КОМПОЗИЦИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ТВЕРДОГО СМАЗОЧНОГО ПОКРЫТИЯ
COMPOSITION OF ANTIFRICTION SOLID LUBRICATING COATING

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.