Lubrikace, pasivace a hydrofobizace monomolekulární samoorganizující se vrstvou

V rámci Veletrhu strojů, zařízení a technologií pro povrchové úpravy FOR SURFACE 2007 získala Pragochema spol. s r.o. ocenění v soutěži o nejlepší exponát GRAND PRIX-FOR SURFACE za přípravek Pragolub 1300. Jedná se principielně o zcela nový lubrikant vyvinutý pro lubrikaci nábojnic.

Dosavadní způsoby lubrikace povrchu nábojnic využívají lubrikanty na ropné bázi (vosky, vazelíny, oleje), které se případně aditivují dalšími látkami pro zvýšení účinnosti, teplotní stability a životnosti lubrikované vrstvy apod. Dále se užívá lakování nábojnice nebo celého náboje různými nitrolaky, laky na bázi fenolformaldehydových pryskyřic, teflonové kluzné laky apod. Přesto dochází zejména u cvičného střeliva k zasekávání nábojnice při extrakci z nábojové komory. V souvislosti s modernizací střeliva tzv. východních ráží i nově zaváděných ráží a přechodem na nový materiál nábojnice, mosaz CuZn 30, vyvstal zásadní problém funkce v zavedených automatických zbraních, a to především extrakce vystřelené nábojnice po výstřelu. Problém trápí všechny výrobce střeliva.

Rozhodující při hledání principiálně nového způsobu lubrikace byl požadavek na vynechání lubrikace po dokončení výroby celého náboje. Proto bylo rozhodnuto zaměřit se na vývoj přípravku pro sdruženou operaci současné pasivace a lubrikace nábojnice. Sdružená operace se zařadí na konec omílacích operaci nábojnic. Tím se zkrátí a zlevní celý proces výroby a zvýší se jeho bezpečnost, protože se omezí manipulace s hotovými náboji.

Nově vyvíjená technologie pro současnou lubrikaci, pasivaci a hydrofobizaci povrchu vylučuje použití běžných lubrikantů. Nově vyvinutý přípravek Pragolub 1300 využívá poznatky z nanotechnologií. Při aplikaci aktivní složky přípravku reagují s povrchem kovu a vytváří se monomolekulární, vysoce organizovaná vrstva organických látek. Velmi tenká vrstva zajišťuje všechny požadavky na lubrikaci a korozní odolnost, stálost povrchové úpravy a další vlastnosti. V odborné literatuře se tyto vrstvy nazývají „Samoorganizující se monomolekulární vrstvy“ a označují se zkratkou SAM (Self-assembled Monolayer).[1]

Vlastnosti vrstvy

Lubrikační vlastnosti vrstvy se zvyšují se vzrůstající teplotou. Dlouhodobé vystavení lubrikovaného povrchu teplotám (např. 125°C po dobu 10 hodin) způsobí ztmavnutí povrchu mosazi, ale lubrikace povrchu se neztrácí. Lubrikace kovového povrchu je velmi stálá a trvalá. Oproti lubrikaci oleji, vazelínami a vosky se nedá odstranit opláchnutím vodou nebo rozpouštědly, nedá se otřít apod. Vzhledem k hydrofobicitě vrstvy však klasické lubrikanty z ropných produktů dobře přijímá. Vrstva se nedá odstranit běžným mořením v anorganických neoxidujících kyselinách ani většinou odmašťovacích prostředků. Dále, na rozdíl od běžných lubrikací s ropnými produkty, nesnižuje lesk upraveného povrchu. Pro sejmutí vrstvy se dá využít katodické elektrolytické odmaštění, oxidační moření v kyselinách, (opalování v roztocích kyseliny dusičné nebo kyseliny sírové s peroxidem vodíku a stabilizátory peroxidu), omílání s některými chemickými kompoundy. Silná vazba k povrchu kovů prakticky znemožňuje následné galvanické pokovování nebo tvorbu konverzních vrstev (chromátování, fosfátování…), bez předchozího sejmutí vrstvy.[2]

Obr. 1: Snížení rozptylu a zvýšení kadence střelby vlivem lubrikace v Pragolub 1300 
 
 

Hydrofobicita lubrikovaného povrchu zvyšuje odolnost proti postřiku a kondenzaci vody. Tato skutečnost je rychlou orientační zkouškou kvality a přítomnosti lubrikace. Vytvoření kvalitní vrstvy se pozná při důkladném opláchnutí povrchu tekoucí vodou. Hladký dobře lubrikovaný povrch je silně nesmáčivý, hydrofobní. Malé kapénky čisté vody o průměru okolo 1 mm mají na horizontálně orientovaných površích úhel smáčení povrchu okolo 90°, i více než 90°. Ze šikmých a kolmo orientovaných ploch větší kapky vody okamžitě stékají a neudrží se na povrchu. Oklepnutím nebo ofouknutím povrchu se kapky vody odstraní a dá se získat suchý povrch bez nutnosti odpaření vrstvy vody. Hrubé a drsné povrchy zadržují více vody. Hydrofobizovaný povrch má omak obdobný navoskovanému povrchu.

Korozní odolnost lubrikovaných povrchů kovů se zvýší pro běžné atmosférické prostředí. Dobrou odolnost poskytuje pasivovaný a hydrofobizovaný povrch slitin mědi a stříbra v chloridových prostředích a při dlouhodobém ponoru do vody. V prostředí se sulfanem nebo jinými sirnými stimulátory koroze je korozní odolnost nižší. Při expozici ve zrychlené korozní zkoušce s thioacetamidem mosazné povrchy ztmavnou po 48 hodinové expozici, ale zachovají si lubrikační schopnost. Při kapkové zkoušce roztokem 0,01 M AgNO3 na nepasivovaném mosazném povrchu dojde ke ztmavnutí povrchu kovu okamžitě, na povrchu kovu pasivovaného chromanovou pasivací nebo pasivací adsorpční (1% Pragokor Inhibitor MS 4) přibližně po 60 sec, zatímco po lubrikaci a pasivaci povrchu v 2% roztoku přípravku Pragolub 1300 ztmavne povrch až po 2-5 minutách. Tato zkouška je vhodná jako kontrolní metoda pro zjišťování kvality pasivace.

Nová technologie lubrikace, pasivace a hydrofobizace může být vhodnou povrchovou úpravou i pro řadu jiných aplikací. Ne vždy je nezbytné využít všechny vlastnosti povrchu současně. Dají se s výhodou použít i jen dílčí vlastnosti povrchu, například hydrofobicita upraveného povrchu.

Obr. 2: Hydrofobizované povrchy mědi, mosazi, oceli a galvanického povlaku zinku v lázni přípravku Pragolub 1300 
 

Literatura:

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Self-assembled_monolayer
2. Szelag P.,Svachouček V., Hejný J.: Lubrikace, pasivace a hydrofobizace monomolekulární samoorganizující se vrstvou. Sborník Galvanické konference, Bratislava 2007

Ing. Petr Szelag