Композиційний антифрикційний матеріал

Реферат: Винахід належить до металургії і стосується матеріалу, який може бути використаний для деталей, які працюють в умовах високих швидкісно-навантажувальних параметрах та в як антифрикційні покриття. Композиційний антифрикційний матеріал містить, мас. %: кремнієнікелева бронза - 65-85, 3Al2O3•2SiO2 - 25-40. Технічний результат: зменшення коефіцієнтів тертя, інтенсивності зношування, підвищення поверхневої міцності і, як наслідок, забезпечення високої ефективності застосування та надійності експлуатації. UA 110749 C2 (12) UA 110749 C2 UA 110749 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до порошкової металургії, а саме до зносостійких композиційних антифрикційних матеріалів та покриттів, може бути використаний в машинобудуванні для деталей машин та пристроїв, що працюють в умовах тертя при відсутності мастил чи при їх обмеженнях, значних швидкісних навантажень, інтенсивного зношування та агресивних середовищ. Відомі композиційні матеріали на основі карбіду кремнію. Так, існує композиція для детонаційно-газового напилення, що містить, мас. %: карбід кремнію 50-55, оксид алюмінію 1015, оксид цирконію 5-10 та нікель-хромову зв'язку в кількості 30 [И.А. Подчерняева, А.Д. Панасюк, В.В. Щепетов и др. Трибологические свойства детонационных покрытий на основе SіC-Al2O3-ZrO2/Проблеми трибології (Problems of tribology), 2003, № 1. - c. 81-88]. Зазначений матеріал відрізняється низькими значеннями інтенсивності зношування, однак містить значний рівень руйнівних залишкових напружень, як наслідок термічних умов напилення і різних теплофізичних властивостей компонентів, що обумовлює низькі фізико-механічні характеристики в умовах циклічних навантажень. Існує композиція антифрикційних матеріалів, до складу яких входить, мас. %: нікель 60-85 та муліт (3Al2•2SiО2) у кількості 25-35 [Зозуля В.Д. Эксплуатационные свойства порошковых подшипников. - К.: Наук. думка, 1989. - с. 176-177]. Однак відсутність самофлюсуючих компонентів у зазначеному матеріалі обумовлює низьку адгезійну міцність. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраного нами за прототип, відповідає зносостійкий самозмащувальний матеріал, що містить, мас. %: молібден 40-65, кремній 20-53, азот 1-19 та оксиди цирконію, цинку, хрому 5-20 [Pat. USA 3110091, B22F3/00. Refractory compact manufacture/E.L.Little, H.I. McCanley, F.I. Penora. - Publ. 12.11.63]. Зазначений матеріал має високі фізико-механічні властивості, а саме мікротвердість 750 МПа, адгезійну міцність 95 МПа, зносостійкість 5,6 мкм/км. В умовах сьогодення, обмеженим соціально-економічним рівнем, необхідно звертати увагу на використання компонентів матеріалів з вітчизняної бази мінерально-сировинних ресурсів та обмежити широке застосування коштовних і дефіцитних елементів, як молібден, кобальт, вольфрам, хром та ін. Задачею винаходу, є зниження коефіцієнта тертя, інтенсивності зношування, значного поліпшення теплофізичних властивостей матеріалу та підвищення поверхневої міцності при навантаженні тертям, шляхом додавання до кремнієнікелевої бронзи бінарних оксидів алюмінію і кремнію, що у відповідних умовах, утворюють хімічну сполуку - муліт, при їх оптимальному співвідношенні. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що композиційний антифрикційний матеріал, склад якого не містить дефіцитних та коштовних компонентів, знаходиться у наступному співвідношенні, мас. %, а саме: кремнієнікелева бронза 65-85 3Al2O3•2SiO2 25-40. Причинно-наслідковий зв'язок між логічно упорядкованими співвідношеннями складу запропонованого матеріалу та сукупністю ознак винаходу і технічного результату очевидний із нижченаведеного опису. Як основа матеріалу, використовується кремнієнікелева бронза типу БрКН1-3, що містить кремній (0,6-1,1) % та нікель (2,4-3,4) %, має високі триботехнічні характеристики, але в обмеженому експлуатаційному діапазоні, що не дозволяє її використовувати при значних швидкісно-навантажувальних та температурних режимах експлуатації. Додаткові компоненти у вигляді муліту, які складають структуру антифрикційного матеріалу, що пропонується, при навантаженні тертям постійно утворюють на робочій поверхні якісні плівки муліту (3Al2O3•2SiO2) з високою адгезією і поверхневою міцністю, що значно підвищує рівень триботехнічних властивостей, а саме зменшує інтенсивність зношування, коефіцієнт тертя та підвищує поверхневу міцність і корозійну стійкість в агресивних середовищах. Запропонований антифрикційний матеріал може використовуватися як матеріал для деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що працюють в екстремальних умовах експлуатації, а також після розмелу до відповідних фракцій як порошкові суміші для газотермічного напилення антифрикційних покриттів. Матеріал одержують таким чином: вихідні порошки кремнієнікелевої бронзи та муліту змішують і розмелюють у відповідних співвідношеннях в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують у сушильній шафі, а потім просіюють. Середня величина частинок не перевищує 45-60 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1080-2150 °C під тиском 35-65МПа, час витримки 10-25 хв. Як захисне середовище використовують інертний газ під тиском 0,5-2,5 МПа. 1 UA 110749 C2 5 10 15 20 На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на згин, що наведені в таблиці 1. Приклад 1. Порошки кремнієнікелевої бронзи 65 мас. %, муліт 35 мас. %, змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 45-60 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1080-2150 °C під тиском 35-65 МПа, час витримки 10-25 хвилин, у середовищі інертного газу під тиском 0,5-2,5 МПа. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 2. Порошки кремнієнікелевої бронзи 75 мас. %, муліт 25 мас. %, змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 45-60 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1080-2150 °C під тиском 35-65 МПа, час витримки 10-25 хвилин, у середовищі інертного газу під тиском 0,5-2,5 МПа. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 3. Порошки кремнієнікелевої бронзи 82 мас. %, муліт 18 мас. %, змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 45-60 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1080-2150 °C під тиском 35-65 МПа, час витримки 10-25 хвилин, у середовищі інертного газу під тиском 0,5-2,5 МПа. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Таблиця Склад та властивості антифрикційного матеріалу Склад матеріалу, мас. % п/п 1 2 3 6 БрКН1-3 Муліт 65 75 82 Коефіцієнт тертя (±0,002) Інтенсивність зношування (±0,08 мкм/км) 0,16 0,10 0,2 Мо ZrO2, ZnO, Cr2O3 5,4 4,8 6,8 0,10 5,6 35 25 18 50 N Si 25 Прототип 18 25 30 Міцність на вигин визначали за стандартною методикою, затвердженою Європейським стандартом ISO/TS 206 при 4-точковому згині для зразків розміром 4543 мм. Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрах знімались фаски. Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою валвкладка за методикою роботи [Э.Т. Мамыкин, М.К. Ковпак, А.И. Юга и др. Комплекс машин и методики определения антифрикционных свойств материалов при трении скольжении// Порошковая металлургия. - 1973. - № 1. - с. 67-72.] при навантаженні Р=2 МПа та швидкості ковзання V=15 м/с. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 Композиційний антифрикційний матеріал, до складу якого входить кремнієнікелева бронза, який відрізняється тим, що додатково містить оксиди алюмінію та кремнію у вигляді муліту у такому співвідношенні компонентів, мас. %: кремнієнікелева бронза 65-85 3Al2O3•2SiO2 25-40. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2