МАГНИТНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01F1/113 B22F3/12 

Изобретение относится к магнитным антифрикционным материалам, которые могут найти применение в различных отраслях промышленности.

Одной из актуальных технических проблем является создание такого конструкционного материала, который одновременно обладал бы высокими антифрикционными, магнитными, прочностными и теплофизическими свойствами, а также был инертным и стойким к различным средам.

Известны магнитные антифрикционные материалы, содержащие фторопласт и магнитные компоненты: интерметаллическое соединение и гексаферрит бария - прототип. Магнитный антифрикционный материал, содержащий интерметаллическое соединение, получают путем смешения магнитного порошка с порошком фторопласта; полученную смесь формуют с последующим нанесением антифрикционного слоя. Способ получения магнитного антифрикционного материала в соответствии с прототипом заключается в том, что порошок гексафеpрита бария смешивают с кремнийорганической смолой и подвергают нагреву. После остывания образовавшуюся массу измельчают и формируют заготовку материала путем смешения с фторопластом с последующим спеканием.

Хотя известные материалы и обладают высокими магнитными свойствами, но имеют относительно низкие прочностные, теплофизические, антифрикционные свойства и не обладают достаточной инертностью и стойкостью к различным средам, что не позволяет применять эти материалы в ряде систем, например в качестве элементов трения в мощных центробежных насосах, транспортирующих агрессивные жидкости.

Требуемыми свойствами, за исключением магнитных, обладают антифрикционные материалы на основе углеграфита. Однако имеются трудности в создании материала, который обладал бы в совокупности всеми указанными выше свойствами.

Цель изобретения - обеспечение одновременно высоких антифрикционных, магнитных, прочностных свойств, а также повышение инертности и стойкости материала к различным агрессивным средам.

Поставленная цель достигается тем, что магнитный антифрикционный материал, содержащий фторопласт и магнитный компонент, дополнительно содержит углеграфит, а в качестве магнитного компонента - магнетит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углеграфит 69,5-87,4 Магнетит 3,4-15,3 Фторопласт 6,0-20,0
Способ получения магнитного антифрикционного материала заключается в том, что, осуществляя формирование заготовок, содержащих магнитный компонент и фторопласт, и последующее спекание, в качестве магнитного компонента используют магнетит, а формирование заготовок осуществляют пропиткой пористой углеграфитовой основы сначала водной суспензией магнетита, содержащей 9-10 мас. % оксида железа, а затем - 45-55% водной суспензией фторопласта. При этом при получении водной суспензии магнетита пептизирование осуществляют в присутствии додецилсульфата или олеата натрия.

Известно, что углеграфитовые материалы с фторопластом обладают рядом высоких характеристик. Однако придание им магнитных свойств с сохранением их положительных качеств потребовало преодоления ряда технических трудностей. Так, известным способом, т.е. простым смешением углеграфита с фторопластом и магнитным компонентом с последующим спеканием, удается получить материал, обладающий удовлетворительными ферромагнитными, но недостаточными антифрикционными, прочностными и противоизносными свойствами. Важно также разместить магнитный компонент таким образом, чтобы он не ухудшал прочностных характеристик материала и не имел возможности контакта с ответным элементом, например, в паре трения, что может заметно ухудшить антифрикционные свойства или негативно повлиять на нейтральность материала, что очень важно, например, для систем, предназначенных для биологической промышленности. Кроме того, специфика углеграфитового материала не позволяет применять любой магнитный компонент и в составе любой суспензии для пропитки этого материала. Так, использование в качестве пропитывающей смеси дисперсии карбонильного железа в воде не приводит к появлению заметных ферромагнитных свойств.

И, наконец, имеет значение и способ стабилизации пропитывающей магнитной суспензии. Как показали эксперименты заявителя, устойчивые водные дисперсии Fe₃O₄ и карбонильного железа, стабилизированные поливиниловым спиртом и эмульгатором ОП-4 соответственно, оказались непригодными для пропитки углеграфита. Хотя в процессе пропитки и происходило увеличение массы образца углеграфита, однако после сушки и отжига масса углеграфитового материала возвращалась к первоначальной, т.е. магнитный компонент, по-видимому, либо не проникал, либо не удерживался в порах материала.

В качестве углеграфитовой основы использовали материал марки 2П-1000-1 (ТУ 16-538, 252-75) пористостью 28-45% и механической прочностью 500-600 кГс/см². В качестве же пропитывающих композиций использовались водная суспензия фторопласта марки 4 ДПУ (ТУ 6-05-1246-76) концентрацией от 45 до 55 мас. % и водная суспензия магнетита, содержащая 9-10 мас.% Fe₃O₄. Магнетит, полученный осаждением раствора NH₄OН из смеси растворов солей двух- и трехвалентного железа, отмывали декантацией до нейтральной реакции промывных вод. Осадок пептизировали в воде в присутствии поверхностно-активного вещества - додецилсульфата или олеата натрия, взятого в количестве 4-6 мас.% от массы суспензии.

Получение магнитного антифрикционного материала осуществляли путем пропитывания изделия из пористого углеграфита сначала суспензией магнетита, а затем суспензией фторопласта под давлением 200 кг/см². После каждого цикла пропитки изделия промывали дистиллированной водой, сушили, а по завершении пропитки подвергали отжигу при 370±5^оС.

Для экспериментальной проверки заявляемого материала было подготовлено 13 образцов.

Композиционный материал получали следующим образом.

Образцы пористого углеграфита марки 2П-1000-1, имеющие форму колец диаметром 40х50 мм и толщиной 5 мм, заполняли в автоклаве под давлением 200 кГс/см² суспензией магнетита, а затем суспензией фторопласта. Подъем и снижение давления осуществляли со скоростью 20 кгс/см в мин, выдержка образцов при 200 кГс/см² - в течение 15 мин. После каждой пропитки образцы промывали дистиллированной водой и сушили при температуре до 100±10^оС в течение 8 ч, Спекание осуществляли при температуре до 370±5^оС в течение 1 ч.

Содержание магнетита и фторопласта в материале устанавливали из прироста массы образца после спекания. Намагниченность материала измеряли магнитометрически. Прочностные и теплофизические свойства определяли по известным методам.

В таблице представлены составы композиционного материала и его основные свойства.

Механическая прочность образцов во всех примерах составляла 500 кГс/см² в аксиальном направлении и 600 кГс/см² в радиальном направлении. Теплопроводность образцов во всех примерах равнялась 80-110 ккал/м˙.ч, ^оС.

Максимальное суммарное содержание магнитной и фторопластовой составляющей в композиционном материале равно 30,5 мас.% и ограничено величиной пористости исходного углеграфита. Увеличение же содержания пор в углеграфите более 45% приводит к существенному возрастанию хрупкости материала. Снижение доли магнетита (менее 3,4 мас.%) и фторопласта ( менее 6,0 мас.%) в материале ведет к снижению соответственно магнитных и антифрикционных свойств.

Использование водных суспензий, содержащих менее 9 мас.% и 45 мас.% магнетита и фторопласта соответственно ведет к увеличению числа циклов пропитки, а это, в свою очередь, увеличивает длительность процесса. Водные суспензии с содержанием ферромагнетика и фторопласта более 10 мас.% и 55 мас.% соответственно затрудняют или делают невозможной пропитку ими пористого углеграфита.

Использование додецилсульфата или олеата натрия для приготовления водной суспензии магнетита в количестве менее 4 мас.% не дает возможности получения дисперсной суспензии (магнетит выпадал в осадок). Использование же поверхностно-активного вещества в количестве более 6 мас.% делает невозможной пропитку композита этой суспензией, что, по-видимому, объясняется спецификой пористости и материала углеграфита.

Заявляемый материал, хотя и уступает прототипу по магнитным свойствам, но превосходит его по антифрикционным, прочностным и теплофизическим свойствам. Кроме того, по сравнению с прототипом новый материал может применяться в технических системах, где требуется стойкость и инертность к различным средам. Это достигается за счет того, что ферромагнитный и, кроме того, абразивный компоненты изолированы фторопластом в порах углеграфита. В прототипе же ферромагнитный антифрикционный компоненты распределены равномерно по всему объему, поэтому частицы гексаферрита бария, находящиеся на трущейся поверхности, вступают в контакт с уплотняемой средой, что может привести к нежелательным химическим реакциям; кроме того, эти абразивные частицы способствуют задиру и увеличению коэффициента трения.

Сущность изобретения: заготовки формируют из материала, содержащего фторопласт и магнитный компонент, посредством пропитки пористой углеграфитовой основы сначала водной суспензией магнетита, содержащей 9 - 10 мас.% оксид железа, а затем 45 - 55 мас.% водной суспензией фторопласта. В результате получен магнитный антифрикционный материал, содержащий, мас.%: углеграфит 69,5 - 87,4; магнетит 3,4 - 15,3; фторопласт 6,0 - 20,0. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

МАГНИТНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ.