СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК F16C33/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности для получения антифрикционных поверхностей деталей узлов трения.

Известен способ получения покрытия из термопластического полимера, который формирует на подготовленной металлической поверхности с применением термообработки и последующей механической обработки путем приложения нагрузки к нанесенному полимеру, причем для приложения нагрузки к полимеру ударяют 300-4000 раз с частотой 0,1 10 Гц при удильной энергии удара 0,2 1,2 кДж/м².[1]
Данный способ позволяет повысить адгезию покрытия к изделию, однако для него характерна низкая производительность, а необходимость применения термообработки делает невозможным его использование в условиях, не допускающих нагрев деталей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является способ получения антифрикционной поверхности путем нанесения на нее покрытия из антифрикционного материала т последующего его пластического деформирования, которое осуществляют выглаживанием, а в качестве антифрикционного материала используют фторированный гексагональный нитрид бора. [2]
Недостатком этого способа являются относительно высокий коэффициент трения в зоне контакта полученной поверхности с сопрягаемой в узле трения в момент его пуска и работы; низкая адгезия покрытия к подложке, т.к. осуществляется лишь механическая активизация поверхности.

Задачей изобретения является снижение коэффициента трения в зоне контакта получаемой поверхности с сопрягаемой и высокая агдезия покрытия к подножке.

Для решения этой задачи в способе получения антифрикционной поверхности путем формирования на ней покрытия из антифрикционного материала и последующего ее поверхностного пластического деформирования, для формирования покрытия в качестве антифрикционного материала используют следующий состав, мас. оксид меди 32-55, диоксид циркония 5-22, ортофосфорная кислота 40-49. Кроме того, в антифрикционный материал перед формированием покрытия может быть введет пластичный смазочный материал в количестве 4-35 мас. от массы антифрикционного материала, при этом его предварительно смешивают с ортофосфорной кислотой, а затем с оксидом меди и диоксидом циркония. Кроме того, пластическое деформирование может быть произведено после отверждения покрытия.

Суть способа состоит в следующем.

Оксид меди при нормальных условиях вступает во взаимодействие с кислотой, образуя одну из солей фосфорнокислой меди, а диоксид циркония играет роль наполнителя, т. к. взаимодействует с кислотой при температуре не ниже 300^oC. При нанесении такой смеси на поверхность детали смесь вступает в реакцию с поверхностью, в результате чего в зоне контакта восстанавливается металлическая медь, по-видимому, за счет частичного вытеснения меди из образующей ее фосфорнокислой соли железом, которое содержится в материале поверхности детали.

Основа покрытия представляет собой монолит, состоящий из диоксида циркония, непрореагировавшего оксида меди, сцементированных образовавшейся фосфорнокислой медью, что подтверждает рентгенографический анализ.

При послойном снятии покрытия с металлической поверхности детали наблюдается переход от серовато-голубоватой окраски верхнего слоя, (голубоватые поджилки в неровностях поверхности характерны для фосфорнокислой соли меди) к темно-серой основного слоя, а затем к красноватой окраске с металлическим блеском, свидетельствующей об образовании металлической меди.

За счет такого способа формирования антифрикционного покрытия в результате использования в качестве антифрикционного материала, приведенного выше состава, обеспечивается не только прочное закрепление покрытия на металлической поверхности, но также снижение коэффициента трения в зоне контактирования получаемой антифрикционной поверхности с сопрягаемой в узле трения.

Дополнительное введение смазывающего пластичного материала в антифрикционный материал позволит повысить вязкость в целом всего покрытия, что способствует медленному нарастанию силы трения и обеспечивает еще более низкий коэффициент трения в зоне контактирования поверхностей.

В результате предварительного смешивания вводимого материала с ортофосфорной кислотой, а затем с оксидом меди и диоксидом циркония происходит равномерное распределение его в покрытии.

Важность соблюдения последовательности операций состоит не только в многократности механического смешивания, но и в том, что при смешивании смеси ортофосфорной кислоты со смазывающими пластичным материалом в виде эмульсии с порошками оксида меди и диоксида циркония кислоты взаимодействует с оксидом меди с выделением тепла, при этом пластичный смазочный материал плавится и делится более жидкотекучим и лучше распределяется в составе антифрикционного материала.

Примеры реализации способа.

Пример 1 (по п. 1 формулы изобретения). Брали (мас.) смесь порошков оксида меди 42 и диоксида циркония 11, переносили ее, например, в фарфоровый тигель, помещенный в водопроводную воду, и затворяли ортофосфорной кислотой 47, тщательно перемешивали смесь стеклянной палочкой. Пребывание исходной смеси в охлаждающей среде продлевает ее жизнеспособность в 2-3 раза.

Пример 2 (по п. 2 формулы изобретения соответствует примеру 10 таблицы). Брали смесь порошков (мас.) оксида меди 42 и диоксида цикрония 11, переносили ее, например, в фарфоровый тигель и затворяли смесью ортофосфорной кислоты 47 со смазывающими пластичным материалом (литолом), тщательно перемешивая смесь стеклянной палочкой.

Приготовленную смесь по примеру 1 или при меру 2 переносили на поверхность металлической детали, распределяли ее гибкой резиновой пластинкой, затем после отверждения покрытия, проводимого в течении 18 ч при комнатной температуре на воздухе, осуществляли пластическое деформирование путем выглаживания с использование индентора.

Индентор изготовлен из сверхтвердого материала киборит с радиусом 5 мм. Выглаживание осуществляется на токарном станке мод. IK62 при скорости V=60 м/мин, подаче S=0,1 мм/об, усилия прижима P=100H.

В качестве детали использовали ролики диаметром 12 мм из стали ШХ15, HRC 62. Испытания полученной антифрикционной поверхности неподвижных прижимных роликов производили при сухом трении их по вращающему валу диаметром 50 мм из стали 40X, HRC 55 при нагрузке P 200 H, скорости вращения вала 40 об/мин, в момент его пуска и времени трения 5 мин.

Способ был реализован при граничных и при выходе за граничные значения используемых при нанесении покрытия компонентов, а также в тех же условиях был реализован с другими пластичными смазочными материалами и способ по прототипу.

Данные сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что при использовании способа обеспечивается улучшение антифрикционных свойств в момент пуска узла трения в 1,8 раза.

Использование: в машиностроении и нефтяной промышленности для получения антифрикционных поверхностей. Цель: улучшение качества наносимого покрытия и получаемой поверхности. Сущность изобретения: формируют на поверхности покрытие из антифрикционного материала, затем осуществляют поверхностное пластическое деформирование. В качестве антифрикционного покрытия используют следующий состав (мас.%): оксид меди - 32 - 55, диоксид циркония - 5 - 22, ортофосфорная кислота - 40 - 49. В этот материал дополнительно может быть введен пластичный смазывающий материал, например, литол в количестве 4 - 35 мас.% от массы антифрикционного материала. Пластическое деформирование может быть произведено после отверждения покрытия. Этот способ улучшает качество наносимого покрытия и получаемой поверхности. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения антифрикционной поверхности путем формирования на ней покрытия из антифрикционного материала и последующего ее поверхностного пластического деформирования, отличающийся тем, что для формирования покрытия в качестве антифрикционного материала используют следующий состав, мас.

Оксид меди 32 55
Диоксид циркония 5 22
Ортофосфорная кислота 40 49
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в антифрикционный материал перед формированием покрытия дополнительно вводят пластичный смазочный материал в количестве 4 35 мас. от массы антифрикционного материала, при этом его предварительно смешивают с ортофосфорной кислотой, а затем с оксидом меди и диоксидом циркония.