Композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для модификации трущихся поверхностей кинематических пар. Композиция, содержащая Al2О3 и окисел кремния, дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит. Окисел кремния представляет собой SiO2, а Al2О3 - аморфную модификацию с размерами частиц не более 240 Å. Технический результат - повышение равномерности, стабильности и долговечности антифрикционного покрытия, снижение коэффициента трения. 1 табл.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для модификации трущихся поверхностей кинематических пар.
Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая мас.%: MgSi2О5(OH)4 - 10-60; MgFe2О4 - 10-60; M0S2 - 1-2, сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1-10, Н2О - не более 5, RU 2160856.
Композиция имеет нестабильные гранулометрические характеристики, что обусловливает недопустимую неравномерность покрытия; когезионная прочность его низкая.
Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая 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, Al2О3 | - 20-60 |
| H2O | - 3-10 |
| Примеси пород | - 3-10, |
RU 2006707.
Недостатком этой композиции, принятой за прототип настоящего изобретения, является неравномерная толщина получаемого антифрикционного покрытия, недостаточно низкий коэффициент трения, его нестабильность и недолговечность, особенно в условиях повышенных механических и температурных воздействий, что не позволяет обеспечить высокую износостойкость трущихся поверхностей. Это объясняется тем, что при t°≥90°C композиция модифицирует смазочные масла, как жидкие, так и пластичные; окись кальция, а также закись, кремния не только обусловливают разрыв водородных и углеродных связей насыщенных и ненасыщенных углеводородов, но и препятствуют их последующей рекомбинации.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения равномерности, стабильности и долговечности антифрикционного покрытия, снижения коэффициента трения (до значений не выше 0,0006 при сухом граничном трении); покрытие должно использоваться как при наличии масляной смазки, так и при отсутствии любых видов смазки.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая Al2О3 и окисел кремния, характеризуется тем, что содержит окисел кремния в виде SiO2, Al2О3 - в виде аморфной модификации с размерами частиц не более 240 Å, а также дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит при следующем содержании компонентов, мас.%:
| аморфный Al2O3 с размерами | |
| частиц не более 240 Å | - 5-10 |
| SiO2 | - 70-80 |
| вспученный интеркалированный | |
| графит | - остальное |
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".
Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает важные новые свойства композиции. SiO2 в отличие от SiO (закиси кремния), содержащейся в композиции-прототипе, углеродные и водородные связи углеводородов не рвет, так как в SiO2 нет свободных связей, все связи заполнены O2. Наличие в качестве ингредиента аморфной модификации Al2О3 с размерами частиц не более 240 Å обеспечивает постоянство коэффициента трения на уровне не более 0,0006 в диапазоне температур от -60°С до 900°С. Это объясняется тем, что аморфный Al2O3 с размерами частиц не более 240 Å, увляясь идеальным связующим материалом для антифрикционного покрытия, смягчает каталитические свойства SiO2. В результате предотвращается термодинамически не контролируемый рост кристаллов и сохраняется обратимость автокаталитических реакций. В результате получаемая кристаллическая структура отличается возможностью значительной динамики кристаллитов, что обеспечивает снижение коэффициента трения.
Графит представляет собой слоистую структуру, состоящую из правильных гексагонов, сконденсированных в одной плоскости. Вспучивание представляет собой расслоение кристаллов графита по отдельным плоскостям. Предварительное интеркалирование графита (ослабление межслойных связей) обусловливает механохимическую активацию слоев графита и позволяет облегчить процесс вспучивания. Этот процесс может, в частности, осуществляться согласно изобретению RU 2133720: "Способ Велика Б.М. вспучивания интеркалированного графита". Наличие в композиции вспученного интеркалированного графита обеспечивает самоорганизующуюся агломерацию SiO2 и аморфного Al2O3 в агрегаты с оптимальным модулем упругости и коэффициентом пластичности. Кроме того, при наличии смазки вспученный интеркалированный графит играет роль функциональных групп в процессе превращения макромономеров как продуктов износа масел в реакционно-способные олигомеры (РСО), которые сшиваются в объемные структуры, обеспечивающие весьма низкий коэффициент трения. При этом SiO2 является катализатором сшивки РСО по радикальному типу.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".
Реализация изобретения поясняется результатами испытания композиции.
Во всех примерах композиция представляла собой высокогомогенизированную смесь порошков ингредиентов с размерами частиц не более 240 Å.
Триботехнические испытания проводились на роликовой машине трения 2070-СМТ-1 с использованием узла трения в виде неподвижного плоского образца, контактирующего с вращающимся валом. Образец в виде плоской пластины зажимался в специальном держателе, закрепленном на подвижной каретке. При повороте каретки образец соприкасался с вращающимся роликом, частично погруженным (на 3-4 мм) в масляную ванну емкостью 100 мл. Ванна была снабжена устройствами для охлаждения и подогрева находящегося в ней масла. В качестве материала для неподвижного плоского образца использовалась холоднокатаная нагартованная лента шириной 10 мм из низкоуглеродистой стали, имеющая шероховатость Ra=0,35 мкм и твердость 207HV (лента 0,8КП-ВН-1-0,4×10, ГОСТ 503-81). Использование в качестве неподвижного контртела стальной ленты предусматривало возможность дальнейшего изучения полученных при испытаниях поверхностей трений физическими методами.
Вращающийся ролик диаметром D=46 мм и шириной 10 мм был изготовлен из стали ШХ-15, наиболее часто применяемой в узлах трения сталь-сталь на экспериментальных установках. Шероховатость цилиндрической рабочей поверхности ролика после шлифования оценивается величиной Ra≈0,60 мкм, твердость 63 HRC. Частота вращения ролика при испытаниях составляла ω=400 мин-1, что соответствовало линейной скорости скольжения в трибоконтакте v=1 м/с.
В качестве основных показателей, характеризующих интенсивность протекающих процессов трения и изнашивания для выбранных условий испытания, приняты:
V - объемный износ;
fc - средний за испытание коэффициент трения;
Ih - линейная интенсивность изнашивания;
Рдм - максимально допустимое давление в трибоконтакте для принятых условий смазывания.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
| Таблица 1. | ||||||
| № испыт. | компоненты | мас.% | V м3×10-3 | fc | Ih | Рдм (МПа) |
| I | Al2O3 | 5 | ||||
| SiO2 | 70 | 0,00011 | 0,0006 | 7×10-14 | 5,1 | |
| Вспученный | 25 | |||||
| интеркалированныи графит | ||||||
| II | Al2O3 | 7 | ||||
| SiO2 | 75 | 0,00013 | 0,0007 | 6,2×10-14 | 5,1 | |
| Вспученный | 18 | |||||
| интеркалированныи графит | ||||||
| III | Al2O3 | 8 | ||||
| SiO2 | 77 | 0,00014 | 0,00075 | 6,0×10-14 | 5,1 | |
| Вспученный интеркалированныи графит | 15 | |||||
| IV | Al2O3 | 10 | ||||
| SiO2 | 80 | 0,00017 | 0,0009 | 5,7×10-14 | 5,1 | |
| Вспученный интеркалированныи графит | 10 | |||||
| V | MgO | 25 | ||||
| CaO | 25 | |||||
| SiO2 | 22 | |||||
| Прототип | 2,5 | 0,046 | 16,1×10-10 | 5,1 | ||
| Al2O3 | 20 | |||||
| H2O | 3 | |||||
| Примеси пород | 5 |
Приведенные испытания показали, что заявленная композиция обеспечивает, практически, безызносное трение.
Основные триботехнические показатели изобретения на несколько порядков выше в сопоставлении с прототипом.
Композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая Al2О3 и окисел кремния, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит, окисел кремния представляет собой SiO2, а Al2О3 - аморфную модификацию с размерами частиц не более 240 Å, при этом содержание компонентов, мас.%:
| Аморфный Al2O3 с размерами частиц не более 240 Å | 5-10 |
| SiO2 | 70-80 |
| Вспученный интеркалированный графит | Остальное |
