МЕТАЛЛОМАТРИЧНЫЙ КОМПОЗИТ Российский патент 2009 года по МПК C22C13/00 C22C1/05 

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам. Может применяться в машино-, автомобилестроении, нефтехимической промышленности при производстве подшипников скольжения.

Известны металломатричные композиты, состоящие из алюминиевой матрицы и усиливающих элементов в виде порошка карбида кремния [Axel Kolsgaard, Stig Brusethaug Settling of SiC particles in an AlSi7Mg melt. Materials Science and Engineering, A 173 (1993), 213-219]. Такой металломатричный композит обладает хорошими антифрикционными свойствами, однако имеет низкую коррозионную стойкость.

Известен также металломатричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния (патент РФ №2017852, МПК C22C 32/00, опубл. 15.08.1994, 3 с.). Такой металломатричный композит обладает повышенной износостойкостью по сравнению с обычными бронзами, но нетехнологичен при изготовлении и ремонте оборудования.

Наиболее близкими к заявляемому металломатричному композиционному материалу по назначению и составу являются сплавы на основе олова - баббиты по ГОСТ 1320-74 (ИСО 4383-91) [1], содержащие в своем составе следующие основные элементы, мас.%: сурьма 10,0-12,0, медь 5,5-6,5, олово остальное.

Данные сплавы рекомендуется использовать при изготовлении подшипников скольжения, работающих в различных, в том числе и тяжелонагруженных, машинах и агрегатах в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Однако сплавы на основе олова обладают низкими механическими свойствами и невысокой допускаемой температурой при эксплуатации

Задачей настоящего изобретения является создание металломатричного композиционного материала, обладающего улучшенными антифрикционными и механическими свойствами и повышенной температурной стойкостью. Получение композиционного металломатричного сплава с более высоким уровнем изложенных свойств обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и общего ресурса работы машин и агрегатов, где используются подшипники скольжения.

Поставленная в заявке задача решается тем, что металломатричный композит, содержащий олово, сурьму, медь, дополнительно содержит частицы карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: сурьма 10,0-12,0, медь 0,5 - 1,5, карбид кремния 1,0-15,0, олово остальное.

Предложенный композиционный материал изготавливали следующим способом. Баббит Б83 расплавляли в печи сопротивления под слоем древесного угля. После достижения температуры 350-400°С снимали покровный слой древесного угля и затем вводили порошок карбида кремния. Ввод порошка карбида кремния в расплавленный баббит производился механическим замешиванием. Полученный композиционный сплав выливали в металлическую форму. Из полученных слитков вырезали образцы для определения твердости и антифрикционных свойств.

Поставленный технический результат достигается тем, что вводимые в матрицу дисперсные частицы карбида кремния являются дополнительными, кроме интер-металлидов SnSb, точками опоры, располагающимися в мягкой матрице. На трущейся поверхности подшипника формируется шероховатость, приводящая к созданию микроподшипников, которые образуют микроклинья из смазки, переводя работу подшипников из режима граничного трения в жидкостный или полужидкостный. Микроклинья смазки, а также выступающие из мягкой основы твердые интерметаллиды SnSb и дисперсные частицы карбида кремния способны воспринимать большие, чем в известном сплаве, нормальные давления трущейся пары и снижать коэффициент трения, т.е. улучшать антифрикционные свойства металломатричного композиционного материала. При всем этом представилась возможность снизить содержание меди в сплаве без ущерба служебным свойствам.

В таблице 1 приведены варианты предлагаемого композиционного сплава.

Таблица 1 Компоненты Состав, мас.% Прототип № сплава 1 2 3 4 сурьма 10,0 10,5 11,0 12,0 11,0 медь 0,5 0,6 0,8 1,5 6,0 карбид кремния 1,0 5 10,0 15,0 - олово остальное остальное остальное остальное остальное

Результаты проведенных сравнительных испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 Состав Твердость, НВ Максимальная нагрузка при испытаниях, МПа Коэффициент трения Температура масла, °С Состав 1 25 4,0 0,03 45 Состав 2 30 5,0 0,03 48 Состав 3 40 10,0 0,02 55 Состав 4 50 13,0 0,01 85 Прототип 20 2,0 0,04 45

Как следует из данных таблицы 2, предлагаемый металломатричный композиционный материал обладает более высокой твердостью, допускает более высокие нагрузки при трении и более высокую температуру и одновременно имеет более низкий коэффициент трения.

Содержание карбида кремния в композите менее 1% не дает существенного снижения коэффициента трения, а увеличение концентрации более 15% приводит к ухудшению технологических свойств. Уменьшить содержание меди в композиционном сплаве с добавками карбида кремния представляется возможным благодаря появлению дополнительных опорных поверхностей, что приводит к повышению несущей нагрузки композита при меньшем содержании меди.

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам, и может быть использовано в машино-, автомобилестроении и нефтехимической промышленности. Композит содержит олово, сурьму, медь и частицы карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: сурьма 10,0-12,0, медь 0,5-1,5, карбид кремния 1,0-15,0, олово остальное. Технический результат - повышение антифрикционных и механических свойств, повышение температурной стойкости материала. 2 табл.

Металломатричный композит, содержащий олово, сурьму, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит частицы карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
сурьма 10,0-12,0 медь 0,5-1,5 карбид кремния 1,0-15,0 олово остальное