Антифрикційний матеріал для холодної обробки металів тиском

Реферат: UA 107527 C2 (12) UA 107527 C2 Винахід належить до області холодної обробки металів тиском методом пластичного деформування. Заявлено антифрикційний матеріал для холодної обробки металів тиском, що містить епоксидну діанову смолу - 100 мас. част., порошковий наповнювач – гідрофобний нанодисперсний оксид кремнію – 0,5-3,0 мас. част. і порошок колоїдного термообробленого графіту – 28-32 мас. част., та додатково містить ангідридний твердник (ізометилтетрагідрофталевий ангідрид) – 70-80 мас. част., і амінний прискорювач тверднення 2,4,6-трис-(N,N-диметиламінометил)фенол – 0,3-1,0 мас. част. UA 107527 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до області холодної обробки металів тиском методом пластичного деформування, наприклад, для обробки циліндричних отворів у деталях типу втулок і труб методом холодного ступінчастого пластичного деформування твердосплавними деформуючими протяжками і прошивками, а також може бути використаний в інших процесах холодного пластичного деформування, де превалює тертя ковзання при великих навантаженнях і швидкості ковзання не більше 0,2 м/с. Відомий антифрикційний самозмащувальний матеріал (патент Франції № 2146910, МПК С10М 7/00, 1973 p.), який містить вугільний порошок, епоксидну смолу, поліалюмофенілсилоксанову смолу та суху змащувальну речовину. Недоліком матеріалу є недостатній рівень антифрикційних властивостей (коефіцієнт тертя вище 0,15), а також невисока адгезія до титанових та алюмінієвих сплавів. Відомий також антифрикційний самозмащувальний матеріал (АС СРСР № 1177321, С09 Д3/58, 1985 p.), який містить компоненти при наступному співвідношенні, мас. ч.: епоксидна діанова смола 100 дисульфід молібдену 9-11 графіт приховано 28-32 кристалічний каолін 75-85 моноціанетилдіетилентриамін 21,5-24. Недоліком цього матеріалу є недостатній рівень адгезії до титанових сплавів. Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення, тобто прототипом, є антифрикційний матеріал для холодної обробки металів тиском (AC CPCP № 273357, С 01 M7/26, 1970 p. Опубл. 15.06.70. - Бюл. № 20). Матеріал містить компоненти, мас. ч.: порошковий наповнювач 1,5-2,0 епоксидна діанова смола 1,1-1,3 рідкий полісульфідний каучук 0,23-0,4 аліфатична епоксидна смола 0,27-0,45 на основі етиленгліколю метафенілендіамін 0,2-0,28 органічний розчинник 1,5-3,0. Вказану суміш наносять на оброблювану поверхню пензлем, висушують на повітрі при кімнатній температурі упродовж 1 години, а потім проводять термообробку при 160 °C упродовж 2 годин. Одержаний антифрикційний матеріал застосовують для холодного ступінчастого пластичного деформування сталевих деталей. Проте при застосуванні даного матеріалу для пластичного деформування деталей із титанових сплавів через недостатню адгезію при контактному тиску вище 1,6 ГПа відбувається схоплювання поверхні титанових сплавів з матеріалом протягувального інструменту, внаслідок чого різко зростає зусилля протягування, пошкоджується деформована поверхня, що призводить до браку оброблюваних деталей. Задача винаходу полягає в підвищенні фізико-механічних характеристик антифрикційного матеріалу на основі епоксидної діанової смоли та порошкового наповнювача, покращенні його адгезії до титанових сплавів і, як результат, підвищенні внаслідок цього контактного тиску (вище 1,6 ГПа) при холодному ступінчастому пластичному деформуванні твердосплавними деформуючими протяжками деталей із титанових сплавів. Задача винаходу досягається за рахунок того, що антифрикційний матеріал для холодної обробки металів тиском на основі епоксидної діанової смоли та порошкового наповнювача додатково містить ангідридний твердник (ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид), амінний прискорювач тверднення 2,4,6-трис-(N, N-диметиламінометил)фенол, а як порошковий наповнювач використовують гідрофобний нанодисперсний оксид кремнію та порошок колоїдного термообробленого графіту при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: епоксидна смола 100 ізометилтетрагідрофталевий 70-80 ангідрид амінний прискорювач 0,3-1,0 тверднення гідрофобний нанодисперсний 0,5-3,0 оксид кремнію, колоїдний термооброблений 28-32. графіт 1 UA 107527 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, які заявляються, і технічними результатами, які досягаються при їх реалізації, полягає в наступному. Застосування ангідридного твердника та амінного прискорювача тверднення епоксидної діанової смоли в поєднанні з кремнійорганічним наповнювачем - гідрофобним нанодисперсним оксидом кремнію, синтезованим золь-гель методом, у кількості 0,5-3,0 мас. ч. сприяє підвищенню модулю пружності, когезійної міцності й адгезії до титанових сплавів за рахунок ефекту армування епоксидної матриці дисперсним наповнювачем та утворення ковалентних зв'язків між силанольними групами наповнювача та поверхневими групами субстрату. Введення у матеріал в якості наповнювача колоїдного термообробленого графіту в кількості 28-32 мас. ч. знижує коефіцієнт тертя матеріалу внаслідок формування в його структурі рівномірно розташованих графітових шаруватих включень. Використання заявленої сукупності суттєвих ознак дозволяє одержати технічний результат, а саме підвищити контактний тиск до 2,2 ГПа при холодному ступінчастому пластичному деформуванні твердосплавними деформуючими протяжками деталей із титанових сплавів з нанесеним антифрикційним матеріалом. Межі вмісту ангідридного твердника, амінного прискорювача тверднення епоксидної діанової смоли та кремнійорганічного наповнювача визначено експериментально, виходячи із задачі підвищення адгезії матеріалу до титанових сплавів. Слід зазначити, що поєднання вказаних компонентів посилює дію кожного, тобто спостерігається синергічний ефект. За відсутності хоча б одного з них бажаного ефекту підвищення адгезії до титанових сплавів не досягається. Нижній вміст ангідридного твердника, амінного прискорювача тверднення епоксидної діанової смоли та кремнійорганічного наповнювача обмежено умовою забезпечення необхідного рівня адгезії матеріалу до титанових сплавів. Верхній вміст ангідридного твердника, амінного прискорювача тверднення епоксидної діанової смоли та кремнійорганічного наповнювача обмежено умовою забезпечення рівня зв'язку між складовими матеріалу. Межі вмісту колоїдного термообробленого графіту визначено експериментально, виходячи з задачі зниження коефіцієнта тертя матеріалу при взаємодії з поверхнею твердих сплавів. Нижній вміст колоїдного термообробленого графіту обмежено умовою досягнення достатньої сумарної площі графітових включень у структурі матеріалу для забезпечення зниження коефіцієнта тертя. Верхній вміст колоїдного термообробленого графіту обмежено умовою недопущення розшарування матеріалу при формуванні протяжливих прошарків графіту внаслідок консолідації окремих графітових включень. Поєднання в матеріалі високого рівня адгезії до титанових сплавів із низьким коефіцієнтом тертя при ковзанні по поверхні деформуючого інструменту із твердих сплавів дозволяє вирішити основне завдання підвищення контактного тиску при холодному ступінчастому пластичному деформуванні твердосплавними деформуючими протяжками деталей із титанових сплавів з нанесеним антифрикційним матеріалом. Приклади конкретної реалізації винаходу наведено у таблиці (додається). Приклад 1. Для отримання антифрикційного матеріалу для холодної обробки металів тиском до певної кількості епоксидної смоли, взятої за 100 мас. ч., додали в кількості 2 мас. ч. дисперсний кремнійорганічний наповнювач - гідрофобний нанодисперсний оксид кремнію, одержаний зольгель методом в умовах гідролізу / конденсації, після чого провели їхнє ретельне змішування за допомогою ультразвукового диспергатора. Далі в одержану суміш додали ангідридний твердник у кількості 75 мас. ч., амінний прискорювач тверднення в кількості 0,7 мас. ч. і колоїдний термооброблений графіт у кількості 30 мас. ч. Після кожного додавання компонента проводили ретельне змішування суміші за допомогою ультразвукового диспергатора до її повної гомогенізації. Нанесення одержаної композиції на попередньо підготовані і знежирені робочі поверхні деталей із титанового сплаву ВТ 1-0 - "грибків" (ГОСТ 14760-69) та втулки проводили за допомогою пензля та валика. Потім деталі з нанесеним покриттям поміщали в термошафу і проводили термообробку до повного отвердіння полімерного композиту наступним чином: нагрівання до температури 120 °C, витримка при даній температурі упродовж 1 години, нагрівання до температури 160 °C, витримка при даній температурі упродовж 1 години, нагрівання до температури 180 °C, витримка при даній температурі упродовж 1 години. Після цього визначали характеристики нанесеного покриття - адгезійну міцність склеювання "грибків" та контактний тиск при холодному ступінчастому пластичному деформуванні втулки деформуючою протяжкою із твердого сплаву ВК15. Адгезійну міцність при рівномірному відриві досліджували у відповідності з ГОСТ 14760-69. 2 UA 107527 C2 5 10 15 20 Контактний тиск визначали за наступною методикою (О.А. Розенберг. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании. - Киев: Наук, думка, 1981. - 288 с.). Крізь отвір втулки з нанесеним на її поверхню покриттям пропускали ряд твердосплавних деформуючих елементів. Розмір кожного наступного елемента більше попереднього на деяку величину. При цьому на кожному наступному проході за рахунок деформаційного зміцнення оброблюваного матеріалу контактний тиск підвищується. У процесі випробувань проводили заміри осьової сили. Про схоплювання судили за її різким збільшенням, налипанням оброблюваного матеріалу на інструмент і порушенням суцільності покриття. Вирахуваний за даними про величину осьової сили і геометричні характеристики інструменту контактний тиск у момент, що передує схоплюванню, характеризує експлуатаційні властивості технологічного покриття. Матеріал також було реалізовано при іншому вмісті ангідридного твердника, амінного прискорювача тверднення, кремнійорганічного наповнювача та колоїдного термообробленого графіту. Було відтворено також антифрикційний матеріал для холодної обробки металів, описаний в авторському свідоцтві СРСР № 273357. Результати випробувань наведені в таблиці. Приклади 1-9 (див. таблицю, додається) стосуються заявлених ознак. Приклади 10-18 - за межами заявлених ознак. Приклад 19 - відтворення антифрикційного матеріалу за прототипом. Як видно з таблиці, використання пропонованого винаходу дає можливість при холодному ступінчастому пластичному деформуванні підвищити ступінь деформації втулки з титанового сплаву, який характеризується досягнутим рівнем контактного тиску, на 37 %. Таблиця Склад композиції, мас. ч. Адгезійна № Епоксидна міцність при Контактний Примітка Ангідридний Прискорювач Кремнійорганічний з/п діанова Графіт рівномірному тиск, ГПа твердник тверднення наповнювач відриві, МПа смола 1 100 75 0,7 2 30 53 2,2 2 100 70 0,7 2 30 49 2,1 3 100 80 0,7 2 30 49 2,1 4 100 75 0,3 2 30 45 2,0 5 100 75 1,0 2 30 45 2,0 6 100 75 0,7 0,5 30 42 2,1 7 100 75 0,7 3 30 42 2,1 8 100 75 0,7 2 28 44 1,8 9 100 75 0,7 2 32 44 1,8 10 100 75 0,7 2 27 40 1,6 11 100 75 0,7 2 33 40 1,6 12 100 75 0,7 2 39 0,75 13 100 69 0,7 2 30 0,75 14 100 81 0,7 2 30 0,75 15 100 75 0,2 2 29 0,75 16 100 75 1,1 2 29 0,75 17 100 75 0,7 0,2 28 0,75 18 100 75 0,7 4 28 0,75 19 Матеріал за авторським свідоцтвом СРСР № 273357 32 1,6 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Антифрикційний матеріал для холодної обробки металів тиском, що містить епоксидну діанову смолу, порошковий наповнювач, який відрізняється тим, що до його складу додатково входить ангідридний твердник - ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид, амінний прискорювач тверднення 2,4,6-трис-(N,N-диметиламінометил)фенол, а як порошковий наповнювач використано гідрофобний нанодисперсний оксид кремнію та порошок колоїдного термообробленого графіту при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: епоксидна діанова смола 100 ізо-метилтетрагідрофталевий ангідрид 70-80 амінний прискорювач тверднення 2,4,6-трис-(N,Nдиметиламінометил)фенол 0,3-1,0 гідрофобний нанодисперсний оксид кремнію 0,5-3,0 колоїдний термооброблений графіт 28-32. 3 UA 107527 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4