Антифрикционное коррозионностойкое металлическое покрытие Советский патент 1993 года по МПК C23C4/04 

Изобретение относится к области кор- рэзионностойких антифрикционных метал- л чческих покрытий, наносимых методами изотермического напыления и может быть и:пользовано для изготовления подшипни- юв скольжения, работающих в коррозион- нэ-активных средах.

Известны напыляемые коррозионно- ойкие металлические покрытия на основе н лкеля, дополнительно содержащие легиру- х щие элементы (см.книга Хасуй А. Техника напыления. М.: Машиностроение. 1975. 78-79). Недостатком указанных коррози- о -(нестойких покрытий в случае применения и в узлах трений является сравнительно в веский коэффициент трения, что ведет к п этёрям энергии в этих узлах и сопутствую- u ему перегреву узлов, ускоряющему про- цэссы коррозии в паре трения.

Наиболее близким по технической сущ- н эсти к заявляемому изобретению являются кзррозионностойкое покрытие содержа- uee. мас.%:

хром-18-21;

никель -остальное 1.

Структура этого покрытия состоит из дискообразных частичек указанного состава и пор, составляющих 13-15% объема. Структура частичек гомогенна и представляет собой твердый раствор хрома в никеле (нихром).

Данное покрытие в парах трения со сталью обладает сравнительно высоким коэффициентом трения, что ведет к потерям энергии в узлах трения.

Целью изобретения являются снижение значения коэффициента трения и повышение износостойкости в парах трения, работающих в коррозионноактивной среде.

Поставленная цель достигается тем, что состав известного покрытия дополнительно содержит олово, сурьму и медь при следующем содержании компонентов, (мас.%):

хром10-12

олово ,. 30-40

сурьма4-8

ел С

V4 О ГО Јь (Л О

СО

медь1,5-3,5

никельОстальное.

В процессе газотермического напыления покрытия заявляемого состава на покрываемой поверхности образуется структура, состоящая из частиц нихромовой фазы, играющих роль каркаса, частиц легированной оловянной фазы (баббит) и замкнутых пустот (пор), составляющих 15-17% объема покрытия. Частицы оловянной фазы (баббитовые частицы) состоят из а-раство- ра сурьмы в олове, в котором находятся отдельные кристэплы SbSn и СизЗп. Введение в состав структуры покрытия частиц баббитовой фазы (имеющей высокие антифрикционные свойства), приводит к снижению значения коэффициента трения и увеличению износостойкости в парах трения.с заявляемым покрытием.

Увеличение содержания олова в покрытии свыше 40% массы исключает образование в достаточном количестве устойчивого каркаса из частиц нихромовой фазы, при этом, износостойкость покрытия и пары трения резко снижается. Уменьшение содержания олова в покрытии ниже 25% массы не вызывает существенного значения коэффициента трения в подшипниковых парах в сравнении с прототипом.

Уменьшение содержания в покрытии сурьмы менее 4% массы и меди менее 1,5% массы снижают твердость баббитовой фазы и, тем самым, снижают износостойкость покрытия. Увеличение содержания в.покрытии сурьмы более 8% массы и меди свыше 3,5% массы вызывает повышенную концентрацию в баббитовой фазе кристаллов SbSn и СизЗп, что обуславливает склонность баббитовых частиц к хрупкому разрушению и, следовательно, обуславливает выкрашива- ние и интенсивный износ покрытия.

Авторами не найдены в известных технических решениях признаки, «сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, что подтверждает соответствие данного технического решения критерию существенные отличия,

Покрытие с.известным составом (книга Хасуй А. Техника напыления. М.: Машиностроение, 1975, с.78) и с предлагаемым составом наносились в лабораторных условиях на образцы, изготовленные из Ст.З, диаметром 50 мм и толщиной 16 мм методом электродуговрй металлизации.

Примеры выполнения наносившихся покрытий представлены в табл.1,

При нанесении методом электродуговой металлизации указанных покрытий в качестве исходных материалов использовались проволоки: из нихрома марки

Х20Н80-Н ГОСТ 12766.1-77 диаметром 1,8 мм (содержащая 20 массовых % хрома и 80 мас.% никеля) и из баббита марки Б88 ГОСТ 132,-74 диаметром 2,5 мм (содержащая 11 мас.% сурьмы, 5,5 мас.% медь и олово - остальное).

Покрытия наносили металлизатором ЭМ-12 на следующем режиме:

род тока постоянный

0 сила тока, А160-200 напряжение на дуге, В 20-22 рабочее давление воздуха, МПа 0,5 дистанция напыления, мм 120-130 5 Исследования трибологических свойств нанесенных покрытий производились на установке СМТ-1 по схеме диск-колодка по контртелу из стали 30X13, В ходе испытаний скорость относительного скольжения со- 0 ставляла 2,62 м/с, удельное давление - 10 МПа, в качестве смазки использовалось масло АС-8 ГОСТ 10341-75.

Пары трения проходили предварительно приработку на пути трения 39,3 х 103 м, 5 изнашиваемость пары определялась на пути трения 78,5 х 10 м. Оценка линейной величины износа производилась с помощью профиллографа-профилометра модели 201. Результаты исследований трибологиче- 0 ских свойств нанесенных покрытий по 5 образцам каждого варианта приведены в табл. 2.

Коррозионную стойкость покрытия заявляемого состава сопоставляли с коррози- 5 онной стойкостью прототипа по критерию относительного уменьшения массы образцов с покрытиями. Испытывалось по 10 образцов каждого типа покрытия. Образцы имели форму пластин размером 100 х 100 х 0 10 мм, покрытия наносились на все поверхности пластин.

Результаты испытаний коррозионной стойкости покрытий представлены в табл. 3. Приведенные в табл.3 результаты испы- 5 таний показывают, что коррозионная стойкость покрытия заявляемого состава (варианты 3, 4. 5) не уступает коррозионной стойкости покрытия-прототипа (вариант 1). Анализ приведенных в табл. 2 результа- 0 тов испытаний показывает, что. в сравнении с прототипом (вариант 1), предлагаемый состав антифрикционного коррозионностой- кого покрытия имеет меньший в 4-6 раз коэффициент трения и большую в 4,5-5 раз 5 износостойкость.

Формула изобретения Антифрикционное коррозионностойкое металлическое покрытие, содержащее никель и хром, отличающееся тем, что, с целью снижения значения коэффициента

трения и повышения износостойкости покрытия, оно дополнительно содержит оло- ао, сурьму и медь при следующем Содержании компонентов, мас.%:

10-12 30-40 4-8 1,5-3,5 Остальное

Таблица 1

Использование: для изготовления подшипников скольжения, работающих в кор- розионноактивных средах. Сущность изобретения: металлическое покрытие сог держит, мас.%: хром 10-12; олосо 30-40; сурьма 4-8; медь 1,5-3,5; никель - остальное. 3 табл.

Массовый % содержания химических элементов в покрытии

Т а б я и ц а 3

Средние значения относительного уменьшения массы образцов (г/см2)