Металломатричный композит


 


Владельцы патента RU 2506335:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам, и может быть использовано при производстве подшипников скольжения. Металломатричный композит содержит, мас.%: сурьма - 10,0-12,0; медь - 0,5-1,5; карбид кремния - 1,0-15,0; углеродные нанотрубки - 0,5-10,0; олово - остальное. Материал обладает высокими антифрикционными и механическими свойствами и повышенной температурной стойкостью в условиях, при которых пара трения работает в условиях ограниченной смазки или кратковременного сухого трения. 2 табл.

 

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам. Может применяться в машино-, автомобилестроении, нефтехимической промышленности при производстве подшипников скольжения. Известны металломатричные композиты, состоящие из алюминиевой матрицы и усиливающих элементов в виде порошка карбида кремния [Axel Kolsgaard, Stig Brusethaug Settling of SiC particles in an AISi7Mg melt. Materials Science and Engineering, A173 (1993) 213-219]. Такой металломатричный композит обладает хорошими антифрикционными свойствами, однако имеет низкую коррозионную стойкостью.

Известен также металломатричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния (патент РФ №2017852, МПК С22С 32/00, опубликованный 15.08.1994, 3 стр.). Такой металломатричный композит обладает повышенной износостойкостью по сравнению с обычными бронзами, но нетехнологичен при изготовлении и ремонте оборудования.

Наиболее близким к заявляемому металломатричному композиционному материалу по назначению и составу является сплав на основе олова - баббит (патент РФ №2367696, МПК С22С 13/00, С22С 1/05, опубликованный 20.09.2009), содержащий в своем составе следующие основные элементы, мас.%

сурьма - 10,0-12,0

медь - 0,5-1,5

карбид кремния 1,0-15,0

олово - остальное.

Данный сплав рекомендуется использовать при изготовлении подшипников скольжения, работающих в различных в том числе и тяжелонагруженных машинах и агрегатах в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Этот сплав обладает хорошими антифрикционными и механическими свойствами и температурной стойкостью. Однако данный сплав обладает низкими коэффициентом трения при работе в условиях ограниченной смазки и невысокой допускаемой температурой при эксплуатации. Например, для изготовления крупногабаритных изделий антифрикционного назначения, например, судовых опорных подшипников гребных валов диаметром до 0,7 м, торцевых уплотнений гидротурбин диаметром до 4,0 м, подшипников скольжения судовых рулей, подшипников направляющих аппаратов гидротурбин, насосов и др., обычно используют баббиты. Однако узлы, изготовленные из баббитов, работают только при использовании масляной смазки. В условиях экстремальных нагрузок иногда масляной смазки недостаточно и проявляется явления схватывания, что ведет к появлению задиров трущейся пары, ухудшения ее работы и очень часто к поломке узла.

Задачей настоящего изобретения является создание металломатричного композиционного материала, обладающего улучшенными антифрикционными и механическими свойствами и повышенной температурной стойкостью в условиях, когда пара трения работает в условиях ограниченной смазки или кратковременного сухого трения. Получение композиционного металломатричного сплава с более высоким уровнем изложенных свойств обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и общего ресурса работы машин и агрегатов, где используются подшипники скольжения, работающие в условиях ограниченной смазки.

Поставленная в заявке задача решается тем, что металломатричный композит, содержащий олово, сурьму, медь, карбид кремния дополнительно содержит углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов, масс.%

сурьма - 10,0-12,0

медь - 0,5-1,5

карбид кремния - 1,0-15,0

углеродные нанотрубки - 0,5-10,0

олово - остальное.

Предложенный композиционный материал изготавливали следующим способом. Баббит Б83 расплавляли в печи сопротивления под слоем древесного угля. После достижения температуры 350-400°С снимали покровный слой древесного угля и затем вводили подготовленные брикеты порошка карбида кремния и нанотрубок. Ввод брикетов порошка карбида кремния и углеродных нанотрубок в расплавленный баббит сопровождался механическим замешиванием. Полученный композиционный сплав выливали в металлическую форму. Из полученных слитков вырезали образцы для определения твердости и антифрикционных свойств.

Поставленный технический результат достигается тем, что вводимые в матрицу углеродные нанотрубки являются дополнительным инградиентом для уменьшения коэффициента трения работающей пары в условиях ограниченной или ограниченной сухой смазки. Располагающиеся в мягкой матрице на границе трущейся поверхности подшипника углеродные нанотрубки формируют слой, приводящий к снижению коэффициента трения, за счет природного низкого коэффициента трения углерода, переводя работу подшипников из режима граничного трения в жидкостной или полужидкостной. Микроклинья углеродных нанотрубок, а также выступающие из мягкой основы твердые интерметаллиды SnSb и дисперсные частицы карбида кремния способны воспринимать большие, чем в известном сплаве, нормальные давления трущейся пары и снижать коэффициент трения, т.е. улучшать антифрикционные свойства металломатричного композиционного материала даже в условиях ограниченной смазки или кратковременной сухой смазки. В таблице 1 приведены варианты предлагаемого композиционного сплава.

Содержание углеродных нанотрубок в композите менее 0,5% не дает существенного снижения коэффициента трения в условиях ограниченной смазки, а увеличение концентрации более 10,0% приводит к ухудшению технологических свойств.

Результаты проведенных сравнительных испытаний представлены в таблице 2. Как следует из данных таблицы 2, предлагаемый металломатричный композиционный материал обладает более высокой твердостью, допускает более высокие нагрузки при трении в условиях ограниченной смазки и более высокую температуру, и одновременно имеет более низкий коэффициент трения.

Таблица 1
Компоненты Состав, мас.% Прототип
№ сплава 1 2 3 4
сурьма 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
медь 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
карбид кремния 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
углеродные нано-трубки 0,5 3,0 7,0 10,0 -
олово остальное остальное остальное остальное остальное
Таблица 2
Состав Твердость, НВ Максимальная нагрузка при испытаниях, МПа Коэффициент трения Температура масла, °С
Состав 1 25 4,0 0,03 45
Состав 2 30 6,0 0,03 48
Состав 3 40 12,0 0,02 50
Состав 4 40 13,0 0,01 65
Прототип 20 2,0 0,04 45

Металломатричный композит, содержащий олово, сурьму, медь и карбид кремния, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углеродные нанотрубки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сурьма 10,0-12,0
медь 0,5-1,5
карбид кремния 1,0-15,0
углеродные нанотрубки 0,5-10,0
олово остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам антифрикционных сплавов на основе олова, которые могут быть использованы для заливки подшипников.
Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам, и может быть использовано в машино-, автомобилестроении и нефтехимической промышленности.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в качестве антифрикционного сплава для заливки подшипников. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для заливки подшипников паровых турбин, турбокомпрессоров, турбонасосов. .
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам внепечного получения сплавов баббита. .
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к антифрикционным сплавам на основе олова. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, в частности, для получения антифрикционных сплавов для заливки подшипников. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения антифрикционных сплавов. .
Изобретение относится к прозрачным и бесцветным композициям, поглощающим инфракрасное излучение. Композиция содержит связующее, содержащее композицию, отверждаемую под действием излучения, и не более 500 частей на миллион, относительно общей массы композиции, частиц нестехиометрического оксида вольфрама общей формулы WO2,2-2,999 со средним размером первичных частиц не более 300 нанометров, диспергированных в связующем.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению монодисперсных наноразмерных порошков с заданными структурами и составом. Может использоваться в фармацевтической, пищевой, текстильной промышленности и других областях науки.

Настоящее изобретение относится к области фармакологии, наноматериалов и нанотехнологии и касается способа селективной доочистки наноалмазов от примесей нитрат-ионов и соединений, содержащих серу, которые могут использоваться в фармацевтике, заключающегося в том, что очищенный от шихты порошок наноалмаза обрабатывают водным раствором щелочи с концентрацией 0,01-1 моль/л при 20-100°C с последующей декантацией или центрифугированием образующейся суспензии, промывкой полученного осадка водой с применением ультразвуковой обработки, его отделением и сушкой.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается седативного средства, представляющего собой глицин, иммобилизованный на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Изобретение относится к области фармацевтики и медицины и касается антигипоксанта, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Зонд для сканирующего зондового микроскопа включает размещенный на острие кантилевера зарядовый сенсор в виде одноэлектронного транзистора, выполненного в слое кремния, допированном примесью до состояния вырождения, структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) на подложке.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению модифицированных нанопорошков оксида цинка. Может использоваться в качестве строительных герметиков, работающих при высоких деформирующих нагрузках и требующих повышенных значений обратимых относительных удлинений.

Способ изготовления относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов. Сущность способа заключается в том, что на световыводящей поверхности GaN-n или GaN-p типов осаждается просветляющее оптическое покрытие SiO2 и в нем формируется микрорельеф в виде наноострий с плотностью 107-108 шт/см2.

Изобретение относится к магнитомягкому композиционному материалу, включающему аморфный магнитомягкий сплав в виде частиц и легкоплавкое стекло. Материал характеризуется тем, что он дополнительно содержит кристаллы альфа кварца наноразмеров, распределенные в стекле и образующие вместе с ним стеклокристаллическое связующее.

Изобретение может быть использовано в защитных очках, шлемах, масках, щитках и экранах для защиты глаз человека от ослепляющего лазерного излучения. Светофильтр включает прозрачную подложку и нанесенные на нее три элемента, содержащих интерференционные покрытия из чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления (ВН)к.

Изобретение относится к области магнитных наноэлементов. В магниторезистивной головке-градиометре, содержащей подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположены соединенные в мостовую схему немагнитными низкорезистивными перемычками четыре ряда последовательно соединенных такими же перемычками в каждом плече мостовой схемы тонкопленочных магниторезистивных полосок, содержащих каждая верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, первый изолирующий слой поверх тонкопленочных магниторезистивных полосок, на котором сформирован первый планарный проводник с рабочими частями, расположенными над тонкопленочными магниторезистивными полосками, и второй изолирующий слой, второй планарный проводник, проходящий над и вдоль рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски, и защитный слой, при этом все тонкопленочные магниторезистивные полоски расположены в один ряд, во всех тонкопленочных магниторезистивных полосках ОЛН ферромагнитной пленки направлена под углом 45° относительно продольной оси тонкопленочной магниторезистивной полоски, а рабочее плечо мостовой схемы, ближайшее к краю головки-градиометра, удалено от трех балластных плеч мостовой схемы, ширина балластной тонкопленочной магниторезистивной полоски в N раз меньше ширины рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски, а балластный ряд мостовой схемы состоит из набора N параллельно соединенных тонкопленочных магниторезистивных полосок. Изобретение обеспечивает ослабление действующего на магниторезистивную головку-градиометр локального магнитного поля и увеличение чувствительности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх