Создание лакокрасочных покрытий с повышенной устойчивостью к газоабразивной эрозии является актуальной задачей современного материаловедения. Применение эрозионностойких покрытий необходимо для защиты деталей и агрегатов, которые в процессе эксплуатации подвергаются эрозионному воздействию [1–9].

Известно, что в момент удара абразивной частицы о поверхность полимерного покрытия возникают волны механических напряжений, которые приводят к образованию микро- и макротрещин как в толще покрытия, так и на границе раздела «покрытие–подложка» [10–12]. Развитие макротрещин приводит к образованию магистральных трещин и эрозионному разрушению покрытия как за счет выкалывания фрагментов покрытия, так и за счет его отслаивания от защищаемой поверхности [13]. Процесс развития макротрещин тесным образом связан с прочностными, вязкоупругими и адгезионными свойствами покрытий [12]. Эти характеристики зависят как от молекулярной массы пленкообразующего, так и от природы применяемого отвердителя.

С целью выбора оптимального состава связующего для эрозионностойкого покрытия исследовано влияние молекулярной массы эпоксидного олигомера на адгезионные, физико-механические свойства и эрозионную стойкость лаковых покрытий, отверждаемых кремнийорганическим амином АСОТ-2 и низкомолекулярным полиамидом ПО-200. Исследованы эпоксидные олигомеры (образцы 1–4) с молекулярной массой (в атомных единицах массы – а.е.м.): ~1000 (1); ~1600 (2); ~2500 (3); ~3500 (4).

На рис. 1 приведены результаты определения эластичности при растяжении лаковых покрытий на основе эпоксидных олигомеров с молекулярной массой от ~1000 до ~3500 а.е.м., отвержденных кремнийорганическим амином АСОТ-2 и низкомолекулярным полиамидом ПО-200. Прочность при растяжении (эластичность при растяжении) определяли по ГОСТ 29309–92. Видно, что для обоих типов отвердителя эластичность лаковых покрытий монотонно растет с увеличением молекулярной массы эпоксидного олигомера. Природа отвердителя заметно влияет на эластичность лаковой пленки. Лаковые покрытия, отвержденные отвердителем ПО-200, характеризуются более высокой эластичностью (5,1–6,8 мм), чем покрытия, отвержденные отвердителем АСОТ-2 (3,5–5,0). Это определяется тем, что при отверждении эпоксидных олигомеров низкомолекулярным полиамидом образуются структуры с более редкими сетками, чем при отверждении эпоксидных олигомеров отвердителем АСОТ-2 [15–18].

На рис. 2 приведены результаты определения адгезионной прочности лаковых покрытий при нормальном отрыве, которую определяли в соответствии с ISO 4621. С увеличением молекулярной массы эпоксидного олигомера адгезионная прочность лаковых покрытий, отвержденных отвердителями АСОТ-2 и ПО-200, монотонно снижается. Это в значительной мере вызвано теми же причинами, что и увеличение эластичности покрытия с ростом молекулярной массы эпоксидного олигомера [14, 18, 19].

Рисунок 1. Эластичность при растяжении эпоксидных лаковых покрытий, отвержденных отвердителями АСОТ-2 (а) и ПО-200 (б), для образцов с молекулярной массой (а.е.м.): ~1000 (1); ~1600 (2); ~2500 (3) и ~3500 (4)

Рисунок 2. Адгезионная прочность при нормальном отрыве эпоксидных лаковых покрытий, отвержденных отвердителями АСОТ-2 (а) и ПО-200 (б), для образцов с молекулярной массой (а.е.м.): ~1000 (1); ~1600 (2); ~2500 (3) и ~3500 (4)

На рис. 3 приведены результаты определения стойкости лаковых покрытий к газоабразивной эрозии, полученные на установке центробежного типа «Тайфун», в соответствии с СТП 1-595-9-110–84. Эрозионную стойкость покрытий оценивали в циклах. Один цикл соответствует воздействию 800 г абразива дисперсностью 0,5–0,8 мм при скорости вращения ротора установки 2000 об/мин. Испытания проводили при температуре окружающей среды 20±2°С. При испытаниях фиксировали количество циклов, необходимое для разрушения покрытия заданной толщины до подложки.

Рисунок 3. Эрозионная стойкость эпоксидных лаковых покрытий, отвержденных отвердителями АСОТ-2 (а) и ПО-200 (б), для образцов с молекулярной массой (а.е.м.): ~1000 (1); ~1600 (2); ~2500 (3) и ~3500 (4)

Эрозионная стойкость лаковых покрытий немонотонно зависит от молекулярной массы эпоксидного олигомера. Абсолютные значения эрозионной стойкости лаковых покрытий зависят от типа использованного отвердителя. Покрытия, отвержденные отвердителем ПО-200, характеризуются более высокими значениями эрозионной стойкости, чем покрытия, отвержденные отвердителем АСОТ-2. Немонотонный характер зависимости эрозионной стойкости покрытий от молекулярной массы олигомера при монотонном изменении адгезионных свойств и эластичности покрытия с ростом молекулярной массы олигомера свидетельствует о том, что эрозионная стойкость покрытия сложным образом зависит не только от его адгезии к защищаемой поверхности и эластичности, но и существенным образом связана с диссипативными свойствами покрытия. Амплитудные значения механических напряжений, возникающих и распространяющихся в толще покрытия в результате воздействия на его поверхность набегающих абразивных частиц, в большей мере определяются способностью покрытия поглощать и рассеивать энергию удара набегающих абразивных частиц. Диссипативные свойства покрытия сильно зависят от его эластичности и, следовательно, от молекулярной массы эпоксидного олигомера и природы отвердителя [4, 11, 20].

Таким образом, оптимальными для создания эрозионностойких покрытий являются композиции на основе эпоксидных олигомеров и отвердителей, обеспечивающих достаточно высокую эластичность при достаточно высокой адгезии к защищаемой поверхности. Из исследованных композиций таким требованиям удовлетворяет эпоксидный олигомер с молекулярной массой ~1600 а.е.м., отвержденный низкомолекулярным полиамидом ПО-200.