антифрикционный композиционный порошковый материал

Формула изобретения

Антифрикционный композиционный порошковый материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм в количестве 63,8-64,3 мас.%, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.% и гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано в качестве износостойких антифрикционных материалов в металлоперерабатывающей, бумагоперерабатывающей промышленности и других отраслях машиностроения.

Известны композиционные порошковые меднографитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 75% [1. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев: Наук. Думка, 1980, с.237].

Недостатками таких материалов являются низкий срок службы, невысокие износостойкость и микротвердость поверхности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является композиционный порошковый материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы смедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.% и гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.% [Патент РФ 2245386, МПК 7 С22С 9/00, 1/05, F16C 33/12, 27.01.2005 (прототип), (опубл.)].

Недостатками известного материала являются низкие износостойкость и твердость порошковой матрицы, а также невысокий срок службы. Задача изобретения состоит в повышении износостойкости материала и твердости порошковой матрицы, а также увеличении срока службы материала в узлах трения.

Поставленная задача решается тем, что антифрикционный композиционный порошковый материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, дополнительно содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%.

Сущность изобретения состоит в следующем. Использование углеродных нанотрубок в количестве 0,2-0,7 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, представляющей собой медный порошок в количестве 63,8-64,3 мас.%, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом повышается плотность и улучшаются антифрикционные свойства получаемого материала, что обеспечивает уменьшение количества вынесенных из зоны трения частиц и, соответственно, повышение износостойкости антифрикционного композиционного порошкового материала. Использование углеродных нанотрубок в количестве 0,2-0,7 мас.% позволяет также повысить твердость композиционного материала. В результате увеличивается срок службы материала в узлах трения, особенно при воздействии высоких нагрузок.

Содержание углеродных нанотрубок в композиции на основе металлической матрицы в количестве менее 0,2 мас.% недостаточно для эффективной реализации уникальных антифрикционных и прочностных свойств углеродных нанотрубок. В результате снижается износостойкость и твердость материала, а также уменьшается его срок службы в узлах трения.

Если содержание углеродных нанотрубок более 0,7 мас.%, происходит ухудшение эксплуатационных характеристик антифрикционного композиционного порошкового материала за счет того, что углеродные нанотрубки, попадая в области контактного взаимодействия компонентов материала, разупрочняют порошковую матрицу, не позволяя создавать достаточно прочные металлические связи между частицами. При этом повышается износ материала и уменьшается его срок службы в узлах трения.

Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы антифрикционных композиционных порошковых материалов, а в табл.2 - их сравнительные свойства.

Составляющими компонентами композиционных порошковых материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, гранулы порошка хрома, омедненные химическим способом, и углеродные нанотрубки, полученные методом дугового испарения графитового стержня.

Таблица 1
Компоненты антифрикционных композиционных порошковых материалов и их характеристики	Составы	антифрикционных			композиционных				порошковых			материалов
	По прототипу	Запредельные			Заявляемые				Запредельные			Контрольные
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Крупность частиц медного порошка, мкм	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160
Содержание медного порошка в материале, мас.%	64,5	64,49	64,45	64,4	64,35	64,3	64,1	63,8	63,7	63,6	63,5	75,1	99,0
Крупность гранул омедненного графита, мкм	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	-
Содержание гранул омедненного графита в материале, мас.%	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	-
Содержание меди в гранулах омедненного графита, мас.%	73	73	73	73	73	73	73	73	73	73	73	73	-
Крупность гранул омедненного полимера, мкм	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	-
Содержание гранул омедненного полимера в материале, мас.%	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	-
Содержание меди в гранулах омедненного полимера, мас.%	55	55	55	55	55	55	55	55	55	55	55	55	-
Крупность гранул омедненного никеля, мкм	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	-	-
Содержание гранул омедненного никеля в материале, мас.%	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	-	-
Содержание меди в гранулах омедненного никеля, мас.%	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	-	-
Крупность гранул омедненного	50-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	-	-
хрома, мкм
Содержание гранул омедненного хрома в материале, мас.%	7	7	7	7	7	7	7	7	7	7	7
Содержание меди в гранулах омедненного хрома, мас.%	35	35	35	35	35	35	35	35	35	35	35
Содержание углеродных нанотрубок, мас.%	-	0,01	0,05	0,1	0,15	0,2	0,4	0,7	0,8	0,9	1,0	0,4	1,0

Таблица 2
Номера составов антифрикционных композиционных порошковых материалов	Характеристики антифрикционных композиционных порошковых материалов
	Срок службы в узлах трения оборудования, ч	Микротвердость порошковой матрицы, МПа	Интенсивность изнашивания, мг/ч
По прототипу	365	810	0,47
1	367	810	0,47
2	370	815	0,46
3	379	820	0,45
4	387	830	0,43
5	391	850	0,42
6	398	855	0,41
7	392	860	0,40
8	383	845	0,43
9	372	840	0,45
10	361	820	0,46
11	289	800	0,60
12	71	710	0,87
Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов из каждого антифрикционного композиционного порошкового материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний.

Материалы получали методом спекания порошковых композиций в специальной прессформе на установке для электроконтактного спекания при следующих показателях технологического процесса:

- усилие прижатия электродов, Н	9500
- ток, кА	17-19

Испытания проводили на машине СМЦ-2 трением скольжения по схеме "вал-частичный вкладыш" при нагрузке 100 кПа и скорости 1 м/с. Материалом контртела служила сталь 45 твердостью 44 HRC, шероховатость поверхности R _a=0,63 мкм. Микротвердость порошковой матрицы определяли на приборе ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76.

Как следует из приведенных данных, заявляемый антифрикционный композиционный порошковый материал, по сравнению с известным, характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, а также увеличенным сроком службы.

Из заявляемого антифрикционного композиционного порошкового материала были изготовлены подшипники для узлов трения технологического оборудования ОАО "Гомельобои". Натурные испытания подтвердили высокую эффективность заявляемого материала. Срок службы и время межремонтного обслуживания узлов трения увеличились в 1,1-1,15 раза.