения биметалла без образования зон внеконтактной деформации в мягкой оболочке по параметру соотношения пределов текучести мягкой и твердой компонент. Протекание процесса волочения слоистой композиции без образования этих зон, по мнению этих авторов, позволило бы исключить изменение геометрии композита до и после входа очага деформации.

В работах /2,3, 60/ (рис. 1.2) предложена математическая модель для определения величины продольных напряжений, действующих на покрытие на входе и выходе очага деформации при волочении оцинкованной проволоки, предложен критерий устойчивости покрытия к отслоению, определены области устойчивого волочения в зависимости от некоторых технологических параметров волочения (противонатяжение, маршрут волочения, геометрия и конструкция волочильного инструмента). В работе /61/ установлены взаимосвязи между параметрами деформации, сдвиговыми напряжениями на границах очага деформации и их воздействия на внеконтактные участки поверхностного слоя при волочении проволоки с мягким покрытием. Однако, предложенная модель позволяет определить напряженное состояние покрытия, оценить устойчивость, только на границах очага деформации. В данной работе на основании анализа полимерных материалов отмечается перспективность замены цинковых покрытий на фторопластовые. Однако, отсутствуют конкретные режимы нанесения покрытия и его дальнейшей обработки.

В статье авторов Р.И. Манчаша, П.В. Стащука /43/ предложена математическая модель напряженно-деформированного состояния в очаге деформации при волочении трехслойной заготовки при двух возможных вариантах деформации: неравномерная (проскальзывание слоев

системы) и равномерная (без проскальзывания). Модель может использоваться для определения ресурса пластичности элементов, входящих в слоистую композицию (рис. 1.3).

р у

Рис. 1.2. Схема очага деформации при волочении проволоки с покрытиями /2,3, 60/.

Все представленные выше подходы к описанию процессов волочения и прокатки слоистых длинномерных изделий не учитывают реальных параметров поверхности основы, и прежде всего, микрогеометрии.

Параметры микрогеометрии поверхности проволоки оказывают влияние не только на процесс нанесения полимерного покрытия, но и на условия волочения проволоки с таким покрытием.

СтЯ>\ ¡Л§

Рис. 1.3. Геометрическая схема очага деформации /43/: 1-зона совместной равномерной деформации компонентов; 2,3,4-зоны деформации слоев Ст.20, ниобия, БрНбО.5.

Как правило, для описания микрогеометрии используются средние параметры геометрических характеристик поверхностного слоя:

- высотные параметры (На, Ртах,

- шаговые параметры (средний шаг выступов и впадин);

- параметры, описывающие форму неровностей ( относительная опорная длина, среднеквадратический наклон профиля).

Кроме этого, для описания шероховатости применяют вероятностные функции /62/.

Уровень параметров шероховатости основы оказывает влияние на механизм, кинетику взаимодействия покрытия и подложки /22, 24/, структуру слоистой композиции /1, 61, 63/.

Существенная малость размеров микровыступов на поверхности, по сравнению с размерами пластически деформируемого тела, позволяет принебрегать локальной деформацией поверхностного слоя. Однако, уровень параметров шероховатости определяет не только адгезионные

свойства покрытия, но и оказывает существенное влияние на протекание самого процесса деформирования слоистой системы. Это объясняется тем, что р некоторых случаях, в зависимости от способа формирования покрытия, толщина оболочки соизмерима с некоторыми параметрами шероховатости основы. В работах /64-66/ отмечается, что степень деформации приповерхностного слоя в несколько раз превышает деформации в объеме металла, что в совокупности с высокой интенсивностью деформаций сдвига приводит, с одной стороны к быстрому наклепу приповерхностного слоя, а с другой стороны, к интенсивному тепловыделению в этом слое с развитием процессов разупрочнения металла. В этих работах сделаны попытки математического описания взаимодействия тонкого приповерхностного слоя изделия с поверхностью обрабатывающего инструмента с учетом технологической смазки.

Поверхность жесткого инструмента представлена набором микровыступов с прямолинейными гранями (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Модель поведения металла с учетом микрогеометрии поверхности инструмента при волочении проволоки со смазкой /64/:

I - область оттеснения металла на микровыступе; II - область вытеснения металла между микровыступами.

Для такой системы были рассчитаны сила и напряжение трения в зависимости от микрогеометрии поверхности, вязкости смазки и других параметров. Однако, в данных моделях не учитывается микрогеометрия поверхности основы и ее изменение по длине очага деформации.

С целью прогнозирования качества поверхности изделий на основе определения влияния состояния поверхностного слоя металла, определяющих параметров процесса и инструмента, предложено теоретическое исследование особенностей напряженно-деформированного состояния и степени использования запаса пластичности поверхностного слоя при волочении (рис. 1.5) /44/. Задача решалась в два этапа.

Рис.1.5. Схема плоского течения пограничного слоя /44/.

На первом этапе изучались условия возникновения поверхностных дефектов и рассматривались деформации тонкого поверхностного слоя при взаимодействии с микронеровностями инструмента. Автор при изучении процесса возникновения дефектов предложил характеризовать показатели механических свойств поверхностного слоя их градиентом.

I

Знак градиента определяет особенности течения поверхностного слоя и напряженно-деформированное состояние в очаге деформации. Модель предусматривает рассмотрение течения тонкого пограничного слоя при заданных граничных условиях. Из анализа напряженно-деформированного состояния слоя металла, расположенного вблизи поверхности и испытывающего деформации по всей толщине, установлены особенности условия разрушения данного поверхностного слоя. К недостаткам данной части модели следует отнести рассмотрение деформации приповерхностного слоя, без учета реальной микрогеометрии поверхности проволоки.

На втором этапе решения общей задачи проведено теоретическое исследование изменения глубины поверхностных дефектов, определяемой особенностями напряженно-деформированного состояния в очаге деформации. Представлено экспериментальное исследование процесса изменения глубины дефектов, влияние на данный параметр технологических факторов (геометрии инструмента, смазки и т.д.). Однако, в работе не представлено поведение покрытий при волочении с учетом микрогеометрии основы. Кроме того, нет исследований изменения межслойной границы по длине очага деформации.

Изменение микрогеометрии поверхности в процессах обработки давлением представлены в работах В.Л. Мазура /67/. Автор, в частности, считает, что формирование микрорельефа при прокатке листов происходит в результате сочетания процессов деформации поверхностного слоя рабочего инструмента, обрабатываемого изделия и истечения обрабатываемого материала в микроуглубления (инструмента или для покрытия - основы). На основании данных предположений авторами работы /68/ с использованием метода оптического моделирования было рассчитано и качественно оценено напряженное состояние микровыступа при холодной прокатке листа. Однако, приведенные расчеты напряжен-

ного состояния для единичной микронеровности не дают представления о закономерностях деформирования всей совокупности неровностей и их влияния на протекание процесса деформации слоистой системы.

В работе /69/ представлены исследования по изменению шероховатости поверхности при прокатке алюминевой ленты в зависимости от технологических факторов (обжатия, скорости прокатки, шероховатости поверхности валков и др.). При этом сделано предположение, что при прочих равных условиях на поверхности более пластичного металла от-печатываемость шероховатости поверхности рабочего инструмента проявляется в меньшей степени. Очевидно, такой же процесс может наблюдаться и при обработке слоистых композиций по схеме "твердая основа -мягкая оболочка".

В работе /70/ определялась оптимальная микрогеометрия поверхности заготовки для волочения в процессе удаления окалины. В качестве параметров микрогеометрии выбирались высота и угол наклона рисок. Проведены исследования влияния данных параметров на усилие волочения и количество остаточной смазки.

Проведенный обзор предполагает более подробно рассмотреть процесс деформации проволоки с покрытием при волочении с учетом микрогеометрии поверхности основы.

1.4. Постановка задач исследований

Из анализа известных способов обработки металлических изделий видно, что использование различных методов формирования покрытий со специальными поверхностными свойствами на проволоку позволяет в комплексе решать актуальные проблемы повышения качества продукции, производимой метизными предприятиями. При этом к наиболее важным задачам, требующим детального рассмотрения, относят-

ся вопросы технологического совершенствования операций волочения металлоизделий с покрытиями. Именно эти технологии позволяют существенно увеличить качественные показатели поверхностных слоев, и, следовательно, показатели композиций в целом.

Из широкого спектра материалов покрытия наибольшее распространение получили цветные металлы и сплавы, используемые прежде всего в качестве антикоррозионной защиты стального изделия.

Современными материалами, с помощью которых можно успешно решать как проблемы надежности металлоизделий, так и технологические задачи достижения качественных показателей металлопродукции, являются полимеры, используемые в качестве защитных покрытий. Эти материалы, обладая целым комплексом порой уникальных свойств, могут с успехом заменить более дорогостоящие металлические покрытия. Использование данного класса материалов в качестве покрытий ограничено из-за существенной разницы свойств с металлами, отсутствия эффективных технологий формирования покрытий с образованием прочной физико-химической связи между элементами композиции. В связи с этим встает вопрос о возможности технологического обеспечения процессов совместной деформации металло-полимерных материалов с целью достижения требуемого качества и функциональных свойств готовых изделий.

Решение проблемы совместной устойчивой деформации проволоки с покрытием, т.е. без отслоения или разрушения покрытия во многом сдерживает отсутствие единого подхода к вопросам выбора параметров, по которым можно судить об устойчивости процесса. Это связано, прежде всего, с более частой постановкой задачи о поведении материалов внутри очага для определения условий схватывания обрабатываемых материалов. В то же время вопросы устойчивости при обработке давлением уже соединенных материалов ставятся исследователями го-

раздо реже. Практически не изученными являются процессы совместной деформации металл-полимерных изделий. Кроме того, практически не рассмотренными остаются вопросы изменения микрогеометрии меж-слойной границы в процессе волочения и ее влияния на процесс деформации композиции.

Таким образом, оценка вопросов повышения качества метизных изделий с различными покрытиями в процессах совместной деформации при волочении проволоки определяет постановку и решение следующих основных задач:

- разработку технологического процесса формирования полимерных покрытий и исследование режимов волочения сталь-полимерной композиции;

- теоретическое рассмотрение изменения микрогеометриии меж-слойной границы при волочении проволоки с полимерными покрытиями;

-теоретический анализ, включающий исследование кинематических параметров очага деформации при волочении проволоки с покрытием;

- исследование напряженно-деформированного состояния компонентов при волочении проволоки с полимерными покрытиями с учетом микрогеометрии межслойной границы;

- определение критериев устойчивости процесса волочения проволоки с полимерным покрытием.

2. Аналитическое описание изменения профиля

межслойной границы при волочении проволоки с полимерным покрытием

При формировании покрытий существуют определенные требования к микрогеометрии поверхности материала основы или в данном случае проволоки. Данные требования обусловлены достижением необходимого уровня адгезионных параметров покрытия и основы и зависят от способа подготовки проволоки к нанесению покрытия. Многие подготовительные операции (химическое травление, фосфатирование, абразивная, механическая обработки и др.) формируют развитую поверхность межслойной границы с целью увеличения площади контактного взаимодействия материалов покрытия и основы. Однако, при данных способах обработки проволоки, высота пиков микронеровностей, как правило, становится соизмеримой с толщиной формируемых поверхностных слоев (для цинковых покрытий методами горячего погружения, гальваническими способами, латунных покрытий). При этом, в процессе последующей совместной пластической деформации композиции пренебрежение влияния микрогеометрии межслойной границы ведет к существенному огрублению получаемых результатов. В связи с этим исследование изменения микронеровностей межслойной поверхности представляется актуальной задачей при описании поведения покрытия в процессе совместной деформации композиции.

2.1. Общие геометрические параметры очага деформации при описании микрогеометриии межслойной границы

Для рассмотрения процесса волочения проволоки необходимо ус-

тановить общие закономерности и взаимосвязи геометрических параметров на входе и выходе очага деформации (рис.2. Т).

Чпах

IГП1Г

Утт

1тт

1тах

Я1

о

Рис2.1. Общая схема очага деформации

Ь

Длина очага деформации определяется как

Ь^ЦО-Я«^ а, (2.1)

где Я0, Я1 - радиусы композиции на входе и выходе очага деформации соответственно;

а - полуугол волоки.

Коэффициент вытяжки для рассматриваемого единичного перехода определяется как

/ 0\2 / А \2 ( о

и:

VII )

Гтах ^Гтах^

тт

Из уравнения (2.2) несложно выразить ц через значения г[п;п и гшах

Л .

шт

г0-

'тш

л/ц

(2.3)

rU = ^ • (2.4)

^ AAXVWY I V /

Тогда можно установить взаимосвязь между геометрическими характеристиками очага деформации и углами tg утах и tgymin, соответствующих прямым траектории движения пиков и впадин микронеровностей соответственно в очаге деформации.

1

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Барышников, Михаил Павлович

5.5. Выводы по главе

На стадии подготовки поверхности проволоки перед нанесением полимерного покрытия предложены режимы формирования требуемого уровня шероховатости межслойной границы химическим и струйным способами.

Экспериментальные исследования процессов нанесения и термической обработки покрытия из водной суспензии политетрафторэтилена позволили определить рациональные параметры для получения качественных бездефектных покрытий.

Предложены варианты технологии волочения сеточной проволоки с полимерным покрытием. Скорректированы маршруты волочения проволоки.

141

Заключение

В результате решения поставленных в диссертационной работе задач по разработке технологического процесса производства проволоки с полимерным покрытием с последующей деформацией композиции можно сделать следующие выводы:

1. На основе теоретического анализа поведения межслойной границы металл-полимерных композиций установлены закономерности изменения угла наклона и длины образующих пика микронеровностей в процессе волочения в зависимости от коэффициента вытяжки, полуугла волоки, начальных значений шага и высоты микронеровностей.

2. Разработана математическая модель определения кинематических параметров при волочении проволоки с полимерным покрытием, а также определения напряженного состояния элементов композиции с учетом изменяющейся микрогеометрии профиля межслойной границы.

3. Предложены критерии кинематической и когезионной устойчивости покрытий при волочении слоистых систем, на основании которых произведен анализ устойчивости процесса волочения проволоки покрытиями на основе политетрафторэтилена.

4. На основании теоретических и экспериментальных данных обоснован четырехстадийный механизм процесса деформации металл-полимерной композиции.

5. Установлены зависимости напряженного состояния покрытия от технологических параметров процесса волочения, а именно, степени деформации, противонатяжения, полуугла волоки с учетом изменяющегося профиля межслойной границы.

6. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический процесс формирования покрытий на проволоку с последующим волочением.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Барышников, Михаил Павлович, 1999 год

Литература

1. Никифоров Б.А., Харитонов В.А. Защитные и специальные покрытия метизов: Учебное пособие. - Свердловск: изд. УПИ, 1984. - 96 с.

2. Слоистые композиционные покрытия в метизной промышленности Том 1./ Е.И. Кузнецов, М.В. Чукин, М П. Барышников, О.В. Семенова -Магнитогорск: ПМП "МиниТип", 1997. - 96 с.

3. Слоистые композиционные покрытия в метизной промышленности Том 2./ Е.И. Кузнецов, М.В. Чукин, М.П. Барышников, О.В. Семенова.-Магнитогорск: ПМП "МиниТип", 1997. - 208 с.

4. Упрочняющие и восстанавливающие покрытия / Г.С. Гун, В.В.Криврщапов, М.В. Чукин и др.- Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1991. -160 с.

5. Заморуева И.Н., Урцева Е.И. Основные вопросы металловедения, коррозии и защиты металлов. - Свердловск: изд. УПИ, 1976. -70 с.

6. Совершенствование технологических процессов на металлургическом комбинате. /А.А.Гостев, В.П.Анцупов, М.В.Чукин и др.: М., Металлургия, 1995. -170 с.

7. Белевский Л.С., Завалищина Е.Г. Металлизация поверхности стали металлическими щетками //Теория и практика процессов обработки композиционных и сплошных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГМИ, 1990. - С. 88-92.

8. Производство метизов /Х.С. Шахпазов, И.Н. Недовизий, В.И. Ориничев и др. - М.: Металлургия, 1977. - 392 с.

9. Денкер И.И. Технология окраски изделий в машиностроении. - М.: Высшая школа, 1984. - 287 с.

10. Защитные покрытия и футеровки на основе термопластов /Ю.А. Мулин, Ю.А. Паншин, Н.А. Бугоркова, Н.Е. Явзина - Л.: Химия, 1984. - 176 с.

11. Карякина М.И., Попцов В.Е. Технология полимерных покрытий. -М.: Химия, 1983. - 288 с.

12. Альшиц H.A., Мельгуй А.И. Полимерные покрытия металлических изделий. - М.: Химия, 1968. - 65 с.

13. Шор А. Аналитическая химия полимеров. Том 3. - М.: Химия, 1984. -46Qc.

14. Паншин Ю.А. Фторопласты. - Л.: Знание, 1985. - 250 с.

15. Явзина Н.Е., Паншин Ю.А. Опыт использования фторполимер-ных покрытий. Л.:3нание, 1984,- 60 с.

16. Лазар М., Радо Р. Фторопласты. - М.: Энергия, 1985. - 210 с.

17. Паншин Ю.А., Логинова H.H., Брохова В.А. Новые марки фтор-лонов. - Л.: ЛДНТП, 1980. - 20 с.

18. Манин В.Н., Громов А.Н. Физико-химическая стойкость полимерных материалов в условиях эксплуатации. Л.: Химия, 1980. 248 с.

19. Рейтлингер С. А. Проницаемость полимерных материалов. М.: Химия, 1974. 270 с.

20. Модификация полимерных материалов. Рига: Рижск., политехи, ин-т. 1967-1981 гг.

21. Диффузионные явления в полимерах. 4.2. Рига, 1977. 380 с.

22. Кестельман В. Н. Физические методы модификации полимерных материалов. М.: Химия, 1980. 224 с.

23. Физико-химические основы производства производства полимерных пленок. М.: Высшая школа, 1978. 280 с.

24. Семенов А.П. Схватывание металлов. - М.: Машгиз, 1958. - 280

с.

25. Алесковский В.Б. Химия твердых веществ. М.: Высшая школа, 1978.255 с.

26. Адгезионные соединения в машиностроении. Рига: Рижск. Политехи. ун-т., 1983. 224 с.

27. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.

28. Свойства, переработка и применение пентапласта. П.: ОНПО "Пластополимер", 1975. 140 с.

29. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. П.: Химия, 1974, 128 с.

30. Дерягин Б.В., Кротова Н.А. Адгезия. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1949. 246 с.

31. Алесковский В.Б. Химия твердых веществ. М.: Высшая школа, 1978. 255 с.

32. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия. 1969.320 с.

33. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск: Наука и техника, 1971. 288 с.

34. Негматов С.С., Евдокимов Ю.М., Садыков Х.У. Адгезионные и прочностные свойства полимерных материалов и покрытий на их основе. Ташкент: Фан, 1979. 168 с.

35. Пат. 55-28837(Япония).

36. Пат. 53-102142 (Япония).

37. Применение фторуглеродистых пластиков за рубежом: Обзорн. Инф. (Сер. Полимеризационные пластмассы). М.: НИИТЭХИМ, 1974. 76 с.

38. Пат. 54-13864.

39. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. - Механика полимеров, 1971, Ы 2t с. 347-349.

40. The production of pre-galvanized and drawn wires / Hugdahl H. //Wire Ind. - 1994. - N 61. - C. 728.

41. Изготовление проволоки с платиновыми покрытиями. Заявка 2217450 Япония, МКИ5 C22F1/18 B21G 1/100 / Миямото Мотохару; Танака

Кикиндзоку Kor N 1. - 37053; опубл. 30.08.90. //Кокай юнее кохо. Сер 3 (4). - 1990.-Вып. 58.-С. 295-296.

42. Трубицын A.B., Залялютдинов К.Г., Мухамедшина Н.М. Свойства проволоки с покрытием из цинковых сплавов //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: изд. УПИ, 1986. -С. 34-40.

43. Манчаш Р.И., Ста щук П.В. Математическая модель волочения трехслойной композиционной заготовки //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. т р. - Свердловск: изд. УПИ, 1986. - С. 5256.

44. Паршин B.C. Основы системного совершенствования процессов и станов холодного волочения. - Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1986. - 192 с.

45. Новая технология производства многослойных коррозионно-стойких материалов /П.Ф. Засуха, A.C. Мыльников, В.К. Никифоров и др. // Черная металлургия. Бюл. Науч-техн. информации. - 1981. - N 8, С. 4345.

46. Мастеров В.А., Саксонов Ю.В. Серебро, сплавы и биметаллы на его основе: Справочник. - М.: Металлургия, 1979. - 296 с.

47. Горловский М.Б., Меркачев В.Н. Справочник волочильщика проволоки. - М.: Металлургия, 1993. - 336 с.

48. Иванова Э.А. Анализ поврежденности компонентов при волочении биметаллического прутка // Исслед. в обл. теории, технол. и оборуд. штамповочного производства/. Тульский гос. техн. ун-т, Тула ,1993. - С. 73-77.

49. Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разных металлов. - М.: Металлургия, 1964. - 271 с.

50. Пластическая деформация металлов и сплавов /A.B. Архангельский, П.И. Полухин, Ю.В. Кнышев и др. // Сб. науч. тр. МИСиСа. - М.: Металлургия, 1968. - Вып.47. - С. 137-158.

51. Гуляев A.C., Лапис A.B. К расчету давления металла на валки при прокатке биметалла // Труды Гипроцветметобработка, вып. 54. -1978.-С. 30-34.

52. Кучкин В.В., Рыбин Ю.И. Аналитический метод определения начала совместной деформации при пакетной прокатке разнородных материалов // Вопросы судостроения. Металлургия. - 1982. - N 34. - С. 17-19.

53. Афанасьев С.Д., Ковалев С.И., Корягин Н.И. Феноменологическая модель соединения разнородных металлов при совместной холодной прокатке// Известия АН СССР. Металлы. - 1983. - N 3. - С. 107-110.

54. Левитан С.М., Коновалов Ю.В., Парамошин А.П. Математическая модель формирования толщины раската при прокатке многослойного пакета // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1985. - N 4. - С. 59-63.

55. Шумилин И.М. Условия устойчивого волочения биметаллической проволоки // Сталь. - 1977. - N 12. - С. 1124-1125.

56. Внеконтактная деформация при волочении биметаллической проволоки с мягким покрытием. Сообщение 1 /Ю.И. Коковихин, М.Г. Поляков, И.Ш. Туктамышев, А.А.Кальченко// Изв. вузов. Черная металлургия. - 1975. - N 10. - С. 80-83.

57. Кузнецов Е.И. Устойчивость оболочек на границах очага деформации при волочении двухкомпонентных систем // XVI Российская школа по проблемам проектирования неоднородных конструкций: Тез. докл. научно-техн. конф. 24-26 июня 1997 г.- Миасс, С. 47.

58. Кальченко A.A. Волочение биметаллической сталеалюминиевой проволоки // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: из д. УПИ, 1977. - С. 120-125.

59. Коковихин Ю.И., Кальченко A.A., Рузанов В.В. Вопросы устойчивого волочения сталеалюминиевой проволоки //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: изд. УПИ, 1988. -С. 169-176,

60. Е.И. Кузнецов. Совершенствование процессов производства проволоки с покрытиями на основе анализа параметров волочения. Ав-тореф. канд. дисс. Магнитогорск, МГМА, 1998.

61. Е.И. Кузнецов. Совершенствование процессов производства проволоки с покрытиями на основе анализа параметров волочения. Канд. дисс. Магнитогорск, МГМА, 1998.

62. Белов В.К., Леднов А.Ю. Проблемы измерения микротопогра-фиии поверхности и их решение // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. Сб. Науч. Тр. / Под ред. Г.С. Гуна. - Магнитогорск, МГМА, 1995. С 107-114.

63. Соколов Н.В. Технология нанесения металлических покрытий на проволоку и ленту. Конспект лекций. - Свердловск, 1980. - 96 с.

64. Математическая модель граничного трения / Б.А. Никифоров, Г.А. Щеголев, Н.Т. Лошкарева, A.C. Костюченко //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: изд. УПИ, 1986. -С. 5-12.

65. Щеголев Г.А., Колмогоров В.Л., Богатов A.A. Определение условий схватывания металлов с инструментом //Трение и смазка в машинах.

- Челябинск, 1983. - 206 с.

66. К математическому моделированию трения при обработке металлов давлением. Сообщение 1. / Б.А. Никифоров, Г.А. Щеголев, Н.Т. Лошкарева, В.Е. Савков// Изв. Вузов. Черная металлургия. - 1985. - N 12.

- С. 63-64.

67. Мазур В.Л. Производство листа с высококачественной поверхностью. - Киев, Техника, 1982. 165 с.

68. Гроза В.И., Ровенский B.B. Определение напряженного состояния поверхностного слоя рабочих валков при холодной прокатке //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: изд. УПИ, 1989. - С. 152-157.

69. Огарков H.H. Изменение параметров шероховатости холоднока-танной алюминиевой ленты. // Прогрессивные процессы в обработке металлов давлением / Под. ред. акад. Б.А. Никифорова. Магнитогорск: МГМА, 1997. С. 200-205.

70. Поляков М.Г., Судаков С.А. Формирование в процессе удаления окалины иглофрезерованием оптимальной поверхности заготовки для волочения. //Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: изд. УПИ, 1982. - С. 63-65.

71. Гун ПС., Чукин М,В., Барышников М.П. Кинематика процесса волочения двухслойных композиций с полимерной составляющей/ "Пленки и покрытия" 5 Междунар. Конф. 23-25 сентября 1998 г. Санкт-Петербург, Россия.

72. Третьяков A.B., Трофимов Г.К. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании: Справочник.-М.: Металлургия, 1980. - 62 с.

73. Бобылев A.B. Механические и технологические свойства металлов: Справочник :Металлургия, 1980.-296 с.

74. Аркулис Г.Э., Дорогобид В.Г. Теория пластичности: Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Металлургия, 1987. -352 с.

75. Чукин М,В., Барышников М.П., Собакарь A.A., Кинематический критерий устойчивости при волочении бинарных систем / "Пленки и покрытия" 5 Междунар. Конф. 23-25 сентября 1998 г. Санкт-Петербург, Россия.

76. Чукин М.В., Барышников М.П.,. Краснов A.B. Исследование процессов нанесения полимерных композиций из суспензий // Обработка

сплошных и слоистых материалов: Межвуз. Сб. Науч. Тр. / Под ред. Г.С. Гуна. - Магнитогорск, МГМА, 1996. С 230-236.

76. Чукин М.В., Барышников М.П., Гостев A.A. Технологические особенности формирования полимерных покрытий //Пути развития машиностроительного комплекса магнитогорского металлургического комбината: Сб. Науч. Тр. / Под ред. А.А Гостева. Магнитогорск, 1995. С 131-140.

77. Справочник по математике. /Под ред. Г. Гроша. М.: Наука, 1980. 976 с.

78. Колмогоров В.Л., Орлов С.И., Колмогоров Г.Л.. Гидродинамическая подача смазки. М.: Металлургия, 1975, 256 с

79. Колмогоров В.Л., Колмогоров Г.Л. Течение вязкопластической смазки при волочении в режиме гидродинамического трения. - Изв. вузов. Черная металлургия, 1968, N2, С 67-72.

80. Колмогоров В.Л., Колмогоров Г.Л. Расчеты инструмента при волочении в режиме гидродинамического трения. - Изв. вузов. Черная металлургия, 1970, N10, С 73-76.

81. Разработка эффективных процессов волочения с функциональными покрытиями /Г.С.Гун, MB.Чукин, М.П.Барышников и др.// Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: Материалы первой международной научно-технической конференции.- Череповец: ЧГУ, 1998 - С. 107-109.