порошковый композиционный материал

Классы МПК:C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим
C22C9/02 с оловом в качестве следующего основного компонента
C22C9/08 со свинцом в качестве следующего основного компонента
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-08-18
публикация патента:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам на основе меди. Может быть использовано при получении деталей узлов трения, работающих при температуре до 350°С. Порошковый композиционный материал содержит матрицу на основе медного сплава и упрочнитель, содержащий квазикристаллы системы Al-Cu-Fe, допированные В, и Al2 O3, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: квазикристаллы 5,0-6,0; Al2O3 1,0-1,5; матрица - остальное. Матрица может содержать, мас.%: олово 0,9-1,2; свинец 18,0-22,0; медь - остальное. Материал имеет высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, высокую прочность на растяжение, а также обеспечивает работоспособность деталей трения в воздушной среде при температуре до 350°С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения

1. Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу на основе медного сплава, включающего олово, и упрочнитель, отличающийся тем, что матрица дополнительно содержит свинец, а в качестве упрочнителя используют квазикристаллы системы Al-Cu-Fe, допированные В, и Al2O3 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

квазикристаллы5,0-6,0
Al2 O31,0-1,5
матрица остальное

2. Порошковый композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что матрица имеет следующий химический состав, мас.%:

олово0,9-1,2
свинец 18,0-22,0
медьостальное

3. Порошковый композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что частицы квазикристаллов и Al2O3 имеют размер не более 5 мкм.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении деталей узлов трения из порошкового композиционного материала на основе медной матрицы, работающих при температуре до 350°C.

Известен высокоизносостойкий композиционный материал с пониженным трением на основе меди, содержащий в масс %: многостенные углеродные нанотрубки - 0,2-4,5, TiB2 0.1-1.3 и 0,35-12,0 Sn (патент КНР № 1425784).

Материал имеет хорошую износостойкость, низкий коэффициент трения, относительно высокую прочность на сжатие и на растяжение, умеренную твердость, однако недостатком данного композиционного материала является окомкование нанотрубок, что делает непригодным использование его при повышенных нагрузках.

Известен спеченный антифрикционный материал на основе алюминиевой бронзы, содержащий в вес.%: Al 8.0-8.5, FeAl 3 5.0-6.5, Cu - остальное (патент РФ № 2155241).

Материал имеет хорошие триботехнические характеристики, но обладает невысокой износостойкостью.

Известен порошковый композиционный материал, содержащий алюминиевую матрицу, в которой распределены армирующие квазикристаллические частицы системы Al-Cu-Fe. Армирующие частицы имеют размер 20-30 мкм (патент США № 5851317).

Недостатком этого композиционного материала является невысокая степень термохимической стабильности и высокий коэффициент трения.

Наиболее близким к заявляемому является порошковый композиционный материал, содержащий матрицу на основе медного сплава, включающего олово, упрочнитель в виде порошка железа с размером частиц 60-200 мкм и графит при следующем соотношении компонентов (масс.%): олово 2-5, графит 0-2, железо 30-60, медь - остальное.

Недостатком данного материала является грубая структура, благоприятная для пористых самосмазываемых подшипников, однако ухудшающая несущие свойства материала при работе с внешней смазкой. Наличие железа в качестве упрочнителя ухудшает триботехнические свойства изделия при трении по сталям, образуя с ними пары трения из близких по составу и свойствам материалов, что вызывает повышенную склонность трущихся поверхностей к схватыванию и приводит к увеличению коэффициента трения и повышенному износу детали.

Технической задачей изобретения является получение порошкового композиционного материала с низким коэффициентом трения в сочетании с высокой износостойкостью и прочностью при растяжении, работоспособного при температуре до 350°C.

Для решения поставленной задачи предложен порошковый композиционный материал, содержащий матрицу на основе медного сплава, включающего олово, и упрочнитель, отличающийся тем, что матрица дополнительно содержит свинец, а в качестве упрочнителя используют квазикристаллы системы Al-Cu-Fe, допированные B, и Al2O3 при следующих соотношениях компонентов (масс.%):

квазикристаллы5,0-6,0
Al2 O31,0-1,5
матрица ост.

Матрица имеет следующий химический состав (мас.%):

олово0,9-1,2
свинец 18,0-22,0
медьост.

Размер частиц квазикристаллов и Al2O3 не превышает 5 мкм.

Использование в качестве матрицы медного сплава, содержащего олово и свинец в указанных количествах, а также добавление в упрочнитель Al2O3 позволяет узлам нагрузки выдерживать без заедания высокие удельные давления и скорости скольжения, работать в маловязких средах и при повышенных температурах (200-350°C). Олово и свинец по границам зерен образуют хорошо развитую, однородную по структуре эвтектику с благоприятной формой выделяющихся фаз. Квазикристаллы, дисперсностью менее 5 мкм, обладающие высокой твердостью и низким коэффициентом трения, дают значительное упрочение матрицы и снижают коэффициент трения. Допирование квазикристаллов бором позволяет поднять механические свойства квазикристалла, например модуль упругости увеличивается с 8,7 до 14,5, и дополнительно снизить коэффициент трения. Снижение размеров частиц упрочнителя улучшает трибологические характеристики. Введение Al2O3 придает композиционному материалу дополнительное упрочнение.

Пример осуществления:

Порошок матрицы (93,5%) состава: 18.0% свинца, 1.2% олова и остальное - медь, смешали с порошком квазикристалла, допированного бором, (5%), и порошком Al2O3 (1,5%), далее проводили механическое легирование смеси не менее 25 ч, горячее брикетирование при 150°C и давлении 500 МПа и экструзию при 150°C. Примеры 2, 3 аналогичны примеру 1.

Порошковый композиционный материал испытывали в условиях торцового трения при Pуд - 15 МПа, Vвращ - 0.31 м/с без смазки. Механические испытания проводились на установке «INSTRON-1195».

В таблице представлены составы порошкового композиционного материала, прототипа и их свойства.

Как видно из таблицы, предлагаемый порошковый композиционный материал имеет лучшие показатели, чем у прототипа по износу, коэффициенту трения, прочности на растяжение.

Таким образом, применение предлагаемого композиционного материала в узлах трения обеспечит их работоспособность в воздушной среде при температуре до 350°C, хорошими триботехническими характеристиками, и высокими механическими свойствами. Применение предлагаемого материала способно повысить надежность и ресурс деталей узлов трения.

Таблица
Состав упрочнителя мас.% матрица Состав матрицы, вес.% Износ мкм/ч при Pуд=15 МПа V=0.31 м/с Коэффициент трения Прочность на растяжение

порошковый композиционный материал, патент № 2436857 в кг/мм
КвазикристаллыAl 2O3 Feгра-

фит
Cu PbSn
1 51,5 -- 93,5ост. 18,01,2 0,300,18 18
2 5,5 1,2- -93,3 ост.20,0 1,00,2 0,1520
3 61,0 -- 93,0ост. 22,00,9 0,180,11 21
4 (по прототипу)- - 501 -44 -5 0.370,25 12

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2436857

patent-2436857.pdf

Класс C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим

спеченная твердосплавная деталь и способ -  патент 2526627 (27.08.2014)
композиционный электроконтактный материал на основе меди и способ его получения -  патент 2525882 (20.08.2014)
способ получения поликристаллического композиционного материала -  патент 2525005 (10.08.2014)
шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала -  патент 2523156 (20.07.2014)
твердосплавное тело -  патент 2521937 (10.07.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
способ получения композиционного материала -  патент 2509818 (20.03.2014)
порошковый композиционный материал -  патент 2509817 (20.03.2014)
спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта -  патент 2506334 (10.02.2014)
наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения -  патент 2492256 (10.09.2013)

Класс C22C9/02 с оловом в качестве следующего основного компонента

Класс C22C9/08 со свинцом в качестве следующего основного компонента

Наверх