Способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для упрочнения поверхностей деталей, в частности в способах формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения. Способ заключается в том, что на поверхность пары трения после ее пластического деформирования ультразвуком наносят слой из высокопрочных композиционных материалов электроискровым методом или плазменным напылением, подвергают нанесенный слой пластическому деформированию ультразвуком, после чего наносят слой из высокодисперсных природных минералов, который также подвергают пластическому деформированию ультразвуком. Использование изобретения обеспечивает повышение износостойкости поверхности и увеличение долговечности пар трения. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для упрочнения поверхностей деталей, в частности в способах формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения с использованием энергии ультразвуковых колебаний.

Известен "Способ упрочнения поверхности металлических изделий" (см. описание изобретения к а.с. 1756125, кл. В 24 В 39/00, С 21 D 1/04, опубл. в 1992 г. ), при котором инструменту сообщают ультразвуковые колебания, а в процессе обработки охлаждают путем подачи хладагента на его рабочую поверхность, при этом изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, содержащей порошкообразные медьсодержащие вещества, а рабочую поверхность инструмента охлаждают до температуры 285-275 К.

Недостатком известного способа является низкое качество поверхностного слоя, что в свою очередь приводит к снижению износостойкости детали.

Известен "Способ упрочнения с ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей" (см. описание изобретения к а.с. 1426764, кл. В 24 В 39/00, опубл. в 1988 г.), который выбран в качестве прототипа к заявляемому изобретению.

В известном способе деталь вращают и подвергают поверхностному пластическому деформированию со статическим усилием, а инструменту сообщают осевую подачу и ультразвуковые колебания в продольном и поперечном направлениях, при этом в качестве инструмента выбирают цилиндрический ролик, образующую которого располагают параллельно образующей цилиндрической детали, а его ось располагают под углом к оси детали и дополнительно сообщают ему принудительное вращение относительно собственной оси и угловое возвратно-поступательное перемещение по образующей детали, а ультразвуковые колебания передают на две зоны цилиндрического ролика, отстоящих от центра пятна контакта цилиндрического ролика с деталью на расстоянии не менее, чем величина хода цилиндрического ролика вдоль своей оси.

Однако известный способ, направленный на упрочнение поверхностей деталей, не обеспечивает получения поверхностного слоя высокого качества, а следовательно, повышения износостойкости и долговечности деталей.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении износостойкости поверхности и увеличении долговечности пары трения за счет снижения коэффициента трения и упрочнения покрытия поверхности.

Указанная задача решается за счет того, что в способе формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения, при котором поверхность пары трения подвергают пластическому деформированию ультразвуком, согласно изобретению на поверхность пары трения после ее пластического деформирования ультразвуком наносят слой из высокопрочных композиционных материалов электроискровым методом или плазменным напылением, подвергают нанесенный слой пластическому деформированию ультразвуком, после чего наносят слой из высокодисперсных природных минералов, который подвергают также пластическому деформированию ультразвуком, при этом в качестве высокопрочных композиционных материалов используют нитриды, карбиды или бориды тугоплавких металлов, а в качестве высокодисперсных природных минералов используют преимущественно материалы, имеющие слоистую структуру и обладающие пьезоэффектом.

Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения являются нанесение на поверхность пары трения после ее пластического деформирования ультразвуком слоя из высокопрочных композиционных материалов и слоя из высокодисперсных природных минералов и пластическое деформирование ультразвуком каждого нанесенного слоя.

В результате пластического деформирования ультразвуком поверхности исходного материала пары трения происходит упрочнение поверхностного слоя, являющегося основой для последующих наносимых слоев, образующих многослойное покрытие.

Дальнейшее упрочнение поверхности пары трения осуществляется путем формирования покрытия. При этом первый слой из высокопрочных материалов наносят электроискровым методом или плазменным напылением и подвергают пластическому деформированию ультразвуком. В результате этого повышается качество покрытия, приводящее к увеличению износостойкости поверхности пары трения.

Второй слой покрытия из высокодисперсных природных минералов наносят в виде порошка или жидкого раствора, основу которого могут составлять масло, вода, СОЖ или другое вязкое вещество, и подвергают нанесенный слой также пластическому деформированию ультразвуком.

В качестве высокодисперсных природных минералов используют преимущественно те, которые имеют слоистую структуру и обладают пьезоэффектом, например минералы из группы серпентинитов.

Под воздействием ультразвука такой материал практически вбивается в предшествующий слой и образует структуру с высокими прочностными свойствами.

Эффект упрочнения поверхности пары трения достигается за счет высоких прочностных и специфических свойств используемых высокодисперсных природных минералов, позволяющих также снизить коэффициент трения. Это приводит к повышению износостойкости поверхности пары трения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении износостойкости поверхности и увеличении долговечности пары трения за счет снижения коэффициента трения и упрочнения покрытия.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью существенных отличительных признаков.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано для упрочнения поверхностей деталей, применяемых в машиностроении.

Пример осуществления изобретения.

Производилась обработка наружной поверхности втулки из стали 20Х твердостью 240 НВ на токарном станке 1А 616 с применением акустической системы.

Режим обработки: частота вращения детали 250 об/мин; подача 0,06 мм на оборот.

После пластического деформирования ультразвуком поверхности исходного материала втулки в указанном режиме наносили первый слой на основе карбида вольфрама электроискровым методом на установке М1.105,1.

Глубина нанесенного слоя составила 0,01 мм.

Этот слой подвергали пластическому деформированию ультразвуком в указанном режиме.

В качестве второго слоя наносили порошок серпентинита. Нанесенный слой подвергали пластическому деформированию ультразвуком в указанном режиме.

Глубина второго слоя составила 0,01 мм.

Глубину полученного двухслойного покрытия определяли на косом шлифе приборами ПНТ-3 и МНТ-4.

Испытания на интенсивность изнашивания проводились на обкаточном стенде, иммитирующем эксплуатационный режим работы втулки в натуре: скорость вращения детали 3200 об/мин; рабочее давление 5 кГ/см²; смазка водой.

Максимальное рабочее давление, которое выдерживала втулка при смазке водой, составляло 28 кГ/см².

В качестве контртела использовалась втулка с бронзофторопластовым покрытием. Время трения в указанном режиме на базе 800 часов работы. После окончания приработочного режима износостойкость составила 8,9•10^-14.

Шероховатость изменилась с исходной R_a=0,35 мкм до после испытаний R_a= 0,78 мкм.

Изменения коэффициента трения проверялись в паре ролик-ролик.

Вращающийся образец был выполнен из контрольной стали Ю-3, а неподвижный образец выполнен из стали 45.

Проверка проводилась на машине трения при следующем режиме: нагрузка составляла 200 Н, а скорость вращения - 2000 об/мин.

Коэффициент трения образца без покрытия равнялся 0,21. Коэффициент трения образца с покрытием согласно заявляемому изобретению снизился до 0,05.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает достижение технического результата.

Формула изобретения

1. Способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения, включающий пластическое деформирование поверхности пары трения ультразвуком, отличающийся тем, что на поверхность пары трения после ее пластического деформирования ультразвуком наносят слой из высокопрочных композиционных материалов электроискровым методом или плазменным напылением, подвергают нанесенный слой пластическому деформированию ультразвуком, после чего наносят слой из высокодисперсных природных минералов, который подвергают также пластическому деформированию ультразвуком.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокопрочных композиционных материалов используют нитриды, карбиды или бориды тугоплавких металлов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокодисперсных природных минералов используют преимущественно материалы, имеющие слоистую структуру и обладающие пьезоэффектом.