КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР Российский патент 2006 года по МПК F16C33/14 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для модификации трущихся поверхностей кинематических пар.

Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая мас.%: MgSi₂О₅(OH)₄ - 10-60; MgFe₂О₄ - 10-60; M₀S₂ - 1-2, сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1-10, Н₂О - не более 5, RU 2160856.

Композиция имеет нестабильные гранулометрические характеристики, что обусловливает недопустимую неравномерность покрытия; когезионная прочность его низкая.

Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая предварительно механоактивированную смесь размельченного, формирующего антифрикционное покрытие, вещества со связующим, при этом в качестве такого вещества используют природный серпентинит, содержащий, мас.%:

MgO, CaO- 20-60SiO, Al₂О₃- 20-60H₂O- 3-10Примеси пород- 3-10,

RU 2006707.

Недостатком этой композиции, принятой за прототип настоящего изобретения, является неравномерная толщина получаемого антифрикционного покрытия, недостаточно низкий коэффициент трения, его нестабильность и недолговечность, особенно в условиях повышенных механических и температурных воздействий, что не позволяет обеспечить высокую износостойкость трущихся поверхностей. Это объясняется тем, что при t°≥90°C композиция модифицирует смазочные масла, как жидкие, так и пластичные; окись кальция, а также закись, кремния не только обусловливают разрыв водородных и углеродных связей насыщенных и ненасыщенных углеводородов, но и препятствуют их последующей рекомбинации.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения равномерности, стабильности и долговечности антифрикционного покрытия, снижения коэффициента трения (до значений не выше 0,0006 при сухом граничном трении); покрытие должно использоваться как при наличии масляной смазки, так и при отсутствии любых видов смазки.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая Al₂О₃ и окисел кремния, характеризуется тем, что содержит окисел кремния в виде SiO₂, Al₂О₃ - в виде аморфной модификации с размерами частиц не более 240 Å, а также дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит при следующем содержании компонентов, мас.%:

аморфный Al₂O₃ с размерами  частиц не более 240 Å- 5-10SiO₂- 70-80вспученный интеркалированный  графит- остальное

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает важные новые свойства композиции. SiO₂ в отличие от SiO (закиси кремния), содержащейся в композиции-прототипе, углеродные и водородные связи углеводородов не рвет, так как в SiO₂ нет свободных связей, все связи заполнены O₂. Наличие в качестве ингредиента аморфной модификации Al₂О₃ с размерами частиц не более 240 Å обеспечивает постоянство коэффициента трения на уровне не более 0,0006 в диапазоне температур от -60°С до 900°С. Это объясняется тем, что аморфный Al₂O₃ с размерами частиц не более 240 Å, увляясь идеальным связующим материалом для антифрикционного покрытия, смягчает каталитические свойства SiO₂. В результате предотвращается термодинамически не контролируемый рост кристаллов и сохраняется обратимость автокаталитических реакций. В результате получаемая кристаллическая структура отличается возможностью значительной динамики кристаллитов, что обеспечивает снижение коэффициента трения.

Графит представляет собой слоистую структуру, состоящую из правильных гексагонов, сконденсированных в одной плоскости. Вспучивание представляет собой расслоение кристаллов графита по отдельным плоскостям. Предварительное интеркалирование графита (ослабление межслойных связей) обусловливает механохимическую активацию слоев графита и позволяет облегчить процесс вспучивания. Этот процесс может, в частности, осуществляться согласно изобретению RU 2133720: "Способ Велика Б.М. вспучивания интеркалированного графита". Наличие в композиции вспученного интеркалированного графита обеспечивает самоорганизующуюся агломерацию SiO₂ и аморфного Al₂O₃ в агрегаты с оптимальным модулем упругости и коэффициентом пластичности. Кроме того, при наличии смазки вспученный интеркалированный графит играет роль функциональных групп в процессе превращения макромономеров как продуктов износа масел в реакционно-способные олигомеры (РСО), которые сшиваются в объемные структуры, обеспечивающие весьма низкий коэффициент трения. При этом SiO₂ является катализатором сшивки РСО по радикальному типу.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Реализация изобретения поясняется результатами испытания композиции.

Во всех примерах композиция представляла собой высокогомогенизированную смесь порошков ингредиентов с размерами частиц не более 240 Å.

Триботехнические испытания проводились на роликовой машине трения 2070-СМТ-1 с использованием узла трения в виде неподвижного плоского образца, контактирующего с вращающимся валом. Образец в виде плоской пластины зажимался в специальном держателе, закрепленном на подвижной каретке. При повороте каретки образец соприкасался с вращающимся роликом, частично погруженным (на 3-4 мм) в масляную ванну емкостью 100 мл. Ванна была снабжена устройствами для охлаждения и подогрева находящегося в ней масла. В качестве материала для неподвижного плоского образца использовалась холоднокатаная нагартованная лента шириной 10 мм из низкоуглеродистой стали, имеющая шероховатость R_a=0,35 мкм и твердость 207HV (лента 0,8КП-ВН-1-0,4×10, ГОСТ 503-81). Использование в качестве неподвижного контртела стальной ленты предусматривало возможность дальнейшего изучения полученных при испытаниях поверхностей трений физическими методами.

Вращающийся ролик диаметром D=46 мм и шириной 10 мм был изготовлен из стали ШХ-15, наиболее часто применяемой в узлах трения сталь-сталь на экспериментальных установках. Шероховатость цилиндрической рабочей поверхности ролика после шлифования оценивается величиной R_a≈0,60 мкм, твердость 63 HRC. Частота вращения ролика при испытаниях составляла ω=400 мин^-1, что соответствовало линейной скорости скольжения в трибоконтакте v=1 м/с.

В качестве основных показателей, характеризующих интенсивность протекающих процессов трения и изнашивания для выбранных условий испытания, приняты:

V - объемный износ;

f_c - средний за испытание коэффициент трения;

I_h - линейная интенсивность изнашивания;

Р_дм - максимально допустимое давление в трибоконтакте для принятых условий смазывания.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1.№ испыт.компонентымас.%V м³×10^-3f_cI_hР_дм (МПа)IAl₂O₃5     SiO₂700,000110,00067×10^-145,1 Вспученный25     интеркалированныи графит     IIAl₂O₃7     SiO₂750,000130,00076,2×10^-145,1 Вспученный18    интеркалированныи графит     IIIAl₂O₃8     SiO₂770,000140,000756,0×10^-145,1 Вспученный интеркалированныи графит15   IVAl₂O₃10     SiO₂800,000170,00095,7×10^-145,1 Вспученный интеркалированныи графит10   VMgO25     CaO25     SiO₂22    Прототип  2,50,04616,1×10^-105,1Al₂O₃20     H₂O3     Примеси пород5    

Приведенные испытания показали, что заявленная композиция обеспечивает, практически, безызносное трение.

Основные триботехнические показатели изобретения на несколько порядков выше в сопоставлении с прототипом.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для модификации трущихся поверхностей кинематических пар. Композиция, содержащая Al₂О₃ и окисел кремния, дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит. Окисел кремния представляет собой SiO₂, а Al₂О₃ - аморфную модификацию с размерами частиц не более 240 Å. Технический результат - повышение равномерности, стабильности и долговечности антифрикционного покрытия, снижение коэффициента трения. 1 табл.

Композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая Al₂О₃ и окисел кремния, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит, окисел кремния представляет собой SiO₂, а Al₂О₃ - аморфную модификацию с размерами частиц не более 240 Å, при этом содержание компонентов, мас.%:

Аморфный Al₂O₃ с размерами частиц не более 240 Å5-10SiO₂70-80Вспученный интеркалированный графитОстальное