EA201300154A1 20130930 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2013/PDF/201300154 Полный текст описания [**] EA201300154 20121228 Регистрационный номер и дата заявки EAA1 Код вида документа [pdf] eaa21309 Номер бюллетеня [**] СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПЛЁНКИ Название документа [8] C09D127/12 Индексы МПК [RU] Вохидов Абдурашид Содикович Сведения об авторах [RU] ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АВТОСТАНКОПРОМ" (ООО "АВТОСТАНКОПРОМ") Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201300154a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[**]

Изобретение относится к технологическим способам, используемым для покрытия поверхностей твердого материала (тела) и получения многофункционально-защитной наноразмерной пленки, в частности для модификации поверхностей с целью улучшения их свойств, и может найти применение в приборостроении, электронике, машиностроении, топливо-энергетическом комплексе, ЖКХ и иных отраслях, например в микроэлектронике, при изготовлении деталей с заданными свойствами, систем с искусственным интеллектом. Способ получения защитной плёнки по меньшей мере на части поверхности твёрдого тела включает предварительную подготовку поверхности, нанесение композиционного состава на основе фторосодержащего поверхностно-активного вещества на дополнительно нагретую после подготовки поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 до 2,5 мкм и термофиксацию вещества. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение технологичности получения защитной плёнки при одновременном расширении области применения.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к технологическим способам, используемым для покрытия поверхностей твердого материала (тела) и получения многофункционально-защитной наноразмерной пленки, в частности для модификации поверхностей с целью улучшения их свойств, и может найти применение в приборостроении, электронике, машиностроении, топливо-энергетическом комплексе, ЖКХ и иных отраслях, например в микроэлектронике, при изготовлении деталей с заданными свойствами, систем с искусственным интеллектом. Способ получения защитной плёнки по меньшей мере на части поверхности твёрдого тела включает предварительную подготовку поверхности, нанесение композиционного состава на основе фторосодержащего поверхностно-активного вещества на дополнительно нагретую после подготовки поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 до 2,5 мкм и термофиксацию вещества. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение технологичности получения защитной плёнки при одновременном расширении области применения.


Евразийское (21) 201300154 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. C09D 127/12 (2006.01)
2013.09.30
(22) Дата подачи заявки 2012.12.28
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПЛЁНКИ
(96) 2012000274 (RU) 2012.12.28
(71) Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АВТОСТАНКОПРОМ" (ООО "АВТОСТАНКОПРОМ") (RU)
(72) Изобретатель:
Вохидов Абдурашид Содикович (RU)
(74) Представитель:
Кастальский В.Н., Котлов Д.В., Михайлина Е.С. (RU)
(57) Изобретение относится к технологическим способам, используемым для покрытия поверхностей твердого материала (тела) и получения многофункционально-защитной наноразмерной пленки, в частности для модификации поверхностей с целью улучшения их свойств, и может найти применение в приборостроении, электронике, машиностроении, топливо-энергетическом комплексе, ЖКХ и иных отраслях, например в микроэлектронике, при изготовлении деталей с заданными свойствами, систем с искусственным интеллектом. Способ получения защитной плёнки по меньшей мере на части поверхности твёрдого тела включает предварительную подготовку поверхности, нанесение композиционного состава на основе фто-росодержащего поверхностно-активного вещества на дополнительно нагретую после подготовки поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 до 2,5 мкм и термофиксацию вещества. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение технологичности получения защитной плёнки при одновременном расширении области применения.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗАЩИТНОЙ ПЛЁНКИ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ Настоящее изобретение относится к технологическим способам, используемым для покрытия поверхностей твердого материала (тела) и получения многофункционально-защитной наноразмерной пленки, в частности, для модификации поверхностей с целью улучшения их свойств, и может найти применение в приборостроении, электронике, машиностроении, топливо-энергетическом комплексе, ЖКХ и иных отраслях, например, в микроэлектронике, при изготовлении деталей с заданными свойствами, систем с искусственным интеллектом. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известен патент РФ №2095386, опубл. 10.11.1997, МПК C09D5/18 известен способ получения огнезащитного покрытия на различных поверхностях, включающий нанесение композиционного состава и его отверждение. Для нанесения используют композиционный состав, включающий полимерное связующее, волокнистый наполнитель, порошковый наполнитель, антипирен, шлам флотации и воду. Недостатками известного способа является его многостадийность, не обеспечивающая достаточное сцепление покрытия с поверхностью, что снижает износостойкость получаемого покрытия.
Из уровня техники известен способ получения смазочно-игибирующего покрытия, патент РФ № 2429284, опубл. 27.08.2010, МПК С10М147/04, включающий обезжиривание поверхности, сушку и последующее распыление композиции с расстояния от 0,1 до 0,5 м. После распыления композиции смазанная поверхность выдерживается при температуре от +16 до +32°С до полного испарения легких фракций хладагента. Способ предназначен для нанесения композиции на металлические поверхности с целью защиты их от коррозии. Путём подбора объема композиции и времени окончательной готовности смазанной поверхности формируют на
подготовленной поверхности мономолекулярную пленку толщиной от 1,0 до 7,0 нм.
Из уровня техники известен патент РФ №2269557, опубл. 20.02.2005, МПК C09D127/1, на изобретение "Ингибирующее покрытие от эксплуатационных отложений и способ его получения". В патенте раскрыт способ получения ингибирующего покрытия на металлической поверхности. Поверхность, подлежащая покрытию тщательно очищают, в частности обеззараживают ацетоном либо уайт-спиритом путем 3-4-кратного опускания пластины в ванну с растворителем, после чего изделие выдерживают на воздухе в течение 5-10 мин для удаления паров растворителя. Перед напылением пластину предварительно нагревают. Температура нагрева зависит от толщины стенки металлического изделия и превышает рабочую температуру напыления. После достижения требуемой температуры изделие выдерживают в печи в течение 30 мин. Получение 3-слойного ингибирующего покрытия полимера осуществляют методом напыления в электростатическом поле. После оплавления последнего слоя пластину, покрытую полимером, выдерживают в аппарате течение 5-6 часов при температуре 220-230°С. Толщина полученного покрытия составляет 210-240 мкм. В качестве ингибирующего покрытия используют 3-4-слойное покрытие, выполненное из порошкообразного высушенного до влажности не более 3 мас.% политетрафторэтилена или политрифторхлорэтилена, стабилизированных в среде ацетилена, путем смачивания порошка полимера раствором стабилизатора Диафена НН, полученного растворением стабилизатора - Диафена НН в ацетоне при нагревании до 40°С, просушивания смеси полимера и стабилизатора при комнатной температуре, окончательного - при 80-100°С в течение 5 ч и прокаливания при 210°С в течение 1 ч, и выдержанное в течение 5-6 ч при температуре 220-230°С.
Недостатком известного способа является его низкая технологичностью из-за сложной многостадийной обработки поверхности. Кроме того используемый ингибирующий состав не содержит жидкой субстанции, что значительно ограничивает область применения известного способа.
Из патента РФ №2139902 (прототип), опубл. 20.10.1999, МПК C09D127/12, известен "Способ получения полимерного антифрикционного покрытия" (Автор(ы): Гуринович Э.Г. и др.), описывающий способ получения полимерного антифрикционного покрытия [3], включающий очистку поверхности агентом для обезжиривания, сушку очищенной поверхности при 20-200°С, нанесение антифрикционного состава эпилама - 0,1-10,0%-ного раствора фторорганического поверхностно-активного вещества (Фтор-ПАВ) - перфторполиоксиалкиленового или перфторированного соединения полиалкиленоксида путем погружения изделия в этот раствор или аэрозольным распылением и термообработку покрытия. Недостатком указанного способа является то, что при нанесении фреон-содержащего озоноопасного состава (использование озоноразрущающих фреонов запрещено по Монреальскому соглашению) методом окунания или распыления (в т.ч. аэрозольного) без нагрева обрабатываемой поверхности невозможно добиться получения равномерного и одинакового по толщине и по эксплуатационным свойствам покрытия. Способ не применим по требованиям техники безопасности при обработке крупных и тяжелых изделий с большим уровнем шероховатости поверхностей без использования специализированных установок.
Кроме того, недостатком указанных аналогов является невозможность нанесения покрытия в труднодоступных местах поверхности, покрываемого объекта.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании нового технологичного способа получение многофункциональной защитной наноплёнки (покрытия) для различных областей применения.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении технологичности получения защитной плёнки при одновременном расширении области применения.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что способ получения защитной плёнки на, по меньшей мере, части
поверхности твёрдого тела, включающий предварительную подготовку поверхности, нанесение композиционного состава на основе фторосодержащего поверхностно-активного вещества и термофиксацию вещества, согласно изобретению, композиционный состав наносят на дополнительно нагретую после подготовки поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм.
В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что осуществляют нагревание поверхности в диапазоне температур от 28°С до 48°С.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что осуществляют нанесение композиционного состава с получением защитной плёнки толщиной 3-10 нм, предпочтительно 1-8 нм, и со среднеарифметической шероховатостью поверхности от 2,4 нм до 3,7 нм, предпочтительно от 1,6 нм до 2,3 нм.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что нанесение композиционного состава на поверхность осуществляют путём погружения, напыления, смазывания, аэрозольного напыления, активного или пассивного тампонирования, причём напыление осуществляют вручную или в автоматизированных установках.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве композиционного состава используют раствор фторосодержащего поверхностно-активного вещества, дополнительно включающий, по меньшей мере, одну модифицирующую добавку.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве фторосодержащего поверхностно-активного вещества используют полимер группы перфторполиэфиров с молекулярной массой более 2000, имеющий общую структурную формулу
CF CF2O
CF3 -CFCOOH
nCF3
где п - общее число данного элемента, в диапазоне 1-13
включительно.
или
XHCF2OMC2F4 0]m-[C3F60]|-X2
где n+m+l=5+50, а каждый из Xi и Х2 независимо друг от друга выбран из группы: CF3, -C2F5 или -C3F7.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что используют раствор, содержащий фторосодержащее поверхностно-активное вещество в количестве от 0,2 мас.% до 18,5 мас.%, при этом в качестве растворителя используют фреон, спирт, хладис, воду или любую их возможную комбинацию, а в в качестве модифицирующей добавки используют ингибитор коррозии, антифрикционную добавку, бактерицидную добавку или любую их возможную комбинацию.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что осуществляют термофиксацию в диапазоне температур от 67°С до 114С° в течение от 45 минут до 117 минут.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что после нанесения композиционного состава дополнительно осуществляют сушку на открытом воздухе в диапазоне температур от 22°С до 39°С в течение от 3 до 5 минут.
Существенным отличием заявленного изобретения является одностадийное нанесения защитной пленки на нагретую поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм, в процессе которого каждая молекула плёнки взаимодействует с поверхностью самостоятельно с образованием хемосорбированной многофункциональной наноплёнки. Предложенный способ позволяет получить повышенный уровень мономолекулярности и непрерывность покрытия. Полученная предлагаемым способом наноразмерная многофункциональная плёнка снижает коэффициент трения и уменьшает истираемость поверхностей в узлах трибологических систем, защищает от коррозии, уменьшает влияние солевого тумана, пара, радиации, подавляет активность микроорганизмов. Отделение покрытия от поверхности, если оно случается, происходит так же помолекулярно, что исключает наличие в масле крупных нерастворимых агломератов. Предложенный способ,
обеспечивающий взаимодействие композиционного состава с поверхностями на новой физико-химической основе, позволяет наносить указанный состав на металлические, неметаллические и полимерные поверхности, в том числе токопроводящие и диэлектрически, в труднодоступных местах, например, во внутренние части электронного прибора, микрочипа, печатной платы с установленными блоками, за счёт чего в совокупности достигает заявленный технический результат, а именно повышении технологичности получения защитной плёнки при одновременном расширении области применения. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1а - изображена профилограллма поверхности защитной плёнки.
На Фиг. 16 - изображена профилограмма плотности молекул защитной плёнки.
На Фиг. 2 - изображена модель хемосорбции фторсодержащего поверхностно-активного вещества после нанесения композиционного состава.
На Фиг. 3 - изображены нормы расхода композиционного состава на покрытие поверхности для получения многофункциональной защитной нанопленки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для нанесения композиционного состава (композиции) используют поверхности твердых тел с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм, которыми могут являться, например, металл, сплав, стекло, полимерные изделия, резинотехнические изделия, стеклотекстолиты, платы печатного монтажа и др.
Поверхность твердого тела тщательно обезжиривается современными фторсодержащими или спиртсодержащими растворителями с применением ультразвукового оборудования или специальных камер обезжиривания. Очистка и обезжиривание позволяют открыть микропоры поверхности для приведения в активное состояние информационно-молекулярного поглощения и активации поверхностной модификации.
Перед непосредственным нанесением композиционного состава чистую, обезжиренную поверхность нагревают в пределах температур от 37°С до 48°С. Важно отметить, что нагревание поверхности до температуры ниже 37°С не приводит к открытию микропор поверхности для адсорбции молекул композиционного состава. Нагревание поверхности до температур выше 48°С не обеспечивает создание равномерного сорбционного слоя.
В качестве композиционного состава используют раствор фторсодержащего поверхностно-активного вещества, дополнительно включающий, по меньшей мере, одну модифицирующую добавку, например ингибитор коррозии, антифрикционную добавку, бактерицидную добавку и другие составляющие компоненты. В частном случае осуществления изобретения выбор добавки обусловлен конкретной областью применения предлагаемого способа, при этом возможно использование любой возможной комбинации модифицирующих добавок.
-CFCOOH nCF3
CF CF2O
CF3
В качестве фторсодержащего поверхностно-активного вещества (ПАВ) используют полимер группы перфторполиэфиров с молекулярной массой более 2000, имеющих общую структурную формулу
где п - общее число данного элемента, в диапазоне 1-13 включительно; или
X,-[CF20]n-[C2F4 0]m-[C3F60]i-X2 где n+m+l=5+50, а каждый из Xi и Х2 независимо друг от друга выбран из группы: CF3, -C2F5 или -C3F7.
Полимер может быть нескольких типов или групп, так как совместное применение фторсодержащих ПАВ различной структуры, часть из которых имеет анионогенный, другая часть - катионогенный характер, приводит к образованию сорбционных (адсорбционных) слоев, чрезвычайно прочно связанных с поверхностью металла (твердого тела).
Предпочтительно используют фторсодержащие поверхностно-активные вещества с концевыми группами - CF3, так как они являются более
активными в процессе формирования пленки. Важно отметить, что длина молекулы присоединенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) выбирается исходя из назначения защитных плёнок: чем длиннее молекула, тем меньше влияние твердой поверхности. При коротких молекулах поверхность может дополнительно экранироваться. При длинных молекулах падает растворимость ПАВ. Химическая природа фторсодержащего ПАВ (высокая прочность связей С-О и C-F, пространственная защита, обеспеченная атомами фтора) определяет высокую стабильность соединений, делая их пригодными для использования в агрессивных средах. Следует также отметить, что использование фторсодержащих ПАВ с молекулярной массой менее 2000 не позволяет получить равномерный слой пленки, так как наблюдается недостаточная плотность молекулярной массы вещества композиции.
В качестве растворителя используют фреон, спирт, хладис, воду или любую их возможную комбинацию. Выбор упомянутых веществ в качестве растворителя обусловлен тем, что требуется обеспечить полную растворимость молекул фтора и других структурных элементов при условии полной совместимости субстанций без нарушения функциональных свойств. Фторсодержащее ПАВ в растворе используют в количестве от 0, 2 мас.% до 18,5 мас.%. Важно отметить, что использование фторсодержащего ПАВ в количестве менее 0,2 мас.% не обеспечивает создание равномерного пленочного слоя. Использование фторсодержащего ПАВ в количестве более 18,5 мас.% не приводит к соблюдению условий плотности распределения молекул и интервала между ними.
После нанесения композиционного состава для полного осаждения и создания химических связей с поверхностью осуществляют термофиксацию пленки в диапазоне температур от 67°С до П4°С в течение от 45 до 11 минут. Перед осуществлением термофиксации дополнительно проводят сушки на открытом воздухе при температуре от 22°С до 39°С в течение 3-5минут, в процессе которой начинает протекать адсорбция мономолекулярного слоя пленки на поверхности. Следует
отметить, что указанные диапазоны температур и времени, как термофиксации, так и сушки являются оптимальными для равномерного закрепления пленки.
В частных вариантах осуществления изобретения нанесение композиционного состава может осуществляться как на, по меньшей мере, часть поверхности, например, оборудования или деталей или на всю поверхность указанных деталей или оборудования.
Предложенный способ нанесения защитной пленки на нагретую поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм позволяет получить повышенный уровень мономолекулярности и непрерывность покрытия по профилю поверхности в соответствии с нормальными законами распределения Гаусса и Лапласа, где вероятность попадания молекулы на поверхностный интервал a, b определяется по принципу:
Интервал а и b определяет параметры (границы) распределения и представляет собой равномерное распределение.
Иллюстрация профилограммы поверхности и плотности молекул приведена на Фиг. 1а и Фиг. 16 соответственно. Как наглядно видно, Фиг. 1а показывает уровень покрытия и сглаживания поверхности - получение равномерного слоя при исследуемом интервале размерности общего пространства поверхности 40-60 нм и присутствие покрытия с низким уровнем толщины в пределах размерности до 120 нм, связанное с существующим уровнем шероховатости поверхности. Как наглядно видно, Фиг. 16 показывает уровень сглаживания - профиль пленки при горизонтировании поверхности.
При термофиксации происходит равномерное закрепление пленки. Мономолекулярное, взаимосвязанное покрытие, полученное в результате термофиксации композиционного состава, является сплошным и плотным, гидрофобизирует поверхность и полностью исключает контакт поверхности,
в том числе токопроводящей, с влагой, и с другими агрессивными компонентами, воздействия радиации. Характер получаемого покрытия в среднем согласуется с теоретическим представлением о поверхностях Ленгмюра-Блоджетт. Высота "ворса" ("частокол Ленгмюра") составляет от 3 до 10 нм, предпочтительно от 1до 8 нм, покрытие равномерное, без видимых всплесков; шероховатость поверхности пленочного покрытия: среднеквадратичная - 3,5 нм, предпочтительно 2 нм, среднеарифметическая - 3,1 нм, предпочтительно 1,6 нм. Иллюстрация профилограммы поверхности многофункциональной защитной пленки фторсодержащего ПАВ полученная способом, по изобретению приведена на Фиг.1.
На поверхности твердого тела молекулы композиционного состава располагаются вплотную друг к другу. Спиралеобразные полярные молекулы этих веществ при покрытии твердых металлических поверхностей в состоянии захватывать электроны. Молекулы фтора и модифицирующих добавок (например, ингибиторов коррозии, полимеров бактерицидности), входящих в состав композиционного состава, вступают во взаимодействие с этими электронами, образуя единую химическую структуру с покрываемой поверхностью. В большинстве случаев покрытия поверхности стекла, керамики, полимеров, резины, минералов и иных полимерных и неметаллических поверхностей молекулы композиционного состава хемосорбируются с поверхностью за счет взаимодействия с ионной структурой, водородных мостиков, температурной кристаллизации, дисперсионных и капиллярных сил. С учетом удельного сопротивления полупроводников в широких пределах (от 10-4 до 109 ом • см) некоторые полупроводники (карбид кремния, селен, теллур и др.) изменяют свое электрическое сопротивление с ростом приложенного к ним напряжения или под действием световых излучений. Покрытие композиционным составом не изменяет параметры токопроводимости и диэлектричности, способствует уменьшению влияния внешних агрессивных факторов, что позволяет расширить область применения предлагаемого способа.
В целом общая модель хемосорбции приведена на Фиг. 2.
Благодаря спиралевидной структуре неполярной части композиционного состава согласно изобретению закрепленные молекулы фтора в состоянии удерживать смазочные вещества, исключить сухое трение созданием граничного амортизационного слоя в зоне трения и поверхностной динамики, снижается воздействие радиационного излучения и фонового заряда, снижаются активность развития бактерий на поверхности, газопроницаемость и разрушение поверхности. Многофункциональная пленка фтора согласно изобретению закрывает все микропоры до уровня 4-5 нанометров, дегазирует их, защищает поверхность от воздействия агрессивных веществ и подавляет при этом электрохимическую коррозию не меняя параметры токопроводимости и диэлектричности, что позволяет расширить область применения предлагаемого способа.
После обработки поверхности композиционным составом и получения
многофункциональной защитной нанопленки микропоры и микротрещины
поверхностного слоя поверхности полученного покрытия снижают уровень
распределённой концентрации напряжения, т.е. перестают образовывать
центры разрушения и накопления поверхностной энергии. Предлагаемый
способ обеспечивает сглаживанием поверхностной энергии по законам
равномерной плотности получение многофункционального защитного
покрытия - создание нанопленки, обладающей повышенной
износостойкостью, антибактериальными свойствами,
антикоррозийностью, свойством снижения влияния радиации, интеллектуальной памяти.
Контроль качества нанесения покрытия следует производить по измерению угла смачиваемости. Мягкие поверхности типа резинотехнических или силиконовых после нанесения композиционного состава могут изменять свой размер (первоначально увеличиваться), а потом, по прошествии от 80 до 96 часов обрести исходные размеры с новыми - свойствами по химической стойкости к агрессивным средам.
Повышение технологичности происходит благодаря применению одностадийной операции нанесения комлозиционного состава на
дополнительно нагретую поверхность с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм с последующим образованием нанопленки. После попадания состава на, по меньшей мере, часть поверхности твёрдого тела происходит испарение растворителя, а само фторсодержащее ПАВ вступает в реакцию с поверхностью. При этом молекулы фторсодержащего ПАВ создают структуры Ленгмюра (частокол Ленгмюра) в виде спиралей с нормально направленными к поверхностям осями молекул, позволяющими не только надёжно удерживать смазочные среды, но и служить своеобразным буфером между контактирующими поверхностями. В процессе адсорбции, поверхностной диффузии и в результате испарения растворителя образуется мономолекулярный слой (монослой) в виде плёнки толщиной от 3 до 10 нм, предпочтительно от 1 до 8 нм, причём образование плёнки сопровождается химической реакцией (хемосорбцией) в которую вступает материал поверхности и композиционный состав на основе фторсодержащего ПАВ. При формировании слоя плёнки происходит упорядочение определённым образом пространственной ориентации молекул фторсодержащего ПАВ, радикально меняются физико-химические свойства покрываемой поверхности. Частицы фторсодержащего ПАВ не отделяются от поверхности вследствие хемосорбционной связи. Таким образом, предложенный способ обеспечивает взаимодействие композиционного состава с поверхностями на новой физико-химической основе, позволяющей наносить указанный состав на металлические, неметаллические и полимерные поверхности, в т.ч. токопроводящие и диэлектрические в труднодоступных местах, например, во внутренние части электронного прибора, микрочипа, печатной платы с установленными блоками, расширяя тем самым область его применения.
Предлагаемый способ модификации поверхности, обладающий повышенной технологичностью нанесения покрытия, позволяет получить на поверхности с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм многофункциональные (антифрикционные, антиадгезионные и т.д.) защитные нанопленки (толщиной от 3 до 10 нм, предпочтительно от 1 до 8
нм) широкого спектра комплексной защиты поверхностей, тем самым улучшая физико-химические свойства поверхности, экономические характеристики покрытия и расширяя области применения.
Нанесение композиции может осуществляться методами погружения, напыления, смазывания, аэрозольного напыления, активного или пассивного тампонирования. При этом напыление может быть осуществлено как вручную, так и в автоматизированных установках, расход композиционного состава определяется по алгоритму нанесения, схематически изображённого на Фиг. 3. Данная схема показывает норму расхода 1 килограмма композиционного состава с плотностью 0,8-1,8 г/см3 при t=20°C в зависимости от разных способов нанесения (покрытия).
Технико-экономическим преимуществом данного изобретения является повышение эффективности комплексной защиты поверхностей при сохранении веса конструкции, оптимизации физико-химических и электрических свойств - многофункциональной защиты поверхностей от сухого трения, воздействия влаги (гидрофобность, водоотталкивание), радиации, бактерий и износа с одновременным снижением затрат по трудоемкости получения защитной нанопленки и времени на проведение процесса покрытия.
В таблице 1 приведены примеры способов получения защитной плёнки с целью иллюстрации отдельных аспектов осуществления изобретения, которые не предназначены для того, чтобы каким-либо образом ограничивать объём настоящего изобретения.
В Таблице 2 приведена характеристика покрытой плёнкой поверхности металлических изделий, изделий из резины, оптического стекла, печатной платы с электронными элементами, алюмо-магниевого сплава.
В Таблице 3 приведены результаты измерения сопротивления изоляции (Ом) покрытой композиционным составом "Эпилам "Электронике", фирма производитель ООО "АВТОСТАНКОПРОМ" по ТУ 2412-002-138681952012.
В Таблице 4 приведены технологические особенности покрытия
композиционным составом и получения многофункциональной защитной нанопленки фторсодержащего поверхностно-активного вещества.
Полученные предложенным способом модифицированные поверхности, проходили испытания согласно действующим стандартам и ГОСТам по показателям, подтверждающилл достижение указанного технического результата:
- определение качества наносимой композиции по ТУ 2412-00113868195-2012, по ТУ 2412-002-13868195-2012 и качество нанесенного покрытия поТИ 1831-010/3.
В приведенных ниже примерах представлено получение многофункциональных защитных наноплёнок на поверхности с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм в соответствии с предложенным в формуле изобретения способом, и характеристики полученных модифицированных поверхностей, подтверждающие достижение указанного технического результата.
Пример 1. Способ получения защитной плёнки на металлической поверхности опорной пары состоящих из подпятников и опорных игл с уровнем шероховатости Ra 0,04 мкм.
Поверхность обезжиривали техническим, ацетоном по ГОСТ 2768-84, после чего поверхность подвергали нагреву при температуре +39°С в течение 8 мин. Затем на нагретую до указанной температуры поверхность методом окунания наносили композиционный состав, а именно "Эпилам СФК-05" мас.% раствор фторсодержащего ПАВ с молекулярной массой 2200 общей формулы.
CF CF2O
-CFCOOH
CF3
,CF3
В качестве растворителя использовали растворитель Solkane. Раствор также содержал добавку в виде аминного ингибитора коррозии на основе полифосфата. Расход составил 74 г/м2. После этого поверхность подвергали термофиксации при температуре +97°С в течение 55 мин. Таким образом, получали плёнку толщиной 7 нм, со среднеарифметической шероховатостью поверхности 3,7 нм и со
среднеквадратичной шероховатостью поверхности 3,4 нм, Таблица 1. Полученную плёнку подвергали испытаниям на мощность трения, которые приведены в Таблице 2.
Пример 2. Способ получения защитной плёнки на неметаллической поверхности приборной печатной платы с установленными электронными элементами с уровнем шероховатости поверхности Ra 0,16 мкм.
Способ осуществляли как в примере 1, обезжиривание проводилось техническим изопропиловым спиртом по ГОСТ 9805-84, после чего поверхность подвергали нагреву при температуре +28°С в течение 9 мин. при этом в качестве композиционного состава наносили "Эпилам Электронике" мас.% раствор фторсодержащего ПАВ с молекулярной массой 3000 общей формулы как в примере 1. В качестве растворителя использовали изопропиловый спирт в сочетании с фреоном Foran. Раствор также содержал аминный ингибитор коррозии добавку. Расход составил 154 г/м2. После этого поверхность подвергали термофиксации при температуре +68°С в течение 60 мин. Нанесение состава на поверхность осуществляли путём распыления без изоляции токопроводящих дорожек из цветных металлов. Временные и температурные параметры способа, а также толщина и шероховатость полученной плёнки приведены в Таблице 1. Полученную плёнку подвергали испытаниям на влагоустойчивость в климатокамере при уровне влажности 95-98%, которые приведены в Таблице 2.
Пример 3. Способ получения защитной плёнки на резиновой поверхности с уровнем шероховатости Ra 0,70 мкм.
Способ осуществляли как в примере 1, при этом в качестве композиционного состава наносили "Эпилам СФК-20" мас.% раствор фторсодержащего ПАВ с молекулярной массой 2200 общей формулы, как в примере 1. В качестве растворителя использовали азонобезопасный фреон Foran 141. Раствор также содержал добавку в виде аминного ингибитора коррозии на основе полифосфата. Расход составил 132 г/м2. После этого поверхность подвергали термофиксации при температуре +85°С в течение 52 мин. Нанесение состава на поверхность осуществляли
путём нанесения окунанием. Временные и температурные параметры способа, а также толщина и шероховатость полученной плёнки приведены в Таблице 1. Полученную плёнку подвергали испытаниям химическую стойкость которые приведены в Таблице 2.
Пример 4. Способ получения защитной плёнки на стекляной поверхности оптического стекла с уровнем шероховатости Ra 0,012 мкм.
Способ осуществляли как в примере 1, но с дополнительной сушкой (перед термофиксацией). Сушку осуществляли при +29°С в течение 5 мин. В качестве композиционного состава наносили "Эпилам Аква" мас.% раствор фторсодержащего ПАВ с молекулярной массой 2500 общей формулы Х1-[СГ-20]п-[С2Г-4 0]т-[СзГ-бО]|-Х2. В качестве растворителя использовали дистиллированную техническую воду. Раствор также содержал бактерицидную добавку. Расход составил 341 г/м2. Нанесение состава на поверхность осуществляли путём смазывания. Временные и температурные параметры способа, а также толщина и шероховатость полученной плёнки приведены в Таблице 1. Полученную плёнку подвергали испытаниям на гидрофобные, антиадгезийные и бактерицидные свойства которые приведены в Таблице 2.
Пример 5. Способ получения защитной плёнки на металлической поверхности ножа гильотины с уровнем шероховатости Ra 0,020 мкм.
Способ осуществляли как в примере 1, но с дополнительно сушкой перед термофиксацией. Сушку осуществляли при +37°С в течение 5 мин. В качестве композиционного состава наносили композицию 6СФК-180-05 мас.% раствор фторсодержащего ПАВ с молекулярной массой 2500 общей формулы Xi-[CF20]n-[C2F4 0]щ-[СзРбО]1-Х2. В качестве растворителя использовали фреон. Раствор также содержал добавку ингибитор коррозии. Расход составил 118 г/м2. Нанесение состава на поверхность осуществляли путём окунания и воздействия ультразвуком. Временные и температурные параметры способа, а также толщина и шероховатость полученной плёнки приведены в Таблице 1. Полученную плёнку подвергали испытаниям на измерение стойкости к сухому трению, которые приведены в Таблице 2.
Пример 6. Способ получения защитной плёнки на поверхности алюмо-магниевого сплава с уровнем шероховатости Ra 0,040 мкм.
Способ осуществляли как в примере 1, но с дополнительно сушкой перед термофиксацией. Сушку осуществляли при +34°С в течение 5 мин. В качестве композиционного состава наносили "Эпилам ЭлектроникА", мас.% раствор фторсодержащего ПАВ с ллолекулярной массой 2200 общей формулы
CF CF2O
CF3
-CFCOOH
nCF3
В качестве растворителя использовали изопропиловый спирт в сочетании с фреоном Foran. Раствор также содержал добавку ингибитор атмосферной коррозии. Расход составил 142 г/м2. Нанесение состава на поверхность осуществляли путём ручного нанесения тампонированием. Временные и температурные параметры способа, а также толщина и шероховатость полученной плёнки приведены в Таблице 1. Полученную плёнку подвергали испытаниям на воздействие агрессивных сред, которые приведены в Таблице 2.
Данный способ даёт возможность получить демпферное покрытие при конструировании искусственно создаваемых производственных наносистем с атомарной точностью, представляя собой "умное" покрытие покрытие-информатор, способное передавать информацию о состоянии поверхности, на которую нанесен композиционный состав или поверхности, сопрягаемой с ней.
Результаты испытаний измерения сопротивления изоляции плат печатного монтажа с токопроводящими дорожками, установленными электронными блоками и датчиками, покрытые композиционным составом по примеру 3 ("Эпилам "Электронике"), результаты которых приведены в Таблице 3. Результаты измерения сопротивления изоляции, однозначно показывают, что исследуемые значения и характеристики печатных плат показали положительные результаты - изобретение позволяет увеличить срок жизни электронного блока.
Стабильными остаются параметры электронной и "дырочной" проводимости, что является существенным и определяющим фактором при выборе конкурирующих композиций для защиты плат. Характеристики "ворса" - частокол Ленгмюра - толщиной от 3 до 10 нм, предпочтительно от 1 до 8 нм при хемосорбированном мономолекулярном слое вертикально направленных молекул фтора позволяют поддерживать электронную и "дырочную" проводимость по запрограммированным параметрам даже в условиях присутствия донорных (сурьма, мышьяк, фосфор) и акцепторных (индий, галлий, бор и др.) примесей в составе материалов.
Кроме того, вещества, входящие в композиционный состав, способны связываться с поверхностью за счет процесса хемосорбции при воздействии температур, тем самым способствуя дополнительному повышению технологичности при одновременном расширении области применения предлагаемого способа. В Таблице 4 приведены необходимые и достаточные параметры и значения практического применения предлагаемого способа и получения многофункциональной защитной нанопленки фторсодержащего ПАВ. Значения Таблицы 4 согласно предлагаемому способу позволяют специалистам широкого круга отраслей использовать предлагаемый способ получения многофункциональной защитной нанопленки.
Предложенный способ может найти применение в различных областях промышленности для решения проблемы комплексной защиты и придания соответствующих свойств элементам искусственного интеллекта, рабочим и иным поверхностям оборудования и деталей общего машиностроения, приборостроения, биоэнергетики и микроэлектроники, усиления защиты от износа, коррозии, влаги, в целях обеспечения бактерицидной защиты и уменьшения воздействия радиации, а также для обработки поверхностей высоконагруженных узлов трения, инструмента для обработки металла резанием, для обработки плат печатного монтажа, микросхем, датчиков и т.п. с целью придания им износостойкости и долговечности при работе в агрессивных средах.
Пример
Уровень шероховатости поверхности, Ra
Нагревание, °С
Сушка на открытом в
оздухе
Термосрик-Сация
Толщина плёнки, нм
Шероховатость поверхности плёнки, нм
t, мин
Среднеарифметическая
Среднеквадратичная
0,04
3,7
3,4
0,16
2,4
2,1
0,7
2,7
2,5
0,01
110
1,7
1,6
0,02
100
1,9
1,9
0,04
2,3
2,2
При мер
Испытание
Показатели без обработки
Показатели после обработки
Выводы и рекомендации
Нанесение на опорную пару, состоящую из подпятников и опорных игл
Появление налипаний, после 1,5-2 часа работы
В рабочем режиме после нагрева до 300°С и Рисп 25 кгс/ см2
Поверхность после нанесения и после 1,5-2 часа работы чистая, без
налипаний, задиров и следов ржавчины, вращение плавное
Нанесение на приборную печатную плату с установленными электронными элементами
После
термического воздействия ухудшается качество разъемов WF, SCM. Значения Rep в мОм до нанесения: 9,35/ 2,37/ 4,87/8,16
Качество соединений разъемов PWL, WF, SCM, ВН сохранились. Значения Rep в мОм после нанесения: 15,86/ 3,45/5,31/9,69
После нанесения (с целью
гидрофобизации, защиты от случайного попадания влаги): после термического воздействия качество у разъемов не ухудшились
Нанесение на резиновую деталь (манжету)
Охрупчивание, поверхностное разрушение при вулканизации и съеме из пресс-формы
Химическая
стойкость,
улучшение
качества
поверхности
элекропроводящей
СТЭП.
После нанесения деталь снялась легко из пресс-формы, качества поверхности приобрело полированный профиль.
Нанесение на стекляную поверхность оптического стекла
Прилипание пыли и ухудшение показателей преломления волн и спектральных свойств
Снижение прилипания пыли в 2,8 раза; Улучшение коэффициента преломления; повышение стойкости к прозрачному ИК излучению;
После нанесения функциональные показатели в норме, получены улучшенные свойства и снижение смачиваемости.
Нанесение на металлическую поверхность ножа гильотины
Притупление режущей части (кромок) после 164 операций
Стойкость ножа - отсутствие притупления до 281 операций
После нанесения достигнуто повышение износостойкости режущей части гильотинного ножа
Нанесение на алюмо-магниевый сплав АМц
1. Нарушение
паяного шва;
2. После пайки и
Хим. Оке.
требуется
гидрофобизация.
Результаты положительные после испытания образцов в течение 10 суток в камере в условиях влажности 96-98% при темп. 38-42°С
После нанесения и испытаний на циклические изменения нарушений и изменений покрытия не выявлено.
№ электронного блока с ПП, точка замера
Контр.
1-1; 2-2; 3-3; 4-4
До испытаний; Ом,
норма по ТУ 104
В камере тепла; норма по ТУ 300
В камере влаги;
Через 48 часов
после влаги; норма по ТУ 104
2,0 105; 2,0 105; 2,0 105; 2,0 105
2,0 103; о,3 104; 2,6 103; 2,5 103
ПО; 2,0 103; 240; 410
2,0 105; 1,7 105; 0,6 Ю5; 0,7 105
1.С пленкой, нанесённой предлагаемым способом 1-1; 2-2; 33; 4-4
0,7 105; 0,8 Ю5; 0,7 Ю5; 0,6 Ю5
2.4 103; 2,6 юз;
2.5 103; 2,1 юз
1,2 103; 680; 1,9 103; 70
0,7 Ю5; 0,6 105; 0,7 Ю5; 0,6 Ю5
2. С пленкой пленкой, нанесённой предлагаемым способом 1 -1; 2-2; 33; 4-4
1,2 105; 0,6 Ю5; 0,5 105; 0,4 Ю5
2,7 103; 2,8 103; 2,6 103; 2,9 103
2,1 103; 2,4 103; 53; 55
0,9 105; 0,4 105; о,5 Ю5; 0,4 105
3. С пленкой, нанесённой предлагаемым способом 1-1; 2-2; 33; 4-4
1,0 Ю5; 0,7 105; 0,5 105; 2,3 105
2,8 103; 2,6 103; 2,5 103; 2,4 103
48; 440; 1,8 103; 840
1,0 Ю5; 0,4 105; о,5 105; 2,3 105
ФОРМУЛА
1. Способ получения защитной плёнки на, по меньшей мере, части поверхности твёрдого тела, включающий предварительную подготовку поверхности, нанесение композиционного состава на основе фторосодержащего поверхностно-активного вещества и термофиксацию вещества, отличающийся тем, что композиционный состав наносят на дополнительно нагретую после подготовки поверхность твёрдого тела с уровнем шероховатости Ra от 0,001 мкм до 2,5 мкм.
2. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют нагревание поверхности в диапазоне температур от 28°С до 48°С.
3. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют нанесение композиционного состава с получением защитной плёнки толщиной 3-10 нм, предпочтительно 1-8 нм.
4. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют нанесение композиционного состава с получением защитной плёнки со среднеарифметической шероховатостью поверхности от 2,4 нм до 3,7 нм, предпочтительно от 1,6 нм до 2,3 нм.
5. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что нанесение композиционного состава на поверхность осуществляют путём погружения, напыления, смазывания, аэрозольного напыления, активного или пассивного тампонирования.
6. Способ получения защитной плёнки по п. 5, отличающийся тем, что напыление осуществляют вручную или в автоматизированных установках.
7. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что в
качестве композиционного состава используют раствор
фторосодержащего поверхностно-активного вещества,
дополнительно включающий, по меньшей мере, одну
модифицирующую добавку.
8. Способ получения защитной плёнки по п. 7, отличающийся тем, что в качестве фторосодержащего поверхностно-активного вещества используют полимер группы перфторполиэфиров с молекулярной массой более 2000, имеющий общую структурную формулу
CF CF2O I
CF3
-CFCOOH
nCF3
где п - общее число данного элемента, в диапазоне 1-13 включительно; или
Xi-[CF20]n-[C2F4 0]m-[C3F60]i-X2 где n+m+l=5-^50, а каждый из Xi и Х2 независимо друг от друга выбран из группы: CF3, -C2Fs или -C3F7.
9. Способ получения защитной плёнки по п. 7, отличающийся тем, что используют раствор, содержащий фторосодержащее поверхностно-активное вещество в количестве от 0,2 мас.% до 18,5 мас.%.
10. Способ получения защитной плёнки по п. 7, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют фреон, спирт, хладис, воду или любую их возможную комбинацию.
11. Способ получения защитной плёнки по п. 7, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют ингибитор коррозии, антифрикционную добавку, бактерицидную добавку или любую их возможную комбинацию.
12. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют термофиксацию в диапазоне температур от 67°С до 114С° в течение от 45 минут до 117 минут.
13. Способ получения защитной плёнки по п. 1, отличающийся тем, что после нанесения композиционного состава дополнительно осуществляют сушку на открытом воздухе в диапазоне температур от 22°С до 39°С в течение от 3 до 5 минут.
б) Фиг. 1
Хемосорбция
Неполярная часть (молекулы фтора)
Полярная часть (слой адсорбции ПАВ)
Поверхность металлического или неметаллического тела
2-3 М2
Аэрозоль Вручную 2
> 4-5 М
Автоматический Пульверизатор
> ЮМ2
Герметичная емкость 0
^ 20 М
Установка эпиламирования
Фиг. 3
Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "АВТОСТАНКОПРОМ" (ООО "АВТОСТАНКОПРОМ")
Q Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа)
D Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
C09D 127/12 (2006.01)
Согласно международной патентной классификации (МПК)
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК)
C09D 127/12
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
А А
RU 2139902 С1 (ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ, ОСНОВАННОЕ НА ПРАВЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕДЕНИЯ - ЦЕНТРАЛЬНОЕ ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ) 20.10.1999
RU 2401287 С2 (ГАЙДАР СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ и др.) 10.10.2010
JP 2010131569 A (ASAHI GLASS СО LTD) 17.06. 2010
1-13
1-13 1-13
| [последующие документы указаны в продолжении графы В Ц данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* Особые категории ссылочных документов: "Т" более поздний документ, опубликованный после даты
"А" документ, определяющий общий уровень техники приоритета и приведенный для понимания изобретения
"Е" более ранний документ, но опубликованный на дату подачи евразийской заявки или после нее
"О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
Дата действительного завершения патентного поиска: Наименование и адрес Международного поискового opt а Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 123995,Москва, Г-59, ГСП-5,Бережковская наб., 30-1. Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень,
взятый в отдельности "Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории " &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
26 июня 2013 26.06.2013)
Уполномоченное лицо :
О. Николаева
Телефон № (499) 240-25-91
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3.