Спосіб одержання антифрикційної поверхні

Изобретение относится к области нанесения покрытий, предназначенных для получения антифрикционных поверхностей деталей узлов трения и может быть использовано в машиностроении и нефтепромышленности. Известен способ получения покрытий из термопластического полимера, которое формируют на подготовленной металлической поверхности с применением термообработки и последующей механической обработки путем приложения нагрузки к нанесенному полимеру, причем для приложения нагрузки к полимеру ударяют 300-4000 раз с частотой 0,1-10 Гц при удельной энергии удара 0,2-1,2 кДж/м2 [1]. Данный способ позволяет повысить адгезию покрытия к изделию, однако для него характерна низкая производительность, а необходимость применения термообработки делает невозможным его использование в условиях, не допускающих нагрев деталей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения антифрикционной поверхности путем нанесения на нее покрытия из антифрикционного материала и последующего его пластического деформирования, которое осуществляют выглаживанием, а в качестве антифрикционного материала используют фторированный гексагональный нитрид бора [2], Недостатки этого способа следующие: - относительно высокий коэффициент трения в зоне контакта полученной поверхности с сопрягаемой в узле трения в момент его пуска и работы; - низкая адгезия покрытия к подложке, так как осуществляется лишь механическая активация поверхности. Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является использование при формировании покрытия в качестве антифрикционного материала такого состава покрытия, при котором обеспечивается снижение коэффициента трения в зоне контакта получаемой поверхности с сопрягаемой и высокая адгезия покрытия к подложке. Для решения этой задачи в известном способе получения антифрикционной поверхности путем формирования на ней покрытия из антифрикционного материала и последующего ее поверхностного пластического деформирования, согласно изобретению на подготовленной металлической поверхности фазируют покрытие на основании состава, содержащего (мас.%) оксид меди 32-55, диоксид циркония 5-22, ортофосфорную кислоту 40-49. Кроме того целесообразно в антифрикционный материал перед формированием покрытия вводить пластичный смазочный материал в количестве 4-35% от массы антифрикционного материала, при этом его предварительно смешивают с ортофосфорной кислотой, а затем с оксидом меди и диоксидом циркония. При этом пластическое деформирование производят после отверждения покрытия. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемыми техническими результатами состоит в следующем. Оксид меди при нормальных условиях вступает во взаимодействие с кислотой, образуя одну из солей фосфорнокислой меди, а диоксид циркония играет роль наполнителя, так как взаимодействует с кислотой при температуре не ниже 300°С. При нанесении такой смеси на поверхность детали смесь вступает в реакцию с поверхностью, в результате чего в зоне контакта восстанавливается металлическая медь, по-видимому, за счет частичного вытеснения меди из образующейся ее фосфорнокислой соли железом, которое содержится в материале поверхности детали. Основа покрытия представляет собой монолит, состоящий из диоксида циркония, непрореагировавшего оксида меди, сцементированных образовавшейся фосфорнокислой медью, что подтверждает рентгенографический анализ. При послойном снятии покрытия с металлической поверхности детали наблюдается переход от сероватоголубоватой окраски верхнего слоя, (голубые прожилки в неровностях поверхности характерны для фосфорнокислой соли меди) к темно-серой -основного слоя, а затем к красноватой окраске с металлическим блеском, свидетельствующей об образовании металлической меди. За счет такого способа формирования антифрикционного покрытия в результате использования в качестве антифрикционного материала, приведенного выше состава, обеспечивается не только прочное закрепление покрытия на металлической поверхности, но также снижение коэффициента трения в зоне контактирования получаемой антифрикционной поверхности с сопрягаемой в узле трения. Дополнительное введение смазывающего пластичного материала в антифрикционный материал позволит повысить вязкость в целом всего покрытия, что способствует медленному нарастанию силы трения и обеспечивает еще более низкий коэффициент трения в зоне контактирования поверхностей. В результате предварительного смешивания вводимого материала с ортофосфорной кислотой, а затем с оксидом меди и диоксидом циркония происходит равномерное распределение его в покрытии, важность соблюдения последовательности операций состоит не только в многократности механического смешивания, но и в том, что при смешивании смеси ортофосфорной кислоты со смазывающим пластичным материалом в виде эмульсии с порошками оксида меди и диоксида циркония кислота взаимодействует с оксидом меди с выделением тепла, при этом смазывающий пластичный материал плавится и делается более жидкотекучим и лучше распределяется в составе антифрикционного материала. Пример 1 (по п.1 формулы изобретения). Брали (мас.%) смесь порошков оксида меди - 42 и диоксида циркония - 11, переносили ее, например, в фарфоровый тигель, помещенный в водопроводную воду, и затворяли ортофосфорной кислотой - 47, тщательно перемешивая смесь стеклянной палочкой. Пребывание исходной смеси в охлаждающей среде продлевает ее жизнеспособность в 2-3 раза. Пример 2 (по п.2 формулы изобретения - соответствует примеру 10 таблицы). Брали смесь порошков (мае. %) оксида меди - 42 и диоксида циркония - 11, переносили ее, например, в фарфоровый тигель и затворяли смесью ортофосфорной кислоты - 47 со смазывающим пластичным материалом (литолом), тщательно перемешивали смесь стеклянной палочкой. Приготовленную смесь по примеру 1 или примеру 2 переносили на поверхность металлической детали, распределяли ее гибкой резиновой пластинкой, затем после отверждения покрытия, проводимого в течение 18 часов при комнатной температуре на воздухе, осуществляли пластическое деформирование путем выглаживания с использованием индентора. Индентор изготовлен из сверхтвердого материала - киборит с радиусом 5 мм. Выглаживание осуществляется на токарном станке мод. 1K62 при скорости V=60 м/мин, подаче S=0,1 мм/об, усилии прижима Р=100 Н. В качестве детали использовали ролики диаметром 12мм из стали ШХ15, HRC - 62. Испытания полученной антифрикционной поверхности неподвижных прижимных роликов производили при сухом трении их по вращающемуся валу диаметром 50мм из стали 40Х, HRC55 при нагрузке Р = 200Н, скорости вращения вала 40 об/мин, в момент его пуска и времени трения 5 мин. Способ был также реализован при граничных и при выходе за граничные значения используемых при нанесении покрытия компонентов, а также в тех же условиях был реализован с другими пластичными смазочными материалами и способ по прототипу. Данные сведены в таблицу. Из таблицы видно, что при использовании способа обеспечивается улучшение антифрикционных свойств в момент пуска узла трения в 1,8 раза.