Способ получения композиционного антифрикционного покрытия
Владельцы патента RU 2556155:
Акционерное общество "Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)
Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия на стальных изделиях, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур. Осуществляют послойное нанесение никель-фосфорного слоя, наносимого химическим осаждением, слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия, наносимого на слой алюмохромфосфатного связующего. Слой алюмохромфосфатного связующего наносят путем погружения стального изделия с никель-фосфорным слоем в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, после чего проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут и охлаждение стального изделия до комнатной температуры. Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии следующего состава, г/л: хлорид кадмия - 10-30, азотнокислый цинк - 20-50, оксид магния - 12-36, азотнокислое серебро - 10-20, ортофосфорная кислота - 200-280, азотная кислота - 5-20, дисульфид молибдена - 200-250 и дистиллированная вода до 1 литра. Затем проводят термическую обработку при 300°C в течение 120 минут. Твердое смазочное покрытие наносят кистью или окунанием. Обеспечивается увеличение износостойкости, а также улучшение трибологических свойств покрытия на узлах трения, работающих в условиях повышенных температур и нагрузок. 2 табл.
Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур.
Известен способ получения металлоалмазных химических покрытий (см. патент РФ №2375494 C2, C23C 18/16, C23C 18/36 от 01.08.2007).
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения химических покрытий на деталях из различных материалов (металлы, керамика, полимеры), которые работают в условиях повышенного износа, высоких давлений, температур, в присутствии агрессивных сред.
Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения в узлах трения без смазочного материала.
Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является способ получения антифрикционного композиционного покрытия на изделии из стали (см. патент РФ №2455391 C1, C23C 28/00, C23C 18/36, 11.01.2011).
Данное покрытие получено методом химического осаждения с нанесение на поверхность алюмохромфосфатного связующего и обладает низким коэффициентом трения и хорошими коррозионными свойствами.
Недостатком данного покрытия является низкая износостойкость при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.
Задачей изобретения является получение покрытия с улучшенными трибологическими свойствами, а именно увеличение износостойкости при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.
Данная задача решалась путем послойного нанесения на поверхность трения вначале никель-фосфорного покрытия путем химического осаждения, затем слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия. При этом никель-фосфорное покрытие, наносимое на очищенную стальную поверхность химическим осаждением, обеспечивает высокую адгезию и коррозионную стойкость. В качестве раствора может быть использован следующий состав, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, гипофосфит натрия 21-25, тиомочевина 0,002.
Для алюмохромфосфатного слоя берут готовую смазку (ТУ 2149001-58242765-2008). Алюмохромфосфатное связующее наносят путем погружения изделий в раствор с алюмохромосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, а затем проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут. Этот слой обеспечивает хорошую связку никель-фосфорного слоя с последующим твердым смазочным слоем.
Поверхностный слой, наносимый на алюмохромфосфатную связку представляет собой твердое смазочное покрытие, изготовленное из суспензии следующего состава, г/л:
| Хлорид кадмия | 10-30 |
| Азотнокислый цинк | 20-50 |
| Оксид магния | 12-36 |
| Азотнокислое серебро | 10-20 |
| Ортофосфорная кислота | 200-280 |
| Азотная кислота | 5-20 |
| Дисульфид молибдена | 200-250 |
| Дистиллированная вода | до 1 литра |
После нанесения слоя твердого смазочного покрытия изделие подвергают термической обработке при температуре 300°C в течение 120 минут. Этот слой твердого смазочного покрытия придает покрытию высокие антифрикционные свойства.
Сущность изобретения состоит в том, что полученное трехслойное покрытие обладает высокой адгезией к поверхности трения, хорошим сцеплением между слоями и низким коэффициентом трения, что позволяет значительно повысить износостойкость покрытия при работе в условиях повышенных температур и высоких нагрузок.
Способ получения покрытия
Для получения покрытия на металлической поверхности осаждают никель-фосфорное покрытие из рабочего раствора следующего состава г/л: хлористого никеля - 21, уксусно-кислого натрий - 10, гипофосфита натрия - 25, порошок тиомочевины - 0,002. Вода используется дистиллированная. Обрабатываемые изделия, предварительно обезжиренные венской известью, травят в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°C в течение 30-60 сек, промывают водой и помещают в сосуд с рабочим раствором. Через 2-3 мин в раствор, помешивая, добавляют 5-6 г дисульфида молибдена. Время осаждения составляет 0,2-1 час. Изделия промывают холодной проточной водой, проводят термическую обработку изделий при температуре 200-210°C в течение 10-15 мин и охлаждают на воздухе.
Затем изделия погружают в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдерживают в течение 1 мин. Далее проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 мин. Изделию дают остыть до комнатной температуры и наносят слой твердого смазочного покрытия.
Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии, которую готовят следующим образом: смешивают расчетное количество ортофосфорной и азотной кислоты и 100 мл дистиллированной воды, добавляют расчетное количество хлорида кадмия, азотнокислого цинка и оксида магния, механически перемешивают до полного растворения компонентов.
В отдельной посуде смешивают расчетное количество азотнокислого серебра с оставшимся количеством дистиллированной воды до полного растворения. Далее добавляют дисульфид молибдена и размешивают до получения однообразной жидкой массы.
Оба раствора соединяют и перемешивают.
Полученную суспензию наносят на металлические изделия с помощью кисти или окунанием. После нанесения твердого смазочного слоя проводят термическую обработку в термическом шкафу по следующему режиму: при температуре 300°C в течение 120 минут.
В таблице показаны результаты испытаний полученных покрытий и их сравнение с прототипом.
Испытания трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, разработанной во ФГУП ОКТБ «ОРИОН», по схеме шар-плоскость, скорость перемещения V=0,04 м/с, нормальной нагрузке 1000 МПа (удельное давление, создаваемое в зоне трения по Герцу), при температуре +23°C, +150°C, +350°C. Композиционное антифрикционное покрытие наносилось на образцы из стали, в качестве контртела использовались стальные образцы из стали ШХ15. По окончании испытаний измерялся весовой износ.
В таблице 1 представлены составы 4 композиций суспензии для твердого смазочного покрытия.
В таблице 2 представлены результаты физико-механических испытаний антифрикционных покрытий.
| Таблица 1 | ||||
| Состав | Соотношение компонентов, г/л | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Хлорид кадмия | 10 | 15 | 20 | 30 |
| Азотнокислый цинк | 20 | 30 | 40 | 50 |
| Оксид магния | 12 | 24 | 30 | 36 |
| Азотнокислое серебро | 10 | 15 | 20 | 20 |
| Ортофосфорная кислота | 200 | 230 | 260 | 280 |
| Азотная кислота | 5 | 10 | 15 | 20 |
| Дисульфид молибдена | 200 | 220 | 240 | 250 |
| Дистиллированная вода | до 1 литра | до 1 литра | до 1 литра | до 1 литра |
| Таблица 2 | |||||
| Физико-механические свойства | 1 | 2 | 3 | 4 | Прототип |
| Коэффициент трения | |||||
| +20°C | 0,08 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,12 |
| +150°C | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,14 |
| +350°C | 0,18 | 0,17 | 0,16 | 0,2 | - |
| Скорость изнашивания, мг/ч | |||||
| +20°C | 1,9 | 1,7 | 2,0 | 2,0 | 3,2 |
| +150°C | 2,8 | 2,6 | 3,3 | 3,5 | 6,5 |
| +350°C | 3,8 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | - |
Результаты, приведенные в таблице, подтверждают, что композиционное антифрикционное покрытие обладает улучшенными трибологическими свойствами, повышенной износостойкостью и коэффициентом трения. Разработанное покрытие испытано на опытном предприятии ФГУП ОКТБ «ОРИОН», и полученные покрытия имеют высокие физико-механические показатели.
На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанное нами «Антифрикционное композиционное покрытие» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищено патентом Российской Федерации.
Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на стальном изделии, включающий послойное нанесение никель-фосфорного слоя путем химического осаждения и слоя алюмохромфосфатного связующего, отличающийся тем, что слой алюмохромфосфатного связующего наносят путем погружения стального изделия с никель-фосфорным слоем в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, после чего проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут, охлаждение стального изделия до комнатной температуры, нанесение слоя твердого смазочного покрытия из суспензии следующего состава, г/л:
| Хлорид кадмия | 10-30 |
| Азотнокислый цинк | 20-50 |
| Оксид магния | 12-36 |
| Азотнокислое серебро | 10-20 |
| Ортофосфорная кислота | 200-280 |
| Азотная кислота | 5-20 |
| Дисульфид молибдена | 200-250 |
| Дистиллированная вода | до 1 литра |
и проведение термической обработки при 300°C в течение 120 минут, при этом твердое смазочное покрытие наносят кистью или окунанием.
