Пара трения скольжения

 

Изобретение относится к приспособлению и машиностроению и может быть использовано в качестве опор в прецизионных приборах, опор роторов высокоскоростных турбин, компрессоров, устройств для контроля размеров, моментов трения, элементов памяти ЭВМ и т.д. Цель изобретения - повышение долговечности за счет снижения коэффициента сухого трения. Пара трения скольжения содержит подвижный элемент с нанесенным на рабочие поверхности нитридом титана и неподвижный элемент с алмазоподобным углеродным покрытием, содержащим водород, в количестве 2-37 ат.%. Пара трения, выполненная с указанными поверхностями, обладает меньшим коэффициентом трения.

Изобретение относится к приборо- и машиностроению, может быть использовано в качестве роторов высокоскоростных турбин, компрессоров, устройств для контроля размеров, моментов трения, весов, элементов памяти ЭВМ. Цель изобретения повышение долговечности за счет снижения коэффициента сухого трения. Пара трения скольжения содержит подвижный опорный элемент, рабочая поверхность выполнена с покрытием из нитрида титана, рабочая поверхность неподвижного опорного элемента выполнена с алмазоподобным углеродным покрытием, содержащим водород в количестве 2-37 ат. Алмазоподобное углеродное покрытие, имеющее добавку водорода, по существу является твердым нетехнометрическим углеродным соединением, эффективно совмещающим свойства твердого износостойкого материала и граничной смазки. Описанный способ получения алмазоподобного покрытия из газообразных углеводородных соединений сравнительно просто реализуется на вакуумных установках типа Булат. Технология нанесения покрытия отличается большой производительностью, обеспечивает высокую адгезию и низкую шероховатость покрытия (0,04). Стендовые испытания пары трения скольжения, проведенные на воздухе и в вакууме (10^-2 Па) со скоростями скольжения поверхностей трения элементов до 75 м/с, показали, что содержание водорода в составе углеродного покрытия в количестве до 37 ат. при сохранении высокой износостойкости обеспечивает в среднем полуторакратное уменьшение коэффициента сухого трения пары покрытий. Однако, высокая концентрация водорода ухудшает механические свойства покрытия микротвердость и соответственно износостойкость. При концентрации водорода, превышающей 37 ат. работоспособность пары трения скольжения по указанным причинам резко падает. Поэтому содержание водорода в алмазоподобном углеродном покрытии целесообразно ограничить указанным пределом. Уменьшение коэффициента трения покрытий снижает момент трения и нагрев подшипников скольжения. Алмазоподобная пленка, полученная пиролизом газообразных углеводородных соединений, содержит водород от нескольких единиц до десятков атомных процентов. Алмазоподобная пленка, легированная водородом, имеет более низкий коэффициент трения по сравнению с нелегированной. Отмеченный эффект обусловлен влиянием водорода, химически связанного с атомами углерода. В указанной пленке образованные связи насыщаются (заполняются) атомами водорода. Алмазоподобные пленки по всему элементному составу содержат основные компоненты-углерод и водород (приблизительно 99 ат. ), а также примеси (приблизительно 1 ат.) N₂, O₂, Ar и другие, попадающие из остаточной атмосферы в процессе осаждения покрытий. Поскольку рассматриваемый углеродный материал практически не содержит металлических примесей, то не является карбидом. Изобретение иллюстрируется следующим примером. Испытывали подшипники скольжения, выполненные по известному решению - прототипу и предложенному. Испытания проводились на стенде, позволяющем разгонять сферический ротор с тонким, толщиной около 1 мкм пленочным покрытием из нитрида титана, до частоты вращения 3000 об/мин. Разгон и выбег ротора осуществляли на 8-ми опорных элементах, установленных в корпусе стенда и имевших испытуемое тонкое (5-10 мкм) пленочное алмазоподобное покрытие рабочих поверхностей. Для снижения износа покрытий рабочие поверхности опорных элементов выполнены в форме сферической выемки. Коэффициенты трения покрытий оценивались по длительности выбега ротора предельной частоты вращения. Расчет коэффициентов трения при этом проводился по известной формуле. μ=Ω_oIτ/PR, где μ коэффициент трения, W_o начальная частота вращения ротора на выбеге, l момент инерции ротора, τ длительность выбега, P вес ротора, R плечо действия трения. Результаты стендовых испытаний в воздушной среде и низком вакууме (до 10 Па) в паре с нитридом титана показали, что коэффициент трения подшипника, выполненного согласно известному решению, составляет 0,26, а согласно предложенному способу с содержанием водорода в покрытии на неподвижном элементе в количестве 37 ат. коэффициент трения составил 0,9, т.е. в три раза ниже. Уменьшение коэффициента трения покрытий снижает момент трения и нагрев пары трения. Реализация предложенного решения обеспечит существенное повышение надежности и долговечности изделий.

Формула изобретения

Пара трения скольжения, содержащая подвижный опорный элемент с покрытием из нитрида титана на рабочей поверхности и неподвижный опорный элемент с алмазоподобным углеродным покрытием на рабочей поверхности, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности за счет снижения коэффициента сухого трения, алмазоподобное углеродное покрытие на рабочей поверхности неподвижного опорного элемента дополнительно содержит водород в количестве 2 37 ат.