способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей

Формула изобретения

1. Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, включающий размещение между контактирующими трущимися поверхностями смеси связующего и предварительно измельченной композиции упрочняющего вещества, отличающийся тем, что в качестве упрочняющего вещества используется композиция, содержащая маc. %:

Баумит (Mg, Mn, Fe, Zn)₃ (Si, А1)₂O₅ (ОН)₄ - 40

Клинохлор (Mg₅Al) (Si, Al)₄O₁₀(OH)₈ - 40

Титанит CaTiSiO₅ - 10

Двуокись кремния SiO₂ - 5

Вода Н₂O - 5

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композицию упрочняющего вещества измельчают до размера 0,01 мкм путем диспергирования с помощью жидкостного дезинтегратора.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве связующего используют минеральное масло, а внесение композиции в связующее осуществляют при пульсации давления в водно-аргоновой среде от 0 до 40 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в узлах трения.

Известен способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями предварительно размещают механоактивированную смесь природного серепентинита дисперсностью 0,001-1 мкм в количестве 2-4 маc.% (см., например, патент Российской Федерации RU 2006708 по классу F 16 С 33/14 от 22.12.1992 г. ).

Недостатком этого способа является низкое качество образуемого покрытия, которое не обеспечивает достаточную износостойкость трущихся элементов.

Известен также способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей (см., например, патент Российской Федерации RU 2160856), заключающийся в том, что между трущимися поверхностями размещают предварительно механоактивированную смесь размельченного, формирующего антифрикционное покрытие вещества со связующим. В качестве формирующего антифрикционное покрытие вещества используют композицию природных минералов, содержащую, мас.%:

Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 10-60

MgFe₂O₄ - 10-60

МоS₂ - 10-20

Сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1-10

Н₂O - Не более 5

Предварительно механоактивацию можно проводить с пульсацией давления 0,01-10 МПа при 100-200^oС. Технический результат - повышение стабильности, прочности и долговечности.

Недостатком этого способа является содержание продуктов окислов металлов и карбидов, что отрицательно влияет на конечный результат стабильности процессов упрочнения и восстановления.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения прочностных характеристик упругодеформационной стойкости контактирующих поверхностей, решающих проблему износа и долговечности машин и механизмов, работающих при повышенных механических и температурных режимах.

Согласно изобретению эта задача решается за счет упрочнения и повышения плотности контактирующих поверхностей. При этом предварительно размещают специальным образом подготовленную смесь минерального происхождения со связующим.

Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, включающий размещение между контактирующими трущимися поверхностями смеси связующего и предварительно измельченной композиции упрочняющего вещества, отличающийся тем, что в качестве упрочняющего вещества используется композиция, содержащая, мас.%:

Баумит (Baumite) (Mg, Mn, Fe, Zn)₃(Si, Al)₂O₅(OH)₄ - 10-60

Клинохлор (Clinoclore) (Mg₅Al)(Si, Al)₄O₁₀(H)₈ - 10-60

Титанит (Titanite) CaTiSiO₅ - 1-15

Двуокись кремния - SiO₂ - 5-10

Вода - Н₂О - Не более 5

Предварительно композицию упрочняющего вещества измельчают до размера 0,01 мкм путем диспергирования с помощью жидкостного дезинтегратора и в качестве связующего используют минеральное масло, а внесение композиции в связующее осуществляют при пульсации давления в водно-аргоновой среде от 0 до 40 МПа.

Указанное процентное соотношение компонентов состава, а также границы технологических параметров, определяются следующими условиями:

1. Содержание в композиции (Mg, Mn, Fe, Zn)₃(Si, Аl)₂O₅(ОН)₄ и (Mg₅Al)(Si, Al)₄O₁₀(OH)₈ менее 10% снижает скорость формирования новой поверхности контакта.

2. Содержание (Mg, Mn, Fe, Zn)₃(Si, Аl)₂O₅(ОН)₄ и (Mg₅Al)(Si, Al)₄O₁₀(OH)₈ более 40% не приводит к увеличению скорости, но сказывается на уменьшении микротвердости.

3. Содержание CaTiSiO₅ менее 1% сказывается на снижении микротвердости поверхности контакта, а более 5% не дает увеличения в твердости зон контакта, но уменьшает коэффициент трения.

4. Содержание двуокиси кремния (SiO₂) от 5 до 10% положительно сказывается на приращении массы зон контакта. Повышение содержания более 10% не приводит к положительным результатам.

5. Содержание Н₂О от 1 до 3% положительно влияет на начальном этапе приработки пар трения.

6. Увеличение температуры активации свыше 120^oС приводит к потерям Н₂О более 5%, что сказывается на времени приработки.

Реализация отличительных признаков изобретения обуславливает возникновение нового эффекта способа, заключающегося в следующем:

за счет упругой деформации контактирующих трущихся поверхностей и температуры в зонах контакта происходит возбуждение кристаллической решетки металла подложки. При этом ионы W, Mg, Fe, Ni, V и связующего (С) за счет адсорбирования водорода из металла занимают вакантные места в пространстве, образуя плотную упаковку пространственной решетки контактирующих поверхностей. При этом повышается плотность, за счет увеличения массы зон контакта. Происходит это за счет турбулентно-деформационной диффузии ионов металлов, а также снижает коэффициент трения за счет образования нового микрорельефа зон контакта, обладающих повышенными прочностными и антикоррозийными свойствами.

В ходе механического воздействия на контактирующей поверхности за счет упругих деформаций металла и адгезии состава образуется уплотненная прочная поверхность, обладающая повышенными противоизносными свойствами, прочностными характеристиками и стабильными антикоррозийными свойствами.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Пример.

В минеральное масло с вязкостью по SAE 15W40 внесли 0,1 маc.% композиции в виде порошка, содержащего, маc.%:

Баумит (Baumite) (Mg, Mn, Fe, Zn)₃(Si, Аl)₂O₅(ОН)₄ - 40

Клинохлор (Clinoclore) (Mg₅Al)(Si, Al)₄O₁₀(OH)₈ - 40

Титанит (Titanite) CaTiSiO₅ - 10

Двуокись кремния - SiO₂ - 5

Вода - Н₂О - 5

Смесь диспергировали с помощью жидкостного дезинтегратора при угловой скорости 183 рад/с в течение 30 мин и изменении давления от 0 до 40 МПа, температура изменялась от 18 до 120^oС при постоянном давлении инертного газа от 0,1-0,5 атм. После этого смесь охлаждали до 20^oС в течение 12 ч. Затем смесь была введена между образцом и контртелом машины трения износа 2070 СМТ1. Пары трения скольжения изготовлены из стали марки 4Х13 с твердостью HRC - 60-64, ГОСТ 2789-73.

При нагрузке 160 кгс скорость образца поддерживалась 200 об/мин в течение 30 ч. В результате прирост массы образца достиг 2,5х10^-3, что связано с уплотнением поверхности контакта, при этом микротвердость по Виккерсу после испытаний возросла от 15 до 55% относительно контрольного образца, а коэффициент трения составил 0,015 для образца с обработанной поверхностью и 0,061 для образца для сравнения. Относительный износ уменьшился в 72 раза.

Для поддержания эффекта возможно периодическое внесение упрочняющего вещества в зоны контакта посредством штатных смазок, используя их как временные носители комплекса. При этом периодичность определяется по эксплуатационным и инструментальным параметрам. Для реализации способа использованы распространенные в природе минералы и рудообразующие породы.