АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ANTIFRICTION COMPOSITION

Изобретение относится к созданию антифрикционных материалов на основе полимерного связующего и может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в условиях высоких нагрузок и температур.
Известен состав антифрикционного покрытия, содержащий, мас.%: дисульфид молибдена 5-10, серебристый графит С-1 5-8, тальк 2-6 и поливинилбутираль марки «ПШ» остальное. Покрытие наносят в кипящем слое в токе воздуха и оплавляют при 175-180°С в течение 8-10 мин (авторское свидетельство SU 563428, МПК C09D 129/04, 30.06.1977).
Недостатком данного покрытия являются его относительно низкие трибологические свойства. Кроме того, при указанном методе нанесения состава невозможно получить равномерное по толщине и однородное по эксплуатационным свойствам покрытие.
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 высоких температурах, возникающих в зоне контакта и вызывающих термодеструкцию полимерного связующего.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является антифрикционная композиция, содержащая, мас.%: дисульфид молибдена 33,3 и лак БФ-2 или БФ-4 66,7 (авторское свидетельство СССР 154345, МПК C09D 3/48, 1963).
Недостатками известной композиции являются невысокие антифрикционные свойства полученного покрытия, что проявляется в повышенном коэффициенте трения, узком диапазоне рабочих нагрузок, низкой износостойкости.
Техническим результатом изобретения является понижение коэффициента трения, повышение износостойкости и термостойкости антифрикционной композиции в условиях высоких нагрузок и температур.
Данный результат достигается тем, что антифрикционная композиция, включающая дисульфид молибдена и лак, содержащий поливинилбутираль, в качестве дисульфида молибдена содержит дисульфид молибдена, модифицированный эпиламом, при их массовом соотношении 1:(2-3) и представляющий собой раствор фторорганического поверхностно-активного вещества в растворителе, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дисульфид молибдена, модифицированный
эпиламом, при их массовом
соотношении 1:(2-3)
20-25
Поливинилбутиральный лак
остальное
Сущность изобретения заключается в следующем.
В качестве связующего для изготовления композиции используется поливинилбутиральный лак марок ПВБ-5, ПВБ-10 по ОСТ 84-1010-84, являющийся раствором поливинилбутираля в этиловом спирте.
Эпиламы представляют собой составы, содержащие фторорганическое поверхностно-активное вещество (Фтор-ПАВ) и растворитель.
В качестве эпиламов могут быть использованы: автокон-0,5, автокон-20, представляющие собой растворы перфторкислоты марки 6 МФК-180 в перфторметилциклогексане (ПФМЦГ) или хладоне 350; амидофен (см. патент RU 2215766, 10.11.2003, Промышленные фторорганические продукты: Справ. Изд. / Б.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.Л.Серушкин и др. - Изд. 2-е, пер. и доп. - СПб: Химия, 1996. - С.456-458); 6СФК-180-05, 6СФК-180-20, 6СФК-180-50 (см. патент RU 2278875, 27.06.2006); полизам (см. патент RU 2280051, 20.07.2006.) и т.д.
2
Модифицированный дисульфид молибдена (MoS) представляет собой частицы дисульфида молибдена размером не более 8 мкм, покрытые тонкой пленкой Фтор-ПАВ толщиной 3 нм (30 Å).
Отличительной особенностью предложенной композиции является то, что использование в ней поливинилбутирального лака в сочетании с эпиламированным дисульфидом молибдена при заданном соотношении компонентов позволяет понизить коэффициент трения полученного покрытия, повысить его износостойкость и термостойкость в условиях высоких нагрузок и температур.
2
Способ получения модифицированного MoS заключается в следующем.
2
2
Порошок MoS заливают раствором эпилама при массовом соотношении MoS: эпилам = 1:(2-3). Пропитку производят в течение 10-18 ч при комнатной температуре. Полученную сметанообразную массу модифицированного дисульфида молибдена сушат при комнатной температуре на гладкой, например стеклянной, поверхности до полного высыхания, после чего подвергают термофиксации при температуре 100-110°С в сушильном шкафу в течение 2-3 ч.
2
Проведение процесса модифицирования MoS при иных соотношениях дисульфида молибдена и эпилама не дает возможности получить продукт с оптимальными трибологическими свойствами.
2
Введение эпиламированного MoS в количестве менее 20 мас.% не позволяет получить покрытие с высокими триботехническими характеристиками, а содержание его более 25 мас.% приводит к снижению адгезии покрытия к металлической поверхности.
Антифрикционную композицию готовят следующим образом. В алюминиевую или оцинкованную емкость помещают модифицированный дисульфид молибдена, в который небольшими количествами при постоянном перемешивании вводят поливинилбутиральный лак. Смесь перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородного состава.
Готовую композицию наносят на контактную поверхность детали узла трения методом распыления, окунания или кистью. Полученное покрытие сушат при температуре 15-35°С в течение 20-60 мин.
Составы композиций по изобретению приведены в табл.1. Сравнительные свойства покрытий, полученных согласно изобретению и по прототипу, представлены в табл.2.
2
a
Фрикционные испытания проводили на машине СМТ-1 по схеме вал - частичный вкладыш при скорости скольжения 0,5 м/с и удельных нагрузках 2,5-15,0 МПа. Покрытие наносили на фольгу из стали 3, закрепленную на вкладыш с площадью рабочей поверхности 2 см. В качестве контртела использовали ролик из стали 45 с исходной шероховатостью R<0,32 мкм.
2
Адгезионную прочность покрытий измеряли на разрывной машине на стальных образцах шириной 10 мм, склеенных внахлест с площадью перекрытия 1 см.
Для определения термостойкости композиций образцы с нанесенным покрытием термостатировали при 150-300°С в течение 3 ч, затем извлекали из термостата, охлаждали и испытывали на машине трения МИ-1М по ГОСТ 11613-65.
Результаты испытаний покрытий на износостойкость после термостатирования в сравнении с покрытием по прототипу представлены в табл.3.
Использование предложенной антифрикционной композиции в узлах трения позволяет получить полимерные покрытия с высокими триботехническими свойствами в условиях повышенных нагрузок и температур.
Таблица 1
Составы антифрикционных композиций, мас.%
Компонент
Заявляемый состав
1
2
3
4
5
MoS<sub>2</sub>, модифицированный Эпиламом, в массовом соотношении 1:2
25,0
26,0
MoS<sub>2</sub>, модифицированный Эпиламом, в массовом соотношении 1:2,5
22,5
MoS<sub>2</sub>, модифицированный Эпиламом, в массовом соотношении 1:3
20,0
19,0
Поливинилбутиральный лак
75,0
77,5
80,0
81,0
74,0
Таблица 2
Сравнительные свойства антифрикционных композиций
Показатели
Заявляемый состав
Аналог, RU 2285019
Прототип, SU 154345
1
2
3
4
5
Коэффициент трения при скорости 0,5 м/с и нагрузке, МПа
2,5
0,08
0,07
0,06
0,09
0,07
0,09
0,14
5,0
0,08
0,07
0,06
0,09
0,07
0,09
0,14
7,5
0,09
0,08
0,07
0,10
0,08
0,10
0,15
10,0
0,12
0,11
0,10
0,13
0,12
0,14
0,18
12,5
0,12
0,11
0,10
0,13
0,12
0,14
0,20
15,0
0,16
0,15
0,14
0,17
0,16
задир
задир
Интенсивность изнашивания, 10<sup>-8</sup> (V=0,5 м/с, Р=2,5 МПа)
2,5
2,3
2,2
2,6
2,4
2,8
2,9
Адгезионная прочность к стали, МПа
0,42
0,40
0,39
0,41
0,37
0,38
0,38
Таблица 3
Износостойкость покрытий после термостатирования, мин
Заявляемый состав покрытия и состав по прототипу
Выдержка образцов с покрытиями в течение 3 ч при температуре, °С
150
200
250
300
Состав 1
1450
1530
1600
1650
Состав 2
1550
1600
1640
1700
Состав 3
1620
1700
1750
1770
Состав 4
1150
1220
1250
1300
Состав 5
1450
1480
1410
1320
Состав по патенту 2285019
960
825
290
Термодеструкция полимерного связующего
Состав по прототипу
955
820
285
Термодеструкция полимерного связующего