Антифрикционный самосмазывающий материал

Использование: в средненагруженных узлах трения скольжения, а также в качестве твердой смазки в тяжелонагруженных узлах трения. Сущность: материал содержит, мас.%: кокс 15-25, медь12-18, свинцово-боросиликатное стекло 2-5, эпоксидная смола 7-13, графит - остальное. Технический результат - снижение коэффициента трения и интенсивности изнашивания, повышение нагрузочной способности в различных режимах трения. 1 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к твердым антифрикционным самосмазывающим материалам и может быть использовано в средненагруженных узлах трения скольжения различных областей техники, а также в качестве твердой смазки в тяжелонагруженных узлах трения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен антифрикционный самосмазывающий материал, содержащий угольный порошок, эпоксидную смолу, полиалюмофенилсилоксановую смолу и сухое смазочное вещество (Пат. Франции №2146910, 1973). Недостатками материала являются высокие коэффициенты трения (свыше 0,15) и интенсивность изнашивания (9,5 мкм/км и более).

Известен самосмазывающий материал, содержащий дисульфид молибдена, кокс каменноугольного пека, кокс фурсиновой смолы и графитированный нефтяной кокс (Авт. свид. СССР №954416, 1982). Материал предназначен для использования в вакууме при повышенных температурах, имеет повышенные коэффициенты трения и невысокую нагрузочную способность (до 0,5 МПа).

Известен также антифрикционный самосмазывающий материал (Авт. свид. СССР №1177321, 1985), который содержит следующие компоненты, мас.ч.: эпоксидная диановая смола - 9-11; графит скрытокристаллический - 28-32; каолин - 75-85; моноцианэтилдиэтилентриамин - 21,5-24. Материал имеет достаточно низкий коэффициент трения (до 0,09), однако за счет высокого содержания эпоксидной смолы он имеет высокую интенсивность изнашивания и низкую нагрузочную способность.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков, т.е. прототипом, является антифрикционный самосмазывающий материал на основе графита (Пат. РФ №2132364. Антифрикционный самосмазывающий материал. - Опубл. 27.06.99. Бюл.№18). Материал содержит компоненты, мас.%:

Кокс	10-20
Дисульфид молибдена	5-10
Эпоксидная диановая смола	5-10
Графит	До 100

Недостатками прототипа являются высокая интенсивность изнашивания (4,5-8,0 мкм/км), низкая нагрузочная способность (до 1,0 МПа) и относительно высокие коэффициенты трения (0,055-0,083).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретательская задача состояла в разработке антифрикционного самосмазывающего материала с низкими интенсивностью изнашивания и коэффициентами трения и высокой нагрузочной способностью.

Поставленная задача достигается путем создания антифрикционного самосмазывающего материала на основе графита, включающего кокс и эпоксидную смолу, причем он дополнительно содержит медь и порошок свинцово-боросиликатного стекла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кокс	15-25
Медь	12-18
Свинцово-боросиликатное стекло	2-5
Эпоксидная смола	7-13
Графит	Остальное

Исходные компоненты, входящие в состав самосмазывающего материала, используют, как правило, следующих марок: порошок кокса каменноугольного пека по ТУ 3213-91 используется для получения угольно-графитовых изделий; порошок меди марок ПМС-1, ПМС-2 по ГОСТ 4960-75 и порошок графита марки ЭУТ-2 по ГОСТ 10274-79 используются в порошковой металлургии для изготовления деталей конструкционного и антифрикционного назначения; эпоксидная смола в порошке, согласно ТУ 6-10-1890-83, выпускается ОАО «Лакокраска» (г. Ярославль) и используется как связующее фасадных красок.

Свинцово-боросиликатное стекло, используемое в изобретении, промышленностью не выпускается и было специально получено как низкотемпературная стеклофаза в качестве твердого включения в самосмазывающий материал.

Свинцово-боросиликатное стекло содержит от 30 до 70 мас.% оксида свинца, от 3 до 40 мас.% диоксида кремния, от 15 до 50 мас.% оксида бора. Для повышения химической стойкости в его состав вводились оксиды: Na₂O (до 10 мас.%), Аl₂О₃ (до 3 мас.%), СаО (до 7 маc.%). Стекло варилось из сырьевых материалов: безводной кремнекислоты - SiO₂, свинцового сурика - Рb₃O₄, борной кислоты - Н₃ВO₄, кальцинированной соды - Nа₂СО₃, карбоната кальция - СаСО₃, гидроксида алюминия - Аl(ОН)₃ при температуре 1250°С в течение 1 часа. Плотность полученных стекол - 2870-4820 кг/м³, температура начала размягчения их - в пределах 408-564°С.

Полученные стекла измельчались в мельнице (бисерной, ударно-отражательной) и отбирались фракции 45-60 мкм, которые вводились в шихту самосмазывающего материала.

Использование заявленной совокупности существенных признаков позволяет получить достигаемый технический результат, а именно: снизить интенсивность изнашивания в 3-14 раз и коэффициенты трения - в 1,2-3,0 раза, увеличить нагрузочную способность в 2,5-4,5 раза.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1. 15 г (15 мас.%) кокса, 12 г (12 мас.%) меди, 2 г (2 мас.%) свинцовоборосиликатного стекла, 7 г (7 мас.%) порошка эпоксидной смолы и 64 г (64 мас.%) графита смешивали в смесителе с внецентренной осью в течение 1,0-1,5 часа. Полученную смесь прессовали в стальных пресс-формах под давлением 1,5 т/см² и полученную заготовку спекали при температуре 190-220°С (температуре полимеризации эпоксидной смолы) в течение 2,5-3,0 час.

Пример 2. 20 г (20 мас.%) кокса, 15 г (15 мас.%) меди, 3 г (3 мас.%) свинцовоборосиликатного стекла, 10 г (10 мас.%) порошка эпоксидной смолы и 52 г (52 мас.%) графита совместно смешивали в течение 1,0-1,5 час. Из полученной смеси под давлением 1,5 т/см (150 МПа) прессовали образцы, которые спекали в термошкафу при температуре не выше 220°С.

Пример 3. 25 г (25 мас.%) кокса, 18 г (18 мас.%) меди, 5 г (5 мас.%) свинцовоборосиликатного стекла, 13 г (13 мас.%) порошка эпоксидной смолы и 39 г (39 мас.%) графита смешивали в смесителе в течение 1,0-1,5 час, прессовали из смеси образцы под давлением 1,5 т/см² и спекали их в термошкафу при температуре 200-220°С в течение 2,5-3,0 час.

Полученные образцы были испытаны на трение и износ на серийной машине трения ИИ-5018 по общепринятой методике оценки антифрикционных свойств. Схема испытаний: «диск-колодка» с коэффициентом взаимного перекрытия 1:12. Диск - контртело был выполнен из стали 45 (HRC 48-50), колодкой служили полученные образцы.

Режим трения: скорость скольжения - 1 м/с, давление повышалось ступенчато от 1 МПа до резкого увеличения момента трения, смазкой служили вода или индустриальное масло И-20, часть испытаний проводилась без смазки.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица.
№ примеров	Свойства материалов
	Коэффициент трения	Интенсивность изнашивания, мкм/км	Нагрузочная способность, МПа
1	0,056	0,5	3
2	0,025	0,4	4,5
3	0,06	1,8	2,5
прототип	0,072	5,5	1.0

Из таблицы видно, что в заявляемом интервале значений содержания компонентов в антифрикционном самосмазывающем материале на основе графита поставленная цель достигается: интенсивность изнашивания снижается в 3-14 раз, коэффициенты трения снижаются в 1,2-3,0 раза, нагрузочная способность (удельная нагрузка до потери работоспособности образца) повышается в 2,5-4,5 раза.

К достоинствам предлагаемого материала можно отнести также возможность работы его в теплонагруженных узлах (до 250°С) без смазки, а за счет высокого содержания графита материал может служить твердой смазкой в тяжелонагруженных узлах трения.

Антифрикционный самосмазывающий материал на основе графита, включающий кокс и эпоксидную смолу, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь и свинцово-боросиликатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кокс	15-25
Медь	12-18
Свинцово-боросиликатное стекло	2-5
Эпоксидная смола	7-13
Графит	остальное