Композиционный спеченный порошковый материал

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным спеченным материалам. Может использоваться для изготовления износостойких изделий в машиностроении. Композиционный спеченный порошковый материал содержит медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.% и фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%. Материал обладает высокой твердостью и низкой пористостью. 2 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам, и может быть использовано для изготовления износостойких изделий для машиностроения.

Известны композиционные порошковые меднографитовые материалы, содержащие порошок меди и графита в количествах от нескольких до 75% [Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев: Наук. думка, 1980. - С.237].

Недостатком таких материалов являются невысокие физико-механические характеристики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционный композиционный порошковый материал для узлов трения, включающий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.% и углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.% [Патент РБ 10808, МПК 7 С22С 9/00, 1/05, 2008 (прототип)].

Недостатками известного материала являются низкое значение твердости порошковой матрицы и высокая пористость материала. Задача изобретения состоит в повышении твердости материала, а также уменьшении его пористости.

Поставленная задача решается тем, что композиционный спеченный порошковый материал, содержащий медный порошок крупностью 100-160 мкм, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%, дополнительно содержит фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%.

Сущность изобретения состоит в следующем. Использование фуллеренов в количестве 0,02-0,04 мас.% позволяет наиболее равномерно в максимальной степени заполнить свободное межчастичное пространство в порошковой матрице, не перекрывая поверхности остальных гранул наполнителей. При этом повышается твердость и снижается пористость композиционного материала.

Содержание фуллеренов в композиции на основе металлической матрицы в количестве менее 0,02 мас.% недостаточно для эффективной реализации их уникальных антифрикционных и прочностных свойств. В результате снижается твердость и увеличивается пористость материала.

Если содержание фуллеренов более 0,04 мас.% происходит ухудшение эксплуатационных характеристик композиционного спеченного порошкового материала за счет того, что фуллерены, попадая в области контактного взаимодействия компонентов материала, разупрочняют порошковую матрицу, не позволяя создавать достаточно прочные металлические связи между частицами. При этом снижается твердость материала.

Для иллюстрации изобретения в табл.1 приведены составы композиционных спеченных порошковых материалов, а в табл.2 - их сравнительные свойства.

Составляющими компонентами композиционных порошковых материалов явились медный порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, гранулы графита марки ГМП, гранулы политетрафторэтилена ГОСТ 1007-72, гранулы порошка никеля ГОСТ 9722-79, гранулы порошка хрома, омедненные химическим способом, углеродные нанотрубки, полученные методом дугового испарения графитового стержня, и фуллерены, полученные в плазме электрической дуги.

Материалы получали методом спекания порошковых композиций в специальной прессформе на установке для электроконтактного спекания при следующих показателях технологического процесса:

усилие прижатия электродов, кН	95
ток, кА	17-19

Измерение твердости проводили на прессе Бринелля по ГОСТ 9012-59. Пористость спеченных композиционных материалов определяли методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18898-73.

Как следует из приведенных данных, заявляемый композиционный спеченный порошковый материал, по сравнению с известным, характеризуется пониженной пористостью и повышенной твердостью.

Таблица 1
Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики	Составы	композиционных	спеченных	порошковых	материалов
По прототипу	Запредельные	Заявляемые	Запредельные	Контроль- ные
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Крупность частиц медного порошка, мкм	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160
Содержание медного порошка в материале, мас.%	64	63,999	63,998	63,995	63,99	63,98	63,97	63,96	63,95	63,94	63,92	75,47	99,0
Крупность гранул омедненного графита, мкм	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	-
Содержание гранул омедненного графита в материале, мас.%	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	16,5	-
Содержание меди в гранулах омедненного графита, мас.%	73	73	73	73	73	73	73	73	73	73	73	73	-
Крупность гранул омедненного полимера, мкм	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	100-160	-

Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики	Составы	композиционных	спеченных	порошковых	материалов
По прототипу	Запредельные	Заявляемые	Запредельные	Контроль- ные
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Содержание гранул омедненного полимера в материале, мас.%	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	-
Содержание меди в гранулах омедненного полимера, мас.%	55	55	55	55	55	55	55	55	55	55	55	55	-
Крупность гранул омедненного никеля, мкм	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200	160-200
Содержание гранул омедненного никеля в материале, мас.%	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
Содержание меди в гранулах омедненного никеля, мас.%	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30

Компоненты композиционных спеченных порошковых материалов и их характеристики	Составы	композиционных	спеченных	порошковых	материалов
По прототипу	Запредельные	Заявляемые	Запредельные	Контроль- ные
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Крупность гранул омедненного хрома, мкм	50-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75	25-75
Содержание гранул омедненного хрома в материале, мас.%	7	7	7	7	7	7	7	7	7	7	7
Содержание меди в гранулах омедненного хрома, мас.%	35	35	35	35	35	35	35	35	35	35	35
Содержание углеродных нанотрубок, мас.%	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	-	-
Содержание фуллеренов, мас.%	-	0,001	0,002	0,005	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,08	0,03	1,0

Таблица 2
Номера составов композиционных спеченных порошковых материалов	Характеристики композиционных спеченных порошковых материалов
Твердость, НВ	Пористость, %
По прототипу	65	7
1	70	7
2	80	7
3	90	6
4	100	5
5	110	4
6	115	4
7	105	4
8	90	4
9	75	4
10	70	4
11	60	7
12	50	7
Примечание: Для определения характеристик были испытаны по 5 образцов из каждого композиционного спеченного порошкового материала и проведена статистическая обработка результатов испытаний.

Композиционный порошковый материал, полученный спеканием порошковой композиции, содержащей медный порошок крупностью 100-160 мкм в количестве 63,8-64,3 мас.%, гранулы омедненного графита крупностью 160-200 мкм в количестве 16-17 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного графита 70-75 мас.%, гранулы омедненного полимера крупностью 50-200 мкм в количестве 7-9 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного полимера 50-60 мас.%, гранулы омедненного никеля крупностью 100-200 мкм в количестве 3-5 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного никеля 25-35 мас.%, гранулы омедненного хрома крупностью 25-75 мкм в количестве 6-8 мас.% при содержании меди в гранулах омедненного хрома 30-40 мас.%, и углеродные нанотрубки в количестве 0,2-0,7 мас.%, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фуллерены в количестве 0,02-0,04 мас.%.