СОСТАВ АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ
COMPOSITION OF ANTI-FRICTION COATING

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к антифрикционным покрытиям для защиты тяжелонагруженных пар трения номинально-неподвижных вибронагруженных сочленений металл-металл, металл-полимерный композиционный материал от износа в интервале температур (-60)-(+250)°C.
Известно фретингостойкое покрытие следующего состава, мас.%: эпоксидная высокомолекулярная диановая смола 2.0-16; эпоксидная низкокомолекулярная диановая смола 0.05-1.0; фенолформальдегидная резольная смола 1.0-8.0; алкидная глифталиевая смола 0.05-1.0; дисульфид молибдена 6.0-20.0; коллоидно-графитовый препарат 0.9-14.0; фосфорная кислота 0.01-0.3; 1.7-бисоксиметилкарборан 1.5-2.6; 2-этоксиэтанол - остальное (патент РФ №1771200).
Недостатком данного покрытия является многокомпонентный состав связующего, включающий токсичное вещество - формальдегид.
Известен спеченный антифрикционный материал на основе кобальта, содержащий, мас.%: карбид титана 5.0-7.0; дисульфид молибдена 13.0-15.0; марганец 2.0-2.5; церий 0.1-0.15; кобальт - остальное (патент РФ №2360991).
Недостатком данного материала является высокий коэффициент трения материала и использование в качестве основного компонента кобальта, являющегося достаточно токсичным элементом.
Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является антифрикционное твердосмазочное покрытие, содержащее, мас.%: дисульфид молибдена 50-70; коллоидный графит 7-20; усы карбида кремния β-модификации с соотношением длины к диаметру 30-300 0.15-1.1 и эпоксифенольный лак - остальное (патент РФ №2017800).
Покрытие предназначено для защиты тяжелонагруженных пар трения металл-металл от износа в интервале температур (-60)-(+250)°C.
Недостатком этого покрытия является низкая технологичность, выраженная в склонности к образованию комков из усов карбида кремния по типу войлочных и достаточно низкая износостойкость в интервале температур (-60)-(+250)°C.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости покрытия при низком коэффициенте трения в температурном диапазоне (-60)-(+250)°C.
Для достижения поставленной задачи предложен состав антифрикционного покрытия, содержащий дисульфид молибдена, коллоидный графит, связующее на эпоксидной основе, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором, а в качестве связующего - эпоксидный лак при следующем соотношении компонентов, мас.%.:
дисульфид молибдена
35-45
коллоидный графит
8-15
квазикристалл системы
Al-Cu-Fe, допированный бором
5-10
эпоксидный лак
остальное
Вводимый квазикристалл системы Al-Cu-Fe представляет собой мелкодисперсный порошок размером ~3 мкм, допированный бором. Присутствие квазикристалла в покрытии уменьшает нагар, понижает коэффициент трения, пластичность квазикристалла позволяет заполнять трещины, каверны и царапины, что повышает износостойкость изделия.
Применение в качестве связующего эпоксидного лака позволяет равномерно наносить на поверхность изделия предлагаемое покрытие.
Пример осуществления.
Для приготовления антифрикционного покрытия с квазикристаллами были использованы следующие компоненты:
- дисульфид молибдена марки ДМ-1 ТУ 48-19-133-85;
- коллоидный-графит сухой марки С-1 ОСТ 6-08-431-75, полученный из термографита или естественного графита, представляющий собой высокодисперсный малозольный сухой графит с основным размером частиц до 4 мкм, содержащий золы не более 0.8%;
- квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором, марки ВКК1Б ТУ 1-595-31-1081-2009;
- лак эпоксидный ЭП074 ТУ 6-10-1030-76.
Для приготовления покрытия использовали следующую технологию. В связующее вводили расчетное количество дисульфида молибдена, коллоидного графита, квазикристалла, допированного бором. Приготовленную смесь перемешивали в бисерной мельнице и наносили на защищаемую поверхность краскораспылителем, кистью или окунанием, подвергали сушке при комнатной температуре.
В таблице 1 приведены составы композиции для антифрикционного покрытия, изготовленного по указанной выше технологии, из которых 1-3 - заявляемые, 4 - прототип.
В таблице 2 представлены свойства антифрикционных покрытий на стали 30ХГСА, включающие такие характеристики, как износостойкость и коэффициент трения.
уд
вращ
Покрытия испытывались на стали 30ХГСА, в условиях торцового трения при Р - 15 МПа, V - 0.31 м/с, при температуре +250, +20, -60°C.
Из таблицы 2 видно, что покрытие на основе предлагаемых составов обладает наименьшей скоростью изнашивания.
В таблице 3 представлены результаты испытания покрытия в конструкции сферического шарнирного подшипника из стали 95X18.
Антифрикционные, содержащие квазикристалл, покрытия испытаны в конструкции сферического шарнирного подшипника, изготовленного из стали марки 95X18. Покрытия наносили на внутреннюю поверхность обоймы подшипника по приведенной ранее технологии и испытывали в режиме качательного движения при следующих параметрах:
- нагрузка
75 и 100 МПа;
- температура
+20 и +250°C;
- частота качания
0.04 Гц;
- угол качания
±10°;
- среда
воздух.
Из таблицы 3 видно, что предлагаемое антифрикционное покрытие работоспособно в воздушной среде в интервале температур от -60 до +250°C, при удельных нагрузках до 100 МПа. Таким образом, применение предлагаемого антифрикционного покрытия обеспечивает защиту тяжелонагруженных пар трения от износа в интервале температур -60 до +250°C.
Таблица 1
№
Состав
Компоненты покрытия, мас.%
Усы карбида кремния β-модификации
Лак эпоксидный
Дисульфид молибдена
Графит
Квазикристалл допированный бором
1
предлагаемый
40
40
15
5
--
2
предлагаемый
35
45
12
8
--
3
предлагаемый
47
35
8
10
--
4
прототип
42.74 (лак
50
7
--
0.26
эпоксифенольный)
Таблица 2
№
Скорость изнашивания, мкм/ч, при Р<sub>уд</sub>=15 МПа, V=0.31 м/с
К<sub>трения</sub>
-60°C
20°C
250°C
1
0.16
0.08
2.4
0.10
2
0.15
0.07
2.5
0.09
3
0.17
0.09
2.7
0.07
4
0.25
0.14
6,8
0.08
Таблица 3
Нагрузка, МПа
Температура испытания, °C
Коэффициент трения
Скорость изнашивания, мкм/ч
Предлагаемый:
75
20
0.13
0.18
75
250
0.14
2.9
100
20
0.12
0.2
100
250
0.12
3.7
Прототип:
75
20
0.12
0.24
75
250
0.14
4.9
100
20
0.13
0.26
100
250
0.16
6.3