Антифрикційний матеріал

Реферат: Антифрикційний матеріал на основі титану, при якому до його складу входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та бор у такому співвідношенні компонентів, мас. %: титан 53-68 ванадій 16-29 кремній 10-25 бор 2-9. UA 106930 U (12) UA 106930 U UA 106930 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, а саме до високоміцних антифрикційних матеріалів та покриттів, може бути використаний в машинобудуванні для деталей машин, що експлуатуються в екстремальних умовах тертя при підвищених навантаженнях, швидкостях ковзання, температурах як у повітряному середовищі, так і вакуумі. Існують матеріали (Порошки металлические легированные для защитных покрытий. - Тула: НПО "Тулачермет". - 1983. - 10 с), що містять (мас. %): нікель (10-12,5) %, титан - решта. Матеріал має робочу температуру Т роб≤1000 °C та значний опір зносу, особливо в умовах триботехнічних навантажень. Відомий матеріал (Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник. - К.: Наукова думка, 1987. с. 459), що містить такі компоненти (мас. %): вольфрам (17-23) %, карбон (2-9) %, нікель (1121) %, титан - решта. Зазначений матеріал характеризується тим, що має температуру експлуатації Тmах760 °C мікротвердість Нμ=13ГПа, але в екстремальних умовах, як недолік, відрізняється низьким опором зносу, підвищеним коефіцієнтом тертя та незначною адгезійною міцністю. Найбільш близьким технічним рішенням, який вибрано за прототип, є антифрикційний матеріал з механічної суміші (Порошковая металлургия и напыление покрытия. Под ред. Б.С. Митина. - М.: Металлургия, 1987. - с. 386), який за композиційним складом містить (мас. %): алюміній (2-9) %, ванадій (3-11) %, титан - решта. Вибраному матеріалу, залежно від складу, притаманні високі механічні властивості, такі як тимчасовий опір σ в=820-900МПа, мікротвердість Нμ=9,2-10,ЗГПа та задовільні триботехнічні властивості при наявності мастил, однак матеріал має низькі властивості тертя та зношування в екстремальних умовах, які найбільш поширені при експлуатації деталей машин і механізмів. Сучасним рішенням при утворенні антифрикційних матеріалів є науково-технічний напрям, обумовлений застосуванням композиційних складових, які недефіцитні та пов'язані з мінерально-сировинними можливостями природного потенціалу країни. В основу корисної моделі поставлена задача отримання антифрикційного матеріалу на основі титану шляхом додавання до його складу легованих домішок кремнію, ванадію та бору, які забезпечують антифрикційні властивості при навантаженні тертям в екстремальних умовах експлуатації, як у повітряному середовищі, так і вакуумі. Поставлена задача вирішується тим, що в антифрикційний матеріал, згідно з корисною моделлю, вводять додатково кремній, ванадій, бор при такому співвідношенні компонентів, мас. %: титан 53-68 ванадій 16-29 кремній 10-25 бор 2-9. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом, що досягається, обумовлений введенням в антифрикційний матеріал домішок кремнію, ванадію, бору як активних компонентів, що в сукупності з рештою складових забезпечують утворення зміцнюючих тугоплавких боридних та силіцидних фаз у структурі матеріалу і на робочій поверхні, формування тривалих захисних структур типу SIO, B 2O2, VO, що, в свою чергу, сприяє підвищенню трибохімічної стійкості і механічної міцності в екстремальних умовах тертя, як при нормальному повітряному тиску, так і в вакуумі. Запропонований антифрикційний матеріал може використовуватись для захисту деталей машин, що працюють в екстремальних умовах триботехнічного навантаження як при нормальному повітряному середовищі, так і вакуумі. Матеріал одержують таким чином. Вихідні порошки титану, ванадію, кремнію, бору змішують і розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, при тиску 20-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, тимчасовий опір, мікротвердість, міцність щеплення, що наведені в таблиці 1. Приклад 1. Порошки титану 56 мас. %, ванадію 20 мас. %, кремнію 19 мас. %, бору 5 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а 1 UA 106930 U 5 10 15 20 потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, при тиску 20-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3 %. Приклад 2. Порошки титану 59 мас. %, ванадію 23 мас. %, кремнію 15 мас. %, бору 3 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержуювали методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, при тиску 20-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3 %. Приклад 3. Порошки титану 63 мас. %, ванадію 19 мас. %, кремнію 12 мас. %, бору 6 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержуювали методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2300 °C, при тиску 20-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3 %. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріал деталі); - підготовка порошку Ti-V-Si-B з діаметром часток композиційного порошку 50-65 мкм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. 25 Таблиця Склад матеріалу, мас. % № Ті V Si R АІ 1 2 3 56 59 63 20 23 19 19 15 12 5 3 6 4 83 10 7 Інтенсивність зношування, ±0,06 г мкм/км повітря вакуум повітря вакуум 0,33 0,32 4,9 9,5 0,20 0,30 5,2 10,6 0,30 0,46 6,1 13,3 Прототип 0,36 9,6 Коефіцієнт тертя, ±0,002 Тимчасовий опір, МПа 88,0 83,8 76,4 87,0 Мікротвердість, ГПА Міцність з'єднання, МПа 17,7 13,5 10,2 115 109 101 9,8 620 Запропоновані антифрикційні матеріали можливо використовувати для підвищення триботехнічних параметрів вузлів тертя, що експлуатуються в екстремальних умовах при відсутності мастил. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Антифрикційний матеріал на основі титану, який відрізняється тим, що до його складу входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та бор у такому співвідношенні компонентів, мас. %: титан 53-68 ванадій 16-29 кремній 10-25 бор 2-9. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2