Способ получения комбинированного металлофторопластового материала

Изобретение относится к области получения антифрикционных самосмазывающихся материалов и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной, химической и других областях техники в узлах сухого трения. Предложен способ получения комбинированного металлофторопластового материала, включающий предварительное бронзирование пластины из низкоуглеродистой стали, припекание бронзолатунной сетки в герметичном контейнере, заполнение пор припеченной сетки фторопластовой композицией и ее спекание. Порошок бронзы для бронзирования пластин получают путем нагрева смеси порошка меди и олова в герметичном контейнере в угольной засыпке. Предварительное бронзирование пластин из низкоуглеродистой стали осуществляют припеканием и оплавлением полученного порошка бронзы. Заполнение пор сетки осуществляют впрессовыванием порошковой шихты, содержащей фторопласт-4 и свинец, после чего производят алюминирование незащищенной фторопластовой композицией поверхности пластины путем нанесения слоя алюминиевой пудры через слой фосфорной кислоты. Спекание осуществляют на воздухе под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4. Изобретение направлено на упрощение технологического процесса и повышение технических свойств материала.

 

Изобретение относится к области получения антифрикционных самосмазывающихся материалов и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной, химической и других областях техники в узлах сухого трения.

Известен способ (Патенты РФ №1415572, B 22 F 7/04, 10.01.96; №1418999, B 22 F 7/04, 10.01.96) получения металлофторопластового материала, который включает предварительную обработку стального листа с двух сторон диффузионным бронзированием из насыщающей смеси, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки в защитной атмосфере, заполнение пор припеченной сетки вкатыванием на вальцах пасты на основе водной суспензии фторопласта-4Д (Ф-4Д) с наполнителем, спекание Ф-4Д в защитной атмосфере. Недостатком этого метода является использование защитных атмосфер, неравномерность бронзового слоя после диффузионного бронзирования и нетехнологичность нанесения бронзового покрытия, накопление большого количества отходов насыщающей смеси; использование водной суспензии Ф-4Д, что приводит к повышенной пористости в полимерном слое.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биметаллического металлофторопластового материала (РФ №2212307, B 22 F 7/04, 20.09.03), в котором предварительная обработка стальной основы осуществляется диффузионным бронзированием из обмазок в герметичном контейнере. Припекание бронзолатунной сетки осуществляется кассетным способом в герметичном контейнере. Заполнение пор припеченной сетки осуществляется впрессовыванием композиционной неориентированной фторопластовой пленки, содержащей 80 мас.% фторопласта-4 (Ф-4) и 20 мас.% сульфата свинца, повторное спекание Ф-4 в кассете под слоем древесного угля.

Прототипу присущи следующие недостатки - неравномерность бронзового покрытия и коробления стальных листов при бронзировании, наличие отходов диффузионной обмазки; окисление незащищенных полимером металлических поверхностей многослойного материала при повторном спекании фторопластовой композиции, невысокая износостойкость, трудоемкость подготовки неориентированной фторопластовой пленки.

Изобретение решает задачу упрощения технологического процесса и повышения триботехнических свойств материала за счет введения оптимального количества свинцовистого наполнителя и его диспергирования во фторопластовой матрице, безотходность технологического процесса.

Способ включает предварительное бронзирование стального листа с одной стороны, припекание к нему пористого слоя в виде бронзолатунной сетки, заполнение пор припеченной сетки впрессовыванием шихты, содержащей порошковый фторопласт-4 (Ф-4) и порошковый свинец, спекание Ф-4 в воздушной атмосфере под избыточным давлением.

Технический результат изобретения - упрощение технологического процесса за счет использования порошковой бронзы для бронзирования и порошковых Ф-4 и свинца для заполнения пор бронзового слоя, и спекания Ф-4 в кассете на воздухе, повышение триботехнических свойств материала за счет введения оптимального количества свинцовистого наполнителя и его диспергирования во фторопластовой матрице.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе получения комбинированного металлофторопластового материала, включающем предварительное бронзирование пластины из низкоуглеродистой стали, припекание бронзолатунной сетки в герметичном контейнере, заполнение пор припеченной сетки фторопластовой композицией и ее спекание при температуре 370-380°С, порошок бронзы для бронзирования пластин получают путем нагрева смеси порошка меди и олова, взятых в процентном соотношении 90:10, до температуры 550-600°С в герметичном контейнере в угольной засыпке, предварительное бронзирование пластин из низкоуглеродистой стали осуществляют припеканием и оплавлением полученного порошка бронзы при температуре 890-900°С, припекание бронзолатунной сетки осуществляют при температуре 840-850°С, заполнение пор сетки осуществляют впрессовыванием при давлении 45-50 МПа порошковой шихты, содержащей фторопласт-4 и свинец при следующем соотношении, мас.%:

Фторопласт-4	50-40
Свинец	60-70,

затем производят алюминирование незащищенной фторопластовой композицией поверхности пластины путем нанесения слоя алюминиевой пудры через слой фосфорной кислоты, а спекание осуществляют на воздухе под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4.

Способ получения комбинированного металлофторопластового материала может быть реализован следующим образом. Бронзирование стальных пластин осуществляют припеканием порошка бронзы в кассете в герметичном контейнере, припекание бронзолатунной сетки в кассете в герметичном контейнере, ячейки припеченной сетки заполняют впрессовыванием порошковой шихты на основе Ф-4 со свинцом, незащищенную стальную поверхность обрабатывают алюминированием и спекают Ф-4 в воздушной атмосфере в кассете под избыточным давлением.

В качестве основы используется листовая низкоуглеродистая сталь, нарезанная по заданному размеру. Бронзирование листов основы осуществляют припеканием порошковой бронзы. Стальную пластину обрабатывают с одной стороны фосфорной кислотой. На нее наносят бронзовый порошок и выдерживают при комнатной температуре в течение 2-3 ч.

Порошок бронзы получают следующим образом: смешивают порошки меди и олова в процентном соотношении 90:10, смесь засыпают в кювету с крышкой. Кювету помещают в контейнер и засыпают древесным углем толщиной 40-50 мм. Контейнер закрывают двумя стальными крышками. На первой наводят затвор из асбеста, на второй - затвор из борного ангидрида. Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 550-600°С, и выдерживают 2,5-3 ч на каждые 100 мм толщины контейнера. Контейнер охлаждают на воздухе до комнатной температуры, после чего вскрывают, извлекают кювету с порошком, порошок просеивают через сито.

На стальную пластину порошок бронзы насыпают, излишек удаляют встряхиванием.

Стальные листы с нанесенным слоем порошка бронзы собирают в пакет с прокладками из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Сверху и снизу пакета помещают ограничивающие пластины с высоким коэффициентом линейного расширения (стальные пластины в сочетании с медными, толщиной 5-10 мм). Пакет зажимают в специальные квадратные рамки при помощи клиньев.

Полученную кассету помещают в контейнер, свободное пространство которого засыпают древесным углем. Толщина слоя на дне контейнера 15-20 мм, высота засыпки 30-40 мм. В качестве активатора используют хлористый аммоний, добавляемый на дно контейнера в количестве 1-2% от массы древесного угля. Контейнер закрывают двумя стальными крышками. На первой наводят затвор из асбеста, на второй из легкоплавкого стекла.

Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 890-900°С, и выдерживают 3,5-4 ч на каждые 100 мм толщины контейнера. Контейнер охлаждают на воздухе до комнатной температуры, после чего вскрывают, извлекают и разбирают кассету.

По размеру стальных пластин нарезают бронзолатунную сетку. Набирают пакет следующим образом: на лист нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 0,3-0,5 мм кладут бронзолатунную сетку. На сетку кладут стальную пластину, бронзированной стороной к сетке. Затем кладут прокладку из нержавеющей стали, бронзолатунную сетку, стальную пластину и т.д. Набранный пакет зажимают в квадратные рамки с ограничивающими стальными пластинами толщиной 5-10 мм при помощи клиньев. Полученную кассету помещают в контейнер по аналогии с операцией бронзирования.

Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 840-850°С, и выдерживают 3,5-4 ч на каждые 100 мм толщины контейнера. Контейнер охлаждают на воздухе до комнатной температуры, после чего вскрывают, извлекают и разбирают кассету.

В высокоскоростном лопастном смесителе смешивают 30-40 мас.% порошкового Ф-4 и 60-70 мас.% порошкового свинца. Полученную шихту просеивают через сито. В специальную пресс-форму насыпается и разравнивается расчетный слой приготовленной шихты, на него кладут стальную пластину припеченной сеткой к шихте и прессуют при давлении 45-50 МПа, выдерживают под этим давлением в течение 10-15 сек. Пластину извлекают из пресс-формы.

Свободную сторону стальной основы смачивают фосфорной кислотой и натирают алюминиевой пудрой.

Из приготовленных пластин набирают пакет с прокладками из алюминиевой фольги. В качестве ограничивающих пластин используют стальные пластины с толщиной 5-10 мм. Пакет зажимают в квадратные рамки с помощью клиньев. Приготовленную кассету помещают в печь для спекания фторопласта, нагревают со скоростью 100-120 градусов в час до температуры 370-380°С и выдерживают при этой температуре в течение 3,5-4 ч в воздушной атмосфере на каждые 100 мм кассеты.

При спекании Ф-4 расплавленные частицы свинца диспергируются полимерной матрицей, образуя свинцовоокисный каркас. Фторопластовая матрица уплотняется, макромолекулы ориентируются, что обеспечивает высокие физико-механические и триботехнические свойства материалу.

Охлаждение кассеты ведут вместе с печью, после чего кассету извлекают из печи и разбирают.

По износостойкости материал, полученный по предлагаемому способу, превосходит аналог в 5-6 раз, имеет более низкий коэффициент трения и может обеспечить длительную работу узлов сухого трения. При pv=1 МПа·1 м/с износостойкость материала при трении по закаленной стали 45 в сухую составляет 0,2 мкм/ч.

Способ получения комбинированного металлофторопластового материала, включающий предварительное бронзирование пластины из низкоуглеродистой стали, припекание бронзолатунной сетки в герметичном контейнере, заполнение пор припеченной сетки фторопластовой композицией и ее спекание при температуре 370-380°С, отличающийся тем, что порошок бронзы для бронзирования пластин получают путем нагрева смеси порошка меди и олова, взятых в процентном соотношении 90:10, до температуры 550-600°С в герметичном контейнере в угольной засыпке, предварительное бронзирование пластин из низкоуглеродистой стали осуществляют припеканием и оплавлением полученного порошка бронзы при температуре 890-900°С, припекание бронзолатунной сетки осуществляют при температуре 840-850°С, заполнение пор сетки осуществляют впрессовыванием при давлении 45-50 МПа порошковой шихты, содержащей фторопласт-4 и свинец при следующем соотношении, мас.%:

Фторопласт-4	30-40
Свинец	60-70

затем производят алюминирование незащищенной фторопластовой композицией поверхности пластины путем нанесения слоя алюминиевой пудры через слой фосфорной кислоты, а спекание осуществляют на воздухе под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4.