Керамічний антифрикційний матеріал на основі дибориду цирконію

Керамічний антифрикційний матеріал на основі дибориду цирконію, який відрізняється тим, що він додатково містить дисиліцид цирконію, гексаборид лантану при співвідношенні компонентів, мас % дисиліцид цирконію 8-22 гексаборид лантану 18-22 диборид цирконію решта Найбільш близьким за складом є високотемпературний керамічний матеріал [Авторське свідоцтво СРСР №1694553, кл С04В35/58, публ Бюл №44, З011 91], який містить такі компоненти, (мас %) диборид цирконію 45-67, оксид ітрію 5-10, карбід кремнію 5-22,3, диборид титану 5-33,2 МІЦНІСТЬ матеріалу на згин становить 280-370МПа Однак, за вище вказаною причиною триболопчні характеристики цього матеріалу недостатні В основі винаходу "Керамічний антифрикційний матеріал на основі дибориду цирконію" поставлена задача шляхом заміни карбіду кремнію дисиліцидом цирконію та карбіду бора гексаборидом лантана і дотримання оптимального КІЛЬКІСНОГО співвідношення інгредієнтів забезпечити зниження коефіцієнту тертя, інтенсивності зношування та підвищення МІЦНОСТІ Поставлена задача вирішується тим, що у керамічному антифрикційному матеріалі диборид цирконію, дисиліцид цирконію та гексаборид лантану знаходяться у такому співвідношенні, (мас %) дисиліцид цирконію 9-25, гексаборид лантану 15-21, диборид цирконію решта Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічного результату очевидний із нижченаведеного опису Як основа матеріалу використовується диборид цирконію ZrB2, що має достатньо високу твердість і МІЦНІСТЬ, однак внаслідок крихкості та утворення на робочої поверхні при окисленні на повітрі диоксиду цирконію з дуже 1 о (О 60724 низькою теплопровідністю, що створює у зоні трибоконтакту високу температуру, застосування його у якості матеріалу трибологичного призначення неможливо без уведення додаткових компонентів Додаткові компоненти гексаборид лантану (І_аВб) та силіцид цирконію (ZrSi2) створюють гетерофазну структуру матеріалу, в якій фази додаткових компонентів гальмують розповсюдження тріщин Крім того, введення І_аВб, твердість якого становить 40±1ГПа, підвищує МІЦНІСТЬ матеріалу У присутні дисиліциду цирконія та гексабориду лантана на поверхні композиту, що пропонується, в процесі його трибоокислення утворюються вторинні плівки твердих розчинів оксидів ZrO2-SiO2 та ЬагОз-ВгОз за рахунок процесів окислення по реакціям 2І_аВб+21/2О2=І_а2Оз+6В2Оз, ZrSi2+3O2=ZrO2+2SiO2 У складі такої плівки борний ангідрид знаходиться у стані твердого розчину ЬагОз-ВгОз, що підвищує термостабільність фази В2О3 та сприяє її утриманню у складі вторинної плівки Це впливає на зниження коефіцієнту тертя та інтенсивності зношування Запропонований матеріал може використову ватися як матеріал деталей машин і пристроїв триболопчного призначення, що працюють в умовах сухого тертя при підвищених швидкіснонавантажувальних параметрах, а також у якості електродів для отримання різними методами газофазного осадження та електроіскрового легування зносостійких покриттів Матеріал одержували таким чином композиційний матеріал одержували методом порошкової металургії ВИХІДНІ порошки дибориду цирконію, гексабориду лантану, дисиліціду цирконію змішували та розмелювали у ВІДПОВІДНИХ співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сіто Середня величина частинок не перевищує 1-Змкм Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1760-1820 С, при тиску 3540МПа, час витримки 25-45 хвилин Залишкова пористість таких зразків становить 1-3% Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти На отриманих зразках визначали фізикомеханічні і триболопчні властивості матеріалу коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, МІЦНІСТЬ на згин, що наведені в таблиці Таблиця Склад та властивості антифрикційного матеріалу Склад матеріалу, мас % ZrB2 ZrSi2 LaB6 SiC TiB2 1 2 3 4 5 55 60 65 70 75 23 22 15 8 7 22 18 20 22 18 67 14 12 Y2O3 Коефіцієнт тертя, /±0,002 Інтенсивність зношування, /±0 8мкм/км № п/п 0,15 0,12 0,10 0,11 0,13 6,9 5,0 3,9 4,0 6,6 400 450 450 450 410 0,21 8,5 350 МІЦНІСТЬ на згин, МПа Прототип Матеріал одержували таким чином Приклад 1 Порошки дибориду цирконію, гексабориду лантану, дисиліціду цирконію змішували у співвідношенні 55 22 23 ВІДПОВІДНО та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6-8 годин Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито Середня величина частинок не перевищує 1-Змкм Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах у температурному інтервалі 1760-1820°С, при тиску 3540МПа, час витримки 25-45 хвилин Залишкова пористість таких зразків становить 1-3% Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти Приклад 2 Порошки дибориду цирконію, гексабориду лантану, дисиліціду цирконію змішували у співвідношенні 65 2015 ВІДПОВІДНО та розмелювали в планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6-8 годин Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито Середня величина частинок не перевищує 1-Змкм Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах у тем 7 пературному інтервалі 1760-1820°С, при тиску 3540МПа, час витримки 25-45 хвилин Залишкова пористість таких зразків становить 1-3% Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти Приклад 3 Порошки дибориду цирконію, гексабориду лантану, дисиліціду цирконію змішували у співвідношенні 70 22 8 ВІДПОВІДНО та розмелювали в планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6-8 годин Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито Середня величина частинок не перевищує 1-Змкм Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах у температурному інтервалі 1760-1820°С, при тиску 3540МПа, час витримки 25-45 хвилин Залишкова пористість таких зразків становить 1 -3% Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти З наведених у таблиці властивостей видно, що матеріал, який заявляється під номером 3, має нижчі коефіцієнт тертя, інтенсивність зносу та більш високу МІЦНІСТЬ на згин порівняно з прототипом МІЦНІСТЬ на згин визначили за стандартною методикою, затвердженою Європейським станда 60724 ртом ISO/TC206 при 4-точковому згині для зразків розміром Зх4х45мм Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків По ребрам знімались фаски Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою "валвкладка" за методом роботи [Э Т Мамыкин, М К Ковпак, А И Юга и др Комплекс машин и методики определения антифрикционных свойств материалов при трении-скольжении //Порошковая металургия, 1973, №1, с 67-72 ] при навантаженні Р=2МПата швидкості ковзання V=15M/C Комп'ютерна верстка О Воробей Матеріал, що заявляється, можна використати в якості матеріалу для деталей, які працюють в умовах сухого тертя при високих швидкіснонавантажувальних параметрах, зокрема, для ущільнюючих кілець в насосах для перекачки нафти, а також у машинобудуванні, автомобілебудуванні, агропромисловому комплексі, легкій, ХІМІЧНІЙ промисловості та ш Матеріал, що пропонується, може бути використаний також у якості електрода в різних методах газофазного осадження зносостійких покриттів, зокрема, для магнетронного розпилення та електроіскрового легування Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119