Композиция для высокотемпературного антифрикционного покрытия

Композиция для высокотемпературного антифрикционного покрытия

Реферат

Изобретение относится к области создания композиций для твердого смазочного покрытия, работоспособного в интервале температур от минус 150°С до плюс 350°С, кратковременно до 420°С, и может быть использовано в машиностроении, в частности лепестковых опорах газодинамических подшипников турбохолодильников летательных аппаратов.

Известны близкие по составу высокотемпературные антипригарные покрытия для производства типографских валков (патент РФ №2155786, 2000 г.), для производства бытовой техники и кухонной посуды (патент РФ №2170286, 2001 г., патент РФ №2071967, 1997 г.), в состав которых входят политетрафторэтилен, оксиэтилированный алкилфенол, слюда, полиимидный полимер, неорганический пигмент, наполнители, органические добавки.

Вышеперечисленные покрытия используются на изделиях, применяемых в пищевой, химической, полиграфической отраслях промышленности. Характер изнашивания таких покрытий существенно отличается от процесса трения в подшипниках скольжения высокоточных деталей машин, в частности в лепестковых опорах газодинамических подшипников турбоагрегатов.

Наиболее близкой к заявленному составу является композиция для износостойкого покрытия, применяемого для изнашивающихся узлов деталей, таких как шарниры, подшипники, фрикционные амортизаторы, деталей гидравлических и пневматических механизмов, содержащая, мас.%:

50-65%-ная водная суспензия

политетрафторэтилена	10,0-27,6
Соль полиамидокислоты на основе
пирромеллитового диангидрида и 4,4'-
диаминодифенилового эфира в среде
диметилформамида и моноэтаноламина	26,0-42,0
Поливинилпирролидон с мол. Массой
(90-145)·103	1,0-4,3
Наполнитель	1,0-7,0
Органический растворитель - смесь
бутиндиола, N-метилпирролидона,
этилцеллозольва в соотношении 3:1:5	6,3-11,7
Аппретирующая добавка -
смесь этилцеллозольва, ксилола,
оксиэтилированного алкилфенола
и воды в соотношении 1,0:2,0:2,0:2,5	7,0-14,1
Неионогенное поверхностно-активное
вещество	0,5-2,8
Вода	остальное

В качестве неионогенного поверхностно-активного вещества композиция может содержать различные полиоксиэтилированные эфиры алкилфенолов, например, ОП - 7, ОП - 6, ОП - 10.

Одним из компонентов наполнителя в указанном патенте является слюда (патент РФ №2071968, 1997 г.).

Недостатками данной композиции являются сложный состав и сложная технология получения композиции для формирования покрытия, трудоемкость процесса формирования покрытия на поверхностях трения, нестабильный характер трения покрытия.

Недостатком также является то, что композиция содержит органические растворители, повышающие ее токсичность.

Задачей предлагаемого изобретения является создание композиции для высокотемпературного антифрикционного покрытия, позволяющей уменьшить значение коэффициента трения покрытия, стабилизировать характер трения покрытия, упростить технологию формирования покрытия на поверхностях трения и не содержащей органические растворители.

Поставленная задача достигается предложенным составом композиции для высокотемпературного антифрикционного покрытия, содержащей 50%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, слюду, неионогенное поверхностно-активное вещество и воду, которая отличается тем, что дополнительно содержит графит, 50%-ный раствор силиката натрия и 0,1%-ный водный раствор гидроксиэтилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

50%-ная водная суспензия	20,0-30,0
политетрафторэтилена
50%-ный раствор силиката натрия	10,0-20,0
Слюда	5,0-10,0
Графит	1,0-1,5
Неионогенное
поверхностно-активное вещество	5,0-15,0
0,1%-ный водный раствор
гидроксиэтилцеллюлозы	10,0-30,0
Вода	остальное

В качестве неионогенного поверхностно-активного вещества композиция может содержать различные оксиэтилированные алкилфенолы, например, ОП-7, ОП-10.

Заявленная композиция, в отличие от прототипа, не содержит органических растворителей, имеет более простой состав и несложную технологию получения, позволяет упростить технологию формирования покрытия на поверхностях трения.

Для получения композиции используют суспензию политетрафторэтилена Ф-4Д по ТУ 6-05-1246-81, силикат натрия по ГОСТ 13078-81, слюду СММ-125 по ГОСТ 855-74, графит по СТП 019950-401-027, неионогенное поверхностно-активное вещество - оксиэтилированный алкилфенол (например, ОП-7, ОП-10 по ГОСТ 8433-81), гидроксиэтилцеллюлозу «Тилоза» импортного производства, дистиллированную воду по ГОСТ 6709-72.

Предлагаемую композицию готовят следующим образом. В шаровую мельницу загружают наполнитель, в качестве которого используют слюду, антифрикционный компонент - графит, добавляют воду, неионогенное поверхностно-активное вещество и проводят измельчение компонентов в течение 8 часов. Затем добавляют 50%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, 0,1%-ный водный раствор гидроксиэтилцеллюлозы и перемешивают смесь в течение 1 часа. Затем в смесь вводят 50%-ный раствор силиката натрия и дополнительно перемешивают 10-15 мин.

По вышеприведенной технологии приготовлены 6 образцов композиций, охватывающих весь спектр заявляемых концентраций (табл.1).

Готовую композицию наносят методом пневматического напыления на слегка подогретую металлическую поверхность за 3-4 прохода для получения толщины порядка 25 мкм в течение 10-15 минут без операции термообработки промежуточных слоев. Затем при плавном подъеме температуры (приблизительно в течение 1 часа) до 380°С и выдержке при максимальной температуре в течение 5 минут проводят отверждение покрытия.

Получаемое покрытие работоспособно в интервале температур от минус 150°С до плюс 350°С, кратковременно до 420°С.

Определены фрикционные характеристики отвержденных покрытий на машине торцевого трения при Р=0,5 кг/см², V=0,5 м/с (табл.2).

Исследованы следующие свойства изготовленных композиций (табл.3):

1. адгезия к металлу.

2. Прочность на удар.

3. Эластичность на изгиб.

4. Относительная твердость.

Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что предложенный состав композиции при заявленном соотношении компонентов, по сравнению с прототипом, позволяет понизить значение коэффициента трения и стабилизировать характер трения получаемого покрытия.

Данные таблицы 3 показывают, что получаемое покрытие по комплексу физико-механических свойств, а именно адгезии к металлу, прочности на удар, эластичности на изгиб, твердости, не уступает покрытию-прототипу.

Таблица 1
Составы композиций для высокотемпературного антифрикционного покрытия
№ п/п	Наименование компонентов	Содержание компонентов в композиции, мас.%
		1	2	3	4	5	6
1	Силикат натрия 50%-ный раствор	10	20	15	10	20	16
2	50%-ная водная суспензия политетрафторэтилена	20	20	30	25	30	22
3	Слюда измельченная	8	5	7	10	6	9
4	Графит измельченный	1,0	1,5	1,0	1,0	1,5	1,5
5	Гидроксиэтилцеллюлоза 0,1%-ный водный раствор	15	10	20	30	15	10
6	Неионогенное поверхностно-активное вещество ОП - 7	5	7	10	6	8	15
7	Вода	до 100	до 100	до 100	до 100	до 100	до 100

Таблица 2
Результаты определения фрикционных характеристик покрытий на машине торцевого трения при Р=0,5 кг/см2, V=0,5 м/с
Продолжительность испытаний, ч	Коэффициент трения
	1	2	3	4	5	6	прототип
1	0,3	0,15	0,18	0,27	0,26	0,3	0,4
2	0,22	0,15	0,18	0,24	0,26	0,3	0,4
3	0,22	0,15	0,18	0,24	0,26	0,3	0,27
4	0,22	0,15	0,18	0,24	0,26	0,3	0,4
5	0,22	0,15	0,18	0,24	0,26	0,3	0,3
6	0,22	0,15	0,18	0,24	0,26	0,3	0,4
Таблица 3
Свойства испытанных образцов
№ п/п	Наименование показателей	№ состава образцов
		2	4	6	прототип
1	Адгезия к металлу	l1	l1	l1	l1
2	Прочность на удар (50 кгс)	Отслаивания и растрескивания не обнаружено
3	Эластичность на изгиб (визуально)	Трещины не образуются
4	Относительная твердость	0,64	0,66	0,65	0,58

Композиция для высокотемпературного антифрикционного покрытия, содержащая 50%-ную водную суспензию политетрафторэтилена, слюду, неионогенное поверхностно-активное вещество и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит графит, 50%-ный раствор силиката натрия и 0,1%-ный водный раствор гидроксиэтилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

50%-ная Водная суспензия
политетрафторэтилена	20-30
50%-ный Раствор силиката натрия	10-20
Слюда	5-10
Графит	1,0-1,5
Неионогенное
поверхностно-активное вещество	5-15
0,1%-ный Водный раствор
гидроксиэтилцеллюлозы	10-30
Вода	Остальное