СОСТАВ ТВЕРДОСМАЗОЧНОГО АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2013 года по МПК C23C4/04 C10M103/00 B82B3/00 C10N50/02 

Изобретение относится к твердосмазочным антифрикционным покрытиям на основе неорганического связующего, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде, в условиях высоких нагрузок и температур.

Известно антифрикционное композиционное покрытие, содержащее следующие компоненты, мас.ч.: дисульфид молибдена 25-58, графит 25-58, нитрид бора 7-16, связующие 30-70, покрытие наносится на металлическую поверхность (см. патент US 5482637, кл. F02B 77/02, 09.01.1996).

Данное антифрикционное покрытие используется в узлах механизмов машин, эксплуатирующихся в режимах сухого трения при нагрузках до 10 кг/см².

Недостатком является низкая износостойкость и низкие предельные удельные нагрузки, при высоких температурах подвергается деструкции.

Известно антифрикционное покрытие для защиты тяжелонагруженых пар трения металл-металл от износа в интервале температур - 60-250°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисульфид молибдена 55-70, графит 7-20, бета-карбид кремния с соотношением 1/d=30-300, 0,15-1,1, эпоксифенольный лак - остальное (см. заявка на изобретение №92013655/04, 15.12.1992).

Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является антифрикционное твердосмазочное покрытие, содержащее, мас.%: дисульфид молибдена 35-45, коллоидный графит 8-15, квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором 5-10,эпоксидный лак остальное (патент РФ №2412276).

Покрытие предназначено для защиты тяжелонагруженных пар трения металл-металл от износа в интервале температур (-60)-(+250)°С.

Недостатком этого покрытия является низкая износостойкость, высокий коэффициент трения.

Перед авторами стояла задача получения антифрикционного покрытия на металлах, обладающего низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью при работе в температурном диапазоне от 20 до 300°С.

Эта задача решена тем, что предложен состав антифрикционного покрытия, содержащий дисульфид молибдена, коллоидный графит, наночастицы алмаза, связующее состоит из оксида магния, азотной кислоты, фосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов, г/л:

дисульфид молибдена 30-60 коллоидный графит 5-10 наночастицы алмаза 5-15 оксид магния 11-15 азотная кислота 30-80 фосфорная кислота 100-150 дистиллированная вода до 1 литра

Наночастицы алмаза представляют собой ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов с размером частиц от 4 до 6 нм. Введение наноалмазов способствует существенно повысить износостойкость, снижению коэффициента трения при повышении температуры и удельных нагрузок.

Пример получения покрытия.

Технология получения антифрикционного покрытия заключается в следующем:

- подготовка поверхности изделия под покрытие;

- подготовка связующего;

- изготовление суспензии;

- нанесение суспензии на изделие;

- температурная обработка.

Подготовка поверхности металлического изделия (сталь ШХ 15) под покрытие заключается в обезжиривании поверхности металла венской известью, дальнейшей промывке в проточной воде и сушке на воздухе до полного высыхания.

Связующее готовится следующим образом: азотная кислота и фосфорная кислота смешиваются с 500 мл воды при температуре 21-23°С, затем добавляется в раствор оксид магния и перемешивается до полного растворения раствора. Водный раствор наполнителей следующим образом: в 500 мл воды добавляют порошок дисульфида молибдена, порошок коллоидного графита и ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов в необходимых количествах. Далее раствор тщательно перемешивается при помощи лопастной мешалки со скоростью вращения 150 об/мин до получения однородной массы.

Затем полученный водный раствор с наполнителями вводится в связующее.

Наносить покрытие можно при помощи кисти.

Термическая обработка покрытия проводится в термошкафу при температуре 300°С в течение 120 минут.

Для подтверждения эффективности предлагаемого состава были подготовлены четыре состава антифрикционного покрытия (см. таблицу).

Испытание на трибологические свойства производились на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,132 м/с, Р=80 МПа, при температуре +20, +250, +300°С. Наносилось антифрикционное покрытие на образцы из стали ШХ15, в качестве контртела использовались образцы из стали ШХ15. Линейный износ определялся по базовым точкам на оптиметре с ценой деления 1 мкм.

В ФГУП ОКТБ «ОРИОН» проведены испытания трех подшипников ШСП-20 с покрытием сфер внутренних колец. Внутренние кольца подшипников с отверстиями для подвода смазки. Материал колец ШХ15.

Режим испытания подшипников

F_r=8700 кгс;

Амплитуда качаний +60°С;

Частота качаний 60 качаний в мин;

Расчетная долговечность 5000 нагружений.

Наработка подшипников составила для всех трех подшипников 120% расчетной долговечности.

Таблица 1 Состав раствора (г/л) и физико-механические свойства Заявленный раствор Прототип мас.% 1 2 3 4 дисульфид молибдена 30 40 50 60 35 коллоидный графит 5 7 8 10 10 квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором - - - - 10 Эпоксидный лак - - - - остальное наночастицы алмаза 5 7 12 15 - оксид магния 11 11 13 15 - азотная кислота 30 40 60 80 - фосфорная кислота 100 120 150 150 - дистиллированная вода 1 литр 1 литр 1 литр 1 литр - Коэффициент трения при температуре:   20°С 0,11 0,11 0,10 0,12 0,13 250°С 0,10 0,09 0,09 0,10 0,13 300°С 0,10 0,09 0,10 0,10 0,12 Скорость изнашивания, мкм/ч   20°С 0,14 0,15 0,14 0,16 0,18 250°С 2,0 2,1 2,2 2,0 2,9 300°С 2,2 2,0 2,5 2,0 3,7

На основании результатов, приведенных в таблице, подтверждается, что введение наночастиц алмаза улучшает трибологические свойства антифрикционного покрытия, а введение наночастиц алмаза в состав антифрикционного покрытия позволяет получить покрытие, которое обладает сниженным коэффициентом трения на 15-30% и повышенной износостойкостью, причем применение связующего на основе неорганических соединений дополнительно обеспечивает повышенную износостойкость. Разработанный раствор испытан на опытном предприятии ФГУП ОКТБ «ОРИОН» и полученные покрытия имеют высокие физико-механические показатели.

На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанный нами «Состав антифрикционного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищен патентом Российской Федерации.

Использование: в машиностроении для нанесения на детали узлов трения. Сущность: состав включает дисульфид молибдена, коллоидный графит и наночастицы алмаза с размерностью 4-6 нм в виде порошка качестве наполнителя и связующее, представляющее собой смесь оксида магния с водным раствором азотной и фосфорной кислот. Технический результат - повышение износостойкости покрытия при снижении коэффициента трения при повышенных температурах. 1 табл., 1 пр.

Состав антифрикционного твердосмазочного покрытия, включающий дисульфид молибдена, коллоидный графит и связующее, отличающийся тем, что он содержит дополнительно наночастицы алмаза в виде порошка с размерностью частиц 4-6 нм, а в качестве связующего взят водный раствор азотной кислоты, фосфорной кислоты и оксида магния и все компоненты взяты в следующем соотношении г/л:
дисульфид молибдена 30-60 коллоидный графит 5-10 наночастицы алмаза 5-15 оксид магния 11-15 азотная кислота 30-80 фосфорная кислота 100-150 дистиллированная вода до 1 л