Способ получения композиционного антифрикционного покрытия


 


Владельцы патента RU 2556155:

Акционерное общество "Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)

Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия на стальных изделиях, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур. Осуществляют послойное нанесение никель-фосфорного слоя, наносимого химическим осаждением, слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия, наносимого на слой алюмохромфосфатного связующего. Слой алюмохромфосфатного связующего наносят путем погружения стального изделия с никель-фосфорным слоем в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, после чего проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут и охлаждение стального изделия до комнатной температуры. Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии следующего состава, г/л: хлорид кадмия - 10-30, азотнокислый цинк - 20-50, оксид магния - 12-36, азотнокислое серебро - 10-20, ортофосфорная кислота - 200-280, азотная кислота - 5-20, дисульфид молибдена - 200-250 и дистиллированная вода до 1 литра. Затем проводят термическую обработку при 300°C в течение 120 минут. Твердое смазочное покрытие наносят кистью или окунанием. Обеспечивается увеличение износостойкости, а также улучшение трибологических свойств покрытия на узлах трения, работающих в условиях повышенных температур и нагрузок. 2 табл.

 

Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур.

Известен способ получения металлоалмазных химических покрытий (см. патент РФ №2375494 C2, C23C 18/16, C23C 18/36 от 01.08.2007).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения химических покрытий на деталях из различных материалов (металлы, керамика, полимеры), которые работают в условиях повышенного износа, высоких давлений, температур, в присутствии агрессивных сред.

Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения в узлах трения без смазочного материала.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является способ получения антифрикционного композиционного покрытия на изделии из стали (см. патент РФ №2455391 C1, C23C 28/00, C23C 18/36, 11.01.2011).

Данное покрытие получено методом химического осаждения с нанесение на поверхность алюмохромфосфатного связующего и обладает низким коэффициентом трения и хорошими коррозионными свойствами.

Недостатком данного покрытия является низкая износостойкость при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.

Задачей изобретения является получение покрытия с улучшенными трибологическими свойствами, а именно увеличение износостойкости при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.

Данная задача решалась путем послойного нанесения на поверхность трения вначале никель-фосфорного покрытия путем химического осаждения, затем слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия. При этом никель-фосфорное покрытие, наносимое на очищенную стальную поверхность химическим осаждением, обеспечивает высокую адгезию и коррозионную стойкость. В качестве раствора может быть использован следующий состав, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, гипофосфит натрия 21-25, тиомочевина 0,002.

Для алюмохромфосфатного слоя берут готовую смазку (ТУ 2149001-58242765-2008). Алюмохромфосфатное связующее наносят путем погружения изделий в раствор с алюмохромосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, а затем проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут. Этот слой обеспечивает хорошую связку никель-фосфорного слоя с последующим твердым смазочным слоем.

Поверхностный слой, наносимый на алюмохромфосфатную связку представляет собой твердое смазочное покрытие, изготовленное из суспензии следующего состава, г/л:

Хлорид кадмия 10-30
Азотнокислый цинк 20-50
Оксид магния 12-36
Азотнокислое серебро 10-20
Ортофосфорная кислота 200-280
Азотная кислота 5-20
Дисульфид молибдена 200-250
Дистиллированная вода до 1 литра

После нанесения слоя твердого смазочного покрытия изделие подвергают термической обработке при температуре 300°C в течение 120 минут. Этот слой твердого смазочного покрытия придает покрытию высокие антифрикционные свойства.

Сущность изобретения состоит в том, что полученное трехслойное покрытие обладает высокой адгезией к поверхности трения, хорошим сцеплением между слоями и низким коэффициентом трения, что позволяет значительно повысить износостойкость покрытия при работе в условиях повышенных температур и высоких нагрузок.

Способ получения покрытия

Для получения покрытия на металлической поверхности осаждают никель-фосфорное покрытие из рабочего раствора следующего состава г/л: хлористого никеля - 21, уксусно-кислого натрий - 10, гипофосфита натрия - 25, порошок тиомочевины - 0,002. Вода используется дистиллированная. Обрабатываемые изделия, предварительно обезжиренные венской известью, травят в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°C в течение 30-60 сек, промывают водой и помещают в сосуд с рабочим раствором. Через 2-3 мин в раствор, помешивая, добавляют 5-6 г дисульфида молибдена. Время осаждения составляет 0,2-1 час. Изделия промывают холодной проточной водой, проводят термическую обработку изделий при температуре 200-210°C в течение 10-15 мин и охлаждают на воздухе.

Затем изделия погружают в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдерживают в течение 1 мин. Далее проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 мин. Изделию дают остыть до комнатной температуры и наносят слой твердого смазочного покрытия.

Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии, которую готовят следующим образом: смешивают расчетное количество ортофосфорной и азотной кислоты и 100 мл дистиллированной воды, добавляют расчетное количество хлорида кадмия, азотнокислого цинка и оксида магния, механически перемешивают до полного растворения компонентов.

В отдельной посуде смешивают расчетное количество азотнокислого серебра с оставшимся количеством дистиллированной воды до полного растворения. Далее добавляют дисульфид молибдена и размешивают до получения однообразной жидкой массы.

Оба раствора соединяют и перемешивают.

Полученную суспензию наносят на металлические изделия с помощью кисти или окунанием. После нанесения твердого смазочного слоя проводят термическую обработку в термическом шкафу по следующему режиму: при температуре 300°C в течение 120 минут.

В таблице показаны результаты испытаний полученных покрытий и их сравнение с прототипом.

Испытания трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, разработанной во ФГУП ОКТБ «ОРИОН», по схеме шар-плоскость, скорость перемещения V=0,04 м/с, нормальной нагрузке 1000 МПа (удельное давление, создаваемое в зоне трения по Герцу), при температуре +23°C, +150°C, +350°C. Композиционное антифрикционное покрытие наносилось на образцы из стали, в качестве контртела использовались стальные образцы из стали ШХ15. По окончании испытаний измерялся весовой износ.

В таблице 1 представлены составы 4 композиций суспензии для твердого смазочного покрытия.

В таблице 2 представлены результаты физико-механических испытаний антифрикционных покрытий.

Таблица 1
Состав Соотношение компонентов, г/л
1 2 3 4
Хлорид кадмия 10 15 20 30
Азотнокислый цинк 20 30 40 50
Оксид магния 12 24 30 36
Азотнокислое серебро 10 15 20 20
Ортофосфорная кислота 200 230 260 280
Азотная кислота 5 10 15 20
Дисульфид молибдена 200 220 240 250
Дистиллированная вода до 1 литра до 1 литра до 1 литра до 1 литра
Таблица 2
Физико-механические свойства 1 2 3 4 Прототип
Коэффициент трения
+20°C 0,08 0,06 0,07 0,08 0,12
+150°C 0,07 0,07 0,07 0,07 0,14
+350°C 0,18 0,17 0,16 0,2 -
Скорость изнашивания, мг/ч
+20°C 1,9 1,7 2,0 2,0 3,2
+150°C 2,8 2,6 3,3 3,5 6,5
+350°C 3,8 3,5 4,0 4,5 -

Результаты, приведенные в таблице, подтверждают, что композиционное антифрикционное покрытие обладает улучшенными трибологическими свойствами, повышенной износостойкостью и коэффициентом трения. Разработанное покрытие испытано на опытном предприятии ФГУП ОКТБ «ОРИОН», и полученные покрытия имеют высокие физико-механические показатели.

На основании вышеизложенного, а также с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанное нами «Антифрикционное композиционное покрытие» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищено патентом Российской Федерации.

Способ получения композиционного антифрикционного покрытия на стальном изделии, включающий послойное нанесение никель-фосфорного слоя путем химического осаждения и слоя алюмохромфосфатного связующего, отличающийся тем, что слой алюмохромфосфатного связующего наносят путем погружения стального изделия с никель-фосфорным слоем в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, после чего проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут, охлаждение стального изделия до комнатной температуры, нанесение слоя твердого смазочного покрытия из суспензии следующего состава, г/л:

Хлорид кадмия 10-30
Азотнокислый цинк 20-50
Оксид магния 12-36
Азотнокислое серебро 10-20
Ортофосфорная кислота 200-280
Азотная кислота 5-20
Дисульфид молибдена 200-250
Дистиллированная вода до 1 литра

и проведение термической обработки при 300°C в течение 120 минут, при этом твердое смазочное покрытие наносят кистью или окунанием.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к диффузионному поверхностному легированию металлических материалов и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента.

Изобретение относится к алмазным инструментам, на поверхности корпуса которых методом электрохимического осаждения нанесен металлический связующий материал, содержащий алмазные зерна.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания износостойких покрытий на рабочих поверхностях осевых режущих инструментов за счет увеличения стойкости инструментов и ресурса работы инструментов, который достигается многократностью переточек.

Изобретение относится к пластине для режущего инструмента, предназначенной для обточки закаленных и инструментальных сталей. Пластина для режущего инструмента содержит корпус из твердого сплава и покрытие.

Изобретение относится к области деталей с покрытием и их получению. Многослойное покрытие содержит по меньшей мере один слой типа А, причем слой типа А, по существу, состоит из (AlyCr1-y)X, где Х - один элемент группы, состоящей из N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO и CNBO, y описывает стехиометрический состав фракции металлической фазы, по меньшей мере один слой типа В, причем слой типа В, по существу, состоит из (AluCr1-u-v-wSivMew)X, где Х означает один элемент группы, состоящей из N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO или CNBO, причем Me обозначает один элемент группы, состоящей из W, Nb, Mo и Та, или смесь двух или более составляющих этой группы, u, v и w описывают стехиометрический состав фракции металлической фазы, причем отношение толщины указанного слоя типа А к толщине указанного слоя типа В больше 1.
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к созданию покрытий для режущих инструментов. В двухслойном износостойком покрытии на рабочей части режущего инструмента верхний слой выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,3-0,5 мкм и твердостью 70-100 ГПа, а нижний слой, расположенный на поверхности рабочей части инструмента, выполнен из карбида титана с содержанием углерода 30-45 ат.% толщиной 1-1,5 мкм и твердостью 25-40 ГПа.

Изобретение относится к многослойным системам, создающим термический барьер. Подложка с покрытием, создающим термический барьер, содержит упомянутую подложку, упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев, при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке.

Настоящее изобретение относится к покрытому элементу, защитному покрытию, а также к способу получения этого покрытия и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента, частей двигателей и газовых турбин.
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов.

Изобретение относится к химическим производствам, в частности к металлоксидному электроду, технологии его изготовления и применению в аналитической химии. .

Настоящее изобретение относится к продукту для горячей обработки металлов давлением, который представляет собой порошковую смесь из неорганических плавких компонентов, средний размер частиц которых составляет не более 500 мкм, включающую фосфатные, боратные и галогенидные компоненты, причем фосфатные компоненты выбирают из группы фосфатов натрия или калия, либо их смесей, боратные компоненты выбирают из группы, включающей борную кислоту, борный ангидрид, метаборат натрия и их смеси, а галогенидные компоненты выбирают из групп щелочных и/или щелочноземельных металлов, при этом соотношение между фосфатными и галогенидными компонентами определяется выражением (1): 2,0<Ф:Г<75, где Ф - суммарное содержание фосфатных компонентов, мас.%; Г - суммарное содержание галогенидных компонентов, мас.%.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к обработке поверхностей узлов трения, и может быть использовано как при обработке новых деталей и узлов трения, так и при ремонтно-восстановительных работах. Триботехническая композиция для металлических узлов трения включает серпентинит Mg6[Si4O10][OH]8 с содержанием в композиции в диапазоне 30-40 мас.%, хлорит H4Mg2Al2SiO9 с содержанием в композиции 20,0-30,0 мас.%, барит BaSO4 с содержанием 20,0-30,0 мас.%, коалинит Al4[Si4O10](OH)8 с содержанием 10,0-15,0 мас.% и сферокобальтит СоСО3 с содержанием 10,0-20,0 мас.%.

Настоящее изобретение относится к смазочной масляной композиции, включающей 100 масс. частей смазки и от 0,01 до 3,0 масс.
Изобретение относится к созданию композиционного антифрикционного твердого смазочного покрытия. Композиция антифрикционного твердою смазочного покрытия содержит дисульфид молибдена, азотную кислоту, фосфорную кислоту, азотнокислое серебро, оксид меди, дополнительно содержит тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс, суспензию фторопласта Ф-4Д и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: дисульфид молибдена 50-56; тетраэтилтиурамдисульфида медный комплекс 4-8; азотнокислое серебро 2-4; азотная кислота 3-7; фосфорная кислота 10-12; оксид меди 1-3; суспензия фторопласта Ф-4Д 13-15; вода остальное.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке узлов трения нового оборудования для продления межремонтного периода оборудования, а также при проведении ремонтно-восстановительных работ на изношенном оборудовании без его разборки.

Изобретение относится к области полимерного материаловедения и может быть использовано в машиностроении для изготовления смазочных материалов. .

Изобретение относится к технологии получения смазочных материалов, в частности к антифрикционным суспензиям, которые могут быть использованы при производстве консистентных смазок, предназначенных для высоконагруженных узлов трения машин и механизмов, а также при приработке новых деталей в узлах трения и при ремонтно-восстановительных операциях.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к модификаторам трения, используемым для нанесения на бандажи колес железнодорожного подвижного состава.

Изобретение относится к гелевой мультимодальной добавке, включающей наполнитель, дисперсионную среду, структурообразователь, а именно 12-оксистеарат натрия, модификатор реологических свойств, а именно винипол с молекулярной массой 12000, при этом в качестве наполнителя используют олеофилизованный антигорит, имеющий удельную поверхность не менее 70 м2/г и твердость по Виккерсу не более 1 ГПа, а в качестве дисперсионной среды применяют минеральное моторное масло с содержанием ароматических фракций 70-80%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: олеофилизованный антигорит - 25-35; минеральное моторное масло - 55-65; структурообразователь - 2-5; модификатор реологических свойств - 5-8. Техническим результатом настоящего изобретения является расширение эксплуатационных возможностей добавки, полная компенсация износа материалов трения в процессе их эксплуатации, повышение трибологических и вязко-температурных свойств базовых смазочных материалов, нивелирование абразивного воздействия наполнителя добавки на металлические детали трения за счет оптимизации подбора компонентов добавки по термодинамическому, кинетическому и механическому критериям. 1 ил., 5 табл., 5 пр.
Наверх