композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар

Формула изобретения

Композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая Al₂О ₃ и окисел кремния, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит, окисел кремния представляет собой SiO₂, а Al₂О₃ - аморфную модификацию с размерами частиц не более 240 Å, при этом содержание компонентов, мас.%:

Аморфный Al2O 3 с размерами частиц не более 240 Å	5-10
SiO2	70-80
Вспученный интеркалированный графит	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для модификации трущихся поверхностей кинематических пар.

Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая мас.%: MgSi ₂О₅(OH)₄ - 10-60; MgFe₂ О₄ - 10-60; M₀S₂ - 1-2, сопутствующие редкоземельные элементы - 0,1-10, Н₂ О - не более 5, RU 2160856.

Композиция имеет нестабильные гранулометрические характеристики, что обусловливает недопустимую неравномерность покрытия; когезионная прочность его низкая.

Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая предварительно механоактивированную смесь размельченного, формирующего антифрикционное покрытие, вещества со связующим, при этом в качестве такого вещества используют природный серпентинит, содержащий, мас.%:

MgO, CaO	- 20-60
SiO, Al2О 3	- 20-60
H2O	- 3-10
Примеси пород	- 3-10,

RU 2006707.

Недостатком этой композиции, принятой за прототип настоящего изобретения, является неравномерная толщина получаемого антифрикционного покрытия, недостаточно низкий коэффициент трения, его нестабильность и недолговечность, особенно в условиях повышенных механических и температурных воздействий, что не позволяет обеспечить высокую износостойкость трущихся поверхностей. Это объясняется тем, что при t°90°C композиция модифицирует смазочные масла, как жидкие, так и пластичные; окись кальция, а также закись, кремния не только обусловливают разрыв водородных и углеродных связей насыщенных и ненасыщенных углеводородов, но и препятствуют их последующей рекомбинации.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения равномерности, стабильности и долговечности антифрикционного покрытия, снижения коэффициента трения (до значений не выше 0,0006 при сухом граничном трении); покрытие должно использоваться как при наличии масляной смазки, так и при отсутствии любых видов смазки.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая Al₂ О₃ и окисел кремния, характеризуется тем, что содержит окисел кремния в виде SiO₂, Al₂ О₃ - в виде аморфной модификации с размерами частиц не более 240 Å, а также дополнительно содержит вспученный интеркалированный графит при следующем содержании компонентов, мас.%:

аморфный Al2O 3 с размерами
частиц не более 240 Å	- 5-10
SiO2	- 70-80
вспученный интеркалированный
графит	- остальное

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает важные новые свойства композиции. SiO₂ в отличие от SiO (закиси кремния), содержащейся в композиции-прототипе, углеродные и водородные связи углеводородов не рвет, так как в SiO₂ нет свободных связей, все связи заполнены O₂ . Наличие в качестве ингредиента аморфной модификации Al ₂О₃ с размерами частиц не более 240 Å обеспечивает постоянство коэффициента трения на уровне не более 0,0006 в диапазоне температур от -60°С до 900°С. Это объясняется тем, что аморфный Al₂O₃ с размерами частиц не более 240 Å, увляясь идеальным связующим материалом для антифрикционного покрытия, смягчает каталитические свойства SiO ₂. В результате предотвращается термодинамически не контролируемый рост кристаллов и сохраняется обратимость автокаталитических реакций. В результате получаемая кристаллическая структура отличается возможностью значительной динамики кристаллитов, что обеспечивает снижение коэффициента трения.

Графит представляет собой слоистую структуру, состоящую из правильных гексагонов, сконденсированных в одной плоскости. Вспучивание представляет собой расслоение кристаллов графита по отдельным плоскостям. Предварительное интеркалирование графита (ослабление межслойных связей) обусловливает механохимическую активацию слоев графита и позволяет облегчить процесс вспучивания. Этот процесс может, в частности, осуществляться согласно изобретению RU 2133720: "Способ Велика Б.М. вспучивания интеркалированного графита". Наличие в композиции вспученного интеркалированного графита обеспечивает самоорганизующуюся агломерацию SiO₂ и аморфного Al₂O₃ в агрегаты с оптимальным модулем упругости и коэффициентом пластичности. Кроме того, при наличии смазки вспученный интеркалированный графит играет роль функциональных групп в процессе превращения макромономеров как продуктов износа масел в реакционно-способные олигомеры (РСО), которые сшиваются в объемные структуры, обеспечивающие весьма низкий коэффициент трения. При этом SiO₂ является катализатором сшивки РСО по радикальному типу.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Реализация изобретения поясняется результатами испытания композиции.

Во всех примерах композиция представляла собой высокогомогенизированную смесь порошков ингредиентов с размерами частиц не более 240 Å.

Триботехнические испытания проводились на роликовой машине трения 2070-СМТ-1 с использованием узла трения в виде неподвижного плоского образца, контактирующего с вращающимся валом. Образец в виде плоской пластины зажимался в специальном держателе, закрепленном на подвижной каретке. При повороте каретки образец соприкасался с вращающимся роликом, частично погруженным (на 3-4 мм) в масляную ванну емкостью 100 мл. Ванна была снабжена устройствами для охлаждения и подогрева находящегося в ней масла. В качестве материала для неподвижного плоского образца использовалась холоднокатаная нагартованная лента шириной 10 мм из низкоуглеродистой стали, имеющая шероховатость R_a=0,35 мкм и твердость 207HV (лента 0,8КП-ВН-1-0,4×10, ГОСТ 503-81). Использование в качестве неподвижного контртела стальной ленты предусматривало возможность дальнейшего изучения полученных при испытаниях поверхностей трений физическими методами.

Вращающийся ролик диаметром D=46 мм и шириной 10 мм был изготовлен из стали ШХ-15, наиболее часто применяемой в узлах трения сталь-сталь на экспериментальных установках. Шероховатость цилиндрической рабочей поверхности ролика после шлифования оценивается величиной R_a0,60 мкм, твердость 63 HRC. Частота вращения ролика при испытаниях составляла =400 мин^-1, что соответствовало линейной скорости скольжения в трибоконтакте v=1 м/с.

В качестве основных показателей, характеризующих интенсивность протекающих процессов трения и изнашивания для выбранных условий испытания, приняты:

V - объемный износ;

f_c - средний за испытание коэффициент трения;

I_h - линейная интенсивность изнашивания;

Р_дм - максимально допустимое давление в трибоконтакте для принятых условий смазывания.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1.
№ испыт.	компоненты	мас.%	V м3×10 -3	f c	Ih	Рдм (МПа)
I	Al2O 3	5
	SiO2	70	0,00011	0,0006	7×10 -14	5,1
	Вспученный	25
	интеркалированныи графит
II	Al2 O3	7
	SiO2	75	0,00013	0,0007	6,2×10-14	5,1
	Вспученный	18
	интеркалированныи графит
III	Al2O3	8
	SiO2	77	0,00014	0,00075	6,0×10-14	5,1
	Вспученный интеркалированныи графит	15
IV	Al2O3	10
	SiO2	80	0,00017	0,0009	5,7×10-14	5,1
	Вспученный интеркалированныи графит	10
V	MgO	25
	CaO	25
	SiO2	22
Прототип			2,5	0,046	16,1×10-10	5,1
	Al2O 3	20
	H2O	3
	Примеси пород	5

Приведенные испытания показали, что заявленная композиция обеспечивает, практически, безызносное трение.

Основные триботехнические показатели изобретения на несколько порядков выше в сопоставлении с прототипом.