Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях



Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях
Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях
Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях
Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях
Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях
Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях
Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях

 


Владельцы патента RU 2634100:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к способу получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ. Проводят гидродинамическую кавитационную диспергацию модифицированного вермикулита в углеводородном связующем с частотой 200 Гц не менее 30 мин с получением дисперсных твердых частиц крупностью меньше 1 мкм и размещают полученную композицию между контактирующими поверхностями пары трения. Модифицированный вермикулит получают путем обработки раствором 6 - 12% соляной кислоты из расчета 10 - 15 мл указанного раствора соляной кислоты на 1 г вермикулита, введением в раствор полистирола в толуоле, содержащего 1 г полистирола на 100 мл толуола, и помешиванием суспензии с доведением до кипения и кипятят 5 часов, после чего суспензию фильтруют, а осадок сушат на воздухе в течение 24 часов. Обеспечивается повышение триботехнических свойств антифрикционной композиции за счет повышения относительной подвижности твердых частиц композиции, при этом повышаются стабильность, прочность и долговечность антифрикционного покрытия. 6 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к смазочным композициям и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ.

Известен способ получения композиции для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей, представляющий собой смесь вспученного вермикулита, полимагнийфенилсилоксана и углеводородного связующего. Полимагнийфенилсилоксан используется для модифицирования поверхности вермикулита, при этом антифрикционную композицию получают путем смешивания упомянутых смеси и связующего в гидродинамическом кавитационном диспергаторе с получением дисперсных твердых частиц крупностью меньше 1 мкм, а антифрикционное покрытие получают при трении контактирующих поверхностей (см. RU 2559077, МПК С23С 26/00, В23Р 6/00, 2015).

Недостаток этого решения - существенная абразивность компонентов материала, входящих в состав вермикулита, что ограничивает применение данного состава для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей до случаев обработки поверхностей, имеющих задиры, нагартовки на черных металлах (в пределах допуска).

Известен также способ получения антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в размещении между ними антифрикционной композиции, модифицирующей контактирующие трущиеся поверхности, содержащей смешанную с углеводородным связующим смесь природных дисперсных серпентинсодержащего материала и вспученного вермикулита (см. RU 2361015, МПК С23С 26/00, В23Р 6/00, 2008).

Недостаток этого решения - недостаточно высокие триботехнические характеристики антифрикционной композиции, необходимость использования в составе смеси достаточно дефицитного компонента - чистого серпентинсодержащего минерала (распространенного далеко не во всех регионах страны). Кроме того, авторы изобретения не приводят каких-либо данных определения триботехнических свойств композиции по принятым методикам, что не позволяет сопоставить характеристики известного материала с аналогичными характеристиками других композиций сходного назначения.

Известен способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях, включающий размещение между контактирующими трущимися поверхностями антифрикционной композиции, содержащей вермикулит, модифицированный магнийфенилсилоксаном, и углеводородное связующее, при этом антифрикционную композицию подвергают гидродинамической кавитационной диспергации с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 мин с получением дисперсных твердых частиц крупностью меньше 1 мкм (см. RU 2559077, МПК С23С 26/00, 2015).

Недостаток этого решения - существенная абразивность вермикулита, что ограничивает применение данного состава для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей, имеющих задиры.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение триботехнических характеристик антифрикционной композиции.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в снижении фрикционных качеств композиции за счет удаления значительной части абразивных элементов, таких как Al2O3, TiO2 и др. При этом обеспечивается возможность изменения структуры вермикулита при использовании недорогого и широко распространенного вермикулита. Кроме того, обеспечивается возможность плакирования частиц модифицированного вермикулита при использовании полистирола. При этом создается основа, на которой формируется металлокерамическое покрытие. Благодаря этому повышаются стабильность, прочность и долговечность антифрикционного покрытия.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях, включающий размещение между контактирующими трущимися поверхностями антифрикционной композиции, содержащей модифицированный вермикулит и углеводородное связующее, при этом антифрикционную композицию подвергают гидродинамической кавитационной диспергации с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 мин с получением дисперсных твердых частиц крупностью меньше 1 мкм, отличается тем, что в процессе модификации вермикулит обрабатывают раствором 6-12% соляной кислоты из расчета ее 10-15 мл на 1 г вермикулита, после чего сухой вермикулит крупностью 5-20 нм вводят в раствор полистирола в толуоле, содержащий 1 г полистирола на 100 мл толуола, после чего суспензию с помешиванием доводят до кипения и кипятят 5 часов, после чего суспензию фильтруют, осадок сушат на воздухе в течение 24 часов.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

Признак, указывающий, что «в процессе модификации вермикулит обрабатывают раствором 6-12% соляной кислоты из расчета 10-15 мл 6-12% соляной кислоты на 1 г вермикулита», позволяет уменьшить как количество абразивных элементов, так и размер частиц на два порядка.

Признаки, указывающие, что «сухой вермикулит крупностью 5-20 нм вводят в раствор полистирола в толуоле, содержащий 1 г полистирола на 100 мл толуола, после чего суспензию с помешиванием доводят до кипения и кипятят 5 часов, после чего суспензию фильтруют, осадок сушат на воздухе в течение 24 часов», приводят к понижению величины максимальной сорбции как основного, так и кислотного красителя (табл. 2). Это связано прежде всего с уменьшением удельной поверхности и повышением гидрофобности.

Заявленный способ иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана морфология поверхности исходного вермикулита; на фиг. 2 - морфология поверхности вермикулита, обработанного кислотой; фиг. 3 - дифрактограмма исходного вермикулита; фиг. 4 - дифрактограмма вермикулита после модификации 12% соляной кислотой; на фиг. 5 - дифрактограмма вермикулита, обработанного полистиролом; фиг. 6 - ИК-спектры исходного вермикулита.

Способ осуществляют следующим образом.

Вермикулит обрабатывают раствором 6-12% соляной кислоты (на 1 г вермикулита 10-15 мл 6-12% соляной кислоты). Для получения композита 10 г вермикулита, обработанного 6-12%-ным раствором соляной кислоты, помещают в колбу объемом 0,25 л, приливают 50 мл раствора полистирола в толуоле (50 мл толуола + 0,5 г полистирола), с помешиванием доводят до кипения и кипятят в течение 5 часов. Далее суспензию фильтруют, осадок сушат на воздухе в течение 24 часов. Количественный выход продукта составил 10,6 г.

Количество кремния после обработки вермикулита кислотой увеличивается за счет значительного снижения содержания магния, алюминия и железа (табл. 1), а также частично из-за высокого значения рН, равного 10.

Исходный вермикулит после механической активации (фиг. 1) имеет плотную кристаллическую поверхность гидрослюды и размер частиц примерно 5 мкм. После обработки кислотой размеры частиц уменьшаются до 6-10 нм (фиг. 2). Таким образом, модифицирование вермикулита кислотой позволяет уменьшить как количество абразивных элементов, так и размер частиц на два порядка.

Вермикулит имеет слоистую структуру, причем размер «галереи» [1] равен 14,3 Ǻ - 9,2 Ǻ = 5,1 Ǻ. При обработке кислотой происходит увеличение размера «галереи» за счет извлечения ионов алюминия, железа и магния.

Известно, что минералы (серпентинит, алюмосиликат и т.д.) в исходном состоянии имеют кристаллическую структуру, однако полиморфные структуры обладают большей износостойкостью. Для полиморфитизации алюмосиликата его подвергли кислотному гидролизу и последующему модифицированию. После кислотного гидролиза дифрактограмма алюмосиликата (фиг. 4) разрушается и становится аморфной. На дифрактограмме имеются отражения в области 2° и 22°, т.е. полученная структура очень похожа на структуру перлита, не характерную для вермикулита. Первое отражение, отвечающее межплоскостному расстоянию несколько сдвигается в область малых углов, т.е. больших расстояний (22 Ǻ). При этом второе отражение, отвечающее расстоянию внутри силоксановой цепи не изменяется. Изменение для d1 составляет примерно 10,5 Ǻ.

На дифрактограмме образца вермикулита, обработанного полистиролом, наблюдается интенсивное отражение d100, 14.00 Ǻ. «Галерея» в этом случае несколько меньше - на 0.3 Ǻ (около 2%) по сравнению с исходным вермикулитом (фиг. 5). Сравнение спектров (фиг. 3 и 5) показывает, что исчезают отражения в средней части спектра, отвечающие высокой степени кристалличности. Это связано с появлением полимерного углеродсодержащего покрытия на поверхности гранул вермикулита.

Обработка вермикулита полистиролом приводит к понижению величины максимальной сорбции как основного, так и кислотного красителя (табл. 2). Это связано прежде всего с уменьшением удельной поверхности и повышением гидрофобности. Последнее подтверждается данными ИК-спектроскопии. В ИК-спектре образца, обработанного полистиролом, практически исчезают полосы поглощения при 3200-3600 см-1, отвечающие колебаниям связи Н-O силанольного гидроксила и адсорбировано-связанной воды. При этом наблюдаются полосы при 3026-3000 см-1, отвечающие валентным колебаниям связи С-Н в фенильном радикале.

Таким образом, модификация вермикулита полистиролом приводит к изменению природы поверхности за счет появления углеродсодержащего покрытия.

Модифицированный вермикулит вводят в дизельное топливо из расчета 220-300 г смеси на литр и подвергают гидродинамической кавитационной диспергации с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 минут, которые определяют режимные параметры способа, обеспечивающие получение антифрикционной композиции.

Модифицирование поверхности вращающегося образца проводили фрикционно-механическим методом при нагрузке 400 Н в течение 1 мин. Толщина модифицированного слоя достигает 1 мкм.

Нагрузку при формировании покрытия и трибоиспытаниях изменяли в соответствии с режимами, приведенными в табл.3. Время получения покрытия и трибоиспытаний каждой пары трения составляло 1 час.

Исследования триботехнических свойств покрытий проводили на универсальной машине трения модели УМТВК производства АО «АвтоВАЗ» по схеме «ролик - колодка» при постоянной скорости скольжения 0,63 м/с. Для триботехнических испытаний образцы изготавливали из стали 40Х твердостью 230 НВ в форме роликов диаметром 45 мм, шириной 10 мм. Перед проведением испытаний образцы полировали до Ra=0,32 мкм.

В качестве неподвижного образца использовались колодки, вырезанные из вкладышей судовых среднеоборотных дизелей типа «Rillenlager» («Miba» 33). Смазку пары трения осуществляли капельным способом (5-6 капель в минуту). Для смазки применялось работающее дизельное масло марки М-14-Д2(цл 30) ГОСТ 12337-84.

В результате сравнительных испытаний установлено (табл. 4), что модифицирование стали композитом вермикулит + HCl + полистирол существенно снижает скорость изнашивания стали при нанесении покрытия по сравнению с композитом вермикулит + полимагнийфенилсилоксан (ПМФС) (более чем в 3 раза).

В процессе триботехнических испытаний пары трения «вал - вкладыш» при различных упрочняющих покрытиях установлено, что скорость изнашивания стали, модифицированной композитом вермикулит + HCl + полистирол, меньше в 2 раза по сравнению с покрытием, полученным при использовании композита вермикулит + ПФС, скорость изнашивания антифрикционного покрытия вкладыша также ниже.

Литература

1. S. Sinha Ray, М. Bousmina. Biodegradable polymers and their layered silicate nanocomposites // Progress in Materials Science. - 2005. - V. 50. - P. 962-1079.

Способ получения антифрикционной композиции для обработки контактирующих поверхностей пары трения, включающий проведение гидродинамической кавитационной диспергации модифицированного вермикулита в углеводородном связующем с частотой 200 Гц не менее 30 мин с получением дисперсных твердых частиц крупностью меньше 1 мкм и размещение полученной композиции между контактирующими поверхностями пары трения, отличающийся тем, что модифицированный вермикулит получают путем обработки раствором 6 - 12% соляной кислоты из расчета 10 - 15 мл указанного раствора соляной кислоты на 1 г вермикулита, после чего вермикулит вводят в раствор полистирола в толуоле, содержащий 1 г полистирола на 100 мл толуола, затем суспензию с помешиванием доводят до кипения и кипятят 5 часов, после чего суспензию фильтруют, а осадок сушат на воздухе в течение 24 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу формирования модифицированного антифрикционного слоя на рабочих поверхностях узлов трения, изготовленных из материалов на основе железа, и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, металлургии, строительстве, автомобильном и железнодорожном транспорте, полиграфии, пищевой промышленности и др.

Изобретение относится к способу модификации железосодержащих поверхностей трения и может быть использовано для снижения механических потерь на трение, увеличения долговечности трущихся металлических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания, агрегатов трансмиссий, ходовой части транспортных средств и может быть использовано для одновременного восстановления металлических трущихся поверхностей.

Изобретение относится к способу вакуумно-дугового нанесения на подложку покрытия из каталитически активного материала и к подложке, полученной указанным способом.

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.

Настоящее изобретение предусматривает способ тонкодисперсного осаждения порошка металлического лития или тонкой литиевой фольги на подложку, избегая применения растворителя.

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

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 композициям для поверхностного упрочнения буровых инструментов. .
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.
Изобретение относится к способам обработки узлов трения. .

Изобретение относится к изготовлению алмазных инструментов. Способ получения алмазосодержащей матрицы включает приготовление твердосплавной порошковой шихты, ее пластифицирование, послойную засыпку приготовленной шихты в металлическую пресс-форму и укладку алмазных зерен, имеющих оболочку из частиц хрома, прессование шихты с алмазными зернами в брикет и спекание брикета в печи с пропиткой медью в вакууме в направлении снизу вверх.
Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает введение лигатуры в расплав матрицы на основе алюминия при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля.
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу и упрочняющие наночастицы. Способ включает подготовку смеси исходных материалов и ее механическое легирование.

Изобретение относится к изготовлению монокристального алмазного инструмента. Способ включает пластифицирование твердосплавной порошковой смеси, засыпку полученной шихты в металлическую пресс-форму, прессование шихты в брикет, укладку монокристалла алмаза на поверхность брикета и спекание брикета с монокристаллом алмаза с пропиткой легкоплавким металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

Изобретение относится к изготовлению алмазных инструментов на основе твердосплавных порошковых смесей. Способ получения алмазосодержащей матрицы алмазного инструмента включает приготовление твердосплавной порошковой смеси, ее пластифицирование, послойную засыпку приготовленной шихты и укладку алмазных зерен, имеющих оболочку из частиц хрома, в металлическую пресс-форму, прессование шихты с алмазными зернами в брикет и спекание брикета в печи с пропиткой легкоплавки металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

Группа изобретений относится к изготовлению поликристаллического материала и изделий, содержащих этот материал для защиты от повреждений. Способ изготовления поликристаллического материала включает получение гранулированной структуры-предшественника, включающей железо, кремний и источник углерода или азота, нагрев структуры-предшественника, нанесение на основу слоя нагретой структуры-предшественника и охлажение слоя структуры-предшественника.

Изобретение относится к изготовлению изделий из порошковой композиции на основе сверхтвердых материалов. Способ включает предварительное нормализующее спекание порошковой композиции при температуре нагрева до 1150°С и окончательное пресс-спекание при температуре нагрева 1800-2200°С и давлении 8-10 ГПа.

Изобретение относится к изготовлению алмазного инструмента. Способ включает приготовление твердосплавной порошковой смеси, ее пластифицирование, послойную засыпку приготовленной смеси и укладку алмазов в металлическую пресс-форму, прессование упомянутой смеси с алмазами в брикет, спекание и пропитку легкоплавкими металлами или сплавами в печи в вакууме.
Группа изобретений относится к изготовлению спеченного композитного изделия, содержащего частицы кубического нитрида бора, диспергированные в матрице из цементированного карбида.

Изобретение относится к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, которые могут быть использованы в узлах трения предохранительных фрикционных муфт сцепления винтовых стрелочных переводов, применяемых на высокоскоростных железнодорожных магистралях.
Наверх