АНТИФРИКЦИОННЫЙ ГРАФИТИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК C01B31/04 C04B35/52 F16C33/16 

Изобретение относится к области получения антифрикционных углеродных материалов, используемых для изготовления деталей узлов трения машин и агрегатов, работающих без смазки и в условиях спокойной или плавноменяющейся нагрузки: для изготовления уплотнительных колец, вкладышей, подшипников скольжения.

Известен способ повышения срока службы щеток (1) антифрикционных материалов, который обеспечивает содержание двуокиси кремния в материале щетки в пределах 0,1-0,5% и карбида кремния до 0,1% и менее. При этом способ заключается во введении в состав материала двуокиси кремния пропиткой в растворе метилсиликоновой смолы в ароматических углеводородах с последующим обжигом. Недостатком данного материала является недостаточно высокий уровень эксплуатационных свойств, в частности уровень стабильности износа при работе по меди и стали.

Известен так же антифрикционный материал типа АГ (2) включающий в свой состав 43-52% вес. прокаленного нефтяного кокса, 9,5-12,5 вес. сухой смазки
естественного графита с зольностью 14% 35,5-47,5 вес. каменноугольного пека. Однако эти материалы имеют недостаточно высокие показатели износостойкости.

Предложенное техническое решение повышает стабильность толщины и состава промежуточного слоя, который образуется на рабочих поверхностях трущейся пары в течении всего ее срока службы. Это в свою очередь понижает скорость изнашивания антифрикционного углеродного материала. Динамическое равновесие состояния этого слоя обеспечивается равными значениями скорости изнашивания графитового тела и поддержания толщины промежуточного слоя, путем полирования абразивными частицами карбидов металлов (кремния, железа и других карбидов, содержащихся в значительно меньших количествах).

Указанная цель поддержание стабильности переходного слоя может быть обеспечена при получении в составе антифрикционного материала определенного содержания уровня зольных примесей и карбида кремния. Известные антифрикционные материалы не учитывают этого обстоятельства. Так в известных графитированных материалах типа АГ содержание зольных примесей находится в пределах 0,02-0,2% а карбиды отсутствуют.

В предложенном техническом решении эти недостатки антифрикционного графитированного материала устраняются путем регулирования содержания зольных примесей в исходном натуральном графите и ограничением температуры графитации до 2700^oС<Исходя из условий термического рафинирования антифрикционных материалов от зольных примесей при нагреве до указанной выше температуры выбрано содержание зольных примесей в одном из компонентов антифрикционного материала естественном графите до 7% При этом основными компонентами золы являются кремний, железо, алюминий.

Пример.

В смесильную машину СМ-2000 дозируют кокс нефтяной прокаленный марки КНПС-СМ или КНПС-КМ по ГОСТу 22898-78 со следующими характеристиками: массовая доля общей влаги 3,0% летучих веществ 6,0% золы 0,15% серы 0,20% (фракции 0,09 мм не менее 85%) в количестве 53 мас. и естественный графит Тайгинского или Завальевского месторождения (с содержанием золы 7 мас.) 12 мас. Состав золы шихтовых материалов не регламентируется, но в золе содержатся сложные минеральные примеси содержащие SiO₂, Fe, Al₂O₃. В основном в золе содержатся примеси SiO₂, Al₂O₃. Перемешивают при температуре равной 120-150^oС в течении часа, затем заливают пек каменноугольный с температурой размягчения 68-72^oС электродный среднетемпературный марки А по ГОСТу 10200-83 со следующими характеристиками влага жидкого пека 0,5% зольность 0,3% летучие 62,0% в количестве 35 мас. и перемешивают в течении 1,5-2 часов. Готовую шихту загружают в пресс-форму 1250 тн пресса, прессование ведут при удельном давлении 3,5 МПа. Размеры заготовок от 60 мм до 235 мм, длина заготовок 170 мм. Полученные заготовки обжигают, максимальная температура первичного обжига 1200-1300^oС. Затем дробят и производят тонкий помол в непрерывном режиме в вибромельнице до фракции менее 0,09 мм не менее 80% другие параметры по размерам частиц оценке не подлежат. Полученный порошок смешивают с каменноугольным пеком в отношении: пресс-порошок 70 мас. пек 30 мас. в течении 2,5-3 часов, охлаждают, производят вторичный тонкий помол до размера частиц менее 0,09 мм не менее 90% Затем прессуют на 200 тн и 630 тн прессах при удельном давлении 150 МПа заготовки диаметром от 60 мм до 235 мм длинной 170 мм, обжигают в контейнерах при максимальной температуре 1200^oС, в течении 190-230 часов, графитируют при температуре 2600-2700^oС. Основные физико-механические характеристики предложенного антифрикционного графитированного материала:
Плотность (г/см³) 1,7-1,74
Пористость не более 20-25
Предел прочности при сжатии кгс/см² не менее 600-700.

Сравнительные испытания на износостойкость разработанного материала и прототипа проводили на испытательной машине НИДИ. Cкорость скольжения 0,24 м/сек. давление нагрузка 10 кг/см², условия рабочей среды сухое трение, рекомендуемый материал контр тела стали всех марок и хромовые покрытия.

Результаты сравнительных испытаний на износостойкость при предельно допустимых удельных давлениях в условиях сухого трения на воздухе при комнатной температуре за 100 часов, а также по содержанию карбида и зольных примесей заявленного материала и прототипа приведены в таблице.

Как видно из таблицы 1 полученный по предлагаемому изобретению материал с содержанием золы 0,2-0,4 мас. при массовом соотношении золы к SiC в ней 10: 1 имеет скорость изнашивания в 4 раза ниже известного, при неизменных физико-механических характеристиках. Структура нового материала равномерная, без видимых микротрещин.

Использование: для деталей узлов трения машин и агрегатов, работающих без смазки: уплотнительных колец, вкладышей, подшипников скольжения. Сущность изобретения: антифрикционный графитированный материал на основе шихтовой смеси прокаленного нефтяного кокса, каменноугольного пека и добавки естественного графита содержит естественный графит в шихтовой смеси, мас. %: золы 7 и графитированный материал содержит 0,2 - 0,4 зольных примесей при массовом соотношении золы к карбиду кремния в ней 10:1. 1 табл.

Антифрикционный графитированный материал на основе шихтовой смеси прокаленного нефтяного кокса, каменноугольного пека и добавки естественного графита с зольными примесями, отличающийся тем, что тем, что естественный графит в шихтовой смеси содержит 7 мас. золы и графитированный материал содержит 0,2 0,4 мас. зольных примесей при массовом соотношении золы к карбиду кремния в ней 10 1.