Материал для нанесения антифрикционного покрытия

 

Материал для нанесения антифрикционного покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего 4 - 22 мас.% олова и 0,4 - 1,0 мас.% меди, причем сплав содержится в виде порошка со следующим соотношением фракций, мас.%; фракция 1 - 50 мкм 5 - 20; фракция 51 - 150 мкм 80 - 95. 2 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и нанесению покрытий. Более конкретная область применения изобретения - получение антифрикционных порошков на основе алюминия для нанесения покрытий на стальные детали в машиностроении, в частности на вкладыши подшипников двигателей различного типа.

Известны широко применяемые в промышленности материалы - литые сплавы Cu-Si-Pb и Al-Sn-Pb-Zn для изготовления вкладышей подшипников методом центробежной заливки расплава.

Недостатками этих материалов является их высокая стоимость, большой расход, дефицитность.

Экономически более выгодным является изготовление вкладышей подшипников и т. п. деталей из стали с нанесением на них специальных антифрикционных покрытий.

Известен порошок для газотермического напыления антифрикционных покрытий, состоящий из смеси порошков алюминиевой и оловянистой бронз. Недостатками этого материала являются высокие износ и коэффициент трения, т.е. низкие антифрикционные свойства, высокая стоимость и дефицитность бронзы.

Известен антифрикционный порошок, состоящий из смеси порошков оловянисто-свинцовой (30 -50%) и алюминиевой бронз. Этот порошок позволяет получать покрытия с более высокими антифрикционными свойствами, однако его недостатком является сложность (многоступенчатость) технологии их изготовления, высокая стоимость и дефицитность исходных материалов.

Для увеличения рабочего ресурса машин и двигателей требуется изыскание новых более эффективных материалов для нанесения антифрикционных материалов для нанесения антифрикционных покрытий методами газотермического или детонационного напыления.

Изобретение решает указанные выше задачи.

В качестве прототипа принято известное решение, основными недостатками которого являются низкие антифрикционные свойства, дефицитность, высокая стоимость исходных материалов сложность технологии их изготовления (многоступенчатость технологии).

Целью изобретения является повышение антифрикционных свойств покрытия, снижение дефицитности и стоимости материала для нанесения покрытий.

Это достигается тем, что материал для нанесения антифрикционных покрытий из однородного сплава - алюминий, олово и медь изготавливается в виде порошка, содержащего сферические частицы крупностью 1 - 50 и 51 - 150 мкм при соотношении указанных фракций, мас.%: Фракция 1-50 мкм - 5 - 20 Фракция 51-150 мкм - 80 - 95 и следующем соотношении компонентов, мас.%: Олово - 4 - 22 Медь - 0,4 - 1,0 Алюминий - Остальное.

Порошок такого состава при напылении создает антифрикционное покрытие состава Al-Cu-Sn. Мелкодисперсные частицы олова заполняют поры, устраняют пористость, а частицы нерастворенной мелкодисперсной меди создают высокопрочную матрицу. Увеличение процентного содержания меди выше указанных пределов создают хрупкость покрытия, а увеличение содержания олова свыше 22% или снижение его содержания ниже 4% уменьшает усталостную прочность, увеличивая триботехнические свойства.

Приведенные пределы содержания олова и меди в порошке позволяют широко варьировать свойствами покрытий, подбирая оптимальные для конкретных условий. Так, для нанесения антифрикционных покрытий, работающих в паре с незакаленной стальной поверхностью, результаты получены при использовании порошка, содержащего 5,8-6,2% Sn и 0,2-0,6% Cu, остальное алюминий (см. табл.1).

В работе с закаленной стальной поверхностью лучшие результаты показали покрытия, при нанесении которых использовали порошок, содержащий 18 - 22% Sn, 0,6 - 1,0% Cu, остальное - алюминий (см. табл.2).

В Центральном научно-исследовательском дизельном институте были проведены испытания вкладышей подшипников с антифрикционным слоем, нанесенным предложенным порошком состава CU-0,4-1,0%, Sn 4 -22%, Al -остальное, грануляции 1 - 50 мкм ≅ 20% и 50 - 120 мкм ≥ 80%, изготовленным в лаборатории порошков ВАМИ на Волгоградском алюминиевом заводе.

Плазменное напыление исследуемого вкладыша производилось на установке "Метко-60". Режимы напыления: J= 400A, U_g=65B. Дистанция напыления 130 мм. Угол наклона плазменной струи к поверхности вкладыша 60^o. Скорость вращения вкладыша 300 мин^-1. Плазмообразующий газ - аргон+10% водорода.

Испытания усталостной прочности подшипников с напыленным покрытием проводилось по специальной методике нагружения на подшипниковом стенде СПП-1. Режимы испытания: скорость скольжения 12,1 м/с, пульсирующая нагрузка 0 - 5000 Н/см², диаметральный зазор 0,03 мм, диаметр вкладыша 60 мм. Температура смазочного масла на выходе из подшипника не превышала 70^oC.

Испытания вкладыша с алюминиево-оловянным слоем продолжались 10 млн. циклов нагружения. При осмотре подшипников после испытаний под микроскопом трещин, микротрещин и задиров не обнаружено. Весовые измерения вкладыша до и после испытаний составляли 50,04580 и 50,04525 г соответственно.

Испытания вкладышей, напыленных порошков бронзы состава БрПГ 19 МО1+10% Бр08С12 и приработочным слоем СУРМ, показали начало разрушения при 8 млн. циклов.

Испытания вкладышей, напыленных бронзой марки БрОСА, показали начало разрушения при 6 млн. циклов.

Разрушение антифрикционного слоя литой бронзы Бр08С12 показало начало разрушения при уд. нагрузке 5000 Н/см² и 10 млн. циклов.

Результаты испытаний напыленного антифрикционного слоя свидетельствуют о нормальной работоспособности подшипников со слоем, напыленным алюминиевым порошком предложенного состава. Толщина напыленного антифрикционного слоя 0,8 мм.

Кроме повышения работоспособности при новом составе покрытия вкладышей расход дефицитных металлов уменьшился в 5 раз.

Исследования показали, что наибольший эффект получен при использовании порошков со сферическими частицами крупностью до 150 мкм при соотношении фракций 1 - 50 и 51 - 150 мкм в соотношении, мас.% Фракция 1 - 50 мкм - 5 - 20 Фракция 51 - 150 мкм - 80 - 95 Превышение содержания фракции 1 - 50 мкм более 20% приводит к снижению использования порошка почти на 2 - 5% на каждый процент превышения за счет повышенного окисления и сгорания частиц в процессе газопламенного напыления. Снижение содержания фракции 1 - 50 мкм ниже 5% достигается с большим трудом и экономически нецелесообразно.

Сферичность частиц порошка является необходимым условием, обеспечивающим применимость порошка в газопламенных или плазменных горелках, поскольку несферические частицы не обладают текучестью, не обеспечивают равномерность их подачи на распыление и, следовательно, качество покрытия.

Формула изобретения

Материал для нанесения антифрикционного покрытия из сплава, содержащего алюминий, олово и медь, отличающийся тем, что он содержит сплав в виде распиленного порошка со сферическими частицами крупностью 1 - 50 и 51 - 150 мкм при следующем соотношении фракций, мас.%:
Фракция 1 - 50 мкм - 5 - 20
Фракция 51 - 150 мкм - 80 - 95
а компоненты сплава взяты в следующем соотношении, мас.%:
Олово - 4 - 22
Медь - 0,4 - 1,0
Алюминий - Остальноев

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2