Антифрикційний композиційний матеріал для підшипників ковзання

Антифрикційний композиційний матеріал, що містить розміщений у зв'язковій матриці з піролітичного вуглецю армуючий наповнювач з вуглецевих волокон, орієнтованих під кутом 20-90° до поверхні тертя, який відрізняється тим, що антифрикційний композиційний матеріал додатково містить нанопористий вуглець. (19) (21) u201009569 (22) 30.07.2010 (24) 10.01.2011 (46) 10.01.2011, Бюл.№ 1, 2011 р. (72) СЕЛЕЗНЬОВ ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, БОНДАРЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ, ЗАВІРЮХА МИКОЛА ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) СЕЛЕЗНЬОВ ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ 3 56447 Тому виготовлені з відомого матеріалу підшипники ковзання та підп'ятники мають високу зносостійкість при роботі в прісній і морській воді. Основний недолік відомого антифрикційного композиційного матеріалу полягає в невисокому питомій тиску (до 5МПа) через високу пористистість і окрихчуваність при питомій тиску вище 5МПа, що знижує надійність його роботи в складі підшипників ковзання. Крім того, закриті пори на поверхні тертя перешкоджають сорбції змащуємого матеріалу і утворення сервовітної плівки, яка знижує коефіцієнт тертя і у відсутності мащення перешкоджає зносу матеріалу. В основу корисної моделі поставлено завдання створення такого антифрикційного композиційного матеріалу, в якому вміст нового компонента дозволив збільшити питомий тиск і міцність матеріалу, зменшити коефіцієнт тертя матеріалу, за рахунок цього збільшити антифрикційні властивості композиційного матеріалу та ефективність роботи підшипника ковзання, виготовленого із запропонованого матеріалу. Поставлене завдання вирішується тим, що антифрикційний композиційний матеріал, що містить розміщений у зв'язковій матриці з піролітичного вуглецю армуючий наповнювач з вуглецевого волокна, орієнтованого під кутом 20-90° до поверхні тертя, додатково містить нанопористий вуглець. Додатковий вміст в антифрикційному композиційному матеріалі нанопористого вуглецю у взаємозв'язку з іншими компонентами невідомий і в заявленому антифрикційному композиційному матеріалі виявляє нові властивості, що поліпшують міцнісні та антифрикційні властивості матеріалу. Запропонований антифрикційний композиційний матеріал містить нанопористий вуглець з розміром пор менше двох нанометрів, що утворюється в процесі нанотехнології обробки вихідного матеріалу. Заготівлю з вуглецевих волокон у вигляді ниток, тканини, джгута, сформовану згідно необхідної орієнтації волокон, вміщують у спеціальний реактор для просочення піровуглецем в струмі вуглевмісного газу, наприклад, природного газу або метану при температурі піролізу. У процесі піролізу при температурі 930-980°С вуглевмісний газ розкладається з виділенням вуглецю, водню і органічних домішок. Останні випаровуються з реактора, вуглець осідає на вуглецевих волокнах, одночасно відбувається карбонізація вуглецевих волокон. У результаті піролітичний вуглець пов'язує карбонізовані вуглецеві волокна, утворюючи пористу структуру з розмірами пор від кількох нанометрів до кількох мікрон. Потім заготовку витримують у середовищі інертного газу, наприклад Комп’ютерна верстка М. Мацело 4 азоту при температурі 1000-1400°С для газоутворення і видалення неорганічних домішок, що знаходяться в поєднанні з вуглецем (наприклад, карбіди), у всьому об'ємі заготовки. Карбонізація супроводжується перебудовою і утворенням складної щільно упакованої кристалічної структури з елементами графітоподібних моношарів, в результаті чого вуглецевий композиційний матеріал додатково містить нанопористий вуглець з розміром нанопор менше двох нанометрів. Об'ємна частка нанопористого вуглецю залежить від температурно-часових параметрів технологічного процесу. Варіюючи параметрами технологічних стадій можна отримати матеріал з необхідною пористістю, розмірами пор, міцністю та антифрикційними властивості, а також з необхідною питомою поверхнею. Потім заготовку механічно обробляють, відпалюють в середовищі інертного газу, з метою часткової графітизації при температурі 1800-2000° протягом 1-2 хвилин і видалення забруднень з обробленої поверхні. В останній стадії нанотехнології графітоподібні моношари в поверхневих нанопорах значно підвищують антифрикційні властивості матеріалу (коефіцієнт тертя не перевищує 0,02), який може бути використаний як самозмащювальний матеріал для виготовлення підшипників ковзання при підвищеній вологості і у відсутності мащення. Запропонований антифрикційний композиційний матеріал відрізняється високими тепло- та електропровідністю, радіаційною та хімічною стійкістю в багатьох агресивних середовищах - в морській воді, в кислотах (крім азотної і плавикової), у розведених лугах (до 10-15%), в органічних розчинниках. Межа робочих температур 400-450°С в окислюючому середовищі і до 2500°С у нейтральному середовищі; стабільністю лінійних розмірів і практично незалежною межею міцності 650МПа від температури у всьому діапазоні робочих температур. При роботі в якості підшипника ковзання у воді і водних розчинах не набухає і не змінює лінійних розмірів. Насичення поверхневих нанопор молекулами м'яких металів, що сприяють утворенню антифрикційних сервовітних плівок переносу таким способом, наприклад як електрофорез, ще більшою мірою покращує антифрикційні властивості запропонованого антифрикційного композиційного матеріалу. Спеціальні дослідження показали, що в порівнянні з відомими антифрикційними композиційними матеріалами з вуглецевим наповнювачем різної модифікації заявлений антифрикційний композиційний матеріал має високі антифрикційні властивості і зносостійкість у широкому інтервалі зміни робочих температур і агресивних середовищах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601