Подшипник скольжения с многофункциональным покрытием

Полезная модель относится к подшипникам скольжения, и может быть использована в авиационной, космической и иных областях промышленности. Подшипник скольжения включает корпус и смонтированные на корпусе элементы скольжения. Корпус установлен на цапфу вала или ось непосредственно или через вкладыш или втулку. Элементы скольжения выполнены в виде набора контактирующих между собой элементов. Подшипник скольжения содержит наружные, не контактирующие, и сопряженные, контактирующие, поверхности. По меньшей мере, сопряженные поверхности имеют многофункциональное покрытие на основе наноструктурного карбонитрида титана (TiCN) с квазикристаллами структурной системы железа (Fe,) меди (Cu) и алюминия (Аl). Технический результат заключается в комплексном улучшении эксплуатационных характеристик подшипника за счет одновременного существенного снижения коэффициента трения, повышения износостойкости, твердости, термической стабильности, жаропрочности.

Полезная модель относится к подшипникам скольжения, и может быть использована в авиационной, космической и иных областях промышленности.

Подшипники скольжения широко известны. При работе подшипники скольжения, как опора вала или вращающейся оси, воспринимают от них радиальные, осевые и радиально-осевые нагрузки и обеспечивают вращение.

Подшипник скольжения включает корпус, устанавливаемый на цапфу вала или ось непосредственно или через вкладыш или втулку, и содержит сопряженные поверхности, между которыми возникает трение.

Известен подшипник скольжения, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные на корпусе элементы скольжения, выполненные в виде набора контактирующих между собой вкладышей с установочными фиксаторами (свидетельство на полезную модель РФ 24058, опуб. 10.09.2002). Вкладыши могут быть выполнены из различных металлополимеров, керамополимеров, углеродных волокон, что улучшает их антифрикционные свойства.

Известно техническое решение в виде листового армированного фторопластового антифрикционного материала для изготовления подшипника скольжения, опорных шайб, опор скольжения (патент РФ 2384412, МПК В32В 5/0, опубл.20.03.2010).

Известный материал не обладает высокой прочностью и стабильностью геометрических характеристик поверхности трения в широком диапазоне рабочих температур и требует изготовления подшипника скольжения только методом штамповки, что ограничивает его возможности.

Известен подшипник скольжения, по меньшей мере, одна из сопряженных поверхностей которого имеет антифрикционное покрытие в виде пленочного наноструктурированного дисперсно-упрочненного карбида кремния (патент на полезную модель РФ 99558).

Известна композитная смесь для формирования покрытия на трущихся поверхностях цилиндров двигателя (патент РФ 2384606), содержащая твердосмазочную композицию наноразмерных частиц SiO₂, FeO, Fe₂O и первичной сажи.

Известна жаростойкая система покрытия, содержащая множество керамических частиц микронного размера из керамического оксида, керамического карбида, или керамического нитрида, или керамического борида, или силицида металла, или керамического оксикарбида, или керамического оксинитрида и углерода, которая расположена на поверхности спроектированного компонента, выбранного из группы, состоящей из компонента газовой турбины, компонента авиационного двигателя, компонента двигателя внутреннего сгорания и компонента режущего инструмента (патент РФ 2352686).

Известен антифрикционный слой для опорного элемента, в частности подшипника скольжения, из синтетического полимерного слоя, в частности смоляного или соответственно лакового слоя, который содержит, по меньшей мере, один твердый смазочный материал в количестве от 5 до 20 вес.%. (патент РФ 2361128).

Известные технические решения используют покрытия, улучшающие какое-либо одно свойство подшипника - как-то антифрикционные, жаростойкие, износостойкие и т.п.

Подшипники скольжения с покрытиями, которые бы комплексно улучшали эксплуатационные характеристики подшипников скольжения, не выявлены.

В основу полезной модели положена задача комплексного улучшения эксплуатационных характеристик подшипников скольжения.

Технический результат полезной модели - комплексное улучшение эксплуатационных характеристик подшипника за счет одновременного существенного снижения коэффициента трения, повышения износостойкости, твердости, термической стабильности, жаропрочности.

Поставленная задача решается тем, что в подшипнике скольжения, включающем корпус, устанавливаемый на цапфу вала или ось непосредственно или через вкладыш или втулку, и смонтированные на корпусе элементы скольжения, выполненные в виде набора контактирующих между собой элементов, и содержащем наружные, не контактирующие, и сопряженные, контактирующие, поверхности, по меньшей мере, сопряженные поверхности имеют многофункциональное покрытие на основе наноструктурного карбонитрида титана (TiCN) с квазикристаллами структурной системы железа (Fe,) меди (Сu) и алюминия (Аl).

Известно, что квазикристаллы это новый класс твердых тел с парадоксальной с точки зрения классической кристаллографии структурой.

Квазикристаллы позволяют получить материалы с необычными новыми свойствами (см. например, энциклопедию Википедия, сайт http://ru.wikipedia.org).

Для изготовления подшипника скольжения, согласно полезной модели, карбонитрид титана (TiCN), и квазикристаллы структурной системы: железо (Fe,) медь (Сu) и алюминий (Аl) измельчают до наноструктурных размеров известным образом, например, вихревым виброакустическим методом (см. Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы», сайт http://portalnano.ru). Полученный материал в виде порошка наноразмерного диапазона наносят на поверхность известным методом холодного газодинамического напыления. Толщина слоя полученного покрытия может варьироваться в зависимости от назначения от 10 до 300 мкм

Покрытие не требует дополнительной физико-химической обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др).

Многофункциональное покрытие, согласно полезной модели, на основе наноструктурного карбонитрида титана (TiCN) с квазикристаллами структурной системы железа (Fe,) меди (Cu) и алюминия (Аl) позволяет получить подшипники скольжения с коэффициентом трения - 0,07-0,2, модулем упругости покрытия 350 ГПа, твердостью 70-80 (HRc), прочностью 1500 МПа. Стабильность свойств зафиксирована в диапазоне рабочих температур от - 50° до +650°С.

При разработке подшипника скольжения обычно учитывается назначение узла трения путем установления влияния определяющего параметра на коэффициент трения и интенсивность изнашивания, и в соответствии с этим покрытия соответственно являются антифрикционными, жаростойкими, износостойкими и т.п.

Снижение коэффициента трения до 0,07-0,2 подтверждает, что заявленное покрытие является антифрикционным.

Стабилизация свойств в указанном интервале температур (от - 50° до +650°С) и достижение указанной +650°С показывает, что это заявленное покрытие является жаропрочным покрытием.

Стабильность свойств в диапазоне рабочих температур от -50° до +650°С подтверждает термическую стабильность заявленного покрытия.

Как видно из представленных данных покрытие, согласно полезной модели, имеет достаточную прочность при высоком модуле упругости (350 ГПа), что позволяет подшипнику скольжения противостоять изнашиванию. Коэффициент увеличения износостойкости в сравнении со сталью равен 10.

Таким образом, заявленное многофункциональное покрытие комплексно улучшает свойства подшипников.

Подшипник скольжения, согласно полезной модели, в целом позволяет увеличить ресурс работы подшипника в несколько раз и использовать его для различных узлов и механизмов, работающих в широком температурном диапазоне с высокими осевыми и радиальными нагрузками.

Подшипник скольжения, включающий корпус, устанавливаемый на цапфу вала или ось непосредственно или через вкладыш или втулку, и смонтированные на корпусе элементы скольжения, выполненные в виде набора контактирующих между собой элементов, которые содержат наружные неконтактирующие и сопряженные контактирующие поверхности, отличающийся тем, что, по меньшей мере, сопряженные контактирующие поверхности имеют многофункциональное покрытие на основе наноструктурного карбонитрида титана (TiCN) с квазикристаллами структурной системы железа (Fe,) меди (Cu) и алюминия (Аl).