Состав антифрикционного покрытия
Владельцы патента RU 2412276:
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к области металлургии, в частности к антифрикционным покрытиям для защиты тяжелонагруженных пар трения номинально-неподвижных вибронагруженных сочленений металл-металл, металл-полимерный композиционный материал от износа в интервале температур (-60)-(+250)°С. Антифрикционное покрытие имеет следующий состав, мас.%: дисульфид молибдена 35-45, коллоидный графит 8-15, квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором, 5-10, эпоксидный лак - остальное. Технический результат - повышение износостойкости покрытия при низком коэффициенте трения в температурном диапазоне (-60)-(+250)°С. 3 табл.
Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к антифрикционным покрытиям для защиты тяжелонагруженных пар трения номинально-неподвижных вибронагруженных сочленений металл-металл, металл-полимерный композиционный материал от износа в интервале температур (-60)-(+250)°C.
Известно фретингостойкое покрытие следующего состава, мас.%: эпоксидная высокомолекулярная диановая смола 2.0-16; эпоксидная низкокомолекулярная диановая смола 0.05-1.0; фенолформальдегидная резольная смола 1.0-8.0; алкидная глифталиевая смола 0.05-1.0; дисульфид молибдена 6.0-20.0; коллоидно-графитовый препарат 0.9-14.0; фосфорная кислота 0.01-0.3; 1.7-бисоксиметилкарборан 1.5-2.6; 2-этоксиэтанол - остальное (патент РФ №1771200).
Недостатком данного покрытия является многокомпонентный состав связующего, включающий токсичное вещество - формальдегид.
Известен спеченный антифрикционный материал на основе кобальта, содержащий, мас.%: карбид титана 5.0-7.0; дисульфид молибдена 13.0-15.0; марганец 2.0-2.5; церий 0.1-0.15; кобальт - остальное (патент РФ №2360991).
Недостатком данного материала является высокий коэффициент трения материала и использование в качестве основного компонента кобальта, являющегося достаточно токсичным элементом.
Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является антифрикционное твердосмазочное покрытие, содержащее, мас.%: дисульфид молибдена 50-70; коллоидный графит 7-20; усы карбида кремния β-модификации с соотношением длины к диаметру 30-300 0.15-1.1 и эпоксифенольный лак - остальное (патент РФ №2017800).
Покрытие предназначено для защиты тяжелонагруженных пар трения металл-металл от износа в интервале температур (-60)-(+250)°C.
Недостатком этого покрытия является низкая технологичность, выраженная в склонности к образованию комков из усов карбида кремния по типу войлочных и достаточно низкая износостойкость в интервале температур (-60)-(+250)°C.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости покрытия при низком коэффициенте трения в температурном диапазоне (-60)-(+250)°C.
Для достижения поставленной задачи предложен состав антифрикционного покрытия, содержащий дисульфид молибдена, коллоидный графит, связующее на эпоксидной основе, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором, а в качестве связующего - эпоксидный лак при следующем соотношении компонентов, мас.%.:
| дисульфид молибдена | 35-45 |
| коллоидный графит | 8-15 |
| квазикристалл системы | |
| Al-Cu-Fe, допированный бором | 5-10 |
| эпоксидный лак | остальное |
Вводимый квазикристалл системы Al-Cu-Fe представляет собой мелкодисперсный порошок размером ~3 мкм, допированный бором. Присутствие квазикристалла в покрытии уменьшает нагар, понижает коэффициент трения, пластичность квазикристалла позволяет заполнять трещины, каверны и царапины, что повышает износостойкость изделия.
Применение в качестве связующего эпоксидного лака позволяет равномерно наносить на поверхность изделия предлагаемое покрытие.
Пример осуществления.
Для приготовления антифрикционного покрытия с квазикристаллами были использованы следующие компоненты:
- дисульфид молибдена марки ДМ-1 ТУ 48-19-133-85;
- коллоидный-графит сухой марки С-1 ОСТ 6-08-431-75, полученный из термографита или естественного графита, представляющий собой высокодисперсный малозольный сухой графит с основным размером частиц до 4 мкм, содержащий золы не более 0.8%;
- квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором, марки ВКК1Б ТУ 1-595-31-1081-2009;
- лак эпоксидный ЭП074 ТУ 6-10-1030-76.
Для приготовления покрытия использовали следующую технологию. В связующее вводили расчетное количество дисульфида молибдена, коллоидного графита, квазикристалла, допированного бором. Приготовленную смесь перемешивали в бисерной мельнице и наносили на защищаемую поверхность краскораспылителем, кистью или окунанием, подвергали сушке при комнатной температуре.
В таблице 1 приведены составы композиции для антифрикционного покрытия, изготовленного по указанной выше технологии, из которых 1-3 - заявляемые, 4 - прототип.
В таблице 2 представлены свойства антифрикционных покрытий на стали 30ХГСА, включающие такие характеристики, как износостойкость и коэффициент трения.
Покрытия испытывались на стали 30ХГСА, в условиях торцового трения при Руд - 15 МПа, Vвращ - 0.31 м/с, при температуре +250, +20, -60°C.
Из таблицы 2 видно, что покрытие на основе предлагаемых составов обладает наименьшей скоростью изнашивания.
В таблице 3 представлены результаты испытания покрытия в конструкции сферического шарнирного подшипника из стали 95X18.
Антифрикционные, содержащие квазикристалл, покрытия испытаны в конструкции сферического шарнирного подшипника, изготовленного из стали марки 95X18. Покрытия наносили на внутреннюю поверхность обоймы подшипника по приведенной ранее технологии и испытывали в режиме качательного движения при следующих параметрах:
| - нагрузка | 75 и 100 МПа; |
| - температура | +20 и +250°C; |
| - частота качания | 0.04 Гц; |
| - угол качания | ±10°; |
| - среда | воздух. |
Из таблицы 3 видно, что предлагаемое антифрикционное покрытие работоспособно в воздушной среде в интервале температур от -60 до +250°C, при удельных нагрузках до 100 МПа. Таким образом, применение предлагаемого антифрикционного покрытия обеспечивает защиту тяжелонагруженных пар трения от износа в интервале температур -60 до +250°C.
| Таблица 1 | ||||||
| № | Состав | Компоненты покрытия, мас.% | Усы карбида кремния β-модификации | |||
| Лак эпоксидный | Дисульфид молибдена | Графит | Квазикристалл допированный бором | |||
| 1 | предлагаемый | 40 | 40 | 15 | 5 | -- |
| 2 | предлагаемый | 35 | 45 | 12 | 8 | -- |
| 3 | предлагаемый | 47 | 35 | 8 | 10 | -- |
| 4 | прототип | 42.74 (лак | 50 | 7 | -- | 0.26 |
| эпоксифенольный) |
| Таблица 2 | ||||
| № | Скорость изнашивания, мкм/ч, при Руд=15 МПа, V=0.31 м/с | Ктрения | ||
| -60°C | 20°C | 250°C | ||
| 1 | 0.16 | 0.08 | 2.4 | 0.10 |
| 2 | 0.15 | 0.07 | 2.5 | 0.09 |
| 3 | 0.17 | 0.09 | 2.7 | 0.07 |
| 4 | 0.25 | 0.14 | 6,8 | 0.08 |
| Таблица 3 | |||
| Нагрузка, МПа | Температура испытания, °C | Коэффициент трения | Скорость изнашивания, мкм/ч |
| Предлагаемый: | |||
| 75 | 20 | 0.13 | 0.18 |
| 75 | 250 | 0.14 | 2.9 |
| 100 | 20 | 0.12 | 0.2 |
| 100 | 250 | 0.12 | 3.7 |
| Прототип: | |||
| 75 | 20 | 0.12 | 0.24 |
| 75 | 250 | 0.14 | 4.9 |
| 100 | 20 | 0.13 | 0.26 |
| 100 | 250 | 0.16 | 6.3 |
Состав антифрикционного покрытия, включающий дисульфид молибдена, коллоидный графит, связующее на эпоксидной основе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором, в качестве связующего используют эпоксидный лак, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| дисульфид молибдена | 35-45 |
| коллоидный графит | 8-15 |
| квазикристалл системы Al-Cu-Fe, | |
| допированный бором | 5-10 |
| эпоксидный лак | остальное |
