Самосмазывающийся порошковый материал для узлов трения
Владельцы патента RU 2374346:
Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности самосмазывающимся материалам для узлов трения. Материал получен спеканием порошковой композиции, содержащей медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.%, гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.% и луковичные наноструктуры углерода в количестве 0,05-0,07 мас.%. Материал обладает высокой твердостью и износостойкостью и позволяет увеличить срок службы узлов трения. 2 табл.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным самосмазывающимся материалам, и может быть использовано в качестве износостойких антифрикционных материалов в металлоперерабатывающей промышленности, авто- и тракторостроении, а также других отраслях машиностроения,
Известны композиционные медно-графитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 75% [Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев: Наук. Думка, 1980, с.237].
Недостатками таких материалов являются низкий срок службы и невысокая износостойкость.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является самосмазывающийся материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.% и гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.% [Патент РФ 2296803, МПК С22С 9/00, 1/05. 2005 (прототип), (опубл.)].
Недостатками известного материала являются низкие износостойкость и твердость порошковой матрицы, а также невысокий срок службы. Задача изобретения состоит в повышении износостойкости материала и твердости порошковой матрицы, а также увеличении срока службы материала в узлах трения.
Поставленная задача решается тем, что самосмазывающийся материал для узлов трения, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.% и гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.%, дополнительно содержит луковичные нанострутктуры углерода в количестве 0,05-0,07 мас.%.
Сущность изобретения состоит в следующем. Использование луковичных нанострутктур углерода в количестве 0,05-0,07 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом повышается плотность и улучшаются антифрикционные свойства получаемого материала, что обеспечивает уменьшение количества вынесенных из зоны трения частиц и, соответственно, повышение износостойкости самосмазывающегося порошкового материала. Использование луковичных наноструктур углерода в количестве 0,05-0,07 мас.% позволяет также повысить твердость композиционного материала. В результате увеличивается срок службы материала в узлах трения, особенно при воздействии высоких нагрузок.
Содержание луковичных наноструктур углерода в композиции на основе металлической матрицы в количестве менее 0,05 мас.% недостаточно для эффективной реализации уникальных антифрикционных и прочностных свойств луковичных наноструктур углерода. В результате снижается износостойкость и твердость материала, а также уменьшается его срок службы в узлах трения.
Если содержание луковичных наноструктур углерода более 0,07 мас.%, происходит ухудшение эксплуатационных характеристик антифрикционного композиционного порошкового материала за счет того, что луковичные наноструктуры углерода, попадая в области контактного взаимодействия компонентов материала, разупрочняют порошковую матрицу, не позволяя создавать достаточно прочные металлические связи между частицами. При этом повышается износ материала и уменьшается его срок службы в узлах трения.
Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы самосмазывающихся порошковых материалов для узлов трения, а в табл.2 - их сравнительные характеристики.
Составляющими компонентами материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, гранулы свинца марки С2 ГОСТ 3778-77, гранулы олова, омедненные химическим способом, и луковичные наноструктуры углерода, полученные методом пиролиза углеводородов.
Материалы получали методом спекания порошковых композиций в специальной пресс-форме на установке при следующих показателях технологического процесса:
| - усилие прижатия электродов, Н | 9500 |
| - ток, кА | 17-19 |
Испытания проводили в ИММС им. В.А.Белого НАН Белоруссии на машине СМЦ-2 трением скольжения по схеме "вал - частичный вкладыш" при нагрузке 100 кПа и скорости 1 м/с. Материалом контртела служила сталь 45 твердостью 44 HRC, шероховатость поверхности Ra=0,63 мкм. Микротвердость порошковой матрицы определяли на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76.
Как следует из приведенных данных, заявляемый самосмазывающийся порошковый материал для узлов трения, по сравнению с известным, характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, а также увеличенным сроком службы.
Из заявляемого самосмазывающегося порошкового материала были изготовлены вкладыши подшипников скольжения для узлов трения сельскохозяйственной техники РДСУП ПСХ "Ченки". Натурные испытания подтвердили высокую эффективность заявляемого материала. Срок службы и время межремонтного обслуживания узлов трения увеличились в 1,1-1,15 раза.
| Таблица 2 | |||
| Номера составов самосмазывающихся порошковых материалов для узлов трения | Характеристики самосмазывающихся порошковых материалов для узлов трения | ||
| Срок службы в узлах трения, ч | Микротвердость порошковой матрицы, МПа | Интенсивность изнашивания, мг/ч | |
| По прототипу | 397 | 790 | 0,5 |
| 1 | 399 | 790 | 0,49 |
| 2 | 408 | 795 | 0,47 |
| 3 | 415 | 800 | 0,45 |
| 4 | 424 | 805 | 0,42 |
| 5 | 440 | 815 | 0,40 |
| 6 | 456 | 825 | 0,40 |
| 7 | 450 | 835 | 0,41 |
| 8 | 438 | 840 | 0,42 |
| 9 | 429 | 835 | 0,44 |
| 10 | 418 | 830 | 0,46 |
| 11 | 282 | 760 | 0,6 |
| 12 | 71 | 700 | 0,88 |
| Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов каждого композиционного самосмазывающегося порошкового материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний. |
Порошковый композиционный самосмазывающийся материал для узлов трения, полученный спеканием порошковой композиции, содержащей медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного свинца крупностью 50-160 мкм в количестве 5-7 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного свинца 20-30 мас.% и гранулы омедненного олова крупностью 20-40 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного олова 10-20 мас.%, отличающийся тем, что порошковая композиция дополнительно содержит 0,05-0,07 мас.% луковичных наностурктур углерода.
