СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ 2-СЛОЙНЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ КОЛЕСО-РЕЛЬС
METHOD OF APPLYING TWO-LAYER ANTIFRICTION COATINGS ON WHEEL-RAIL TRIBOCONTACT SURFACE

Изобретение относится к области нанесения антифрикционных покрытий для высоконагруженных пар трения и может быть использовано для повышения износостойкости и снижения коэффициента трения трибосопряжения колесо-рельс в узлах трения различных машин, а также для защиты деталей различного оборудования от абразивного износа и других целей.
Способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения путем нанесения двухслойных покрытий, из которых первый слой наносится электроискровым методом с помощью медного электрода, содержащего антифрикционный минерал, с последующим шлифованием, натиранием под давлением 50-120 МПа, пассированием в растворе окислителя и сушкой; а второй слой - мыльную пластическую смазку наносят разбрызгиванием или кистью (см. патент RU 2.319.790, С1 от 14.08.06 г.).
Недостатками известного способа являются сложная, длительная по времени технология нанесения первого слоя, включающего такие операции, как напыление, шлифование, натирание под давлением 50-120 МПа, обработка окислителем, сушка, что неосуществимо при нанесении покрытия на рельс действующего железнодорожного пути, а также непродолжительное удержание второго слоя - мыльной пластичной смазки.
Ближайшим прототипом заявляемого решения является способ газопламенного напыления антифрикционного покрытия на поверхность подшипников (см. В.Б.Бахарева и др. Полимеры в судовом машиностроении. Изд. «Судостроение», 1975 г., стр.223).
Недостатком такого способа является низкое сопротивление получаемого покрытия к воздействию больших нагрузок в трибосопряжении колесо-рельс.
Целью заявляемого технологического решения является способ, обеспечивающий создание в течение нескольких минут двухслойного покрытия с использованием передвижных установок, в котором первый слой - металлический - надежно связан с поверхностью рельса или колеса электроискровым методом, а второй слой - антифрикционный, обладающий повышенной прочностью и адгезией, не снижающимися в процессе длительной эксплуатации трибосопряжения.
Поставленная цель достигается тем, что на защищаемую поверхность металла электроискровым методом наносят первый слой покрытия, превышающего твердость металла защищаемой поверхности, толщиной от 0,01 до 3,0 мм электродом, состоящим из спрессованной смеси металлического порошка (А) и порошкообразного термостойкого минерала (Б), в соотношении А:Б от 99:1 до 80:20, после чего этот слой обрабатывают фосфотирующим составом, второй слой наносят методом газопламенного напыления порошка, состоящего из твердой эпоксидной смолы, модифицированной фторкаучуком путем обработки на пластификационном оборудовании в соотношении смола:каучук от 97:3 до 70:30, отвердителя имидазольного типа и наполнителя - смеси порошкового металла и антифрикционного минерала с высокой поверхностной твердостью, при этом порошок наносится слоем толщиной от 0,5 до 3 мм, и содержит, мас.ч.:
Твердая эпоксидная смола
модифицированная фторкаучуком
100
Отвердитель имидазольного типа
2-10
Металлический порошок
90-150
Антифрикционный минерал с высокой
поверхностной твердостью
0,4-12
Пример 1. Нанесение основы (первого слоя)
На очищенную металлическую поверхность рельса электроискровым методом в течение 3 минут электродом, состоящим из спрессованной смеси медного порошка (А) и карбида кремния (SiC) с величиной частиц 30 микрон (Б) в соотношении А:Б=90:10, наносят слой толщиной 1,5 мм и сразу же пульверизатором наносят фосфотирующий состав - 40% ортофосфорную кислоту из расчета 200 гр /м2.
Нанесение покрытия (второго слоя)
В цеховых условиях заранее нарабатывают эпоксидный порошок путем обработки на вальцах при 60°С твердой эпоксидной смолы марки ЭН-6 ТУ 6-05-1585-89, представляющей собой эпоксидированный фенолоформальдегидный новолак, с фторкаучуком марки СФ-26 в течение 10 минут при фрикции вальцов 1,25 и трех подрезов при соотношении смола:каучук=80:20, в результате происходит механико-химическая модификация смолы. Далее к модифицированной смоле последовательно добавляют (на 100 мас.ч.), 6 мас.ч. отвердителя - метилимидазола 120 мас.ч. порошка железа со средней величиной частиц от 20 микрон, и 6 мас.ч. нитрида бора со средней величиной частиц 10 микрон. После обработки на вальцах в течение 5 минут при 60°С масса снимается подрезом, охлаждается и размалывается на шаровой мельнице. Полученный порошок хранится в складских условиях не менее 3 месяцев.
Покрытие (второй слой) наносят методом газопламенного напыления с помощью передвижной установки УПН-4 (описанной в прототипе) путем пропускания взвешенных частиц эпоксидного порошка через пламя газовой горелки. Температура газового пламени не менее 700°С, скорость прохождения порошка через зону пламени составляет 30 м/с. После нанесения порошка в течение 30 секунд дополнительно воздействуют пламенем горелки, в результате чего полностью отверждается эпоксидный порошок.
Весь процесс нанесения двухслойного покрытия на рельс (колесо) занимает около 7 минут, исключая предварительную очистку металла.
Примеры 2-6 осуществляют аналогично примеру 1, с изменением параметров в соответствии с таблицей 1.
Свойства двухслойного покрытия, получаемого по заявляемому способу, представлены в таблице 2.
В сравнении с прототипом (RU 2.319.790) производительность процесса нанесения заявляемым способом увеличивается до 100 раз.
Таблица 2
Свойства антифрикционных покрытий, полученных по заявленному способу в соответствии с примерами 1-6
№ п/п
Наименование показателя
Величина показателя по примерам 1-6
1
2
3
4
5
6
Прототип
1
Предел прочности при сжатии, МПа
320
320
440
480
390
380
120
2
Предел прочности при сдвиге на границе металл - покрытие, МПа
300
400
360
440
417
425
80
3
Коэффициент трения
0,12
0,14
0,15
0,12
0,15
0,13
4
Интенсивность изнашивания, мг/км
21,31
14,75
11,35
17,97
15,43
18,24