Антифрикционное покрытие медь-фторопласт

Авторы патента:

Соболева Елена Савватьевна (RU)

Носырина Ольга Александровна (RU)

C25D15/02 - электролитическим способом в сочетании с электрофорезом

C25D15/00 - Покрытия с включенными в них материалами, например частицами, спиральными пружинами, проволокой, получаемые электролитическим способом или способом электрофореза

C08J5/16 - изготовление изделий или материалов с низким коэффициентом трения

Владельцы патента RU 2696376:

Общество с ограниченной ответственностью "МедХимТех" (RU)

Изобретение относится к электрохимическим производствам, гальванотехнике, а именно к способу получения антифрикционных композиционных металлфторопластовых покрытий и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и других отраслях промышленности. Покрытие является двухслойным, состоящим из металлической матрицы (медь) с включенными в нее частицами фторопласта Ф-40 и чисто фторопластового полимерного внешнего слоя. Толщина покрытия 20-30 мкм. Слой из металлической матрицы - меди с включенными в нее частицами фторопласта Ф-40 (сополимера тетрафторэтилена с этиленом) выполнен из электролит-суспензии. Электролит-суспензия включает (г на 1 литр раствора) медь сернокислую 5-водную (150-250), кислоту серную (40-70), порошок сополимера тетрафтоэтилена с этиленом (50-200), поверхностно-активное вещество (2,2-4,5) и воду (остальное до 1 л). Покрытие обладает характеристиками, свойственными как металлам (прочность, износостойкость, высокие тепло- и электропроводность), так и фторполимерам (уплотнительная способность, надежное сцепление с основой, высокие антифрикционные свойства, водоотталкивающие свойства, коррозионная стойкость). 2 н.п. ф-лы, 3 ил, 1 пр.

Изобретение относится к электрохимическим производствам, гальванотехнике, а именно к электрохимическому осаждению медных композиционных покрытий и может быть использовано для коэффициента трения в кинематических парах технологического оборудования, трубопроводов, в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и других отраслях промышленности. Полученное композиционное покрытие медь-фторопласт является двухслойным, состоящим из металлической матрицы (медь) с включенными в нее частицами фторопласта (сополимер тетрафторэтилена с этиленом) Ф-40 фиг. 1,1; 2) и чисто полимерного внешнего слоя (фигура 1). Толщина покрытия 20-40 мкм.

Покрытие обладает характеристиками, присущими как металлам (прочность, износостойкость, высокие тепло- и электропроводность), так и фторопластам (уплотнительная способность, надежное сцепление с основой, антиадгезионность, водоотталкивающие свойства, коррозионная стойкость). Покрытие отличается оптимальным содержанием фторопласта, что обуславливает высокие антифрикционные свойства и позволяет снизить затраты материалов и энергии в процессе нанесения покрытия и эксплуатации кинематических пар механизмов. Коэффициент трения кинематических пар с покрытием в 2-3 раза ниже, чем у кинематических пар без покрытия, что позволяет снизить энергоемкость эксплуатации таких деталей.

Известны покрытия: Известен электролит для получения антифрикционных покрытий (RU 2619012 С1) следующего состава, г/л:

Режим осаждения:Т=18-25°С, плотность катодного тока i_k=2-10 А/дм².

Наиболее близким к предлагаемому является электролит-суспензия для получения покрытий никель-фторопласт (RU 2479677 С1), включающая сульфаминовокислый никель - 250-300; хлористый никель - 15-20; борную кислоту - 25-40; порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом - 110-200; диимид 4,6-дисульфоизофталевой кислоты - 0,4-0,8; сульфосалициловую кислоту - 0,1-0,2; поверхностно-активные вещества - 3,5-6 и воду - остальное.

Однако покрытие на основе электролита-суспензии имеет недостаточно высокий коэффициент трения.

Недостатками покрытия являются высокие затраты на производство. Для получения указанного покрытия требуется высокая плотность тока, что обуславливает высокие затраты электроэнергии, большое количество Фт-40 (200 г/л), что увеличивает себестоимость покрытия и большое количество ПАВ (6 г/л), которое обеспечивает стабилизацию гидрофобного порошка сополимера тетрафторэтилена с этиленом в водной среде электролита, но может вызывать изменение внутренних напряжений в осадке, растрескивание и отслаивание покрытия от подложки. Кроме того, высокое объемное содержание Фт-40 может привести к деформации покрытия, что обусловлено высокой холодной текучестью и мягкостью фторопласта. Также покрытие представляет собой никелевую матрицу, которая обладает большими внутренними напряжениями. Для устранения этого необходимо использование медного покрытия, которое используется в узлах трения и обладает более низким коэффициентом трения по сравнению с никелевым.

Технической задачей изобретения является подбор оптимального состава покрытия медь-фторопласт, полученного методом катодного электроосаждения, снижение затрат на изготовление и эксплуатацию деталей кинематических пар с медьфторопластовым композиционным покрытием.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении композиционных медьфторопластовых покрытий, обеспечивающих низкий коэффициент трения в сопряженных деталях, что обеспечивает их безъизностность и увеличение срока службы.

Поставленная задача решается электролит-суспензией для получения антифрикционного фторопластового покрытия, включающей сернокислую медь 5-ти водную, кислоту серную, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, поверхностно-активное вещество и воду при следующем соотношении компонентов, г на 1л раствора:

• медь сернокислая 5-ти водная - 150-250

• кислота серная - 40-70

порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом -50-200

поверхностно-активное вещество - 2,2-4,5,

вода - остальное.

Режим осаждения: Т=298 К, плотность катодного тока i_k=l-7 А/дм², механическое перемешивание.

В результате использования предложенной суспензии снижается коэффициент трения.

Антифрикционное электрохимическое металлфторполимерное покрытие является двухслойным, состоящим из слоя из металлической матрицы – меди с включенными в нее частицами фторопласта Ф-40 (сополимера тетрафторэтилена с этиленом), выполненного из электролит-суспензии для антифрикционного фторопластового покрытия, и фторопластового внешнего слоя.

Пример 1.

Электролит-суспензию готовили, диспергируя порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом Ф-40 (ТУ-301-05-17-89) 100 г/л и поверхностно-активное вещество 4,5 г/л в электролите, составленном на основе сульфата меди 200 г/л, серной кислоты 60 г/л, растворенных в дистиллированной воде.

Электролиты предварительно прорабатывали в течение 10 часов в ячейке со стальным катодом при плотности тока 1,5 А/дм². Покрытия толщиной 20 мкм наносились из ванны стандартного типа на бронзовые цилиндры с поверхностью 0,045 дм² при Т=298 К и плотности тока 5 А/дм²

Для подбора оптимального состава покрытия изучена зависимость объемной доли фторопластовых частиц в металлической матрице от концентрации их в электролите - суспензии и концентрации основной соли (сульфата меди) (фигура 3). Определено, что содержание фторопласта в матрице покрытия увеличивается с увеличением концентрации дисперсной фазы (фторопласта) и уменьшением концентрации сульфата меди, это связано с преобладанием электрофоретической составляющей при электроосаждении композиционного покрытия.

Состав композиционного медьфторопластового покрытия определялся на основе фотоколориметрического анализа меди, а содержание сополимера тетрафторэтилена с этиленом - по разности навески. Для фотоколориметрического анализа использовался фотоэлектрический концентрационный колориметр КФК - 2МП.

Массу сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии определяли по следующей формуле:

mфт=mпокр-m сu,

где mфт - масса сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии,

г;

m покр - масса покрытия, г;

mcu - масса меди в покрытии, г.

Объемную долю (%) сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии рассчитывали по формуле:

где Voб - объемная доля сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, %;

М фт - масса сополимера тетрафторэтилена с этиленом в покрытии, г;

ρ_ме - плотность меди, г/см3;

Определение скорости осаждения покрытия.

Скорость осаждения покрытия вычисляли через толщину, наносимого покрытия, измеренную микрометром за промежуток времени.

Определение коэффициента трения покрытий

Испытания проводились на базе механизмов привода и нагружения четырехшариковой машины трения «ЧМТ-1». Принцип действия основан на воспроизведении нормированных воздействий (осевой нагрузки, фиксированной скорости вращения и т.д.) на испытательные образцы, находящиеся в испытуемом смазочном материале (дизельное топливо), с последующим определением величины износа испытательных образцов. Испытуемые покрытия наносятся на пластину диаметром 37 мм и толщиной 3 мм. Подвижная контактная поверхность контактирующего тела имеет форму кольца с размерами наружного диаметра 17 мм и внутреннего диаметра 10 мм. Площадь контакта при этом составляет 1,48 см². Твердость поверхности HRC = 60, шероховатость Ra = 0,32. По отношению к испытуемому образцу контактная поверхность совершает вращательное движение относительно центра симметрии с угловой скоростью W = 157 с^-1(1500 об/мин). Линейная скорость составляет 1,06 м/с.

По ГОСТ ISO 20623-2013 определяем коэффициент трения по формуле:

Где: r - расстояние от центра контактирующей поверхности на пластине до оси вращения.

L - приложенная осевая нагрузка, Н.

Т - момент трения.

Определение скорости осаждения покрытия.

На фиг. 1 представлена микрофотография поперечного среза медьфторопластового покрытия. Сноски:

1 - Металлическая медная матрица с включенными частицами фторопласта.

2 - Верхний фторопластовый слой.

На фиг. 2 представлена микрофотография структуры медьфторопластового покрытия.

На фиг. 3 представлена зависимость объемного содержания фторопласта в медьфторопластовом покрытии от концентрации компонентов электролита-суспензии при плотности 2А/дм², Т=298К. Сноски:

4 - Металлическая медная матрица с включенными частицами фторопласта.

3 - Верхний фторопластовый слой.

1. Электролит-суспензия для антифрикционного фторопластового покрытия, включающая кислоту, порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом, поверхностно-активные вещества и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сернокислую медь 5-водную, в качестве кислоты серную кислоту при следующем соотношении компонентов, г на 1 л раствора:

медь сернокислая 5-водная	150-250
кислота серная	40-70
порошок сополимера тетрафторэтилена с этиленом	50-200
поверхностно-активное вещество	2,2-4,5
вода	остальное

2. Антифрикционное электрохимическое металлфторполимерное покрытие, являющееся двухслойным, состоящим из слоя из металлической матрицы - меди с включенными в нее частицами фторопласта Ф-40 – сополимера тетрафторэтилена с этиленом, выполненного из электролит-суспензии по п.1 и фторопластового внешнего слоя.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для катодного электроосаждения металлополимерных кадмийсодержащих покрытий. Композиция содержит лакокрасочный материал для катодного электроосаждения, состоящий из эмульсии пленкообразователя в виде эпоксиаминного аддукта, модифицированного толуилендиизоцианатом с молекулярной массой 1700-2500 а.е.м., и пигментной пасты черного цвета, уксусную кислоту и ацетат кадмия, при следующем содержании компонентов, мас.

Композиция и способ получения теплопроводных металлополимерных покрытий с повышенной твердостью методом катодного электроосаждения // 2613798

Изобретение относится к области металлополимерных покрытий и может быть использовано для получения методом катодного электроосаждения тонкопленочных теплопроводных покрытий с высокой твердостью.

Композиция для катодного электроосаждения наноструктурных никель-полимерных покрытий // 2593063

Изобретение относится к области металлополимерных покрытий и может быть использовано для получения методом катодного электроосаждения тонкопленочных покрытий с улучшенным комплексом свойств.

Способ получения нанокомпозитных материалов и устройство для его реализации // 2568807

Изобретение относится к области создания нанокомпозитных материалов для электрокатализа, электросорбции и устройств накопления электрической энергии и может быть использовано для пролучения высокоэффективных электрокатализаторов, электросорбентов и энергозапасающих устройств.

Способ и устройство для изготовления твердых покрытий с низкой степенью износа // 2503752

Изобретение относится к способу, а также к устройству для изготовления на металлической поверхности твердого покрытия с низкой степенью износа, содержащего никель и бор, которое может быть использовано при изготовлении деталей, которые подвергаются высоким механическим нагрузкам.

Способ изготовления сегнетоэлектрических покрытий // 2278910

Изобретение относится к области технологии изготовления сегнетоэлектрических покрытий электрофоретическим методом. .

Электролит-суспензия для получения покрытий никель- фторопласт // 2155246

Изобретение относится к электрохимическим производствам, гальванотехнике, а именно к электрохимическому осаждению никелевых композиционных покрытий. .

Защитное покрытие // 2142520

Способ получения покрытия на подложке (варианты) // 2134313

Изобретение относится к обеспечению защитных покрытий, например покрытий, имеющих наплавленный слой, на подложках. .

Электроосажденное композитное покрытие и способ получения покрытия // 2127333

Изобретение относится к покрытиям. .

Электролит для электрохимикомеханического упрочнения сталей // 2694683

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, нефте- и газодобывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Способ нанесения гладких гальванических железных покрытий в проточном электролите с крупными дисперсными частицами // 2690773

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для восстановления изношенных стальных деталей. Способ включает помещение восстанавливаемой детали и растворимого анода в электролитическую ячейку, подключение их к источнику тока плотностью более 1 кА/дм2, прокачку через электролитическую ячейку электролита, содержащего твердые дисперсные частицы размером 100-300 мкм, при скорости гетерофазного потока 9-11 м/с, при этом в электролит дополнительно вводят твердые дисперсные частицы размером 1-10 мкм, при этом используют электролит, содержащий серную кислоту, при следующем соотношении компонентов, г/л: железо хлористое FeCl2⋅4H2O 380-420, кислота соляная HCl рН=0,8-1,0, кислота серная H2SO4 1-3.

Способ получения цинк-наноалмазного электрохимического покрытия // 2689355

Изобретение относится к области гальванотехники. Способ включает получение цинк-наноалмазного электрохимического покрытия из цинкатного электролита, содержащего детонационные наноалмазы, при этом в качестве детонационных наноалмазов используют допированные бором детонационные наноалмазы с размером частиц 4-6 нм, покрытие осаждают из цинкатного электролита, содержащего, г/л: окись цинка 10-14, едкий натр 100-130, добавку Chemeta Al-DM 8-12 мл/л и детонационные наноалмазы, допированные бором, 0,5-10,0, при плотности тока 1-5 А/дм2 и перемешивании.

Установка для получения композиционных электролитических покрытий // 2680116

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно: к способам получения композиционных электролитических покрытий. Установка содержит ванну с рабочими электродами, блоки электропитания, систему циркуляции электролита, насос и перфорированный трубопровод, при этом дно ванны выполнено в виде четырехгранного конуса и снабжено ультразвуковыми излучателями, а в качестве насоса для перекачки электролита-суспензии используется насос-гомогенизатор, при этом перфорированный трубопровод расположен над поверхностью ванны, а используемые аноды выполнены перфорированными.

Способ получения электрохимического композиционного никель-алмазного покрытия // 2676544

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, в ювелирной промышленности в качестве некорродирующей основы для золочения и серебрения и может конкурировать с хромовым электрохимическим покрытием.

Способ получения нанодвойникованной медной пленки, модифицированной графеном // 2675611

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения медных пленок с повышенными прочностными свойствами. Способ включает приготовление водного раствора сульфата меди с добавлением этилового спирта до концентрации 37,5-41,5 мл/л и последующим подкислением до значения pH не выше 1, приготовление суспензии графена, содержащей графит-графеновую смесь графеновой фракции с водным раствором полиакриловой кислоты в весовом соотношении вода/графит-графеновая смесь/раствор полиакриловой кислоты = 1/(6-8)·10-3/(6-6,5)·10-4, которую диспергируют в течение 15-20 минут, после чего диспергированную суспензию графена в количестве 0,1 г/л добавляют в сернокислый электролит, собирают ячейку с соотношением площади поверхности анода к площади поверхности катода, равным (10-15):1, и помещают электроды в сернокислый электролит, затем осуществляют осаждение меди при постоянном токе плотностью 0,4-0,5 А/см2 в течение 120-150 минут, после чего электроды осушают, а осажденную пленку отделяют от катода.

Способ электрохимического нанесения высоконаполненных композиционных хромовых покрытий с развитой структурой поверхности // 2664992

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других областях техники. Способ заключается в том, что покрытие осаждают из электролита, содержащего 200-300 г/л хромового ангидрида, 0,5-10 г/л серной кислоты и 1-50 г/л дисперсной фазы из ряда, включающего нитрид титана, нитрид бора и карбид вольфрама, с применением периодических импульсов катодного тока от 500 до 2000 А/дм2 с частотой от 0,005 Гц до 0,023 Гц и продолжительностью от 0,5 до 10 с, при этом в промежутке между импульсами осаждение проводят при плотности катодного тока в диапазоне от 40 до 70 А/дм2.

Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками // 2660434

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении алмазных инструментов. Способ включает крепление на рабочей части заготовки инструмента алмазных зерен и их заращивание гальванической связкой, при этом алмазные зерна заращивают никелевой гальванической связкой, причем в электролит никелирования добавляют с помощью ультразвукового диспергатора углеродные нанотрубки «Таунит» в виде порошка, при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат никеля (II) 250-260; хлорид никеля (II) 60-7; пероксоборная кислота 30-40; углеродные нанотрубки «Таунит» 0,1-0,15.

Способ получения электрохимического оксидноанодного алмазосодержащего покрытия алюминия и его сплавов // 2631374

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к анодированию поверхности алюминия и его сплавов, и может быть использовано в различных областях промышленности для увеличения коррозионной стойкости, микротвердости изделий с покрытиями и создания подслоя для лаков и красок.

Способ получения медных гальванических покрытий, модифицированных наночастицами электроэрозионной меди // 2612119

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для модификации медных гальванических покрытий. Способ включает введение в сульфатный электролит меднения наночастиц меди, полученных электроэрозионным диспергированием медных отходов, размерностью 2,5-100 нм с концентрацией до 0,1 г на 100 мл электролита.

Антифрикционная полиамидная композиция // 2688517

Изобретение относится к машиностроению, а именно к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов, и может быть использовано для изготовления высоконагруженных деталей с низким коэффициентом трения, контактирующих с маслами: подшипников скольжения, направляющих опор, грязезащитных и опорных колец гидроцилиндров.