АНТИФРИКЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2008 года по МПК C22C9/00 C22C1/05 B82B3/00 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано в качестве износостойких антифрикционных материалов в металлоперерабатывающей, бумагоперерабатывающей промышленности и других отраслях машиностроения.

Известны композиционные порошковые меднографитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 75% [1. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев: Наук. Думка, 1980, с.237].

Недостатками таких материалов являются низкий срок службы, невысокие износостойкость и микротвердость поверхности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является композиционный порошковый материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы смедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.% и гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.% [Патент РФ 2245386, МПК 7 С22С 9/00, 1/05, F16C 33/12, 27.01.2005 (прототип), (опубл.)].

Недостатками известного материала являются низкие износостойкость и твердость порошковой матрицы, а также невысокий срок службы. Задача изобретения состоит в повышении износостойкости материала и твердости порошковой матрицы, а также увеличении срока службы материала в узлах трения.

Поставленная задача решается тем, что антифрикционный композиционный порошковый материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, дополнительно содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%.

Сущность изобретения состоит в следующем. Использование углеродных нанотрубок в количестве 0,2-0,7 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, представляющей собой медный порошок в количестве 63,8-64,3 мас.%, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом повышается плотность и улучшаются антифрикционные свойства получаемого материала, что обеспечивает уменьшение количества вынесенных из зоны трения частиц и, соответственно, повышение износостойкости антифрикционного композиционного порошкового материала. Использование углеродных нанотрубок в количестве 0,2-0,7 мас.% позволяет также повысить твердость композиционного материала. В результате увеличивается срок службы материала в узлах трения, особенно при воздействии высоких нагрузок.

Содержание углеродных нанотрубок в композиции на основе металлической матрицы в количестве менее 0,2 мас.% недостаточно для эффективной реализации уникальных антифрикционных и прочностных свойств углеродных нанотрубок. В результате снижается износостойкость и твердость материала, а также уменьшается его срок службы в узлах трения.

Если содержание углеродных нанотрубок более 0,7 мас.%, происходит ухудшение эксплуатационных характеристик антифрикционного композиционного порошкового материала за счет того, что углеродные нанотрубки, попадая в области контактного взаимодействия компонентов материала, разупрочняют порошковую матрицу, не позволяя создавать достаточно прочные металлические связи между частицами. При этом повышается износ материала и уменьшается его срок службы в узлах трения.

Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы антифрикционных композиционных порошковых материалов, а в табл.2 - их сравнительные свойства.

Составляющими компонентами композиционных порошковых материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, гранулы порошка хрома, омедненные химическим способом, и углеродные нанотрубки, полученные методом дугового испарения графитового стержня.

Таблица 1Компоненты антифрикционных композиционных порошковых материалов и их характеристикиСоставыантифрикционныхкомпозиционныхпорошковыхматериаловПо прототипуЗапредельныеЗаявляемыеЗапредельныеКонтрольные  123456789101112Крупность частиц медного порошка, мкм100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160Содержание медного порошка в материале, мас.%64,564,4964,4564,464,3564,364,163,863,763,663,575,199,0Крупность гранул омедненного графита, мкм160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200-Содержание гранул омедненного графита в материале, мас.%16,516,516,516,516,516,516,516,516,516,516,516,5-Содержание меди в гранулах омедненного графита, мас.%737373737373737373737373-Крупность гранул омедненного полимера, мкм100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160100-160-Содержание гранул омедненного полимера в материале, мас.%888888888888-Содержание меди в гранулах омедненного полимера, мас.%555555555555555555555555-Крупность гранул омедненного никеля, мкм160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200160-200--Содержание гранул омедненного никеля в материале, мас.%44444444444--Содержание меди в гранулах омедненного никеля, мас.%3030303030303030303030--Крупность гранул омедненного50-7525-7525-7525-7525-7525-7525-7525-7525-7525-7525-75--хрома, мкм             Содержание гранул омедненного хрома в материале, мас.%77777777777  Содержание меди в гранулах омедненного хрома, мас.%3535353535353535353535  Содержание углеродных нанотрубок, мас.%-0,010,050,10,150,20,40,70,80,91,00,41,0

Таблица 2Номера составов антифрикционных композиционных порошковых материаловХарактеристики антифрикционных композиционных порошковых материаловСрок службы в узлах трения оборудования, чМикротвердость порошковой матрицы, МПаИнтенсивность изнашивания, мг/чПо прототипу3658100,4713678100,4723708150,4633798200,4543878300,4353918500,4263988550,4173928600,4083838450,4393728400,45103618200,46112898000,6012717100,87Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов из каждого антифрикционного композиционного порошкового материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний.

Материалы получали методом спекания порошковых композиций в специальной прессформе на установке для электроконтактного спекания при следующих показателях технологического процесса:

- усилие прижатия электродов, Н9500- ток, кА17-19

Испытания проводили на машине СМЦ-2 трением скольжения по схеме "вал-частичный вкладыш" при нагрузке 100 кПа и скорости 1 м/с. Материалом контртела служила сталь 45 твердостью 44 HRC, шероховатость поверхности R_a=0,63 мкм. Микротвердость порошковой матрицы определяли на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76.

Как следует из приведенных данных, заявляемый антифрикционный композиционный порошковый материал, по сравнению с известным, характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, а также увеличенным сроком службы.

Из заявляемого антифрикционного композиционного порошкового материала были изготовлены подшипники для узлов трения технологического оборудования ОАО "Гомельобои". Натурные испытания подтвердили высокую эффективность заявляемого материала. Срок службы и время межремонтного обслуживания узлов трения увеличились в 1,1-1,15 раза.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к антифрикционным композиционным порошковым материалам, и может быть использовано, например, в металлообрабатывающей и бумагообрабатывающей промышленности, при изготовлении износостойких антифрикционных материалов. Композиционный материал содержит медный порошок крупностью 100-160 мкм в количестве 63,8-64,3 мас.%, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.% и углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%. Такая композиция обеспечивает увеличение срока службы узлов трения, повышение твердости порошковой матрицы и увеличение износостойкости композиционного материала. 2 табл.

Антифрикционный композиционный порошковый материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм в количестве 63,8-64,3 мас.%, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.% и гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%.