АНТИФРИКЦИОННЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
ALUMINUM BASED ANTIFRICTION ALLOY

Изобретение относится к области металлургии металлических материалов с высокими антифрикционными и прочностными свойствами для подшипников скольжения.
Известен сплав на основе алюминия следующего состава, мас.%: свинец 2,0, олово  17,0, медь 1,0, индий  0,5, алюминий - остальное [Japan №57114633]. Антифрикционные характеристики предложенного сплава оказались неудовлетворительными, что связано с невысоким содержанием свинца.
Наиболее близким к заявляемому сплаву является сплав следующего состава, мас.%: свинец 10,0-18,0, олово 6,0-10,0, медь 1,0-3,0, индий 0,5-5,0, висмут 0,1-0,6, алюминий - остальное [RU 2081932]. Сплав указанного состава обеспечивает высокие антифрикционные характеристики за счет повышенного содержания свинца. Наряду с этим в литом состоянии сплав имеет однородную мелкодисперсную структуру и оказывается достаточно технологичным при серийном производстве «массивных» вкладышей подшипников скольжения. Современные требования к конструкции подшипников скольжения привели к тому, что даже при наличии высоких антифрикционных характеристик указанного сплава его применение оказывается недостаточно широким, поскольку новейшие технологии получения подшипников базируются на использовании процессов напыления антифрикционных тонких рабочих слоев. Для получения таких слоев необходимы распыляемые магнетронные мишени из сплава с высокими антифрикционными характеристиками, однако, вследствие особенностей магнетронного распыления и, в частности, различной атомной массы компонентов сплава, очень часто химический состав распыляемой мишени и напыленного тонкого рабочего слоя заметно различаются. Это требует специальных усилий для корректировки химического состава сплава, при этом существенное значение приобретает узость концентрационного диапазона для каждого компонента.
Технический результат, вытекающий из настоящего изобретения, состоит в том, что сплав предлагаемого состава может быть использован для получения распыляемых мишеней и тонких рабочих слоев подшипников скольжения, причем напыленные слои имеют оптимальный химический состав, однородную мелкодисперсную структуру и высокие антифрикционные характеристики.
Данный результат достигается тем, что антифрикционный сплав на основе алюминия дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец  7,4-9,1, олово 0,9-2,1, медь 0,4-1,6, кремний  3,4-4,6, алюминий - остальное.
Предложенный состав выбран экспериментально. Особое внимание уделено концентрационным диапазонам для каждого компонента: узкий концентрационный диапазон позволяет стандартизировать механические свойства напыленных рабочих слоев и, соответственно, подшипников скольжения. При диапазоне концентраций свинца 7,4-9,1 мас.% повышение содержания свинца в мишени свыше 9,1% с шагом в 1% не сопровождается существенным повышением антифрикционных характеристик, однако отмечается нарастающее расхождение содержания свинца в тонком рабочем слое по сравнению с составом мишени вследствие изменения характера распыления сплава. При содержании свинца менее 7,4% наблюдается постепенное снижение антифрикционных характеристик тонкого рабочего слоя, хотя на процесс распыления понижение содержания свинца влияет слабо.
Введение кремния в указанных пределах сказывается благоприятно как на стабильности процесса магнетронного распыления мишени, так и на антифрикционных характеристиках тонкого рабочего слоя.
Пример осуществления изобретения.
Для проверки эксплуатационных характеристик антифрикционного сплава было выплавлено две заготовки распыляемых мишеней, химический состав которых приведен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав заготовок (мас.%)
Pb
Sn
Cu
Si
Al
1
7,4
0,9
0,4
3,4
87,9
2
9,1
2,1
1,6
4,6
82,6
Приготовление двух заготовок распыляемых мишеней предложенного сплава включало плавку алюминия в вакуумной индукционной печи и доведение расплава до перегретого гомогенного состояния. В разогретый до 1100°С расплав алюминия последовательно вводили олово, свинец, медь и кремний в необходимом количестве, расплав перемешивали, выдерживали при данной температуре и выливали в горизонтальную плоскую форму для заготовки мишени, при этом затвердевающий расплав обрабатывали скрещенными электрическим и магнитным полями до получения литой заготовки распыляемой мишени. Толщина заготовки зависела от толщины заданной магнетронной мишени. Мишени подвергали магнетронному распылению, в результате чего получали тонкие напыленные рабочие слои на сталебронзовых основах. Толщина напыленного рабочего слоя находилась в пределах 12-20 мкм на всех испытанных образцах. Подшипники скольжения с напыленными антифрикционными рабочими слоями из предлагаемого сплава выдерживали нагрузку до 140 МПа.