Способ получения комплексного твердосмазочного покрытия

 

Способ получения комплексного износостойкого покрытия на рабочих поверхностях тяжелонагруженных узлов трения скольжения, включает двухслойное комбинированное покрытие, первый слой которого осуществляют после предварительной лезвимсй обработки сухим фрикционным натиранием из антифрикционного мелкодисперсного многокомпонентного композиционного материала, а второй слой наносят путем химического осаждения медной пленки после отделочно-упрочняющей обработки ППД Антифрикционный мелкодисперсный многокомпонентный композиционный материал выполнен в виде спрессованного порошкообразного материала, включающего композиции меди, цинка, олова, сурьмы дисульфида молибдена и тд. 1 заф-лы.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Г) Комитет Российской Федерации ио патетттам и тоВаретым Зттакам (21) 5006984/26 (22) 09.07.91 (46) 15.12.93 Бюл. Na 45-46 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) Алексеев П.Г.; Чайкин А.С. (73) Чайкин Александр Семенович (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

ТВЕРДОСМАЗОЧНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Способ получения комплексного износостойкого покрытия на рабочих поверхностях тяжелонагруженных узлов трения скольжения, включает двухслойное комбинированное покрытие, первый (в) RU (п) 2%4623 С1 (51) 5 С 2,3 С 28 02 слой которого осуществляют после предварительной лезвийной обработки сухим фрикционным натиранием иэ антифрикционного мелкодисперсного многокомпонентного композиционного материала, а второй слой наносят путем химического осаждения медной пленки после отделочно-упрочняющей обработки ППД Антифрикционный мелкодисперсный многокомпонентный композиционный материал выполнен в виде спрессованного порошкообразного материала, включающего композиции меди, цинка, олова, сурьмы дисульфида молибдена и тд 1 з.п.ф-лы в момент нанесения покрытия с целью его более интенсивного осаждения иэ химического раствора, Недостатками этого способа являются. невысокая производительность процесса, невозможность обеспечения оптимальной эксплуатационной шероховатости подложки детали, необходимость совмещения во времени процессов нанесения покрытия и

10 отделочно-упрочняющей обработки ППД, что существенно усложняет технологию, а в отдельным случаях делает невозможным применение данного способа (например, существует большая вероятность попадания раствора на направляющие станков, что ведет к их коррозии), повышенный расход самого химического раствора.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является

20 способ нанесения двухслойного твердосмазочного покрытия, включа1ощий последовательное нанесение подслоя металла, например меци или ее сплавов, натиранием в среде глицерина и последующее нанесение слоя дисульфида молибдена или галлия натиранием.

Данный способ обеспечивает низкие значения коэффициента трения 1 = 0,170-0,188, плавную работу пары трения в пре80 делах 75-120 мин.

Недостатками этого способа являются: невысокая производительность процесса получения комплексного покрытия, недостаточная долговечность покрытия.

Задачей изобретения является повышение износостойкости рабочих поверхностей деталей тяжелонагруженных узлов трения скольжения.

Указанная задача решается созданием на рабочей поверхности ответственной детали узла трения двухслойного комбинированного антифрикционного покрытия.

Промежуточный слой комплексного покрытия наносится механически на предвари45 тельно обточенную поверхность путем натирания всухую брусками призматической формы из прессованного порошкообразного композиционного мелкодисперсного многокомпонентного материала, содержащего компоненты дисульфида молибдена, меди, цинка, олова, сурьмы. Этот слой затем подвергают отделочно-упрочняющей обработке ППД совместно с подложкой детали. Внешний слой покрытия получают путем осаждения металлической пленки меди, например, "химическим меднением" из химического раствора. крытия и алмазного выглаживания в данном случаеиеобхмииодлнактиваци1подлсжки он

Изобретение относится к нанесению иэносостойких покрытий для узлов трения с реверсивным характером трения скольжения, например для цилиндро-поршневой группы силовых органов (пневмо- и гидроцилиндров) путевых, дорожных, подъемнотранспортных и других типов машин и механизмов.

Широко известны способы получения износостойких покрытий из растворов для химического меднения, содержащие в своем составе соли меди, глицерин в качестве комплексообразователя и формальдегид в качестве восстановителя или органические кислоты (ПАВ).

Однако данные растворы нестабильны в работе и при хранении, так как восстановление меди происходит в объеме раствора.

Это требует применения стабилизирующих добавок, усложняющих химический состав и, кроме того, снижающих скорость осажде. ния покрытий.

Существуют способы механического нанесения покрытий на рабочие поверхности деталей машин натиранием, Однако они недостаточно производительны из-за необходимости многократных проходов натирающего элемента, а также не обеспечивают равномерного распределения наносимого покрытия по всей обрабатываемой поверхности детали.

И"-в--;тен сг особ нанесения .вердосмазочных покрытий иэ дисульфида молибдена на по =:põHoñòè трений, вкгпочающий последовательное нанесение подслоя металла, например галлия, кадмия, свинца и др. и слоя дисульфида молибдена.

Однако известный способ не обеспечивает достаточной долговечности твердосмаэочного покрытия, Известны способы создания комбинированного поверхностного слоя, включающие предварительное создание на поверхности изделия, подвергаемой обработке упрочненного слоя средствами ППД (статического или динамического характера воздействия) и последующее осаждение покрытия электролитическим или химическим способами.

Известен способ нанесения покрытия, вкл|очающий предварительную подготовку исходной поверхности до необходимой шероховатости точением и последующее нанесение приработочного покрытия химическим способом с одновременным поверхностным пластическим деформированием (ППД) подложки детали алмазным выглаживанием. Совмещение процесса нанесения поПри этом положительный эксплуатациный эффект обеспечивается нв только на

2004623

50 стадии приработки узла трения, но и в процессе установившегося износа.

Причиной тому служит то обстоятельство, что внешнее трение в зоне контакта пары трения заменяется внутренним трением сначала в слое внешнего медного антифрикционного покрытия, а затем, внутренним трением в слое промежуточного (первого) покрытия.

Следует отметить, что процедура пол- учения комплексного покрытия не совмещена во времени, что позволяет разбить операцию получения покрытия на самостоятельные переходы или даже выделить в . отдельные операции в зависимости от условий промышленного производства, Применение отделочно-упрочняющей обработки ППД, например раскатывания роликовой раскаткой, сразу после нанесения первого (промежуточного) композиционного слоя комплексного покрытия целесообразно по следующим причинам: во-первых, обеспечивается формирование новой микрогеометрии подложки детали с благоприятной формой, размерами и пространственной ориентацией микронеровностей (текстурой), а также более высокие физико-механические характеристики (повышается микротвердость поверхностного слоя на 40 — 50%,.создаются благоприятные остаточные напряжения сжатия, максимум которых сосредоточен на поверхности детали, а также ряд других факторов — изменение фазового состава, структурные превращения и т.д,); во-вторых, ППД способствует увеличению сплошности покрытия за свет "расплющивания" отдельных пластичных частиц композиционного материала и обеспечивает его механическое закрепление в поверхностном слое подложки детали; в-третьих, в процессе деформирования подложки детали происходит трибоактивация ее поверхностного слоя, способствующая повышению адгеэионной связи этих частиц с частицами подложки образца. Кроме того, усиливается физико-химическая активность деформированного слоя стальной подложки, что особенно важно с точки зрения интенсификации процесса химического осаждения медной пленки при последую- щем нанесении второго слоя, Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ получения двухслойного антифрикционного покрытия отличается от известного порядка нанесения слоев, химическим составом слоев и технологией нанесения комплексного покрытия. Первый слой комплексного покрытия наносится из ком5

35 позиционного многокомпонентного порошкового материала, содержащего композиции порошков меди, цинка, олова, сурьмы, дисульфида молибдена, сухим механическим натиранием. Второй слой из медной пленки — химическим меднением из специального химического раствора. Между первым слоем и нанесением второго слоя производится отделочно-упрочняющая обработка ППД. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна" °

Предлагаемый способ позволяет создавать приработочный слой с повышенным содержанием антифрикционных материалов с незначительным увеличением толщины приработочного комплексного покрытия (не более 3-5 мкм) на поверхности детали, обеспечивает повышение долговечности ответственных деталей тяжелонагруженных узлов трения как с односторонним, так и с реверсивным характером трения скольжения в 2,5-3 раза на стадии приработки и в режиме нормального износа пары трения.

Данный положительный эффект обусловлен тем, что механически закрепленные ППД частицы антифрикционного композиционного материала являются своего рода резервом, восполняющим твердосмаэочную приработочную пленку на поверхности детали по мере ее износа.

Получение двухслойного приработочного покрытия осуществляется следующим образом. Сначала производят предварительную подготовку поверхности подложки детали до исходной шероховатости R = 5-10 мкм лезвийной обработки (точением или растачиванием). Такая шероховатость является оптимальной с точки зрения получения качественного покрытия из композиционного материала. Уменьшение величины микронеровностей ведет к снижению интенсивности переноса композиционного материала на подложку детали. Увеличение высоты микронеровностей вызывает повышенный расход (износ) композиционных брусков, а следовательно, к неоправданным потерям этого ценного материала.

После расточки поверхности детали и удаление стружки (обдувкой сжатым soapyхом) производят насыщение обрабатываемой поверхности подложки брусками из спрессованного антифрикционного композиционного материала, путем его сухого

"втирания" в шероховатую поверхность подложки детали. Бруски имеют призматическую форму. Основу этих брусков составляют композиции порошков меди, цинка, олова, сурьмы, дисульфида молибдена и других элементов. Данный комплексный ма2004623

50 териал обладает низким коэффициентом трен;гя и высокой пластичностью.

Затем осуществляют отделочно-упрочняющую обработку поверхностным пластическим деформированием (например раскатыванием шариковой или роликовой раскаткой) поверхности подложки детали совместно с нанесенным слоем композиционного материала с целью закрепления частиц этого материала на подложке.

Окончательное формирование комбинированного антифрикционного поверхностного слоя заканчивают нанесением на . поверхность детали еще одного слоя покрытия из пленки меди, получаемой из специального химического раствора ("химическим меднением").

Проведенные эксперименты показали, что такой комбинированный слой с антифрикционным покрытием обладает улучшенчыми триботехническими характеристиками, как Hà этапе приработки пары трения "гидроцилиндр-кольцо поршневое", так и в процессе нормального износа.

Пример. Поверхность зеркала цилиндра силового узла подбивочного блока машины ВПР-1200 с посадочным размером . под поршень Я75Н8 подвергается комплексной обработке с нанесением двухслойного комбинированного антифрикционного покрытия. Предварительная обработка рабочей поверхности цилиндра до исходной шероховатое-,и R -5 7 мкм производилась растачиванием резцовым блоком на станке мод. И Р500М Ф4 со следующими ре- 3 жимами резания:

Часто а вращения 400 мин

Подача 20 ммlмин (0,05 ммlоб)

Резец расточной проходной ГОСТ

18883-73, 2142-0042 4

Пластинка твердого сплава 115К6, ГОСТ

19048-80. геометрия резца;

Задний угол а6

Вспомогательный задний угол и 6

Передний угол у 5

Главный угол в плане р 53 08

Вспомогательный угол в плане р1 46 52

Радиус скруггения при вершине резца r

0,3 мм.

После расточки и удаления стружки обдувкой сжатым воздухом производят нанесение композиционного антифрикционного материала на поверхность цилиндра путем сухого натирания брусками, состоящими из прессованного многокомпонентного порошка марок КМ2/1M08-1Ц, КМ2/1М08-1С или КМ2/1М08-13 при следующих режимах:

Скорость натирания 0,5-1 и/с

Удельное давление бруска 2,5-3,0 МПа

Подача 0,5 мм/обор. (30 мм/мин)

При этом установлено, что нанесенный

5 композиционный материал образует на поверхности детали покры гие островкового типа с преимущественными заполнением впадин микронеровностей профиля шероховатости. Площадь покрытия составляет в

10 среднем 30-400/ общей площади натираемой поверхности.

После натирания подложки цилиндра композиционным материалом производится ее отдельно-упрочняющая обработка

15 ППД совместно с нанесенным покрытием ротационным раскатыванием роликовой раскаткой. Режимы раскатывания:

Частота вращения шпинделя 100 мин

Подача 80 мм/мин

20 Припуск под раскатывание на диаметр

0,02-0,03 мм

Количество деформирующих роликов 5 шт

Количество проходов 1.

25 Таким образом формируется новый комбинированный поверхностный слой, состоящий впереме>кку из частиц антифрикционного композиционного материала и частиц подло>кки из смятых ППД вершин микроне30 ровностей, Этот слой имеет совершенно иной физико-химический состав с иными физико-механическими характеристиками (микротвердостью и напряженным состоянием) и шероховатостью.

Заключительным этапом получения двухслойного антифрикционного покрытия является нанесение медной пленки способом химического меднения из электролита, в состав которого входят компоненты в следу ощем соотношении:

Хлорид меди 2,6 r

Винная кислота 2,0 г

Глицерин 100 мл

В течение 5 мин образуется пленка меди толщиной до 3-5 мкм. При лабораторных и натурных испытаниях такого двухслойного покрытия износостойкость узла трения увеличилась в 2,5-3 раза по отношению к базовому узлу трения, подвергнутому только лишь одному химическому меднению, Лабораторные испытания проводили на установке трения, имитирующей работу цилиндро-поршневой группы при следующих режимах трения скольжения;

Скорость скольжения 0,85 м/с (51,0 м/мин)

Давление в зоне контакта 7,5-12

MH/м

Смазка — масло турбинное Т-22 ГОСТ

32-74

2004623 ем антифрикционных покрытий. M.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1971, с. 44.

Дорофеев Ю.Н., Голубчик Е.М. Нанесение приработочных покрытий при актива5 ции подложки ППД, — Брянск: ЦНТИ, 1982.

Информ. листок th 82-1Н1Д.

Дорофеев Ю.Н., Голубчик E.M. Осаждение меди на сталь с алмазным выглаживанием подложки. Сб.; Алмазы и сверхтвердые

10 материалы. 1982. И. 8, с. 10-11.

Авторское свидетельство СССР

hh 834247, кл. С 23 С 26/00, 1979.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ .КОМПЛЕКС-.

НОГО ТВЕРДОСМАЗОЧНОГО ПОКРЫТИЯ, включающий нанесение путем сухого натирания слоя твердой смазки из комплексного материала, содержащего дисульфид 20 молибдена, и нанесение пленки меди, отличающийся тем, что процесс осуществля-. ют в следующей последовательности: предварительно покрываемую поверх-, ность подвергают механической леэвийной 25 обработке, потом на нее. наносят слой твердой смазки из комплексного материаСоставитель А.Чайкин

Техред M. Моргентал

Редактор Г.Мельникова

Корректор А.Козо риз

Подписное

Заказ 3381 Тираж

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Материалами для пары трения гидроцилиндр-кольцо поршневое служили: для образца гидроцилиндра — сталь ЗОХНМЛ-11, ГОСТ 977-75. для контртела (образца поршневого кольца) — чугун модифицированный по техническим условием ТУМ 06-64. (56) Дорофеев Ю.Н. Обработка деталей ППД с нанесением покрытий натиранием. "Вестник машиностроения". — 1984. М 7, с. 55-56.

Повышение иэносостойкости металлообрабатывающего инструмента нанесенила, содержащего дисульфид молибдена, и, подвергают. отделочно-упрочняющей обработке пластическим деформи рова нием подложки, а затем наносят слой меди, причем слой меди наносят химическим осаждением иэ раствора.

2. Способ по п.1 ° отличающийся тем, что при получении твердой смазки путем сухого натирания используют комплексный материал в виде брусков призматической формы, спрессованных преимущественно из порошков меди, цин-, ка, олова, сурьмы, дисульфида молибдена.