Антифрикционный композиционный материал

 

Изобретение относится к области производства антифрикционных материалов, которые могут быть изготовлены методом порошковой металлургии и использованы в различных отраслях промышленности. Материал состоит из бронзового пористого каркаса, содержащего в порах политетрафторэтилен с наполнителем, в качестве которого используют полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа в виде частиц размером 20-200 мкм при их концентрации в политетрафторэтилене в пределах от 0,0025 до 0,025 мас.%. Технический результат заключается в высокой износостойкости. 1 табл.

Изобретение относится к области производства антифрикционных материалов, которые могут быть изготовлены методом порошковой металлургии и использованы в различных отраслях промышленности.

Бронзофторопластовые материалы, особенно армированные стальной подложкой, находят широкое применение в различных отраслях промышленности вследствие того, что они сочетают высокую прочность армированной подложки и/или пористого бронзового каркаса с хорошими антифрикционными свойствами фторопласта (политетрафторэтилена). Вместе с тем недостатком материала является низкая износостойкость (ресурс работы). Для устранения указанного недостатка предлагаются различные варианты модификации политетрафторэтилена наполнителями, повышающими ресурс работы. Так, в патенте №756950 (Великобритания), кл. 140, J, К, (1:3F), опубл. 12.09.56, принятого в качестве прототипа, предложен материал, представляющий собой биметаллическую ленту с основой из стали, на которую нанесен пористый слой бронзы (бронзовый каркас), образованный спеканием сферических частиц бронзы. Поры бронзового каркаса заполнены смесью политетрафторэтилена с наполнителем, в качестве наполнителя используется свинец в количестве до 20 мас.%. Недостатком прототипа является низкая изностойкость материала.

Задачей изобретения является повышение износостойкости антифрикционного композиционного материала.

Поставленная задача решается за счет того, что в антифрикционном композиционном материале, состоящем из бронзового пористого каркаса, содержащего в порах политетрафторэтилен с наполнителем, в качестве наполнителя политетрафторэтилена использованы полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа в виде частиц размером 20-200 мкм при их концентрации в политетрафторэтилене в пределах от 0,0025 до 0,025 мас.%.

Введение фуллероидов способствует более интенсивному прохождению процесса спекания политетрафторэтилена, а также его упрочнения за счет более прочных мелкодисперсных частиц фуллероидов.

Введение фуллероидов в количестве менее 0,0025 мас.% не дает желаемого эффекта, более 0,025 мас.% приводит к повышению коэффициента трения и увеличению коэффициента износа по сравнению с заявленными концентрациями.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице. Опробование проведено на материале, изготовленном из порошка бронзы по ТУ 02 18451-11-96, водной суспензии политетрафторэтилена марки Ф-4Д по ТУ 6-05-1246-76, модифицированный фуллероидными наномодификаторами по ТУ 1319-001-319684-01.

Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры были получены из корки катодного депозита, образующегося при термическом распылении графитового анода в атмосфере гелия, и нами идентифицированы. Имея в своем составе большое количество свободных радикалов, они способствуют более интенсивному протеканию процесса спекания и упрочняют материал, способствуя повышению его износостойкости и ресурса работы.

Введение политетрафторэтилена, модифицированного фуллероидными наномодификаторами, в поры бронзового каркаса проводилось посредством вакуумной пропитки суспензией Ф-4Д, после чего было проведено несколько циклов нанесения суспензии посредством окунания с последующей сушкой.

Определение триботехнических характеристик проводилось на машине трения относительно контртела из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т при следующих режимах:

1) давление 50 МПа (500 кг/см²), скорость 0,004 м/сек, PV=2 кг· м/см²· сек;

2) давление 30 МПа (300 кг/см²), скорость 0,25 м/сек, PV=75 кг· м/см²· сек.

Смазка осуществляется пресной водой. Коэффициент трения подсчитан по формуле

f=T/F_N,

где Т - сила трения;

F_N - усилие, прикладываемое к контртелу.

Относительный критерий износа (J) расчитывается по формуле

J=h/pL, где h - линейный износ, см;

р - удельное давление, кг/см²;

L - путь трения, см.

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность предложенного решения и выбранных концентраций.

Экономический эффект изобретения определяется повышением срока службы подшипников в 1,5-2 раза.

Экологический эффект определяется возможностью эксплуатации подшипников в естественных водоемах в составе гидротурбин со смазкой водой.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении износостойкости заявленного композиционного материала, ориентировочно в 1,5-2 раза.

Формула изобретения

Антифрикционный композиционный материал, включающий бронзовый пористый каркас и политетрафторэтилен с наполнителем, отличающийся тем, что в качестве наполнителя политетрафторэтилена использованы полиэдральные углеродные наноструктуры фуллероидного типа в виде частиц размером 20-200 мкм при их концентрации в политетрафторэтилене 0,0025-0,025 мас.%.