Композиційний антифрикційний самозмащувальний матеріал на основі міді

Винахід відноситься до області розробки композиційних триботехнічних матеріалів, призначених дай застосування в опорах ковзання без додаткової подачі мастила, у тому числі в безокисних середовищах і у вакуумі. Аналогом даного винаходу є антифрикційний матеріал на основі міді (заявка Японії №62-54175 публ. 13.11.87) наступного складу, мас. %: олово 4,0-11,0 фосфор 0,2 - 1,0 мідь решта, Істотним недоліком цього матеріалу є те, що при експлуатації у вакуумі він працездатний тільки при малих навантаженнях (до 7,5-8,0МПа), а збільшення навантаження приводить до його руйнування. Прототипом є найбільш близький по технічній суті до об'єкта, що заявляється, антифрикційний матеріал на основі міді (а.с. СРСР № 381699 опубл. 22.05.73 p., C22C9/08) наступного складу, мас. %: свинець 15,0-40,0 марганець 1,0 - 10,0 фосфор 1,1 - 5,0 мідь решта Але і цьому матеріалові властиві недоліки. Так, при високих тисках (більше 10,0МПа) він починає інтенсивно зношуватися, що приводить до втрати працездатності сплаву. Задачею винаходу «Композиційний антифрикційний самозмащувальний матеріал на основі міді» є підвищення зносостійкості матеріалу і зменшення коефіцієнта тертя при роботі в екстремальних умовах (високий тиск, вакуум), що досягається введенням малих добавок церію до склад)' композита на основі міді, легованої марганцем, фосфором і свинцем, а інгредієнти узяті в наступному співвідношенні, мас. %: свинець 17,0-40,0 фосфор 1,0-4,0 марганець 1,0-12,0 церій 0,5-1,5 мідь решта, Композиційний антифрикційний матеріал має гетерогенну стр уктуру, що містить пластичні і тверді фази. У рамках вирішуваної задачі вивчено позитивний ефект уведення малої кількості церію до складу композита. Невеликі добавки церію вводять у мідь і її сплави для розкислення і дегазації, а також для нейтралізації шкідливого впливу крихких і легкоплавких домішок. Церій, зв'язуючи їх, очи щає границі зерен, у результаті чого значно підвищуються механічні властивості сплавів. (М.В. Мальцев «Металографія промисловості кольорових металів і сплавів». М, «Ме талургія», 1971, с 388). Марганець, утворюючи з міддю твердий розчин, зміцнює основу, не знижуючи істотно при цьому до визначеної концентрації її пластичність. Фосфор, утворюючи тверду фазу Сu3Р, розташовану уздовж границь зерен у вигляді «розірваної сітки», підвищує зносостійкість матеріалу. Свинець, розташований у вигляді окремих включень глобулярної форми, виконує роль твердого мастила. Церій утворює зі свинцем тугоплавкі тверді сполуки СеРb; Се2Рb, підвищує механічні і, як показали дослідження, триботехнічні характеристики самозмащувального композиційного антифрикційного матеріалу. Збільшення несучої здатності і зносостійкості відбувається за рахунок зміцнення композита твердими тугоплавкими сполуками СеРb і Сe2Рb, що розташовуються переважно усередині зерен пластичної основи мідь -марганець, що забезпечує створення високогетерогенної структури, а отже, зниження коефіцієнта тертя. Композит виготовляється методом лиття. У розплавлену і перегріту до температури 1150°С мідь вводять інші компоненти сплаву в наступній послідовності : спочатку марганець, потім свинець, фосфор і церій. Після приготування розплаву його охолоджують до кімнатної температури. Триботехнічні характеристики отриманого композита вивчалися на машині тертя ВМТ - 22М при швидкості ковзання 2м/с, тиску 15-18МПа у вакуумі 2x10-5ммрт.ст. Результати випробувань представлені в таблиці. Приклад 1 .(див. табл., № п/п 2). Беруть 79,1г міді, 15,0г м свинцю, 1,5г фосфор у, 4,0г марганцю, 0,4г церію. У графітовому тиглі розплавляють мідь до температури 1150°С, потім вводять марганець (у ви гляді лігатури), перемішують розплав до однорідного стану кварцовим стержнем, потім вводять свинець, перемішують, після чого вводять фосфор і церій. Після одержання однорідного розплаву, що досягається його перемішуванням, композит розливають у графітові тиглі заданого типорозміру і охолоджують на повітрі до утворення на його поверхні «кірки», після чого композит занурюють у воду для утворення однорідної структури. Зразки з отриманого композита мають високу інтенсивність зношування, що пояснюється недостатньою кількістю церія і, як наслідок, малою кількістю утворених в процесі синтезу фаз СеРb і Се2Рb. Приклад 2.(див. табл., № п/п3). Беруть 74,6г міді, 17,0г свинцю, 3,0г фосфору, 2,0г марганцю, 0,6г Таблиця РЕЗУЛЬТАТИ ТРИБОМЕТРИЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ ВІДОМОГО І НОВИ Х КОМПОЗИТІВ ПРИ V = 2m/c № п/п Склад Р=1 5,0 МПа Р=18,0МПа матеріалу, КоефіцІнтенсивКоефіцІнтенсив мас. % 1 2 4 5 6 7 8 Відомий - Pb -25,0; P1,5;Мn-6,0; Сu- решта РЬ-15,0;Р1,5;Мn-4,0; Сe-0,4; Сu решта Рb-17,0;Р3,0;Мn-2,0; Се-0,6; Сu решта Рb-25,0; Р2,0; Мn-3,0; Се-0,8; Сu решта Рb-20,0; Р1,5; Мn-5,0; Се-1,0; Сu решта Рb-35,0;Р1,2;Мn-11,0; Се-1,2; Сuрешта Рb-40,0; Р4,0; Мn-7,0; Се-1,5; Сu решта Рb-30,0; Р1,5; Мn-6,0; Се-2,0; Сu решта ієнт ність ієнт ність тертя зношува тертя зношува ння ння мкм/км мкм/км 0,17 75 0,24 140 0,22 90 0,26 150 0,15 60 0,20 120 0,13 40 0,19 75 0,11 25 0,14 40 0,12 40 0,18 70 0,14 50 0,22 85 0,19 125 0,30 180 церію. Одержують композит за схемою, описаною в прикладі 1. Зразки з отриманого композита мають такі показники: при навантаженні 15,0МПа коефіцієнт тертя - 0,15; інтенсивність зношування - 60мкм/км; при навантаженні 18,0МПа коефіцієнт тертя - 0,20; інтенсивність зношування - 120мкм/км. Приклад 3. (див. табл., № п/п5). Беруть 72,5г міді, 1,5г фосфору, 5,0г марганцю, 1,0г церію. Розплавляють мідь до температури 1150°С, послідовно додають, перемішуючи, марганець, свинець, фосфор і церій. Результати випробувань на тертя і зносостійкість зразків отриманого композита показали високий рівень антифрикційних показників - низький коефіцієнт тертя (f = 0,11) і низку інтенсивність зношування (J =30мкм/км). (див. таблицю), що пояснюється зміцненням композиційного матеріалу тугоплавкими сполуками СеРb і Се2Рb, які, розташовуючись усередині зерен пластичної матриці, забезпечують створення високогетерогенної структури. Позитивний вплив церію зберігається у всьому діапазоні концентрацій. Подальше збільшення концентрації церію понад 1,5% недоцільно, тому що приводить до збільшення коефіцієнта тертя через підвищений зміст тугоплавких з'єднань і, як наслідок, до збільшення інтенсивності зношування. З таблиці випливає, що коефіцієнт тертя нового матеріалу в 1,3 - 1,4 рази нижчий, а зносостійкість в 1,5 - 2,0 рази вища, ніж у відомого, що свідчить про незаперечну перевагу запропонованого матеріалу в порівнянні з відомим. Таким чином, введення церію до складу композита дозволяє істотно підвищити триботехнічні характеристики самозмащувального композиційного матеріалу. Розроблений матеріал може бути використаний для виготовлення підшипників ковзання, вкладишів, шарикопідшипників, шарнірів і т.п., що працюють без примусової подачі мастила, у тому числі в безокисних середовищах і в вакуумі, при високих навантаженнях у вузлах тертя машин і механізмів в області приладобудування, машинобудування й енергетики.