Антифрикційне покриття для роботи в умовах сухого тертя

Реферат: Винахід належить до композиції на основі фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20, антиоксидантів (фенозан, N-феніл--нафтиламін), суміші порошків UA 115198 C2 (12) UA 115198 C2 квазікристалу Al65Cu23Fe12 та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача. Використання даної зшитої полімерної матриці та системи квазікристалу Al65Cu23Fe12 та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача призводить до позитивного ефекту, який полягає у суттєвому зменшенні коефіцієнта сухого тертя твердих змащувальних покриттів при високих навантаженнях (=0,07-0,08 при Р=20МПа, v=0,86 м/с). UA 115198 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Даний винахід належить до галузі антифрикційних композитів, працюючих в умовах сухого тертя і які можуть застосовуватися у авіа-, компресоро-, насособудуванні, робототехніці та інших галузях промисловості. Актуальною проблемою сучасної промисловості є боротьба із зносом деталей машин та механізмів. Це обумовлює необхідність проведення інтенсивних досліджень і пошуку нових компонентів змащувальних матеріалів, добавок, які покращують їх експлуатаційні властивості. Однак, деякі екстремальні умови експлуатації виключають можливість використання у трибоспряженнях газоподібних, рідких або пластичних змащувальних матеріалів. Тому останнім часом значне розповсюдження здобуло створення твердих змащувальних покриттів (ТЗП) - композитів на основі термостійких полімерних матеріалів і твердих порошкоподібних високодисперсних наповнювачів. Даний винахід належить до композиції на основі термостійкого фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру, антиоксидантів та системи "квазікристал + поліетилен" як антифрикційного наповнювача. Вибір такої системи наповнювачів обумовлений наступним. Квазікристали - інтерметалідні сполуки, атомна структура яких характеризується наявністю осей симетрії 5, 8, 10 і 12 порядків. Сполуки металів з такою кристалографічною структурою мають унікальні властивості [1, 2]. Наприклад, сплави Al-Cu-Fe відрізняються унікальним сполученням таких властивостей як високе значення твердості (7-10 ГПа) та модуля пружності (120-200 ГПа), низьке значення коефіцієнта тертя (по алмазу 0,07-0,10; по сталі 0,19-0,22), висока корозійна стійкість. Суттєвим є відсутність у квазікристалах схильності до схоплювання (холодного зварювання) при контакті у вузлах тертя [3]. Квазікристали знижують утворення нагару у трибоконтакті, а також заповнюють тріщини, каверни, подряпини на поверхні тертя завдяки пластичності [4]. Квазікристали можуть знайти широке застосування як наповнювачі композиційних матеріалів для підвищення зносостійкості виробів з них, як антифрикційні, теплозахисні, корозійностійкі покриття, як добавки до паливно-мастильних матеріалів для підвищення строку служби підшипників та зменшення витрати мастила. Поліетилен також використовується як антифрикційна добавка у твердих мастильних матеріалах [5]. Основними способами одержання порошків квазікристалічних матеріалів є розпилення із розплаву і змішування вихідних порошкових матеріалів, які складають квазікристалічну структуру, з наступною термообробкою та фракціюванням частинок. З літературних джерел відомо застосування квазікристалів у композитах для виготовлення біоматеріалів для протезів тазостегнового суглоба [6], у композитах із епоксиноволаком для підвищення зносу сталевих поверхонь [7], для забезпечення зчеплення із еластомерною матрицею [8]. Але металічні порошки квазікристалів мають низьке зчеплення із полімерною матрицею, що не дає можливості одержувати якісні покриття. Композити квазікристалів із фторованими ароматичними поліамідами в літературі не описані. Як відомо, фторовані полімери мають високу хімічну стійкість, термостійкість, низьку поверхневу енергію. Останнє має велике значення для утворення поверхонь з низьким коефіцієнтом тертя. Тому нами у запропонованій композиції був використаний фторований термостійкий поліамід - полі-1-тетрафторетокси-2,4-феніленізофталамід, структурна формула якого наведена нижче: OC COHN H N OCF2CF2H n . 45 Шляхом взаємодії такого лінійного полімеру з епоксидним олігомером (ЕН-6 або ЕД-20) була одержана зшита матриця, теплостійкість якої була вища ~ на 100 Κ порівняно із лінійним полімером. Нижче наведена спрощена схема такої взаємодії: 1 UA 115198 C2 O R1 R O 5 10 15 20 +2 R1 NH O C CH2 CH O R R2 R1 O NH CH2 CH C R2 O O C R2 Система "поліамід-епоксидний олігомер" була застосована нами як зв'язуюча матриця при створенні ТЗП. Як найближчий аналог нами була вибрана композиція на основі фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20 і поліетилену низького тиску, коефіцієнт тертя якої становить 0,114 [9]. Задачею даного винаходу є одержання твердого змащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях. Поставлена задача вирішується створенням композиції на основі полімерної теплостійкої матриці та системи "квазікристал Al65Cu23Fe12+поліетилен низького тиску" як антифрикційного наповнювача. Полімерна матриця являє собою фторований ароматичний поліамід - полі-1тетрафторетокси-2,4-феніленізофталамід з добавкою 20 мас. % епоксидного олігомеру ЕД-20. Антифрикційний наповнювач - це суміш порошків квазікристалу Al65Cu23Fe12 та поліетилену низького тиску. Антиоксиданти: фенозан та N-феніл-β-нафтиламін. Система розчинників ацетон: диметилформамід (ДМФА) 7:3 (об.) У практичному відношенні запропонована композиція може знайти застосування у підшипниках сухого тертя в авіації (механізм керування крилами), а також як внутрішнє покриття пневмоциліндрів робототехнічних пристроїв. Нижче наведено склад композиції. Компоненти композиції Ароматичний поліамід ЕД-20 Квазікристал Al65Cu23Fe12 Поліетилен низького тиску Фенозан N-феніл-β-нафтіламін Розчинник: ацетон:ДМФА 7:3 (об.) 25 NH Маса, г 0,8 0,16 0,32 039 0,04 0,04 3,35 Мас. % 15,68 3,14 6.28 7.65 0,78 0,78 65,68 Ця суспензія наноситься на кільцеву поверхню (сталь Ст.3). Твердіння покриття відбувається при 180-190 °C протягом 2 годин. Товщина покриття становить 0,15-0,25 мм. Трибологічні дослідження проводять за схемою "кільце - кільце" на трибометрі ТРИБОТЕСТ при навантаженні 20 МПа та швидкості ковзання 0,86 м/с в умовах сухого тертя. В таблиці наведені значення коефіцієнта тертя розробленої композиції у порівнянні з найближчим аналогом [9]. Зразок Найближчий аналог Запропонована композиція Коефіцієнт тертя, μ 0,114 0,07-0,08 30 35 40 Таким чином, використання розробленої композиції на основі фторованого поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20, суміші порошків квазікристалу Al65Cu23Fe12 та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача призводить до позитивного ефекту, який полягає у суттєвому зменшенні коефіцієнта сухого тертя у твердих змащувальних покриттях при високих навантаженнях. Перелік посилань 1. Векилов Ю.Х., Черников М.А. Квазикристаллы // Успехи физических наук, 2010. - 180, № 6. - С. 561-586. 2. Dubois Jean-Marie, Esther Belin-Ferre. Complex Metallic Alloys: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, 2010. - 456 p. 2 UA 115198 C2 5 10 3. Теличко В.А., Брукмюллер К., Ханчич А. и др. Влияние квазикристаллических покрытий AlCu-Fe (В), полученных способом электроннолучевого осаждения, на эксплуатационные свойства штампов и пресс-форм // Электронно-лучевые процессы, 2014. - № 4.- С. 10-17. 4. Состав антифрикционного покрытия. Патент RU 2412276, опубл. 20.02.2011. 5. Полимерная антифрикционая композиция. Патент RU 2535216, опубл. 10.12.2014 6. Anderson В., Bloom P.D. Al-Cu-Fe Quasicrystal/ Ultra High Molecular Weight Polyethylene Composites as Biomaterials for Acetbular Cup Pros-thetics // Biomaterials, 2002. - 23. - P. 1761-1768. 7. Bloom P.D., Baikerikar K.G., Anderegg J.W. at all. Fabrication and wear resistance of Al-Cu-Fe quasicrystal-epoxy composite materials // Materials Science and Engineering, A, 2003.- 360(1-2). - P. 46-57. 8. Композитный наполнитель в виде порошка и способ его получения. Патент RU 2304155, опубл. 10.08.2007 9. Фторована композиція сухого тертя. Патент на корисну модель №31215, опубл. 25.03.2008. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Тверде змащувальне покриття на основі фторованого ароматичного поліаміду (полі-1тетрафторетокси-2,4-феніленізофталаміду), епоксидного олігомеру ЕД-20, антиоксидантів (фенозан, N-феніл--нафтиламін), суміші порошків квазікристалу Al65Cu23Fe12 та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3