Способ получения композиционного антифрикционного покрытия

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия

Реферат

Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур.

Известен способ получения металлоалмазных химических покрытий (см. патент РФ №2375494 C2, C23C 18/16, C23C 18/36 от 01.08.2007).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения химических покрытий на деталях из различных материалов (металлы, керамика, полимеры), которые работают в условиях повышенного износа, высоких давлений, температур, в присутствии агрессивных сред.

Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения в узлах трения без смазочного материала.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является способ получения антифрикционного композиционного покрытия на изделии из стали (см. патент РФ №2455391 C1, C23C 28/00, C23C 18/36, 11.01.2011).

Данное покрытие получено методом химического осаждения с нанесение на поверхность алюмохромфосфатного связующего и обладает низким коэффициентом трения и хорошими коррозионными свойствами.

Недостатком данного покрытия является низкая износостойкость при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.

Задачей изобретения является получение покрытия с улучшенными трибологическими свойствами, а именно увеличение износостойкости при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.

Данная задача решалась путем послойного нанесения на поверхность трения вначале никель-фосфорного покрытия путем химического осаждения, затем слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия. При этом никель-фосфорное покрытие, наносимое на очищенную стальную поверхность химическим осаждением, обеспечивает высокую адгезию и коррозионную стойкость. В качестве раствора может быть использован следующий состав, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, гипофосфит натрия 21-25, тиомочевина 0,002.

Для алюмохромфосфатного слоя берут готовую смазку (ТУ 2149001-58242765-2008). Алюмохромфосфатное связующее наносят путем погружения изделий в раствор с алюмохромосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, а затем проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут. Этот слой обеспечивает хорошую связку никель-фосфорного слоя с последующим твердым смазочным слоем.

Поверхностный слой, наносимый на алюмохромфосфатную связку представляет собой твердое смазочное покрытие, изготовленное из суспензии следующего состава, г/л:

Хлорид кадмия	10-30
Азотнокислый цинк	20-50
Оксид магния	12-36
Азотнокислое серебро	10-20
Ортофосфорная кислота	200-280
Азотная кислота	5-20
Дисульфид молибдена	200-250
Дистиллированная вода	до 1 литра

После нанесения слоя твердого смазочного покрытия изделие подвергают термической обработке при температуре 300°C в течение 120 минут. Этот слой твердого смазочного покрытия придает покрытию высокие антифрикционные свойства.

Сущность изобретения состоит в том, что полученное трехслойное покрытие обладает высокой адгезией к поверхности трения, хорошим сцеплением между слоями и низким коэффициентом трения, что позволяет значительно повысить износостойкость покрытия при работе в условиях повышенных температур и высоких нагрузок.

Способ получения покрытия

Для получения покрытия на металлической поверхности осаждают никель-фосфорное покрытие из рабочего раствора следующего состава г/л: хлористого никеля - 21, уксусно-кислого натрий - 10, гипофосфита натрия - 25, порошок тиомочевины - 0,002. Вода используется дистиллированная. Обрабатываемые изделия, предварительно обезжиренные венской известью, травят в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°C в течение 30-60 сек, промывают водой и помещают в сосуд с рабочим раствором. Через 2-3 мин в раствор, помешивая, добавляют 5-6 г дисульфида молибдена. Время осаждения составляет 0,2-1 час. Изделия промывают холодной проточной водой, проводят термическую обработку изделий при температуре 200-210°C в течение 10-15 мин и охлаждают на воздухе.

Затем изделия погружают в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдерживают в течение 1 мин. Далее проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 мин. Изделию дают остыть до комнатной температуры и наносят слой твердого смазочного покрытия.

Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии, которую готовят следующим образом: смешивают расчетное количество ортофосфорной и азотной кислоты и 100 мл дистиллированной воды, добавляют расчетное количество хлорида кадмия, азотнокислого цинка и оксида магния, механически перемешивают до полного растворения компонентов.

В отдельной посуде смешивают расчетное количество азотнокислого серебра с оставшимся количеством дистиллированной воды до полного растворения. Далее добавляют дисульфид молибдена и размешивают до получения однообразной жидкой массы.

Оба раствора соединяют и перемешивают.

Полученную суспензию наносят на металлические изделия с помощью кисти или окунанием. После нанесения твердого смазочного слоя проводят термическую обработку в термическом шкафу по следующему режиму: при температуре 300°C в течение 120 минут.

В таблице показаны результаты испытаний полученных покрытий и их сравнение с прототипом.

Испытания трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, разработанной во ФГУП ОКТБ «ОРИОН», по схеме шар-плоскость, скорость перемещения V=0,04 м/с, нормальной нагрузке 1000 МПа (удельное давление, создаваемое в зоне трения по Герцу), при температуре +23°C, +150°C, +350°C. Композиционное антифрикционное покрытие наносилось на образцы из стали, в качестве контртела использовались стальные образцы из стали ШХ15. По окончании испытаний измерялся весовой износ.

В таблице 1 представлены составы 4 композиций суспензии для твердого смазочного покрытия.

В таблице 2 представлены результаты физико-механических испытаний антифрикционных покрытий.

Таблица 1
Состав	Соотношение компонентов, г/л
1	2	3	4
Хлорид кадмия	10	15	20	30
Азотнокислый цинк	20	30	40	50
Оксид магния	12	24	30	36
Азотнокислое серебро	10	15	20	20
Ортофосфорная кислота	200	230	260	280
Азотная кислота	5	10	15	20
Дисульфид молибдена	200	220	240	250
Дистиллированная вода	до 1 литра	до 1 литра	до 1 литра	до 1 литра

Таблица 2
Физико-механические свойства	1	2	3	4	Прототип
Коэффициент трения
+20°C	0,08	0,06	0,07	0,08	0,12
+150°C	0,07	0,07	0,07	0,07	0,14
+350°C	0,18	0,17	0,16	0,2	-
Скорость изнашивания, мг/ч
+20°C	1,9	1,7	2,0	2,0	3,2
+150°C	2,8	2,6	3,3	3,5	6,5
+350°C	3,8	3,5	4,0	4,5	-

Результаты, приведенные в таблице, подтверждают, что композиционное антифрикционное покрытие обладает улучшенными трибологическими свойствами, повышенной износостойкостью и коэффициентом трения. Разработанное покрытие испытано 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 разработанное нами «Антифрикционное композиционное покрытие» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищено патентом Российской Федерации.

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на стальном изделии, включающий послойное нанесение никель-фосфорного слоя путем химического осаждения и слоя алюмохромфосфатного связующего, отличающийся тем, что слой алюмохромфосфатного связующего наносят путем погружения стального изделия с никель-фосфорным слоем в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, после чего проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут, охлаждение стального изделия до комнатной температуры, нанесение слоя твердого смазочного покрытия из суспензии следующего состава, г/л:

Хлорид кадмия	10-30
Азотнокислый цинк	20-50
Оксид магния	12-36
Азотнокислое серебро	10-20
Ортофосфорная кислота	200-280
Азотная кислота	5-20
Дисульфид молибдена	200-250
Дистиллированная вода	до 1 литра

и проведение термической обработки при 300°C в течение 120 минут, при этом твердое смазочное покрытие наносят кистью или окунанием.