КОМПОЗИЦИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ТВЕРДОГО СМАЗОЧНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2013 года по МПК C10M103/06 C10M135/18 C10M147/02 C10M173/00 C10M173/02 C08J5/16 C09D1/00 C09D127/18 

Изобретение относится к созданию композиционного антифрикционного твердого смазочного покрытия. Покрытие может быть использовано в узлах трения машин и механизмов, в частности в подшипниках скольжения работающих в воздушной среде при частых циклических нагрузках, перепадах температур.

Известна антифрикционная композиция, содержащая, мас.%: дисульфид молибдена 10,0-18,0, кристаллический йод 0,2-0,6, полиакриловый лак остальное и дополнительно ультрадисперсный β-сиалон в количестве 0,2-0,5 мас.% (патент РФ 2285019 С1, МПК C08J 5/16, 10.10.2006).

Недостатками данной композиции являются сравнительно низкие триботехнические свойства полученного покрытия при частых циклических нагрузках и вызывающих разрушение полимерного связующего.

Известна антифрикционная композиция для покрытий при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисульфид молибдена модифицированный эпиламом, при их массовом соотношении 1:(2-3)20-25 и поливинилбутиральный лак остальное (патент Российской Федерации 2359981 С1, 23.11.2007).

Недостатками антифрикционной композиции являются сравнительно невысокие антифрикционные свойства полученного покрытия, при циклических нагрузках и отрицательных температурах.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, является антифрикционное твердоемазочное покрытие (патент Российской Федерации №№2412276 от 28.10.2009), содержащие мас.%: дисульфид молибдена, коллоидный графит, квазикристаллы Al-Cu-Fe, допированные бором, эпоксидный лак. Это покрытие наносится на поверхность пар трения, работающих в интервале температур от -60°С до +250°С.

Однако оно обладает сравнительно высоким коэффициентом трения и пониженной износостойкостью.

Перед авторами стояла задача получения антифрикционного композиционного твердого смазочного покрытия на металлах, обладающего низким коэффициентом трения и низким коэффициентом трения покоя в температурном диапазоне от -100°С до 150°С, высокой износостойкостью при циклических нагрузках.

Эта задача решена тем, что в состав композиции, содержащей дисульфид молибдена и связующее, дополнительно введены тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс, суспензия фторопласта Ф-4Д, азотнокислое серебро, а в качестве связующего взят водный раствор азотной кислоты, фосфорной кислоты, оксида меди и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Дисульфид молибдена 50-56 Тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс 4-8 Азотнокислое серебро 2-4 Суспензия фторопласта Ф-4Д 13-15 Азотная кислота 3-7 Фосфорная кислота 10-12 Оксид меди 1-3 Вода Остальное

Тетраэтилдиурамдисульфида медный комплекс представляет собой темно-синий порошок, выпускаемый по ТУ 6-09-07-491-75. Введение данного медного комплекса способствует снижению коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.

Введение порошка азотнокислого серебра и оксида меди способствует снижению коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.

Суспензия фторопласта Ф-4Д представляет собой водную взвесь частиц фторопласта 4Д с размером частиц 0,4-0,06 мкм, выпускаемую по ТУ 6-05-1246-81, способствует снижению коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя в температурном диапазоне от -100°С до 150°С, повышению износостойкости при циклических нагрузках.

При совместном применении суспензии фторопласта и тетраэтилтиурамдисульфида медного комплекса в композиции твердого смазочного покрытия наблюдается эффект синергизма, приводящий к значительному улучшению трибологических свойств (см. таблицу 2). Эффективность использования этих модификаторов совместно обусловлена явлением «накопления» фаз твердой и смазочной (компоненты фторопласт-4Д) на поверхности покрытия и явлением избирательного переноса на смежную поверхность трения для медьсодержащих фаз (тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс) покрытия, распределяющихся по поверхности покрытия и контртела, практически не подвергаясь значительному уносу из зоны трения.

Пример получения композиционного антифрикционного твердого смазочного покрытия

В начале процесса получают связующее следующим образом: смешивают азотную кислоту с фосфорной при 80-90°С (количественный состав приведен в таблице 1), охлаждают смесь до комнатной температуры и вводят в нее оксид меди при тщательном перемешивании до полного растворения.

Далее при тщательном перемешивании готовят смесь дисульфида молибдена, суспензии фторопласта Ф-4Д, тетраэтилтиурамдисульфида медного комплекса.

Полученные смеси соединяют и добавляют водный раствор азотнокислого серебра.

Полученный раствор тщательно перемешивают при помощи лопастной мешалки со скоростью вращения 150 об/мин до получения однородной массы. Затем полученную композицию антифрикционного твердого смазочного покрытия наносят при помощи кисти на рабочие органы стальных изделий и далее проводят термическую обработку в термошкафу при 300°С в течение двух часов.

Количественный состав испытуемых композиций приведен в таблице 1.

Таблица 1 Компоненты Содержание покрытия, мас.%, в составе 1 2 3 4 5 6 7 Дисульфид молибдена 56 56 50 52 54 56 50 Тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс 8   4 6 7 8 4 Азотнокислое серебро 4 4 2 2 3 4 4 Азотная кислота 7 7 3 4 6 7 7 Фосфорная кислота 11 11 10 11 10 11 12 Оксид меди 2 2 1 1 2 2 3 Суспензия фторопласта Ф-4Д   13 13 14 15 13 15 Вода До 100 До 100 До 100 До 100 До 100 До 100 До 100

Испытание трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,132 м/с, Р=20,2 МПа при температуре -100, +150, +23°С. Антифрикционное покрытие наносилось на образцы из стали, в качестве контртела использовались стальные образцы. Испытание проводилось до предельного изнашивания при циклических нагрузках. Время работы за один цикл 5 секунд.

Коэффициент трения покоя фиксировался на лабораторной машине, разработанной во ФГУП ОКТБ «ОРИОН», время выдержки узла трения 30 минут в климатической камере при температуре -100, +150, +23°С.

Результаты испытаний семи композиций антифрикционного композиционного твердого смазочного покрытия приведены в таблице 2. Как видно из таблицы, при введении дополнительно только суспензии фторопласта Ф-4Д (состав 1) или только тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс (состав 2) свойства покрытия улучшаются, но незначительно. Наибольший эффект достигается при совместном введении дополнительных компонентов (составы 3, 4, 5, 6, 7).

В ФГУП ОКТБ «ОРИОН» проведены испытания подшипников с покрытием сфер внутренних колец антифрикционным композиционным твердым смазочным покрытием. Материал колец ШХ15.

Результаты испытаний подшипников удовлетворяют требованиям по коэффициенту трения, силе трения покоя и сроку службы (долговечности).

Таблица 2 Физико-механические свойства Состав покрытия 1 2 3 4 5 6 7 Прото- тип Коэффициент трения при температуре                 -100°C 0,075 0,06 0,04 0,055 0,045 0,05 0,05 0,10 +150°C 0,035 0,025 0,014 0,01 0,015 0,01 0,014 0,05 +23°C 0,055 0,04 0,02 0,025 0,022 0,025 0,024 0,08 Коэффициент трения покоя при температуре                 -100°C 0,08 0,075 0,06 0,065 0,07 0,065 0,06 - +150°C 0,05 0,045 0,020 0,022 0,019 0,024 0,020 0,13 +23°C 0,06 0,055 0,033 0,035 0,04 0,042 0,033 0,13 Скорость изнашивания, мкм/ч                 -100°C 1,9 1,8 1,6 1,5 1,4 1,6 1,6 - +150°C 1,7 1,7 1,5 1,3 1,0 1,4 1,4 2,5 +23°C 0,13 0,13 0,09 0,09 0,09 0,1 0,1 0,18

На основании результатов, приведенных в таблице 2, подтверждается, что введение тетраэтилтиурамдисульфида медного комплекса и суспензии фторопласта Ф-4Д повышает трибологические свойства антифрикционного композиционного твердого смазочного покрытия и позволяет получить покрытие, которое обладает сниженным коэффициентом трения и коэффициентом трения покоя и повышенной износостойкостью при циклических нагрузках. Разработанная композиция испытана 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 разработанная нами «Композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищена патентом Российской Федерации.

Изобретение относится к созданию композиционного антифрикционного твердого смазочного покрытия. Композиция антифрикционного твердою смазочного покрытия содержит дисульфид молибдена, азотную кислоту, фосфорную кислоту, азотнокислое серебро, оксид меди, дополнительно содержит тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс, суспензию фторопласта Ф-4Д и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: дисульфид молибдена 50-56; тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс 4-8; азотнокислое серебро 2-4; азотная кислота 3-7; фосфорная кислота 10-12; оксид меди 1-3; суспензия фторопласта Ф-4Д 13-15; вода остальное. Технический результат - покрытие обладает низким коэффициентом трения, коэффициентом трения покоя и высокой износостойкостью. 2 табл., 7 пр.

Композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия, содержащая дисульфид молибдена, азотную кислоту, фосфорную кислоту, азотнокислое серебро, оксид меди, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс, суспензию фторопласта Ф-4Д и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Дисульфид молибдена 50-56 Тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс 4-8 Азотнокислое серебро 2-4 Азотная кислота 3-7 Фосфорная кислота 10-12 Оксид меди 1-3 Суспензия фторопласта Ф-4Д 13-15 Вода Остальное