Распылитель для нанесения полимерных антифрикционных покрытий
Полезная модель относится к устройствам для нанесения полимерных антифрикционных покрытий на твердые поверхности из металлов, керамики, полимерных материалов и может быть использована в обрабатывающих инструментах, прессформах, в парах скольжения и др., где существует проблема уменьшения трения и повышения износостойкости различных узлов и механизмов.
Распылитель включает цилиндрический корпус, укрепленные на его противоположных концах резонаторную втулку, выполненную с параболическим диффузором и торцевую крышку со штуцерами, коаксиально цилиндрической поверхности корпуса на торцевой крышке укрепленное центральное цилиндрическое полое тело с каналом для прохода распыляемого состава, при этом, поверхность дна резонаторной втулки наклонена под углом 60° в сторону торцевой крышки, на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона которой совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки, а при пересечении дна с параболической поверхностью диффузора образуется выходное отверстие распылителя.
Технический результат заключается в повышении эффективности дробления распыливаемой жидкости на мельчайшие капельки, что приводит к равномерному распределению их на поверхности обрабатываемых изделий
Полезная модель относится к установкам для нанесения полимерных антифрикционных покрытий, на твердые поверхности из металлов, керамики, полимерных материалов и может быть использована в батывающих инструментах, прессформах, в парах скольжения и др., где существует проблема уменьшения трения и повышения износостойкости различных устройств и механизмов. Однако, существующие устройства для нанесения антифрикционных покрытий имеют ряд недостатков, затрудняющих получить высокое качество покрытия.
Анализ опубликованных источников информации подтвердил неизвестность заявленной совокупности существенных признаков и ее патентоспособность.
Известна установка для нанесения полимерных антифрикционных покрытий, выполненная в виде аэрозольного баллончика, у которого емкости с Фтор-ПАВ и распыливающий компонент (фреон) смешены и совмещены в одном корпусе, а клапан совмещен с распыливающим устройством (конусным диффузором). (Патент RU 2139902 C1).
Недостатками установки является то, что при аэрозольном распылении Фтор-ПАВ она может быть использована для обработки небольших поверхностей (вручную) и невозможность обеспечения равномерной пленки покрытия вследствие неоднородности Фтор-ПАВ по сечению факела распыления. Кроме того, применение фреона на открытом воздухе запрещено.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является установка для нанесения полимерного антифрикционного покрытия, включающая ресивер с газом, емкость с раствором Фтор-ПАВ, систему трубопроводов, клапанов и распылитель. (Патент RU 2401287 C2).
Недостатком данной установки является неравномерность наносимого покрытия, так как закрученный шнеком двухфазовый поток при попадании в критическое сечение сопла Ловаля, сжимается и степень его закрутки в расширяющемся конусе существенно снижается.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств изделий путем обеспечения равномерности распределения частиц Фтор-ПАВ на поверхности изделия за счет придания распыляемому раствору ультразвуковых колебаний по сечению газового (воздушного) потока.
Технический результат от использования заключается в создании установки для нанесения полимерных антифрикционных покрытий с новым видом распылителя, обеспечивающего дробление распыливаемой жидкости на мельчайшие капельки, что приводит к равномерному распределению их в потоке газа и, следовательно, к повышению равномерности осаждения полимерных антифрикционных частиц покрытия на поверхности обрабатываемых изделий.
Это достигается формулой полезной модели (Пункт 1), согласно которой в установке для нанесения полимерного антифрикционного покрытия, включающей ресивер с газом, емкость с раствором фторсодержащего полимерного поверхностно-активного вещества (Фтор-ПАВ), систему трубопроводов, клапанов и распылитель, последний включает цилиндрический корпус, укрепленные на его противоположных концах торцевую крышку со штуцерами и резонаторную втулку, выполненную с параболическим диффузором, коаксиально цилиндрической поверхности корпуса на торцевой крышке укреплено центральное цилиндрическое тело с каналом для прохода распыляемого состава, при этом, дно резонаторной втулки наклонено под углом 60° в сторону торцевой крышки, а на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона которой совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки, при этом выходное отверстие распылителя образуется пересечением дна с параболической поверхностью диффузора, она (установка) выполнена с возможностью сообщения, при помощи штуцеров, полости между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела с ресивером, а емкости, содержащей Фтор-ПАВ, - с каналом центрального цилиндрического тела.
В отдельных случаях установка содержит дополнительно емкость с моющей жидкостью, которая выполнена с возможностью сообщения посредством трубопроводов и клапана с полостью ресивера и каналом цилиндрического тела.
Сущность изобретения и его преимущества иллюстрируются детальным описанием примера его осуществления и прилагаемыми графическими материалами, на которых:
фиг. 1 - схема установки, согласно полезной модели;
фиг. 2 - вид продольного сечения верхней половины распылителя.
Заявленная установка (фиг. 1) содержит: распылитель 1; систему трубопроводов с размещенными на них клапанами 2, 3, 4; компрессор 5; ресивер 6 с газом; емкость 7 с Фтор-ПАВ; емкость 8 с моющей жидкостью. В ней распылитель 1 (фиг.1) включает (фиг.2) цилиндрический корпус 9, резонаторную втулку 10, выполненную как одно целое с параболическим диффузором, торцевую крышку 11 со штуцерами 12, 13, коаксиально корпусу на торцевой крышке 11 укреплено центральное цилиндрическое тело 14 с каналом для прохода распыляемого состава, при этом, поверхность дна резонаторной втулки 10 наклонена под углом 60° в сторону торцевой крышки 11, а на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела 11 выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона проточки совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки. При этом одна из стенок проточки, ближайшая к выходному отверстию, лежит в одной плоскости с поверхностью дна втулки. Пересечением дна с параболической поверхностью диффузора образуется выходное отверстие распылителя. Установка выполнена с возможностью сообщения, при помощи штуцеров, полости между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью центрального цилиндрического тела с ресивером, а емкости, содержащей Фтор-ПАВ, - с каналом центрального цилиндрического тела.
Фокус F параболического диффузора находится в точке пересечения с осью распылителя поверхностей, выполненных с наклоном 60° (после пересечения с поверхностью резонаторной втулки порабола показана пунктиром). Проточка выполнена шириной hp, глубиной lp.Длина выходного отверстия в центральном цилиндрическом теле l1 и диаметр d1. Диаметр выходного сечения резонаторной втулки dc, ширина выходного кольцевого отверстия lc. O - вершиа параболы, образующей внутренюю поверхность диффузора (начало координат X-Y).
Таким образом, центральное цилиндрическое тело выполнено с кольцевым выступом, образованным наклонной проточкой и расположенным на входе в диффузор, который образует с параболическим диффузором выходную резонансную полость
Работа установки осуществляется следующим образом:
Открывается клапан 3 и распиливающий газ из ресивера 6 подается в кольцевую полость, образованную внутренней поверхностью корпуса 9 и поверхностью коаксиального центрального тела 11. При этом, поток газа отклоняется поверхностью наклонного дна резонаторной втулки 10 и попадает, в основном, в кольцевую проточку на торце центрального тела 11 и затем отбрасывается навстречу этому потоку и выбрасывается вместе с ним из резонаторной втулки 10 через кольцевое отверстие шириной lc, образуя с параболическим диффузором выходную резонансную полость. Одновременно (или с некоторой задержкой) открывается клапан 3 и раствор Фтор-ПАВ вытесняется давлением газа (воздуха) из емкости 7 в резонансную полость.
Энергия акустических колебаний генерируется воздушным потоком, поступающим в резонансную полость. Под воздействием этих колебаний струя Фтор-ПАВ, вытекающяя из осевого отверстия цилиндрического центрального тела, дробится на мелкие капли, которые вместе с воздушной струей образуют факел распыливаемого раствора. Благодаря наличию ультразвуковых колебаний облегчается внедрение молекул Фтор-ПАВ в поверхность обрабатываемого изделия, а молекулы, не закрепившиеся на изделии, уносятся с его поверхности высоконапорным воздушным потоком.
В случае необходимости, после подачи Фтор-ПАВ клапан 3 закрывается и открывается клапан 2, что приводит к дополнительной очистке поверхности изделия акустической промывочной жидкостью от незакрепившихся молекул. Благодаря этому на поверхности изделия остается равномерная пленка, модифицирующая физико-химические свойства поверхности изделия.
В качестве варианта подача промывочной жидкости может осуществляться после испарения растворителя и термофиксации пленки на изделии. При необходимости технологический цикл нанесения Фтор-ПАВ может быть повторен.
Предварительные результаты расчета по [Физические основы ультразвуковой техники. Под ред. Л.Д. Розенберга. М., Наука, 1970, 224 с] показали, что для распылителя с массо-габаритными габаритными параметрами, указанными в п. 1 результатов испытаний, скорость распространения звуковой волны (C) в потоке обеспечится при минимальном давлении подачи в магистрале, равным 4,15 кг/см2. При этом, частота акустических колебаний по формуле f=C/4(lp+0,3hp) составит 32 611/сек-1, а ожидаемый средний диаметр частичек жидкости будет равен 50 мкм. Считается также [Ashgarali Т., Khandwawala, Ramamurthy Natarajan fnl Makam С. Gupta. - Fuel, 1974, vol. 53, p.268], что мелкость распыливания заведомо будет обеспечена при Gг/Gж<3-5, где: Gг - масса распыливающего газа; Gж - масса распыливаемой жидкости Результаты испытаний.
На очищенные и обезжиренные пластины из дюралюминия размерами 200×200 мм нанесли покрытие на основе Фтор-ПАВ согласно полезной модели (по п.п. 1 и 2 формулы) и прототипу (для сравнения).
1. При проведении испытания с полезной моделью были приняты следующие массо-габаритные параметры полезной модели: dc=15 мм; d1 =1,5 мм; lp=2 мм; hp=1,5 мм; с профилем по параболе y=6x, при температуре продуваемого газа (воздуха) в магистрали Tм =32°C, расходе газа (воздуха) Gг = 60 г/с и расходе жидкости (раствора) = 18 г/с (при концентрации Фтор-ПАВ в растворе 10%.).
В качестве растворителя использовали перфторметилциклогексан, в качестве Фтор-ПАВ использовали перфторполиэфирную кислоту (состав «Автонон-20») Нанесение Фтор-ПАВ на пластины осуществляли путем воздействия распыливаемой струи в течение 3 сек. Расход воздуха составил 60 г/с, расход растворителя составил 18 г/с
После обработки пластин раствором Фтор-ПАВ и испарения растворителя провели термофиксацию покрытия при температуре 100° в течение 30 мин.
Оценку качества покрытий проводили измерением величины краевого угла смачивания капель масла. При оценки качества покрытий использовали: эталонное масло МН-60 ГОСТ 8781-71; масло дозировку лопаточного типа; микроскоп типа МБС.
Для оценки качества покрытий на пластину нанесли 5 капель масла и определили среднее значение угла смачивания, который составил 52°.
2. Провели нанесение фтор-ПАВ и проверку качества аналогично примеру 1. После проведения термофиксации провели дополнительно обработку пластины моечной жидкостью (водой) при температуре 50°C с расходом 60 г/с в течение 3 сек.. Величина среднего угла смачивания составила 56°.
3. Провели сравнительное испытания прототипа по режиму п. 1 с аналогичными расходными характеристиками. Величина среднего угла смачивания составила 48°.
Увеличение угла смачивания при проведении испытаний с использованием полезной модели свидетельствует об уменьшении растекаемости капли масла, то есть о более плотной упаковке молекул Фтор-ПАВ на поверхности пластины.
Таким образом, полезная модель, обеспечивающяя создание ультразвукового потока воздуха и распыляемых капель раствора Фтор-ПАВ обеспечила достижение технического результата: получение более равномерной и качественной пленнки Фтор-ПАВ.
Распылитель для нанесения полимерного антифрикционного покрытия, включающий цилиндрический корпус, укрепленные на его противоположных концах резонаторную втулку, выполненную с параболическим диффузором, и торцевую крышку со штуцерами, коаксиально цилиндрической поверхности корпуса на торцевой крышке укрепленное центральное цилиндрическое полое тело с каналом для прохода распыляемого состава, при этом поверхность дна резонаторной втулки наклонена под углом 60° в сторону торцевой крышки, на свободной торцевой поверхности центрального цилиндрического тела выполнена у его выходного отверстия наклонная под углом 60° проточка, направление наклона которой совпадает с направлением наклона дна резонаторной втулки, а при пересечении дна с параболической поверхностью диффузора образуется выходное отверстие распылителя.
