состав твердосмазочного антифрикционного покрытия

Классы МПК:C23C4/04 характеризуемые материалом покрытия
C10M103/00 Смазочные составы, отличающиеся основой, являющейся неорганическим материалом
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-24
публикация патента:

Использование: в машиностроении для нанесения на детали узлов трения. Сущность: состав включает дисульфид молибдена, коллоидный графит и наночастицы алмаза с размерностью 4-6 нм в виде порошка качестве наполнителя и связующее, представляющее собой смесь оксида магния с водным раствором азотной и фосфорной кислот. Технический результат - повышение износостойкости покрытия при снижении коэффициента трения при повышенных температурах. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Состав антифрикционного твердосмазочного покрытия, включающий дисульфид молибдена, коллоидный графит и связующее, отличающийся тем, что он содержит дополнительно наночастицы алмаза в виде порошка с размерностью частиц 4-6 нм, а в качестве связующего взят водный раствор азотной кислоты, фосфорной кислоты и оксида магния и все компоненты взяты в следующем соотношении г/л:

дисульфид молибдена 30-60
коллоидный графит5-10
наночастицы алмаза 5-15
оксид магния11-15
азотная кислота 30-80
фосфорная кислота 100-150
дистиллированная водадо 1 л

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к твердосмазочным антифрикционным покрытиям на основе неорганического связующего, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде, в условиях высоких нагрузок и температур.

Известно антифрикционное композиционное покрытие, содержащее следующие компоненты, мас.ч.: дисульфид молибдена 25-58, графит 25-58, нитрид бора 7-16, связующие 30-70, покрытие наносится на металлическую поверхность (см. патент US 5482637, кл. F02B 77/02, 09.01.1996).

Данное антифрикционное покрытие используется в узлах механизмов машин, эксплуатирующихся в режимах сухого трения при нагрузках до 10 кг/см2 .

Недостатком является низкая износостойкость и низкие предельные удельные нагрузки, при высоких температурах подвергается деструкции.

Известно антифрикционное покрытие для защиты тяжелонагруженых пар трения металл-металл от износа в интервале температур - 60-250°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисульфид молибдена 55-70, графит 7-20, бета-карбид кремния с соотношением 1/d=30-300, 0,15-1,1, эпоксифенольный лак - остальное (см. заявка на изобретение № 92013655/04, 15.12.1992).

Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является антифрикционное твердосмазочное покрытие, содержащее, мас.%: дисульфид молибдена 35-45, коллоидный графит 8-15, квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором 5-10,эпоксидный лак остальное (патент РФ № 2412276).

Покрытие предназначено для защиты тяжелонагруженных пар трения металл-металл от износа в интервале температур (-60)-(+250)°С.

Недостатком этого покрытия является низкая износостойкость, высокий коэффициент трения.

Перед авторами стояла задача получения антифрикционного покрытия на металлах, обладающего низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью при работе в температурном диапазоне от 20 до 300°С.

Эта задача решена тем, что предложен состав антифрикционного покрытия, содержащий дисульфид молибдена, коллоидный графит, наночастицы алмаза, связующее состоит из оксида магния, азотной кислоты, фосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов, г/л:

дисульфид молибдена 30-60
коллоидный графит5-10
наночастицы алмаза 5-15
оксид магния11-15
азотная кислота 30-80
фосфорная кислота 100-150
дистиллированная водадо 1 литра

Наночастицы алмаза представляют собой ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов с размером частиц от 4 до 6 нм. Введение наноалмазов способствует существенно повысить износостойкость, снижению коэффициента трения при повышении температуры и удельных нагрузок.

Пример получения покрытия.

Технология получения антифрикционного покрытия заключается в следующем:

- подготовка поверхности изделия под покрытие;

- подготовка связующего;

- изготовление суспензии;

- нанесение суспензии на изделие;

- температурная обработка.

Подготовка поверхности металлического изделия (сталь ШХ 15) под покрытие заключается в обезжиривании поверхности металла венской известью, дальнейшей промывке в проточной воде и сушке на воздухе до полного высыхания.

Связующее готовится следующим образом: азотная кислота и фосфорная кислота смешиваются с 500 мл воды при температуре 21-23°С, затем добавляется в раствор оксид магния и перемешивается до полного растворения раствора. Водный раствор наполнителей следующим образом: в 500 мл воды добавляют порошок дисульфида молибдена, порошок коллоидного графита и ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов в необходимых количествах. Далее раствор тщательно перемешивается при помощи лопастной мешалки со скоростью вращения 150 об/мин до получения однородной массы.

Затем полученный водный раствор с наполнителями вводится в связующее.

Наносить покрытие можно при помощи кисти.

Термическая обработка покрытия проводится в термошкафу при температуре 300°С в течение 120 минут.

Для подтверждения эффективности предлагаемого состава были подготовлены четыре состава антифрикционного покрытия (см. таблицу).

Испытание на трибологические свойства производились на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,132 м/с, Р=80 МПа, при температуре +20, +250, +300°С. Наносилось антифрикционное покрытие на образцы из стали ШХ15, в качестве контртела использовались образцы из стали ШХ15. Линейный износ определялся по базовым точкам на оптиметре с ценой деления 1 мкм.

В ФГУП ОКТБ «ОРИОН» проведены испытания трех подшипников ШСП-20 с покрытием сфер внутренних колец. Внутренние кольца подшипников с отверстиями для подвода смазки. Материал колец ШХ15.

Режим испытания подшипников

Fr=8700 кгс;

Амплитуда качаний +60°С;

Частота качаний 60 качаний в мин;

Расчетная долговечность 5000 нагружений.

Наработка подшипников составила для всех трех подшипников 120% расчетной долговечности.

Таблица 1
Состав раствора (г/л) и физико-механические свойства Заявленный раствор Прототип мас.%
12 3 4
дисульфид молибдена30 40 50 6035
коллоидный графит 5 7 8 1010
квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором -- - -10
Эпоксидный лак - - - -остальное
наночастицы алмаза5 7 12 15-
оксид магния 1111 13 15-
азотная кислота 30 40 60 80-
фосфорная кислота 100 120 150 150-
дистиллированная вода 1 литр 1 литр 1 литр 1 литр-
Коэффициент трения при температуре: состав твердосмазочного антифрикционного покрытия, патент № 2473711
20°С0,11 0,11 0,100,12 0,13
250°С 0,10 0,09 0,090,10 0,13
300°С 0,10 0,09 0,100,10 0,12
Скорость изнашивания, мкм/ч состав твердосмазочного антифрикционного покрытия, патент № 2473711
20°С0,14 0,15 0,140,16 0,18
250°С 2,0 2,1 2,22,0 2,9
300°С 2,2 2,0 2,52,0 3,7

На основании результатов, приведенных в таблице, подтверждается, что введение наночастиц алмаза улучшает трибологические свойства антифрикционного покрытия, а введение наночастиц алмаза в состав антифрикционного покрытия позволяет получить покрытие, которое обладает сниженным коэффициентом трения на 15-30% и повышенной износостойкостью, причем применение связующего на основе неорганических соединений дополнительно обеспечивает повышенную износостойкость. Разработанный раствор испытан на опытном предприятии ФГУП ОКТБ «ОРИОН» и полученные покрытия имеют высокие физико-механические показатели.

На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанный нами «Состав антифрикционного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищен патентом Российской Федерации.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2473711

patent-2473711.pdf

Класс C23C4/04 характеризуемые материалом покрытия

способ нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали -  патент 2521780 (10.07.2014)
способ получения наноалмазов при пиролизе метана в электрическом поле -  патент 2521581 (27.06.2014)
вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали -  патент 2502829 (27.12.2013)
способ электровзрывного напыления композиционных покрытий системы al-tib2 на алюминиевые поверхности -  патент 2497976 (10.11.2013)
способ восстановления деталей пар трения интегральных рулевых механизмов с гидроусилителем руля -  патент 2476300 (27.02.2013)
установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей -  патент 2475567 (20.02.2013)
способ восстановительного ремонта ступеней центробежного насоса -  патент 2463147 (10.10.2012)
способ получения армированного теплозащитного покрытия -  патент 2447195 (10.04.2012)
прошивная и прокатная оправка, способ восстановления этой прошивной и прокатной оправки и технологическая линия для восстановления этой прошивной и прокатной оправки -  патент 2446024 (27.03.2012)
способ получения жаростойкого покрытия на лопатках газовых турбин -  патент 2441100 (27.01.2012)

Класс C10M103/00 Смазочные составы, отличающиеся основой, являющейся неорганическим материалом

триботехническая композиция для металлических узлов трения -  патент 2527243 (27.08.2014)
смазочная масляная композиция для уменьшения трения, включающая нанопористые частицы -  патент 2512379 (10.04.2014)
смазка для применения при горячей штамповке -  патент 2497937 (10.11.2013)
композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия -  патент 2493241 (20.09.2013)
полимерная композиция триботехнического назначения -  патент 2484107 (10.06.2013)
состав для улучшения антифрикционных и противоизносных свойств узлов трения -  патент 2469074 (10.12.2012)
безграфитовая высокотемпературная смазка -  патент 2458111 (10.08.2012)
графитсодержащая высокотемпературная смазка для применения при горячей обработке высококачественных и углеродистых сталей давлением -  патент 2454452 (27.06.2012)
композиционный антифрикционный твердый смазочный материал -  патент 2444562 (10.03.2012)
нанотехнологическая антифрикционная порошковая композиция (варианты), нанотехнологическая смазочная композиция и способ нанотехнологической смазки -  патент 2415176 (27.03.2011)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Наверх