Спосіб формування антифрикційної поверхні тертя у парах тертя

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, в частности, к способу формирования антифрикционных поверхностей трения в парах трения и может быть использовано в различных областях техники: машиностроении, станкостроении, автотракторном моторостроении и т.д. Анти фрикционные поверхности скольжения в парах трения формируют путем нанесения на поверхность деталей с использованием различных технологических приемов высокопрочных и износостойких ориентированных материалов: полимеризующихся пластмасс, смазочных композиций, твердых смазочных материалов. Известен способ получения износостойкой поверхности детали путем нанесения рабочего слоя на его поверхность с использованием промежуточного металлического слоя [1]. С целью улучшения связи рабочего слоя с материалом основы на поверхность рабочего слоя наносят слой цементирующего металла и нагревают его в нейтральной атмосфере до температуры выше температуры плавления цементирующего металла. В качестве рабочего слоя используют порошок, карбида вольфрама, а в качестве цементирующего промежуточный слой меди. При таком способе не достигается желаемого эффекта в повышении триботехнических свойств из-за большой разности в твердости и фазового состава тела и контртела пары трения. Такие пары в процессе работы перегреваются с изменением состава рабочего слоя, что влечет за собой снижение триботехнических свойств. Известен способ выполнения пары трения скольжения, детали которой изготовлены из металла, причем в одной из них предусмотрены продольные пазы, заполненные твердым смазочным материалом, например, серебряным припоем ПСр40, а вторая деталь выполнена со слоем упрочненного титана на поверхности трения [2]. Такое выполнение пары трения обеспечивает смазку поверхности трения при контакте серебряного припоя с деталью из упрочненного титана до того момента, пока поверхность опорной площадки в процессе трения не отполируется, т.к. не происходит переноса твердой смазки, заполнившей продольные пазы, на опорную поверхность детали. Наиболее близким к заявляемому по технической сути является способ образования антифрикционной поверхности скольжения подшипника [3]. Сущность способа заключается в том, что на поверхности трения подшипника предварительно нарезают спиральную канавку, а затем полимерный материал укладывают в эту канавку, поверхность которой нагревается в процессе ее нарезания и полимерный материал расплавляется с образованием адгезионной связи с ней, после чего полимерный материал прикатывают. Однако известный способ обладает недостатками, т.к. вследствие контактных температур, возникающих в процессе трения происходит вытекание и выгорание органики на опорных поверхностях в контакте активного трения с образованием твердых частиц, что резко снижает устойчивость пары к задиру. Задачей настоящего изобретения является создание способа формирования антифрикционной поверхности, обеспечивающей в парах трения высокие триботехнические свойства, задиростойкость, долговечность деталей и узлов машин на весь ресурс, повышение КПД. Решается поставленная задача тем, что в способе формирования антифрикционной поверхности трения в парах трения, включающем выполнение на одной из поверхностей рельефа и заполнение его антифрикционным материалом, согласно изобретению, рельеф выполняют в виде выступов и впадин глубиной от 0,1 мкм до 1000 мкм с суммарным соотношением площадей выступов и впадин равным 0,2-2,0, и в качестве антифрикционного материала используют антифрикционный материал, содержащий спеченные интерметаллиды цветных металлов, армированные ультрадисперсными алмазами. Применение предлагаемого способа при формировании поверхностей трения резко снижает внутренние потери на трение, повышает износостойкость пары трения, исключает возникновение задира, дает возможность использовать черные металлы взамен цветных металлов и сплавов. Положительный результат достигается за счет правильного выбора глубины впадин и соотношения площадей выступов и впадин, заполненных подобранным антифрикционным материалом. Глубина впадин определяется оптимальной величиной износа пары до ремонтного размера или же до полной ее замены. Впадина заполнена массой антифрикционного материала, который в процессе работы постоянно подпитывает опорную поверхность(выступ) пленкой. Соотношение площадей выступов и впадин определяется физико-механическими и физико-химическими условиями работы пары трения (удельные нагрузки, давление, среда, температура). Высокие триботехнические свойства, тепло- и температуропроводность антифрикционного материала, содержащего интерметаллиды, армированные ультрадисперсными алмазами, препятствуют возникновению локальных температур, следовательно обеспечивают увеличение задиростойкости, износостойкости, стабильности работы пары. В таблице 1 приведены сравнительные результаты испытаний на задиростойкость специального чугуна Ч5НРСэ, поверхность которого формировалась по предлагаемому способу и по способу-прототипу. Пример 1. Испытания проводились на машине трения СМЦ-2 без дополнительной смазки. Задиростойкость поверхностей оценивалась по количеству циклов нагружения (времени действия нагрузки) до наступления схватывания и задира. Контртело - ролик из стали ШХ15. Перед каждым опытом контртело восстанавливалось мелкозернистым алмазным бруском в течение 10 мин. В той же таблице 1 приведены данные, подтверждающие достижение положительного эффекта в заявляемом интервале параметров, касающихся выполнения рельефа на поверхности трения. Как видно из таблицы 1, наиболее эффективный результат по времени до задира соответствует соотношениям площадей от 0,2 до 2,0 и глубина впадин 0,1 - 1000 мкм. Выход за пределы заявленных параметров приводит к снижению износостойкости пара трения. Имеются данные о проведении стендовых испытаний гильз цилиндров ДВС марки СМД-60 и СМД-31, изготовленных из чугуна Ч5НРСЭ, обработанных по предлагаемому способу. 800-часовые испытания показали, что внутренние потери на трение снизились на 25%, а стойкость компрессионных колец за счет отсутствия прижогов и натира увеличилась в 1,7 - 2,4 раза. Пример 2. На машине трения по методике, описанной в примере 1, определялась задиростойкость бронзы марки БрА9ЖЗЛ в сравнении со сталью марки Ст.45, ЧОНРСэ, поверхность которой формировалась по предлагаемому способу. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Как видно из таблицы 2, задиростойкость стали, поверхность которой сформирована по предлагаемому способу, значительно выше чем у бронзы, которая используется для изготовления "третьего тела" в парах трения подшипников скольжения и втулок. Очевидно, что черные металлы, поверхность которых сформирована в соответствии с заявляемым изобретением, могут быть использованы взамен цветных металлов и их сплавов. Таким образом, предлагаемый метод может найти широкое применение в различных областях машиностроения, решить важнейший вопрос в экономии дорогостоящих цветны х металлов и их сплавов.