Способ формирования высокопрочных антифрикционных покрытий на металлических поверхностях


 


Владельцы патента RU 2463386:

Колесников Игорь Владимирович (RU)
Лапицкий Валентин Александрович (RU)
Колесников Владимир Иванович (RU)
Лапицкий Александр Валентинович (RU)
Сычев Алексей Александрович (RU)

Изобретение относится к области создания высокопрочных антифрикционных покрытий, преимущественно для пары трения гребень колеса-рельс и может быть использовано в различных узлах трения и в аэрокосмической технике. Способ включает электроискровое легирование поверхности с помощью электродов из ВК-6 или ВК-8, или стали 65Г, или бронзы с нанесением слоя толщиной 0,5-2,0 мм. После электроискрового легирования наносят фосфатирующий состав и прогревают поверхность струей пламени с температурой 650-750°C в течение 60-120 секун. Затем контактным методом наносят слой препрега толщиной 0,5-3,0 мм, представляющего собой ленту из углеродных волокон с параллельной укладкой, пропитанную 18-30% связующим, состоящим из смоляной части, представляющей собой смесь эпоксидированного ароматического амина (А) и эпоксидированного феноло-формальдегидного новолака (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40 и отвердителя - ароматического амина или смеси ароматических аминов в количестве от 25 до 70 мас.ч. на 100 мас.ч. смоляной части. Затем слой препрега нагревают газовой струей пламени из газопламенной горелки в течение 80-180 секунд при температуре струи 650-750°C. Обеспечивается нанесение антифрикционного покрытия, обладающего высокой теплостойкостью и повышенным коксообразованием при воздействии нагрева 800-1000°C, которое позволяет скреплять термостойкие углеродные волокна. 2 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к области создания высокопрочных антифрикционных покрытий, преимущественно для пары трения гребень колеса-рельс, обеспечивающую их защиту от износа в условиях воздействия больших нагрузок, и может быть использовано в различных узлах трения и в аэрокосмической технике для защиты поверхностей аппаратов от высокоэнтальпийных потоков.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является способ формирования антифрикционных покрытий, включающий нанесение первого слоя покрытия из высокопрочных материалов электроискровым методом (см. RU 2.210.626 C1, от 2002.01.31). Недостатком известного способа является применение ультразвука при воздействии на первый слой, что при нанесении покрытия на рельс крайне затруднительно, а также применение в качестве второго слоя пластичной жидкопорошковой смазки, недолговечность которой очевидна.

Задачей заявляемого решения является способ, обеспечивающий нанесение антифрикционного покрытия, в котором как первый, так и второй слой обладают прочностными свойствами на уровне сталей, причем второй из них, внешний, наряду с высокой прочностью, обладает антифрикционными свойствами, характерными для углеродных (графитовых) волокон, высокой прочностью сцепления с первым слоем, высокой теплостойкостью и повышенным коксообразованием при воздействии перегрева (800÷1000°C), которое позволяет скреплять термостойкие (выше 3000°C) углеродные волокна.

Технический результат достигается тем, что в процесс электроискрового легирования поверхности проводят с использованием электродов из ВК-6 или ВК-8, или стали 65Г, или бронзы с нанесением слоя толщиной 0,5-2,0 мм, после электроискрового легирования наносят фосфатирующий состав и прогревают поверхность струей пламени с температурой 650-750°C в течение 60-120 секунд, а затем контактным методом наносят слой препрега толщиной 0,5-3,0 мм, представляющего собой ленту из углеродных волокон с параллельной укладкой, пропитанную 18-30% связующим, состоящим из смоляной части, представляющей собой смесь эпоксидированного ароматического амина (А) и эпоксидированного феноло-формальдегидного новолака (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40, и отвердителя - ароматического амина или смеси ароматических аминов в количестве от 25 до 70 мас.ч. на 100 мас.ч смоляной части, затем слой препрега нагревают струей пламени из газопламенной горелки в течение 80-180 секунд при температуре струи 650-750°C.

Пример 1

Получение препрега

В ванну пропиточной машины заливают ацетоновый раствор связующего, состоящего из эпоксидированного анилина (смола ЭА, ТУ 2225-546-00203521-98), содержащего 35% эпоксидных групп, эпоксидированного новолака (смола ЭН-6, ТУ 6-05-241-489-86), содержащего 19% эпоксидных групп в соотношении 80:20 и отвердитель 3,3'дихлор-4,4' диаминодифенил-метан (ТУ 6-14-980-84) в стехиометрическом количестве, т.е. 50 мас.ч на 100 мас.ч смоляной части. Вязкость связующего доводят до 12 сек по ВЗ-4. За счет выбранной скорости протяжки и режима сушки осуществляют нанесение связующего в количестве до 20% от веса углеродного волокна. Пропитка ленты из однонаправленных углеродных волокон толщиной 5 микрон осуществляется обычным путем, сушка ленты проводится до минимальной липкости, обеспечивающей прилипание к металлу и легкий отрыв от прокладываемой упаковочной полиэтиленовой пленки. Полученный ленточный препрег хранится при Т=20±5°C в течение 3 месяцев в складских условиях.

Нанесение покрытия

Нанесение покрытия на защищаемую металлическую поверхность из стали М76 производится электроискровым методом - с помощью электрода из стали 65Г наносится слой толщиной 1,0 мм, обладающий определенной шероховатостью поверхности. На слой электроискрового покрытия наносится фосфатирующий состав, состоящий из смеси 40% ортофосфорной кислоты и хлористого цинка в соотношении 1:1 из расчета 200 г/м2, затем поверхность прогревается в течение 30 секунд струей пламени из газопламенной установки типа УПН-УЛ, после чего наносится препрег - лента из углеродных волокон. Далее, струей пламени с Т=700°C поверхность препрега прогревается в течение 120 секунд, достигая Т=180°C, при этом препрег отверждается и склеивается с первым слоем.

Примеры 2-5 осуществляются аналогично примеру 1 с изменением параметров в соответствии с таблицей 1.

Свойства покрытия приведены в таблице 2, из которой видны неоспоримые преимущества заявляемого способа.

Таблица 1
Условия выполнения заявленного способа по примерам 2-5
№ п\п Наименование параметра или материала Величина параметра или вид материала
2 3 4 5
1 Металл применяемого электрода для искрового легирования ВК-6 ВК-8 Сталь 65Г Бронза
2 Вид металлической поверхности, на которую наносят покрытие М76 М76 Сталь 45 Сталь 45
3 Толщина слоя, нанесенного электроискровым методом, мм 0,5 2 1 1
4 Вид фосфатирующего состава и его количество, г/м2 Смесь 40% ортофосфорной кислоты и хлорида железа 1:4, 100 Смесь 40% ортофосфорной кислоты и окиси цинка 1:1, 200 Смесь 40% ортофосфорной кислоты и окиси цинка 1:1,200 40% ортофосфорная кислота, 150
5 Режим прогрева фосфатирующего состава на поверхности металла, °C/сек 750/60 650/60 700/45 700/45
6 Состав смоляной части препрега Триглицедпараамино-
фенол (УП-610) и эпоксидированный новолак (УП-643), 95:5
Триглицедпараамино-
фенол (УП-610) и эпоксидированный новолак (УП-643), 95:5
Тетраглицидиловое производное 3,3' дихлор 4,4' диаминодифенилметан (смола ЭХД) и эпоксидированный новолак ЭН-6 60:40 Тетраглицидиловое производное 3,3' дихлор 4,4' диаминодифенилметан (смола ЭХД) и эпоксидированный новолак ЭН-6 60:40
7 Вид и количество отвердителя на 100 мас.ч. смоляной части, мас.ч. Бензамин Н (ТУ 2494-444-05763441-2004); 70 Бензамин Н (ТУ 2494-444-05763441-2004); 70 Полиамин (ТУ 2473-342-05763441-2001); 25 Полиамин (ТУ 2473-342-05763441-2001); 25
8 Общее содержание связующего в препреге, % 18 18 30 30
9 Толщина слоя препрега, мм 0,5 1,5 3 1,5
10 Режим воздействия газовой струи °C/сек 750/80 700/120 700/120 650/180
Таблица 2
Свойства покрытия, изготовленного по заявленному способу по примерам 1-5
№ п\п Наименование параметра Величина параметра
1 2 3 4 5
1 Предел прочности при сжатии, МПа 580 560 570 590 560
2 Предел прочности при сдвиге, МПа 640 680 680 670 650
3 Предел прочности при сжатии после воздействия 24 ч при 250°C, МПа 320 340 330 310 320
4 Коэффициент трения
5 Износостойкость

Способ формирования высокопрочных антифрикционных покрытий на металлических поверхностях, включающий электроискровое легирование поверхности с помощью электродов из высокопрочных металлов или сплавов, отличающийся тем, что электроискровое легирование проводят с использованием электродов из ВК-6 или ВК-8, или стали 65Г, или бронзы с нанесением слоя толщиной 0,5-2,0 мм, после электроискрового легирования наносят фосфатирующий состав и прогревают поверхность струей пламени температурой 650-750°C в течение 60-120 с, а затем контактным методом наносят слой препрега толщиной 0,5-3,0 мм, представляющего собой ленту из углеродных волокон с параллельной укладкой, пропитанную 18-30% связующим, состоящим из смоляной части, представляющей собой смесь эпоксидированного ароматического амина (А) и эпоксидированного фенолоформальдегидного новолака (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40 и отвердителя - ароматического амина или смеси ароматических аминов в количестве от 25 до 70 мас.ч. на 100 мас.ч. смоляной части, затем слой препрега нагревают газовой струей пламени из газопламенной горелки в течение 80-180 с при температуре струи 650-750°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанесения антифрикционных покрытий для высоконагруженных пар трения и может быть использовано для повышения износостойкости и снижения коэффициента трения трибосопряжения колесо-рельс в узлах трения различных машин, а также для защиты деталей различного оборудования от абразивного износа и других целей.
Изобретение относится к области поверхностного модифицирования полимерных изделий, металлизированных с одной или двух сторон. .

Изобретение относится к улучшенным системам покрытия, в частности к новым толстым покрытиям и способам их выполнения для получения режущих инструментов. .

Изобретение относится к антикоррозионным защитным покрытиям. .
Изобретение относится к получению покрытий для защиты поверхностей от коррозии. .
Изобретение относится к электротехнике, в частности к области изготовления светильников. .
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для нанесения кальцитных, апатитовых и композиционных покрытий на титановые имплантаты с целью защиты металла от коррозии жидкостями организма и придания шероховатости поверхности.

Изобретение относится к металлургии, а именно к конструктивному выполнению многослойного покрытия, и может быть использовано для защиты от водородной коррозии материалов энергетического, исследовательского и химического оборудования, функционирующего в водородсодержащей коррозионноактивной среде, в частности циркониевых конструкционных элементов ядерных установок.

Изобретение относится к оптимизированному твердому покрытию и заготовке, в частности режущему инструменту с нанесенным на него твердым покрытием, а также способу получения заготовки с покрытием, способу резания и способу получения обработанной заготовки.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты поверхности деталей машин из титановых сплавов, эксплуатирующихся в условиях морского климата.

Изобретение относится к отожженному и оцинкованному стальному листу, используемому при штамповке для производства автомобилей, бытовых электроприборов, строительных материалов и др

Изобретение относится к области упрочнения режущего твердосплавного инструмента и может быть использовано в машиностроении, в частности в технологии металлообработки

Изобретение относится к детали, имеющей износостойкую систему твердого покрытия на по меньшей мере части ее поверхности, а также к способу изготовления такой детали и к способу резания упомянутой деталью по меньшей мере отчасти твердого материала с твердостью по Роквеллу по меньшей мере 52 HRC

Изобретение относится к получению комбинированных покрытий для защиты от окисления при высокой температуре металлических материалов, в частности для защиты деталей двигателей от газовой и сульфидной коррозии
Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано при создании и эксплуатации двигателей различных классов и двигателей, различных по назначению
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении

Изобретение относится к установке и способу плазменной вакуумной обработки

Изобретение относится к электролитическому осаждению твердых износостойких покрытий
Наверх