Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в узлах трения. Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей заключается в том, что между трущимися поверхностями размещают предварительно механоактивированную смесь размельченного формирующего антифрикционное покрытие вещества со связующим. В качестве формирующего антифрикционное покрытие вещества используют композицию природных минералов, содержащую, мас.%: Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 10-60, MgFe₂O₄ - 10-60, MoS₂ - 1-20, сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1-10, H₂O - не более 5; предварительную механоактивацию можно проводить с пульсацией давления 0,01 - 10 МПа при 100 - 200°С. Технический результат - повышение стабильности, прочности и долговечности антифрикционного покрытия трущихся поверхностей.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в узлах трения.

Известен способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями предварительно размещают механоактивированную смесь природного серпентинита дисперсностью 0,001-1 мкм в количестве 2-4 мас.%, см., например, патент Российской Федерации N2006708 по кл. F 16 C 33/14 от 22.12.92.

Недостатком этого способа является низкое качество образуемого покрытия, которое не обеспечивает достаточную износостойкость трущихся элементов.

Известен также способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями размещают предварительно механоактивированную смесь размельченного формирующего антифрикционное покрытие вещества со связующим, при этом в качестве такого вещества используют природный серпентинит, содержащий, мас.%: MgO, CaO - 20 - 60 SiO, Al₂O₃ - 20 - 60 H₂O - 3 - 10 Примеси пород - 3-10 Предварительную механоактивацию производят пульсацией давления 0,1 - 1,0 МПа при 40-100^oC, размещение смеси и приработку трущихся поверхностей осуществляют при температуре механоактивации, см. патент Российской Федерации N2006707 по классу F 16 C 33/14 от 03.07.92.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является неравномерная толщина получаемого антифрикционного покрытия, его нестабильность и недолговечность, особенно в условиях повышенных механических и температурных воздействий, что не позволяет обеспечить высокую износостойкость трущихся поверхностей.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения стабильности, прочности и долговечности антифрикционного покрытия трущихся поверхностей, в том числе при интенсивных механических и температурных воздействиях, обеспечение высокой износостойкости этих поверхностей.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающемся в том, что между трущимися поверхностями размещают предварительно механоактивированную смесь размельченного формирующего антифрикционное покрытие вещества со связующим, в качестве формирующего антифрикционное покрытие вещества используют композицию природных минералов, содержащую, мас. %: Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 10-60; MgFe₂O₄ - 10-60; MoS₂ - 1-20, сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1-10, H₂O - не более 5; предварительную механоактивацию можно проводить с пульсацией давления 0,01 - 10 МПа при 100-200^oC.

Указанные границы параметров определяются следующими условиями. Присутствие в композиции менее 10 или более 60% Mg₃Si₂O₅(OH)₄ или MgFe₂O₄ значительно уменьшает скорость образования антифрикционного покрытия и отрицательно сказывается на его прочности. Уменьшение ниже 1% либо увеличение свыше 20% содержания MoS₂ ухудшает антифрикционные качества покрытия. Присутствие в композиции редкоземельных элементов увеличивает коррозионную стойкость покрытия, а наличие в исходной композиции более 10% воды резко снижает ее. Пульсация давления от 0,01 до 10 МПа в процессе механоактивации позволяет достичь высокой степени дисперсности композиции в связующем, что значительно уменьшает скорость седиментации взвеси и тем самым повышает скорость образования и качество антифрикционного покрытия. Температурный диапазон от 100 до 200^oC позволяет интенсивно испарять воду в процессе механоактивации, не нарушая структуру связующего.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает возникновение нового эффекта, заключающегося в следующем.

Ионы Mg занимают место ионов Fe в кристаллической решетке поверхностного слоя трущихся деталей ввиду большей активности Mg. При этом образуется основа, на которой формируется металлокерамическое антифрикционное покрытие, включающее три взаимосвязанных слоя: нижний, относительно мягкий, имеющий высокую степень адгезии с защищаемой поверхностью, промежуточный слой, являющийся базой для формирования внешнего слоя, поверхность которого представляет собой таблично-регулярную кристаллическую структуру. Благодаря этому повышается стабильность, прочность и долговечность антифрикционного покрытия, в том числе при повышенных механических и температурных воздействиях, повышается износостойкость трущихся поверхностей.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о влиянии заявленных отличий на достигаемый результат, в связи с чем можно сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Заявленный способ реализуют следующим образом.

Пример.

В моторное масло с вязкостью по SAF 10W40 внесли 0,5 мас.% порошка, содержащего, мас.%: Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 4O MgFe₂O₄ - 40 MoS₂ - 12 Редкоземельные элементы - 3
H₂O - 5
Смесь механоактивировали между неподвижным и вращающимся перфорированными дисками с зазором 0,01 мм между ними и угловой скоростью до 150 м/с в течение 5 мин. При этом давление резко изменялось от 0,01 до 10 МПа, температура возросла от 20 до 200^oC. Механоактивированную смесь ввели между образцом и контртелом машины 2070 СМТ-1 для испытания материалов на трение и износ.

Пары трения скольжения были изготовлены из стали марки 4Х13 твердостью HRC 60-64 по ГОСТ 2789-73. Контактная нагрузка составляла 160 кгс, скорость вращения образца поддерживалась 200 об/мин в течение 5 ч.

В результате прирост массы образца достиг 2,16·10^-3 г, что связано с образованием антифрикционного покрытия. При этом коэффициент трения составил 0,01 для образца с покрытием и 0,063 для образца без покрытия. Относительный износ в результате формирования антифрикционного покрытия уменьшился в 52 раза.

Для пролонгации эффекта возможно периодическое внесение формирующего антифрикционное покрытие вещества. При этом периодичность определяется по изменению эксплуатационных параметров машин и механизмов.

Для реализации способа использованы распространенные природные минералы и обычное промышленное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями размещают предварительно механоактивированную смесь размельченного формирующего антифрикционное покрытие вещества со связующим, отличающийся тем, что в качестве формирующего антифрикционное покрытие вещества используют композицию природных минералов, содержащую, мас.%:
Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 10 - 60
MgFe₂О₄ - 10 - 60
MoS₂ - 1 - 20
Сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1 - 10
Н₂О - Не более 5
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную механоактивацию проводят с пульсацией давления 0,01 - 10 МПа при 100 - 200^oC.