Способ изготовления вкладышей подшипников скольжения

 

Использование: изготовление и восстановление вкладышей подшипников скольжения дизельных двигателей. Сущность изобретения: на стальное основание наносят несущий антифрикционный слой из порошка бронзы методом плазменного напыления. К порошку бронзы в соотношении 2 : 1 добавляют графит, плакированный сплавом медь-никель, а напыление производят с помощью плазматрона с постоянно возобновляющимся катодом в плазмообразующей смеси углекислого газа и углеводородов, обогащенной углеводородами. 2 табл.

Изобретение относится к машиностроению, судостроению и судоремонту, в частности может использоваться для изготовления и восстановления вкладышей подшипников скольжения дизельных двигателей.

Известны конструкции вкладышей подшипников скольжения, состоящих из стальной подложки, на которую методами центробежного или кокильного литья наносится слой оловянно-свинцовистой бронзы или баббита [1] Недостатками таких подшипников являются их склонность к схватыванию при больших удельных нагрузках, а у баббитовых это низкая усталостная прочность и несущая способность.

За прототип принят способ изготовления вкладышей подшипников скольжения [2] Известный способ включает плазменное напыление антифрикционных слоев из бронзовых порошков на стальную основу тонкостенного вкладыша. После плазменного напыления рабочий слой имеет мелкопористую структуру, позволяющую удерживать масло на рабочей поверхности в условиях недостаточной смазки, например, при пуске двигателя.

Недостатком известного способа является то, что для плазмообразования используется инертный газ аргон и его смеси, который при напылении не может обеспечить надежной защиты расплавленных частиц порошка от кислорода воздуха. Это ведет к окислению частиц, формирующих покрытие и, как следствие, к уменьшению адгезии покрытия к подложке. Кроме того, известный способ изготовления вкладышей предусматривает для повышения антифрикционных свойств пропитку покрытия серусодержащими растворами, их нагрев и выдержку при определенной температуре, что усложняет и удлиняет технологический цикл. Другими недостатками аргона являются его дефицитность и дороговизна.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Изменение соотношения между углеводородами и углекислым газом в плазмообразующей смеси позволяет изменять окислительно-восстановительный потенциал плазменной струи, в которой происходит плавление и транспортировка порошка. Это, как показал анализ состава покрытий, позволяет путем подбора режима вести процесс в неокислительной атмосфере и даже науглероживать поверхностный слой частиц, слагающих покрытие.

Минимальное окисление контактирующих поверхностей частиц позволяет увеличить адгезионно-когезионную прочность плазменного покрытия.

Улучшение антифрикционных свойств бронзового покрытия достигается введением в исходную порошковую смесь порошка графита, плакированного тонким (2-4 мкм) слоем медно-никелевого сплава или никеля. Графит при этом выполняет роль твердой смазки, а плакирующий слой металла обеспечивает связь графитовых частиц с покрытием. Плазменное напыление графитсодержащего порошка позволяет создать условия, при которых исключается окисление графита в высокотемпературной плазменной струе.

Таким образом, при плазменном напылении механической смеси бронзового и графитсодержащего порошков на стальную основу образуется покрытие, состоящее из прочносвязанной с подложкой бронзовой матрицы и равномерно распределенных в матрице чешуек графита, выполняющих функции твердой смазки. Соотношение между объемами бронзового и графитсодержащего порошков в смеси должно быть 2:1. Избыток графита уменьшает когезионную прочность покрытия делает его рыхлым, что при достижении нагрузки 100 кг/см² вызывает осыпание покрытия и его быстрый износ. Уменьшение содержания графитового порошка в покрытии вызывает увеличение коэффициента трения и рост температуры в контакте до 100^оС при меньшей удельной нагрузке.

П р и м е р. Для испытаний был взят плазмотрон ПВК с постоянно возобновляющимся катодом из плазмообразующей смеси углеводородов и углекислого газа (СН₄+СО₂).

Покрытия напылялись из смеси порошков оловянно-свинцовистой бронзы и плакированного графита, взятых в разных соотношениях, через подслой из порошка Ni Al, подложкой служила сталь 20.

Режим напыления: ток дуги 130А, напряжение на дуге 140 В. Расход плазмообразующей смеси газов 1,2-1,5 м³/ч. При этом в смеси, обогащенной углеводородами, соотношение СО₂:CH₄ было 1:1, в смеси, обогащенной окислителем, СО₂: CH₄= 5: 1. Дистанция напыления составляла 150-180 мм, толщина слоя покрытия ≈0,5-0,7 мм.

Угол загиба покрытия, нанесенного в плазмообразующей смеси, обогащенной окислителем (углекислым газом) составил ≈30^о до растpескивания покрытия, а при обогащении восстановителем (углеводороды) угол загиба до растрескивания 110-120^о, что выше требований ОСТ 24.067.40-84 (см. табл.1).

Коэффициент трения покрытий определялся на машине трения по методу "ролик-колодка". Колодка изготавливалась из нормализованной стали 45 и прижималась к ролику с нанесенным на него покрытием. Термопарой замерялась температура в зоне трения, которая по условиям эксплуатации не должна превышать 100^оС.

Результаты испытаний коэффициента трения приведены в табл.2.

Как видно из примеров, приведенных в табл.1 и 2, использование обогащенной углеводородами смеси позволяет увеличить угол загиба пластины с покрытием в 2-3 раза по сравнению с прототипом. Использование смеси порошков бронзы и плакированного графита позволяет увеличить нагрузку в подшипнике до 100 кг.см² при одинаковой с прототипом температуре в контакте ролик-колодка (100^оС), при этом коэффициент трения К_тр меньше, чем у прототипа.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, включающий нанесение на стальное основание несущего антифрикционного слоя из порошка бронзы методом плазменного напыления, отличающийся тем, что к порошку бронзы добавляют в соотношении 2 1 графит, плакированный сплавом медь-никель, а напыление проводят плазмотроном с постоянно возобновляющимся катодом в плазмообразующей смеси углекислого газа и углеводородов, обогащенной углеводородами.

РИСУНКИ

Рисунок 1