КОМПОЗИЦИОННЫЙ СПЕЧЕННЫЙ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ
COMPOSITE SINTERED POWDER MATERIAL

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано для изготовления износостойких изделий для машиностроения.
Известны композиционные порошковые меднографитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 75% [Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев: Наук. думка, 1980. - С.237].
Недостатком таких материалов являются невысокие физико-механические характеристики.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционный композиционный порошковый материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.% и углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.% [Патент РБ 10808, МПК 7 С22С 9/00, 1/05, 2008 (прототип)].
Недостатками известного материала являются низкое значение твердости порошковой матрицы и высокая пористость материала. Задача изобретения состоит в повышении твердости материала, а также уменьшении его пористости.
Поставленная задача решается тем, что композиционный спеченный порошковый материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%, дополнительно содержит фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%.
Сущность изобретения состоит в следующем. Использование фуллеренов в количестве 0,02-0,04 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом повышается твердость и снижается пористость композиционного материала.
Содержание фуллеренов в композиции на основе металлической матрицы в количестве менее 0,02 мас.% недостаточно для эффективной реализации их уникальных антифрикционных и прочностных свойств. В результате снижается твердость и увеличивается пористость материала.
Если содержание фуллеренов более 0,04 мас.% происходит ухудшение эксплуатационных характеристик композиционного спеченного порошкового материала за счет того, что фуллерены, попадая в области контактного взаимодействия компонентов материала, разупрочняют порошковую матрицу, не позволяя создавать достаточно прочные металлические связи между частицами. При этом снижается твердость материала.
Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы композиционных спеченных порошковых материалов, а в табл.2 - их сравнительные свойства.
Составляющими компонентами композиционных порошковых материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, гранулы порошка хрома, омедненные химическим способом, углеродные нанотрубки, полученные методом дугового испарения графитового стержня, и фуллерены, полученные в плазме электрической дуги.
Материалы получали методом спекания порошковых композиций в специальной прессформе на установке для электроконтактного спекания при следующих показателях технологического процесса:
усилие прижатия электродов, кН
95
ток, кА
17-19
Измерение твердости проводили на прессе Бринелля по ГОСТ 9012-59. Пористость спеченных композиционных материалов определяли методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18898-73.
Как следует из приведенных данных, заявляемый композиционный спеченный порошковый материал, по сравнению с известным, характеризуется пониженной пористостью и повышенной твердостью.
Таблица 1
Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики
Составы
композиционных
спеченных
порошковых
материалов
По прототипу
Запредельные
Заявляемые
Запредельные
Контроль-ные
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Крупность частиц медного порошка, мкм
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
Содержание медного порошка в материале, мас.%
64
63,999
63,998
63,995
63,99
63,98
63,97
63,96
63,95
63,94
63,92
75,47
99,0
Крупность гранул омедненного графита, мкм
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
-
Содержание гранул омедненного графита в материале, мас.%
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
16,5
-
Содержание меди в гранулах омедненного графита, мас.%
73
73
73
73
73
73
73
73
73
73
73
73
-
Крупность гранул омедненного полимера, мкм
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
100-160
-
Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики
Составы
композиционных
спеченных
порошковых
материалов
По прототипу
Запредельные
Заявляемые
Запредельные
Контроль-ные
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Содержание гранул омедненного полимера в материале, мас.%
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
-
Содержание меди в гранулах омедненного полимера, мас.%
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
-
Крупность гранул омедненного никеля, мкм
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
160-200
Содержание гранул омедненного никеля в материале, мас.%
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Содержание меди в гранулах омедненного никеля, мас.%
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики
Составы
композиционных
спеченных
порошковых
материалов
По прототипу
Запредельные
Заявляемые
Запредельные
Контроль-ные
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Крупность гранул омедненного хрома, мкм
50-75
25-75
25-75
25-75
25-75
25-75
25-75
25-75
25-75
25-75
25-75
Содержание гранул омедненного хрома в материале, мас.%
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Содержание меди в гранулах омедненного хрома, мас.%
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
Содержание углеродных нанотрубок, мас.%
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
-
-
Содержание фуллеренов, мас.%
-
0,001
0,002
0,005
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,08
0,03
1,0
Таблица 2
Номера составов композиционных спеченных порошковых материалов
Характеристики композиционных спеченных порошковых материалов
Твердость, НВ
Пористость, %
По прототипу
65
7
1
70
7
2
80
7
3
90
6
4
100
5
5
110
4
6
115
4
7
105
4
8
90
4
9
75
4
10
70
4
11
60
7
12
50
7
Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов из каждого композиционного спеченного порошкового материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний.