Антифрикционная композиция

Антифрикционная композиция

Реферат

Изобретение относится к созданию антифрикционных материалов на основе полимерного связующего и может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в условиях высоких нагрузок и температур.

Известен состав антифрикционного покрытия, содержащий, мас.%: дисульфид молибдена 5-10, серебристый графит С-1 5-8, тальк 2-6 и поливинилбутираль марки «ПШ» остальное. Покрытие наносят в кипящем слое в токе воздуха и оплавляют при 175-180°С в течение 8-10 мин (авторское свидетельство SU 563428, МПК C09D 129/04, 30.06.1977).

Недостатком данного покрытия являются его относительно низкие трибологические свойства. Кроме того, при указанном методе нанесения состава невозможно получить равномерное по толщине и однородное по эксплуатационным свойствам покрытие.

Известна антифрикционная композиция, содержащая, мас.%: дисульфид молибдена 10,0-18,0, кристаллический йод 0,2-0,6, полиакриловый лак остальное и дополнительно ультрадисперсный β-сиалон в количестве 0,2-0,5 мас.% (патент РФ 2285019 С1, МПК C08J 5/16, 10.10.2006).

Недостатками данной композиции являются сравнительно низкие триботехнические свойства полученного покрытия при высоких температурах, возникающих в зоне контакта и вызывающих термодеструкцию полимерного связующего.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является антифрикционная композиция, содержащая, мас.%: дисульфид молибдена 33,3 и лак БФ-2 или БФ-4 66,7 (авторское свидетельство СССР 154345, МПК C09D 3/48, 1963).

Недостатками известной композиции являются невысокие антифрикционные свойства полученного покрытия, что проявляется в повышенном коэффициенте трения, узком диапазоне рабочих нагрузок, низкой износостойкости.

Техническим результатом изобретения является понижение коэффициента трения, повышение износостойкости и термостойкости антифрикционной композиции в условиях высоких нагрузок и температур.

Данный результат достигается тем, что антифрикционная композиция, включающая дисульфид молибдена и лак, содержащий поливинилбутираль, в качестве дисульфида молибдена содержит дисульфид молибдена, модифицированный эпиламом, при их массовом соотношении 1:(2-3) и представляющий собой раствор фторорганического поверхностно-активного вещества в растворителе, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дисульфид молибдена, модифицированный
эпиламом, при их массовом
соотношении 1:(2-3)	20-25
Поливинилбутиральный лак	остальное

Сущность изобретения заключается в следующем.

В качестве связующего для изготовления композиции используется поливинилбутиральный лак марок ПВБ-5, ПВБ-10 по ОСТ 84-1010-84, являющийся раствором поливинилбутираля в этиловом спирте.

Эпиламы представляют собой составы, содержащие фторорганическое поверхностно-активное вещество (Фтор-ПАВ) и растворитель.

В качестве эпиламов могут быть использованы: автокон-0,5, автокон-20, представляющие собой растворы перфторкислоты марки 6 МФК-180 в перфторметилциклогексане (ПФМЦГ) или хладоне 350; амидофен (см. патент RU 2215766, 10.11.2003, Промышленные фторорганические продукты: Справ. Изд. / Б.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.Л.Серушкин и др. - Изд. 2-е, пер. и доп. - СПб: Химия, 1996. - С.456-458); 6СФК-180-05, 6СФК-180-20, 6СФК-180-50 (см. патент RU 2278875, 27.06.2006); полизам (см. патент RU 2280051, 20.07.2006.) и т.д.

Модифицированный дисульфид молибдена (MoS₂) представляет собой частицы дисульфида молибдена размером не более 8 мкм, покрытые тонкой пленкой Фтор-ПАВ толщиной 3 нм (30 Å).

Отличительной особенностью предложенной композиции является то, что использование в ней поливинилбутирального лака в сочетании с эпиламированным дисульфидом молибдена при заданном соотношении компонентов позволяет понизить коэффициент трения полученного покрытия, повысить его износостойкость и термостойкость в условиях высоких нагрузок и температур.

Способ получения модифицированного MoS₂ заключается в следующем.

Порошок MoS₂ заливают раствором эпилама при массовом соотношении MoS₂: эпилам = 1:(2-3). Пропитку производят в течение 10-18 ч при комнатной температуре. Полученную сметанообразную массу модифицированного дисульфида молибдена сушат при комнатной температуре на гладкой, например стеклянной, поверхности до полного высыхания, после чего подвергают термофиксации при температуре 100-110°С в сушильном шкафу в течение 2-3 ч.

Проведение процесса модифицирования MoS₂ при иных соотношениях дисульфида молибдена и эпилама не дает возможности получить продукт с оптимальными трибологическими свойствами.

Введение эпиламированного MoS₂ в количестве менее 20 мас.% не позволяет получить покрытие с высокими триботехническими характеристиками, а содержание его более 25 мас.% приводит к снижению адгезии покрытия к металлической поверхности.

Антифрикционную композицию готовят следующим образом. В алюминиевую или оцинкованную емкость помещают модифицированный дисульфид молибдена, в который небольшими количествами при постоянном перемешивании вводят поливинилбутиральный лак. Смесь перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородного состава.

Готовую композицию наносят на контактную поверхность детали узла трения методом распыления, окунания или кистью. Полученное покрытие сушат при температуре 15-35°С в течение 20-60 мин.

Составы композиций по изобретению приведены в табл.1. Сравнительные свойства покрытий, полученных согласно изобретению и по прототипу, представлены в табл.2.

Фрикционные испытания проводили на машине СМТ-1 по схеме вал - частичный вкладыш при скорости скольжения 0,5 м/с и удельных нагрузках 2,5-15,0 МПа. Покрытие наносили на фольгу из стали 3, закрепленную на вкладыш с площадью рабочей поверхности 2 см². В качестве контртела использовали ролик из стали 45 с исходной шероховатостью R_a<0,32 мкм.

Адгезионную прочность покрытий измеряли на разрывной машине на стальных образцах шириной 10 мм, склеенных внахлест с площадью перекрытия 1 см².

Для определения термостойкости композиций образцы с нанесенным покрытием термостатировали при 150-300°С в течение 3 ч, затем извлекали из термостата, охлаждали и испытывали на машине трения МИ-1М по ГОСТ 11613-65.

Результаты испытаний покрытий на износостойкость после термостатирования в сравнении с покрытием по прототипу представлены в табл.3.

Использование предложенной антифрикционной композиции в узлах трения позволяет получить полимерные покрытия с высокими триботехническими свойствами в условиях повышенных нагрузок и температур.

Таблица 1
Составы антифрикционных композиций, мас.%
Компонент	Заявляемый состав
1	2	3	4	5
MoS2, модифицированный Эпиламом, в массовом соотношении 1:2	25,0				26,0
MoS2, модифицированный Эпиламом, в массовом соотношении 1:2,5		22,5
MoS2, модифицированный Эпиламом, в массовом соотношении 1:3			20,0	19,0
Поливинилбутиральный лак	75,0	77,5	80,0	81,0	74,0

Таблица 2
Сравнительные свойства антифрикционных композиций
Показатели	Заявляемый состав	Аналог, RU 2285019	Прототип, SU 154345
1	2	3	4	5
Коэффициент трения при скорости 0,5 м/с и нагрузке, МПа
2,5	0,08	0,07	0,06	0,09	0,07	0,09	0,14
5,0	0,08	0,07	0,06	0,09	0,07	0,09	0,14
7,5	0,09	0,08	0,07	0,10	0,08	0,10	0,15
10,0	0,12	0,11	0,10	0,13	0,12	0,14	0,18
12,5	0,12	0,11	0,10	0,13	0,12	0,14	0,20
15,0	0,16	0,15	0,14	0,17	0,16	задир	задир
Интенсивность изнашивания, 10-8 (V=0,5 м/с, Р=2,5 МПа)	2,5	2,3	2,2	2,6	2,4	2,8	2,9
Адгезионная прочность к стали, МПа	0,42	0,40	0,39	0,41	0,37	0,38	0,38

Таблица 3
Износостойкость покрытий после термостатирования, мин
Заявляемый состав покрытия и состав по прототипу	Выдержка образцов с покрытиями в течение 3 ч при температуре, °С
150	200	250	300
Состав 1	1450	1530	1600	1650
Состав 2	1550	1600	1640	1700
Состав 3	1620	1700	1750	1770
Состав 4	1150	1220	1250	1300
Состав 5	1450	1480	1410	1320
Состав по патенту 2285019	960	825	290	Термодеструкция полимерного связующего
Состав по прототипу	955	820	285	Термодеструкция полимерного связующего

Антифрикционная композиция для покрытий, включающая дисульфид молибдена и лак, содержащий поливинилбутираль, отличающаяся тем, что в качестве дисульфида молибдена она содержит дисульфид молибдена, модифицированный эпиламом, при их массовом соотношении 1:(2-3) и представляющий собой раствор фторорганического поверхностно-активного вещества в растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

дисульфид молибдена, модифицированный
эпиламом, при их массовом соотношении 1:(2-3)	20-25
поливинилбутиральный лак	остальное