СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ С ИЗНОСОСТОЙКИМ И АНТИФРИКЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ
METHOD OF MANUFACTURING OF PART OF WEAR-RESISTANT AND ANTIFRICTION COATING

Область использования
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления деталей с износостойким и антифрикционным покрытием на рабочих поверхностях узлов трения.
Уровень техники
Известен способ получения износостойкого покрытия на рабочей поверхности деталей путем химического меднения их рабочих поверхностей (SU, авторское свидетельство №1579936, МПК C23C 18/38, 1988 [1]). Однако покрытие имеет недостаточную долговечность и после изнашивания этого покрытия начинается интенсивное изнашивание основного материала детали.
Известен также принятый в качестве ближайшего аналога способ изготовления деталей с износостойким и антифрикционным покрытием, включающий предварительное изготовление стержня из материала покрытия, приведение его во фрикционный контакт с рабочей поверхностью детали в присутствии технологического состава, пассивацию полученного покрытия с последующим нанесением на нее смазочной композиции на основе мыльной пластичной смазки, включающей порошки меди, свинца и политетрафторэтилена (SU, авторское свидетельство №1456283, МПК B22F 7/04, 1986 [2]). Применение этого способа повышает противоизносные и антифрикционные свойства покрытия, однако оно имеет недостаточную долговечность.
Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является дальнейшее повышение противоизносных и антифрикционных свойств покрытия и повышение его долговечности.
к
доп.
доп.
доп.
к
доп.
Для достижения поставленной задачи в способе изготовления детали с износостойким и антифрикционным покрытием, включающем предварительное изготовление стержня путем прессования и спекания состава, содержащего 87…92 мас.% порошка меди, 6…10 мас.% порошка политетрафторэтилена, 2…3 мас.% хлорида аммония, нанесение на рабочую поверхность детали состава, содержащего 1…3 мас.% хлорида меди в глицерине, приведение стержня во фрикционный контакт с рабочей поверхностью детали со скоростью скольжения 0,06…0,09 м/с, продольной подачей 50…80 мкм/об., давлением 30…50 МПа и числе проходов 4…6, пассивацию полученного покрытия с последующим нанесением на нее смазочной композиции на основе мыльной пластичной смазки, включающей 10…15 мас.% порошка меди и 2…5 мас.% порошка политетрафторэтилена, согласно изобретению перед нанесением смазочной композиции ее предварительно термообрабатывают в атмосфере инертного газа путем продавливания 3…5 раз под давлением N=(0,01…0,07) МПа с расходом G=(0,01…0,20) кг/мин через зазор между наружными и внутренними обоймами нагретых до температуры t°=(0,5…0,7)t° последовательно расположенных подшипников качения, число которых n=7…9, вращающихся с частотой W=(0,01…0,03)W, к которым прикладывают давление P=n(0,06…0,60)Q, где Q - предельная допустимая статическая нагрузка на один подшипник, t° - температура каплепадения смазочной композиции, W - предельно допустимая частота вращения подшипников.
Ведение некоторых технологических процессов в атмосфере инертного газа само по себе известно. Однако ни в одном из известных способов термообработку смазочной композиции, использующейся для получения износостойкого и антифрикционного покрытия, не проводят в атмосфере инертного газа, т.е. в предлагаемом способе этот признак проявляет новое свойство - расширяет область применения известного способа.
к
дoп.
доп.
1
доп.
к
2
дoп.
доп.
По известным заявителю источникам некоторые общие свойства признаков «нагретых до температуры t°=(0,5…0,7)t°» и «вращающихся с частотой W=(0,01…0,03)W, к которым прикладывают давление P=n(0,06…0,60)Q» известны, например, из патента SU №1196552, МПК F16C 33/66, 1984 г. [3], по которому при обработке подшипника качения перед эксплуатацией между рабочими поверхностями подшипника вводят смазочную композицию, подшипник вращают с частотой W=(0,01…0,03)W в течение 12…20 мин, нагревают до температуры t°=(0,5…0,7)t°, затем увеличивают частоту вращения до W=(0,05…0,07)W и вращают с этой частотой в течение 5…8 мин. После этого к подшипнику прикладывают давление P=(0,06…0,60)Q, и вращают в этих условиях в течение 2…3 часов. В предлагаемом способе этот признак проявляет новое свойство - расширяет область применения известного способа.
Использование признаков «путем продавливания 3…5 раз под давлением N=(0,01…0,07) МПа с расходом G=(0,01…0,20) кг/мин, через зазор между наружными и внутренними обоймами» и «последовательно расположенных подшипников качения, число которых n=7…9» в других способах получения антифрикционного и износостойкого покрытия по опубликованным источникам неизвестно.
Исходя из приведенного анализа признаков, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявителем впервые установлено в своих исследованиях, что после заявляемых действий над смазочной композицией в ней образуются активированные частицы присадки, наличие которых значительно интенсифицирует процесс плакирования ими трущихся поверхностей деталей машин. Это повышает противоизносные и антифрикционные свойства покрытия и увеличивает его долговечность.
Подробное описание изобретения
Способ осуществляют следующим образом. Сначала изготовляют стержень путем прессования и спекания состава, содержащего 87…92 мас.% порошка меди, 6…10 мас.% порошка политетрафторэтилена и 2…3 мас.% хлорида аммония. На рабочую поверхность детали наносят состав, содержащий 1…3 мас.% хлорида меди в глицерине и приводят стержень во фрикционный контакт с рабочей поверхностью детали со скоростью скольжения 0,06…0,09 м/с, продольной подачей 50…80 мкм/об., давлением 30…50 МПа и числе проходов 4…6, после чего полученное покрытие пассивируют. Натирание покрытия может быть осуществлено с помощью приспособления, содержащего корпус с подпружиненным фиксатором стержня. Приспособление монтируют, например, в резцедержателе токарного станка, а обрабатываемую деталь в патроне станка.
к
доп.
доп.
к
доп.
доп.
Затем термообрабатывают смазочную композицию. Для этого после предварительного перемешивания мыльной пластичной смазки с порошками меди и политетрафторэтилена смазочную композицию в атмосфере инертного газа продавливают 3…5 раз под давлением N=(0,01…0,07) МПа с расходом G=(0,01…0,20) кг/мин через зазор между наружными и внутренними обоймами n=7…9 последовательно расположенных, нагретых до температуры t°=(0,5…0,7)t° подшипников качения, вращающихся с частотой W=(0,01…0,03)W, к которым прикладывают давление P=n(0,06…0,60)Q, где t° - температура каплепадения смазочной композиции, W - предельно допустимая частота вращения подшипников, Q - предельная допустимая статическая нагрузка на один подшипник.
Термообработанную смазочную композицию наносят на рабочую поверхность деталей и собирают их в узел трения.
Практическое применение предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами, в которых рабочие поверхности деталей узла трения обрабатывали по предлагаемому способу и по способу-прототипу [2], а также по способам, в которых параметры операций выходили за заявляемые пределы.
Трибологические испытания образцов проводили на стенде для испытания шарниров по схеме «вал-втулка». На валы из стали ЗОХГСА наносили глицерин, содержащий 2 мас.% хлорида меди, затем их натирали стержнем, содержащим 89,5 мас.% меди, 8 мас.% политетрафторэтилена (ПТФЭ) и 2,5 мас.% хлорида аммония, при давлении на стержень 40 МПа, скорости скольжения 0,08 м/с с продольной подачей 50…80 мкм/об. за 5 проходов. После нанесения покрытия валы пассивировали в подогретом до 25°C 0,5%-ном растворе каустической соды. Втулки изготовляли из бронзы БрАЖМц 10-3-1,5. Смазочную композицию на основе мыльной пластичной смазки ЦИАТИМ-201, содержащую 12 мас.% порошка меди и 3 мас.% порошка политетрафторэтилена, термообрабатывали по способам, параметры которых приведены в таблице 1 и наносили на рабочую поверхность валов. При испытаниях вал совершал возвратно-вращательное движение с амплитудой 15 мм и частотой 2 Гц. Удельное давление составляло 90 МПа, база испытаний 2 км пути трения. Во время испытаний измеряли момент трения, а после испытаний - интенсивность изнашивания втулки.
Испытания на долговечность покрытия проводили при этих же условиях. Определяли путь трения до задира, т.е. резкого увеличения коэффициента трения.
Результаты трибологических испытаний также приведены в таблице 1. Обозначения: пример 1 - обработка по способу-прототипу [2], 2 и 6 - обработка по способам, значения параметров операций которых меньше (2) и больше (6) заявленных, 3, 4, 5 - обработка по заявленному способу, параметры которого лежат на нижней (3) и верхней (5) заявленной границе, а также в центре (4) между нижней и верхней границами. Каждое значение интенсивности изнашивания, приведенное в таблице 1 получено в результате вычисления среднеарифметического значения результатов 4…5 опытов.
Таблица 1
Условия реализации технического решения и результаты трибологических испытаний
Наименование операций
Номер примера способа
1
2
3
4
5
6
Подача инертного газа в камеру для обработки
-
-
+
+
+
+
Нагрев подшипников до температуры t°/t°<sub>к</sub>
-
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Приведение подшипников во вращение с частотой W/W<sub>доп.</sub>
-
0,005
0,01
0,02
0,03
0,04
Продавливание смазочной композиции под давлением N, МПа
-
0,0005
0,01
0,04
0,07
0,10
с расходом G, кг/мин
-
0,0005
0,01
0,1
0,20
0,30
Приложение к подшипникам давления, P/nQ<sub>доп.</sub>
-
0,01
0,06
0,33
0,60
0,93
Продавливание через количество подшипников n, шт.
-
6
7
8
9
11
Число раз продавливания партии
-
2
3
4
5
6
Интенсивность изнашивания втулки, мг/км
21,9
21,1
19,0
18,3
19,1
20,6
Коэффициент трения
0,12
0,12
0,10
0,09
0,10
0,12
Путь трения до задира, км
2,6
2,7
4,2
5,5
4,2
2,8
Таким образом, в соответствии с результатами трибологических испытаний, применение заявленного способа по сравнению с прототипом [2] повышает противоизносные свойства покрытия на 15…20% и антифрикционные свойства на 20…33% при увеличении его долговечности в 1,6…2,1 раза.