Композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия

Композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия

Реферат

Изобретение относится к созданию композиционного антифрикционного твердого смазочного покрытия. Покрытие может быть использовано в узлах трения машин и механизмов, в частности в подшипниках скольжения работающих в воздушной среде при частых циклических нагрузках, перепадах температур.

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 частых циклических нагрузках и вызывающих разрушение полимерного связующего.

Известна антифрикционная композиция для покрытий при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисульфид молибдена модифицированный эпиламом, при их массовом соотношении 1:(2-3)20-25 и поливинилбутиральный лак остальное (патент Российской Федерации 2359981 С1, 23.11.2007).

Недостатками антифрикционной композиции являются сравнительно невысокие антифрикционные свойства полученного покрытия, при циклических нагрузках и отрицательных температурах.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, является антифрикционное твердоемазочное покрытие (патент Российской Федерации №№2412276 от 28.10.2009), содержащие мас.%: дисульфид молибдена, коллоидный графит, квазикристаллы Al-Cu-Fe, допированные бором, эпоксидный лак. Это покрытие наносится на поверхность пар трения, работающих в интервале температур от -60°С до +250°С.

Однако оно обладает сравнительно высоким коэффициентом трения и пониженной износостойкостью.

Перед авторами стояла задача получения антифрикционного композиционного твердого смазочного покрытия на металлах, обладающего низким коэффициентом трения и низким коэффициентом трения покоя в температурном диапазоне от -100°С до 150°С, высокой износостойкостью при циклических нагрузках.

Эта задача решена тем, что в состав композиции, содержащей дисульфид молибдена и связующее, дополнительно введены тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс, суспензия фторопласта Ф-4Д, азотнокислое серебро, а в качестве связующего взят водный раствор азотной кислоты, фосфорной кислоты, оксида меди и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Дисульфид молибдена	50-56
Тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс	4-8
Азотнокислое серебро	2-4
Суспензия фторопласта Ф-4Д	13-15
Азотная кислота	3-7
Фосфорная кислота	10-12
Оксид меди	1-3
Вода	Остальное

Тетраэтилдиурамдисульфида медный комплекс представляет собой темно-синий порошок, выпускаемый по ТУ 6-09-07-491-75. Введение данного медного комплекса способствует снижению коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.

Введение порошка азотнокислого серебра и оксида меди способствует снижению коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.

Суспензия фторопласта Ф-4Д представляет собой водную взвесь частиц фторопласта 4Д с размером частиц 0,4-0,06 мкм, выпускаемую по ТУ 6-05-1246-81, способствует снижению коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя в температурном диапазоне от -100°С до 150°С, повышению износостойкости при циклических нагрузках.

При совместном применении суспензии фторопласта и тетраэтилтиурамдисульфида медного комплекса в композиции твердого смазочного покрытия наблюдается эффект синергизма, приводящий к значительному улучшению трибологических свойств (см. таблицу 2). Эффективность использования этих модификаторов совместно обусловлена явлением «накопления» фаз твердой и смазочной (компоненты фторопласт-4Д) на поверхности покрытия и явлением избирательного переноса на смежную поверхность трения для медьсодержащих фаз (тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс) покрытия, распределяющихся по поверхности покрытия и контртела, практически не подвергаясь значительному уносу из зоны трения.

Пример получения композиционного антифрикционного твердого смазочного покрытия

В начале процесса получают связующее следующим образом: смешивают азотную кислоту с фосфорной при 80-90°С (количественный состав приведен в таблице 1), охлаждают смесь до комнатной температуры и вводят в нее оксид меди при тщательном перемешивании до полного растворения.

Далее при тщательном перемешивании готовят смесь дисульфида молибдена, суспензии фторопласта Ф-4Д, тетраэтилтиурамдисульфида медного комплекса.

Полученные смеси соединяют и добавляют водный раствор азотнокислого серебра.

Полученный раствор тщательно перемешивают при помощи лопастной мешалки со скоростью вращения 150 об/мин до получения однородной массы. Затем полученную композицию антифрикционного твердого смазочного покрытия наносят при помощи кисти на рабочие органы стальных изделий и далее проводят термическую обработку в термошкафу при 300°С в течение двух часов.

Количественный состав испытуемых композиций приведен в таблице 1.

Таблица 1
Компоненты	Содержание покрытия, мас.%, в составе
1	2	3	4	5	6	7
Дисульфид молибдена	56	56	50	52	54	56	50
Тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс	8		4	6	7	8	4
Азотнокислое серебро	4	4	2	2	3	4	4
Азотная кислота	7	7	3	4	6	7	7
Фосфорная кислота	11	11	10	11	10	11	12
Оксид меди	2	2	1	1	2	2	3
Суспензия фторопласта Ф-4Д		13	13	14	15	13	15
Вода	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100

Испытание трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,132 м/с, Р=20,2 МПа при температуре -100, +150, +23°С. Антифрикционное покрытие наносилось на образцы из стали, в качестве контртела использовались стальные образцы. Испытание проводилось до предельного изнашивания при циклических нагрузках. Время работы за один цикл 5 секунд.

Коэффициент трения покоя фиксировался на лабораторной машине, разработанной во ФГУП ОКТБ «ОРИОН», время выдержки узла трения 30 минут в климатической камере при температуре -100, +150, +23°С.

Результаты испытаний семи композиций антифрикционного композиционного твердого смазочного покрытия приведены в таблице 2. Как видно из таблицы, при введении дополнительно только суспензии фторопласта Ф-4Д (состав 1) или только тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс (состав 2) свойства покрытия улучшаются, но незначительно. Наибольший эффект достигается при совместном введении дополнительных компонентов (составы 3, 4, 5, 6, 7).

В ФГУП ОКТБ «ОРИОН» проведены испытания подшипников с покрытием сфер внутренних колец антифрикционным композиционным твердым смазочным покрытием. Материал колец ШХ15.

Результаты испытаний подшипников удовлетворяют требованиям по коэффициенту трения, силе трения покоя и сроку службы (долговечности).

Таблица 2
Физико-механические свойства	Состав покрытия
1	2	3	4	5	6	7	Прото- тип
Коэффициент трения при температуре
-100°C	0,075	0,06	0,04	0,055	0,045	0,05	0,05	0,10
+150°C	0,035	0,025	0,014	0,01	0,015	0,01	0,014	0,05
+23°C	0,055	0,04	0,02	0,025	0,022	0,025	0,024	0,08
Коэффициент трения покоя при температуре
-100°C	0,08	0,075	0,06	0,065	0,07	0,065	0,06	-
+150°C	0,05	0,045	0,020	0,022	0,019	0,024	0,020	0,13
+23°C	0,06	0,055	0,033	0,035	0,04	0,042	0,033	0,13
Скорость изнашивания, мкм/ч
-100°C	1,9	1,8	1,6	1,5	1,4	1,6	1,6	-
+150°C	1,7	1,7	1,5	1,3	1,0	1,4	1,4	2,5
+23°C	0,13	0,13	0,09	0,09	0,09	0,1	0,1	0,18

На основании результатов, приведенных в таблице 2, подтверждается, что введение тетраэтилтиурамдисульфида медного комплекса и суспензии фторопласта Ф-4Д повышает трибологические свойства антифрикционного композиционного твердого смазочного покрытия и позволяет получить покрытие, которое обладает сниженным коэффициентом трения и коэффициентом трения покоя и повышенной износостойкостью при циклических нагрузках. Разработанная композиция испытана на опытном предприятии ФГУП ОКТБ «ОРИОН», и полученные покрытия имеют высокие физико-механические показатели.

На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанная нами «Композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищена патентом Российской Федерации.

Композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия, содержащая дисульфид молибдена, азотную кислоту, фосфорную кислоту, азотнокислое серебро, оксид меди, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс, суспензию фторопласта Ф-4Д и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Дисульфид молибдена	50-56
Тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс	4-8
Азотнокислое серебро	2-4
Азотная кислота	3-7
Фосфорная кислота	10-12
Оксид меди	1-3
Суспензия фторопласта Ф-4Д	13-15
Вода	Остальное