КОМПОЗИЦИОННЫЙ СПЕЧЕННЫЙ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2010 года по МПК C22C1/05 C22C9/00 B82B3/00 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано для изготовления износостойких изделий для машиностроения.

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

Недостатком таких материалов являются невысокие физико-механические характеристики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционный 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 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.% [Патент РБ 10808, МПК 7 С22С 9/00, 1/05, 2008 (прототип)].

Недостатками известного материала являются низкое значение твердости порошковой матрицы и высокая пористость материала. Задача изобретения состоит в повышении твердости материала, а также уменьшении его пористости.

Поставленная задача решается тем, что композиционный спеченный 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.%, углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%, дополнительно содержит фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%.

Сущность изобретения состоит в следующем. Использование фуллеренов в количестве 0,02-0,04 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом повышается твердость и снижается пористость композиционного материала.

Содержание фуллеренов в композиции на основе металлической матрицы в количестве менее 0,02 мас.% недостаточно для эффективной реализации их уникальных антифрикционных и прочностных свойств. В результате снижается твердость и увеличивается пористость материала.

Если содержание фуллеренов более 0,04 мас.% происходит ухудшение эксплуатационных характеристик композиционного спеченного порошкового материала за счет того, что фуллерены, попадая в области контактного взаимодействия компонентов материала, разупрочняют порошковую матрицу, не позволяя создавать достаточно прочные металлические связи между частицами. При этом снижается твердость материала.

Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы композиционных спеченных 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, углеродные нанотрубки, полученные методом дугового испарения графитового стержня, и фуллерены, полученные в плазме электрической дуги.

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

усилие прижатия электродов, кН 95 ток, кА 17-19

Измерение твердости проводили на прессе Бринелля по ГОСТ 9012-59. Пористость спеченных композиционных материалов определяли методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18898-73.

Как следует из приведенных данных, заявляемый композиционный спеченный порошковый материал, по сравнению с известным, характеризуется пониженной пористостью и повышенной твердостью.

Таблица 1 Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики Составы композиционных спеченных порошковых материалов По прототипу Запредельные Заявляемые Запредельные Контроль-
ные     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Крупность частиц медного порошка, мкм 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 Содержание медного порошка в материале, мас.% 64 63,999 63,998 63,995 63,99 63,98 63,97 63,96 63,95 63,94 63,92 75,47 99,0 Крупность гранул омедненного графита, мкм 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 - Содержание гранул омедненного графита в материале, мас.% 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 16,5 - Содержание меди в гранулах омедненного графита, мас.% 73 73 73 73 73 73 73 73 73 73 73 73 - Крупность гранул омедненного полимера, мкм 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 100-160 -

Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики Составы композиционных спеченных порошковых материалов По прототипу Запредельные Заявляемые Запредельные Контроль-
ные     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Содержание гранул омедненного полимера в материале, мас.% 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 - Содержание меди в гранулах омедненного полимера, мас.% 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 - Крупность гранул омедненного никеля, мкм 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200 160-200     Содержание гранул омедненного никеля в материале, мас.% 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4     Содержание меди в гранулах омедненного никеля, мас.% 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30    

Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики Составы композиционных спеченных порошковых материалов По прототипу Запредельные Заявляемые Запредельные Контроль-
ные     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Крупность гранул омедненного хрома, мкм 50-75 25-75 25-75 25-75 25-75 25-75 25-75 25-75 25-75 25-75 25-75     Содержание гранул омедненного хрома в материале, мас.% 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7     Содержание меди в гранулах омедненного хрома, мас.% 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35     Содержание углеродных нанотрубок, мас.% 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 - - Содержание фуллеренов, мас.% - 0,001 0,002 0,005 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,03 1,0

Таблица 2 Номера составов композиционных спеченных порошковых материалов Характеристики композиционных спеченных порошковых материалов Твердость, НВ Пористость, % По прототипу 65 7 1 70 7 2 80 7 3 90 6 4 100 5 5 110 4 6 115 4 7 105 4 8 90 4 9 75 4 10 70 4 11 60 7 12 50 7 Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов из каждого композиционного спеченного порошкового материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным спеченным материалам. Может использоваться для изготовления износостойких изделий в машиностроении. Композиционный спеченный порошковый материал содержит 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.%, углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.% и фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%. Материал обладает высокой твердостью и низкой пористостью. 2 табл.

Композиционный порошковый материал, полученный спеканием порошковой композиции, содержащей 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.%, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%.