Способ формирования антифрикционного покрытия


 


Владельцы патента RU 2414545:

Тарасик Александр Вадимович (RU)

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу формирования покрытия на трущихся поверхностях, и может быть использовано для формирования прочного износостойкого покрытия в узлах трения гидравлических, прецизионных, механических систем, зубчатых и цепных передач, систем с циркуляционной смазкой, применяемых в автомобильной и в других отраслях промышленности. Согласно способу приготавливают вещество, формирующее антифрикционное покрытие, в виде предварительно измельченной композиции природных минералов, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: карпинскит 40-60, клинохлор 10-30, алевролит 20-50. Затем осуществляют смешивание упомянутого вещества с техническим маслом и введение в полученную смесь модификатора в виде фуллереновой сажи в количестве 0,3-0,8% от массы композиции природных минералов. После чего смесь размещают между трущимися поверхностями. Технический результат - снижение абразивного воздействия на трущиеся поверхности, улучшение удержания смазки. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу формирования покрытия на трущихся поверхностях, и может быть использовано для формирования прочного износостойкого покрытия в узлах трения гидравлических, прецизионных, механических систем, зубчатых и цепных передач, систем с циркуляционной смазкой, применяемых в автомобильной и в других отраслях промышленности.

Известен способ формирования сервовитной пленки на контактируемых и трущихся поверхностях, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями предварительно размещают механоактивированную смесь абразивоподобного вещества со связующим; в качестве абразивоподобного порошка используют природный серпентит дисперсностью 0,001-1 мкм в количестве 2-40 мас.%, RU 2006708 С1.

Этот способ не позволяет получать износостойкую (сервовитную) пленку, отвечающую современным требованиям, предъявляемым к подобного вида изделиям, так как образующая износостойкая пленка достаточно хрупка и характеризуется несплошностью, что приводит в конечном итоге к нестабильным результатам при эксплуатации изделий.

Известен способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями размещают предварительно механоактивированную смесь размельченного формирующего антифрикционное покрытие вещества со связующим. В качестве формирующего антифрикционное покрытие вещества используют композицию природных минералов, содержащую, мас.%: Mg3Si2O5(OH)4 10-60, MgFe2O4 10-60, MoS2 1-20, сопутствующие редкоземельные элементы 0,1-10, Н2O - не более 5; предварительную механоактивацию можно проводить с пульсацией давления 0,01 МПа при 100-200°C, RU 2160856 С1.

Недостатком этого способа является то, что композиция, выбранная для формирования антифрикционного покрытия, хотя и позволяет получит более высокие результаты по сравнению с описанным выше способом, однако формирование антифрикционной пленки на трущихся поверхностях происходит медленно. Кроме того, образующаяся на трущихся изделиях антифрикционная пленка обладает таким отрицательным качеством, как хрупкость и несплошность.

Известен способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, включающий измельчение исходной смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил - асбеста, офита, антигорита и лизардита, взятых в мас.%: 1:2,5-4,0:1,5-3,0:2,0-3,5, магниевого концентрата, получаемого при очистке высокоминерализованных термальных вод, характеризующегося содержанием оксидов, мас.%: MgO 80-88; СаО 10-18; Fe2O3-Al2O3 0,2-2,2; SiO2 1,6-3,5, с добавлением ПАВ в качестве диспергатора, измельчение до дисперсности 1-40 мкм, с последующим добавлением в полученную массу смеси сажи и фуллеренов, состоящей из 90% сажи и 10% фуллерена и нанокристаллического аморфного диоксида кремния, полученного из рисовой шелухи, с размерами частиц 20-100 нм, смешивание с последующей механоактивацией твердосмазочной композиции в количестве 3 г со связующим в количестве 197 г, размещением полученного состава между трущимися поверхностями и его приработкой, при этом размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит, мас.%: твердосмазочная композиция 1,5, связующее 98,5, причем твердосмазочная композиция содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

Смесь сажи с фуллеренами 4,5-5,5
Нанокристаллический аморфный диоксид кремния 6,5-7,5
Магниевый концентрат 25-35
Серпентин 45-65
ПАВ 7,5-11,5,

RU 2357123 С2.

Недостатком данного способа является использование компонентов, являющихся продуктами очистки высокоминерализованных термальных вод, а также продукта, являющегося результатом переработки рисовой шелухи, то есть для реализации заявленного способа необходима реализация двух других способов, что усложняет и удорожает технологию в целом и привязывает ее к конкретной местности, где имеются термальные воды определенного состава и предприятия по очистке определенных сортов риса от шелухи; компоненты, получаемые из термальных вод и рисовой шелухи, не стабильны по составу, что ведет к неопределенности результатов реализации способа по RU 2357123 С2.

Известен также способ формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей, включающий размещение между трущимися поверхностями смеси технического масла и вещества, формирующего антифрикционное покрытие, содержащего предварительно измельченную композицию природных минералов, содержащую минерал из группы серпентинов, клинохлор и алевролит, причем при приготовлении вещества, формирующего антифрикционное покрытие, применяют модификатор; в качестве минерала из группы серпентинов используют антигорит, в качестве вещества, формирующего антифрикционное покрытие, используют композицию природных минералов, содержащую, мас.%:

Антигорит 40-60
Клинохлор 20-50
Бурый алевролит 10-20,

причем при приготовлении вещества, формирующего антифрикционное покрытие, применяют модификатор, в качестве которого используют природный минерал шунгит в количестве 1-5% от массы указанных природных минералов композиции, RU 2264440 С1.

Данный способ, принятый в качестве прототипа настоящего изобретения, позволяет несколько снизить трение в триботехнических парах, а также частично, в небольшой степени восстанавливать изношенную поверхность.

Недостатком способа-прототипа является то обстоятельство, что не обеспечивается упрочнение материала трущихся элементов в зоне контакта; в результате в случае частичного нарушения целостности покрытия из-за недостаточной его адгезии с покрываемым элементом происходит местный износ, а также развиваются коррозионные процессы. Кроме того, при формировании покрытия оказывается абразивное воздействие на трущиеся поверхности в зоне формирования покрытия вследствие выраженных абразивных свойств шунгита, что увеличивает износ этих поверхностей в процессе формирования покрытия; кроме того, способ-прототип обеспечивает близкое к максимальному пятно контакта трущихся поверхностей за счет их практически идеальной гладкости, достигаемой после завершения процесса формирования покрытия, вследствие чего смазочные материалы плохо удерживаются между трущимися поверхностями, что увеличивает их износ и может привести к существенным механическим повреждениям трущихся элементов.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение упрочнения материала трущихся элементов в зоне их контакта, снижение абразивного воздействия на трущиеся поверхности в процессе формирования покрытия, а также улучшение удержания смазки (масла) между трущимися поверхностями триботехнических пар после завершения формирования покрытия.

Согласно изобретению в способе формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей, включающем приготовление вещества, формирующего антифрикционное покрытие, в виде предварительно измельченной композиции природных минералов, содержащей минерал из группы серпентинов, клинохлор и алевролит, смешивание упомянутого вещества с техническим маслом и размещение полученной смеси между трущимися поверхностями, приготавливают композицию природных минералов, содержащую в качестве минерала из группы серпентинов -карпинскит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карпинскит 40-60
клинохлор 10-30
алевролит 20-50,

при этом после смешивания вещества, формирующего антифрикционное покрытие, и технического масла в полученную смесь вводят модификатор в виде фуллереновой сажи в количестве 0,3-0,8% от массы композиции природных минералов; используют хромосодержащую форму клинохлора - кочубеит; в смесь технического масла и вещества, формирующего антифрикционное покрытие, добавляют ПАВ в количестве 2-5% от массы композиции природных минералов.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения обеспечиваются важные новые свойства заявленного объекта.

Вследствие того, что в качестве минерала из группы серпентинов впервые использован серпентин, содержащий никель, а именно карпинскит (karpinskite) - (MgNi)2Si2O5(OH)2, происходит ионное легирование никелем трущихся поверхностей благодаря электрическим и электрохимическим процессам, протекающих при весьма высокой температуре, создающейся в микрообъемах в зоне трения (свыше 1000°С). В результате происходит упрочнение защищаемых поверхностей, а также замедляются процессы коррозии. Использование в качестве модификатора фуллереновой сажи позволяет уменьшить (в сравнении с прототипом, где в качестве модификатора использован сильноабразивный материал - шунгит) абразивное воздействие на триботехнические поверхности, поскольку фуллереновая сажа представляет собой углеродный материал, содержащий фуллерены размером 10-50 нм. Кроме того, фуллерены, содержащиеся в фуллереновой саже, образуют на трущихся поверхностях своего рода каркас, который в процессе работы заполняется нафтеновыми составляющими смазочного материала; таким образом создается особый структурированный слой, надежно удерживающий масляный клин, в том числе в экстремальных условиях работы, при этом сохраняется близкое к максимально возможному пятно контакта в узле трения.

Использование хромосодержащей формы клинохлора - кочубеита обеспечивает дополнительное легирование поверхностей хромом, что дополнительно повышает износостойкость покрываемого материала, а также увеличивает его коррозионностойкость.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные выше новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».

Заявленный способ реализуют следующим образом.

Композицию природных минералов, содержащую карпинскит, кочубеит, алевролит, измельчают в молотковой мельнице до фракций 0,01-0,5 мм с последующей электромагнитной флотацией для удаления примесей железа. Полученный очищенный материал смешивают с техническим маслом марки МС-20 в жидкостном кавитационном дезинтеграторе в течение 30 минут, при этом массовое соотношение масла и минеральной композиции составляет (60-70):(0,5-1,0). В смесь технического масла и минеральной композиции может быть добавлено поверхностно-активное вещество (ПАВ) в количестве 2-5% от массы композиции природных минералов для улучшения их дисперсии в масле. Затем смесь отстаивают в течение 12 часов, осадок удаляют, а в образовавшуюся суспензию вводят модификатор - фуллереновую сажу. Дальнейшее смешивание осуществляют в механическом смесителе в течение 15 минут. Полученную смесь отстаивали в течение 6 часов, осадок удаляли, а оставшуюся суспензию для испытаний заливали в механизм с трущимися поверхностями с добавлением чистого моторного масла марки SAE 10W-40 в машину трения модели 2070 СМТ-1 по схеме скольжения подвижного ролика по неподвижному ролику. Ролики изготовлены из серого чугуна марки СЧ 20 ГОСТ 1412-85. Испытания проводились в течение 10 часов. Частота вращения подвижного ролика 300-1000 оборотов в минуту. Скорость скольжения 0,8-1 м/с. Нагрузка на неподвижный ролик - 200-600 Н. Для измерения микротвердости сформированного покрытия применялся микротвердометр «Micromet-11», Buchler, Германия. Для измерения шероховатостей поверхностей роликов до и после формирования покрытия использован комплекс «Профиль», Россия.

Массовое соотношение полученной суспензии и чистого масла составило 10%.

В примере 1 соотношение компонентов композиции природных минералов составляло, мас.%:

карпинскит 40
клинохлор (кочубеит) 10
алевролит 50,

количество фуллереновой сажи - 0,8 мас.% от массы указанной композиции. ПАВ добавлено в количестве 2 мас.% от массы композиции.

В примере 2 (мас.%):

карпинскит 50
клинохлор (кочубеит) 20
алевролит 30,

фуллереновая сажа 0,5 мас.% от массы композиции природных минералов, ПАВ не добавлялся.

Пример 3 (мас.%):

карпинскит 50
клинохлор (кочубеит) 30
алевролит 20,

фуллереновая сажа - 0,7 мас.%, ПАВ - 3 мас.% от массы минеральной композиции.

Пример 4 (мас.%):

карпинскит 40
клинохлор (кочубеит) 30
алевролит 30,

фуллереновая сажа - 0,8 мас.%, ПАВ - 5 мас.% от массы минеральной композиции.

Пример 5. Способ-прототип.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица.

Примеры № п/п Шероховатость поверхности, Ra Микротвердость, HV Коэффициент трения Изменение массы, г
1 0,42 559 0,03 +3,0*10-3
2 0,31 626 0,02 +3,5*10-3
3 0,44 619 0,03 +2,9*10-3
4 0,58 569 0,03 +3,0*10-3
5 0,81 392 0,06 +1,4*10-3

Реализация способа позволяет существенно уменьшить шероховатость поверхности трения, при этом график кривой Аббота сместился вверх и произошло перераспределение параметров в сторону увеличения масляных карманов примерно в два раза, что обусловливает значительное улучшение удержания масла между поверхностями трения.

Было также осуществлено испытание заявленного способа в отношении поверхностей трения деталей цилиндро-поршневой группы (вкладышей коленчатого вала, поршневого пальца, поршня, поршневых колец), обоймы роликовых подшипников качения коробки передач, зубьев и опорных шеек вала-шестерни масляного насоса, в течение более 10 суток. После этого был осуществлен визуальный мониторинг поверхностей с помощью измерительно-вычислительного комплекса «Latimet-Automatik» производства Германии. Установлено улучшение прирабатываемости деталей и уменьшение количества дефектов (вырывов, микротрещин и пр.). Исчезли грубые риски, оставленные в результате заводской обработки, либо полученные в результате штатной эксплуатации. Кроме того, были исследованы покрытия, образованные при использовании композиции, содержащей менее 40 мас.% и более 60 мас.% карпинскита.

Недостаток карпинскита отрицательно влияет на скорость образования антифрикционного покрытия, износостойкость и коррозионную стойкость, переизбыток ведет к повышенному абразивному износу поверхностей при формировании покрытия.

Недостаток клинохлора (менее 10 мас.%) ухудшает антифрикционные и антикоррозионные свойства покрытия, переизбыток (более 30 мас.%) ухудшает адгезию антифрикционного покрытия с покрываемым элементом триботехнической пары.

Недостаток алевролита (менее 20 мас.%) оказывает отрицательное воздействие на долговечность антифрикционного покрытия, переизбыток (более 50 мас.%) приводит к повышенному абразивному изнашиванию при формировании покрытия.

Недостаток фуллероновой сажи (менее 0,3 мас.%) замедляет образование антифрикционного покрытия и отрицательно сказывается на его антифрикционных свойствах. Избыток (свыше 0,8 мас.%) экономически нецелесообразно ввиду высокой стоимости фуллереновой сажи.

1. Способ формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей, включающий приготовление вещества, формирующего антифрикционное покрытие, в виде предварительно измельченной композиции природных минералов, содержащей минерал из группы серпентинов, клинохлор и алевролит, смешивание упомянутого вещества с техническим маслом и размещение полученной смеси между трущимися поверхностями, отличающийся тем, что приготавливают композицию природных минералов, содержащую в качестве минерала из группы серпентинов - карпинскит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карпинскит 40-60
клинохлор 10-30
алевролит 20-50,

при этом после смешивания вещества, формирующего антифрикционное покрытие, и технического масла в полученную смесь вводят модификатор в виде фуллереновой сажи в количестве 0,3-0,8% от массы композиции природных минералов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют хромсодержащую форму клинохлора - кочубеит.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в смесь технического масла и вещества, формирующего антифрикционное покрытие, добавляют ПАВ в количестве 2-5% от массы композиции природных минералов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам обработки узлов трения. .

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий путем переноса материала покрытия посредством цилиндрической щетки с металлическим ворсом. .
Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам плакирования щеткой, и может быть использовано для нанесения металла или сплава на твердую поверхность.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для обработки внутренних поверхностей деталей пластическим деформированием с одновременным нанесением покрытия.

Изобретение относится к устройствам для обработки материалов методом поверхностного пластического деформирования с одновременным нанесением покрытий из металлических материалов.

Изобретение относится к способу и устройству для нанесения покрытия на детали и может найти применение при нанесении покрытия на плоскостные детали, в частности на лицевые поверхности мебели, с помощью пленки.
Изобретение относится к способу формирования прочного износостойкого покрытия на трущихся поверхностях узлов трения и механизмов. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для модификации и восстановления металлических поверхностей узлов трения деталей машин, в частности насосов высокого давления, форсунок распылителей топливных систем дизельных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, редукторов и других деталей, условия эксплуатации которых требуют высоких триботехнических свойств.
Изобретение относится к области металлобработки, в частности, для повышения износостойкости деталей типа тел вращения путем фрикционно-механического нанесения антифрикционного плакирующего покрытия и сглаживающего электромеханического воздействия.

Изобретение относится к композициям для поверхностного упрочнения буровых инструментов

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к формированию (восстановлению) кромок деталей машин, и может быть использовано, например, для восстановления кромок гидродинамических турбин

Изобретение относится к области нанотехнологий, используемых для нанесения покрытий, и может найти применение в ракетостроении, авиационной и машиностроительной промышленности

Настоящее изобретение предусматривает способ тонкодисперсного осаждения порошка металлического лития или тонкой литиевой фольги на подложку, избегая применения растворителя. Способ включает осаждение порошка металлического лития или тонкой литиевой фольги на носитель, приведение носителя в контакт с подложкой, имеющей более высокое сродство к порошку металлического лития по сравнению со сродством носителя к порошку металлического лития, подвергание подложки, находящейся в контакте с носителем, воздействию условий, достаточных для переноса осажденных на носителе порошка металлического лития или литиевой фольги на подложку, и разделение носителя и подложки так, чтобы сохранить порошок металлического лития или фольгу металлического лития осажденными на подложке. Предотвращение снижения исходной зарядной емкости литиевой батареи является техническим результатом предложенного изобретения. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 9 пр., 1 табл.

Изобретение относится к способу модификации и восстановлению железосодержащих поверхностей узлов трения с помощью ремонтно-восстановительного состава и может быть использовано в авиационной промышленности, автомобильном и железнодорожном транспорте, машиностроении, полиграфии и пищевой промышленности. Предварительно готовят порошкообразную смесь дисперсионных частиц минералов, содержащую следующие компоненты, мас.%: клинохризотил - 40-45, ортохризотил - 25-30, лизардит ленточный - 10-20 и кластеры фуллерена - 5-10. Приготовленную смесь подают в зону обработки железосодержащих поверхностей узлов трения. Дисперсность смеси составляет 10-50 нм. Расход смеси составляет 0,005-0,010 г/см2. Повышается эффективность технологического процесса, снижается коэффициент трения железосодержащих поверхностей узлов трения за счет образования высокоуглеродистого феррокерамического защитного слоя, не взаимодействующего с углеводородными материалами, и повышается износостойкость модифицируемых поверхностей. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу вакуумно-дугового нанесения на подложку покрытия из каталитически активного материала и к подложке, полученной указанным способом. Осуществляют осаждение материала на одной или более сторон подложки в условиях вакуума в вакуумной камере. Предварительно подложку очищают путем введения газообразного восстановителя в вакуумную камеру. Наносят на подложку промежуточный слой у каталитически активного материала, который является таким же, как материал подложки или подобным ему. Температуру в вакуумной камере устанавливают 150°C-400°C. Затем осуществляют вакуумно-дуговое нанесение покрытия из по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, содержащей рутений, иридий, титан и их смеси, с подачей кислорода в ходе нанесения покрытия. Получают на одной или более сторонах подложки покрытие, по меньшей мере 99% которого не содержит составляющих, которые изначально содержались в подложке, и, по меньшей мере 99% покрытия, нанесенного на промежуточный слой, не содержит неокисленных металлов. На последнем этапе подложку с нанесенным покрытием извлекают из вакуумной камеры. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх