Антифрикционное твердосмазочное покрытие

 

Сущность изобретения: покрытие содержит, мас.%: дисульфид молибдена 50-70; коллоидный графит 7-20; усы карбида кремния - модификации с соотношением длины к диаметру 30-300 0,15-1,1 и эпоксифенольный лак остальное. 3 табл.

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к покрытиям для защиты тяжелонагруженных пар трения металл - металл от износа в интервале температур (-60)-(+250)^оС.

Известна антифрикционная композиция [1] (а.с. 1177321 от 9.07.1985), включающая, мас.%: эпоксидиановая смола 100; дисульфид модибдена 9-11; графит скрытнокристаллический 28-32; каолин 75-85; моноцианотиллэтилентриамин 21,5-24.

Покрытие приведенного состава имеет низкий коэффициент трения, но высокую скорость изнашивания. Наиболее близким к заявляемому является (а.с. 1135751 от 23.01.85 г.) [2] состав антифрикционного покрытия, мас.%: Отвержденный полиамидоимид 40-55 Мочевиноформальдегидная смола 1-25 Дисульфид молибдена 100-105 Графит 15-31 Однако покрытие указанного состава обладает сравнительно высокой скоростью изнашивания и недостаточной работоспособностью при удельном давлении более 3 МПа в интервале температур (-60)-(+250)^оС.

Целью изобретения является снижение скорости изнашивания, коэффициента трения, повышение нагрузочной способности образцов с предлагаемым антифрикционным твердосмазочным покрытием в температурном интервале (-60)-(+250)^оС.

Предлагаемый состав антифрикционного твердосмазочного покрытия включает следующее соотношение компонентов, мас.%: Дисульфид молибдена 50-70 Графит коллоидный 7-20 Усы карбида кремния с l/d = 30-300 0,15-1,1 Эпоксифенольный лак Остальное Указанная цель достигается тем, что в состав покрытия дополнительно вводятся супертонкодисперсные усы карбида кремния. В качестве связующего используют эпоксифенольный лак.

Усы карбида кремния в отличие от поликристаллического представляют собой монокристаллы SiC, изготовленные при обугливании рисовой шелухи.

Применяемые в изобретении усы карбида кремния модификации имеют соотношение длины l к диаметру d, равное 30-300, игольчатую форму, гексагональную кристаллическую решетку, высокое значение модуля упругости ( 700 МПа), предел прочности при растяжении ( 20 МПа).

Известно применение усов карбида кремния в композиционных материалах в качестве компонента, повышающего прочностные характеристики. (Смотри, например, сборник под редакцией Самсонова "Карбиды и сплавы на их основе. Киев: Наукова думка, 1976). Однако сведения по использованию их в качестве функциональной добавки в составе ТСП в патентной и технической литературе не обнаружены.

Эпоксифенольный лак, в частности лак ЭП 527Х, обычно применяют в пищевой промышленности в качестве ингибитора коррозии, а в данном изобретении он использован в качестве связующего твердосмазочного покрытия.

П р и м е р. Для приготовления антифрикционного твердосмазочного покрытия были использованы следующие компоненты: Дисульфид молибдена марки ДМ-1 ТУ 48-19-133-85.

Препарат коллоидно-графитовый сухой марки С-1 ОСТ 6-08-431-75, полученный из термографита или естественного графита, представляющий собой высокодисперсный малозольный сухой графит с основным размером частиц до 4 мкм, содержащий золы не более 0,8%.

Карбид кремния, изготовленный из рисовой шелухи, содержащий не менее 98% основного компонента.

Связующее - эпоксифенольный лак марки ЭП-527Х ТУ 6-09-011-2027-87, содержит следующие компоненты: Эпоксидная высокомолекулярная диановая смола марки Э-05КР ТУ 6-10-1423-83 мол. м. 2500-3500 или Э-04КР ТУ 6-10-1797-85 мол. м. 3000-4000.

Эпоксидная низкомолекулярная диановая смола марки Э-40 ОСТ 6-10-416-87 мол. м. 500-600 или ЭД16 ГОСТ 10587-84 мол. м. 480-540.

Фенольноформальдегидная резольная смола марки ФПФ-1 ТУ 6-10-681-84 является продуктом поликонденсации фенола и n-трет-бутилфенола с формальдегидом при содержании метилольных групп 6-18% на 100%-ную смолу, или ФКФ-4 ТУ 6-10-1736-84, представляющая собой продукт поликонденсации фенола и О-крезола с формальдегидом. Молярное соотношение формальдегида и фенолов при синтезе равно соотношению 2:1, условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246-90-180 с, содержание нелетучих веществ 54-61%, свободного фенола 5%.

Алкидная глифталевая смола в виде лаков ГФ-019 или ГФ-070.

Лак ГФ-019 СТП 6-10-200-281-88 представляет собой раствор кислой высыхающей глифталевой смолы в ксилоле. Смола изготовлена из смеси подсолнечного или тунгового масел в соотношении 1:1, жирность 58,3 мас.%, кислотное число 45-60 мг KOH/г.

Лак ГФ-070 ТУ 6-10-929-75, массовая доля летучих веществ 40-44, растворитель ксилол или сольвент. Смола изготовлена из смеси льняного и тунгового масел в соотношении 1: 1, жирность 49,4 мас.%, кислотное число - 20 мг KOH/г.

Фосфорная кислота - ГОСТ 10673 76.

Ксилол каменноугольный ГОСТ 9949-76, сольвент ГОСТ 10214-78 или ГОСТ 1928-79.

2-Этоксиэтанол ТУ 6-09-011-2027-87 или ГОСТ 8313-88.

Для приготовления покрытия использовали следующую технологию.

В связующее вводили расчетное количество дисульфида молибдена, графита, карбида кремния (см. табл.1).

Приготовленную смесь перемешивали в бисерной мельнице и наносили на защищаемую поверхность краскораспылителем, кистью или окунанием, подвергали сушке при комнатной температуре в течение 30-40 мин и отверждению при температуре 200 10^оС в течение 60 мин.

В табл.1 приведены 5 составов композиции для антифрикционного покрытия, изготовленного по указанной выше технологии, из которых 1-3 - заявляемые, 1 и 5 - запредельные, 6 - прототип.

Экспериментальные исследования покрытий проводились при использовании идентичной подготовки поверхности, технологии нанесения формирования, толщине.

В табл. 2 представлены свойства покрытий, включающие характеристики, определяющие износостойкость покрытий (скорость изнашивания, коэффициент трения).

Покрытие испытывалось на стали 30ХГСА, в условиях торцoвого трения при Р_уд - 15 МПа, V_вращ - 0,31 м/с, при 60, 20, 250^оС.

Из табл.2 видно, что покрытие на основе предлагаемых составов обладает наименьшей скоростью изнашивания в приведенных выше условиях и превосходит известные составы по ресурсу в 4-5 раз.

Составы 4 и 5 обладают сравнительно низкими значениями коэффициента трения только в первые 5-15 мин испытания. Эта характеристика затем повышается до 0,17-0,2, что приводит к резкому увеличению скорости изнашивания.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия испытаны (см. табл.3) в конструкции сферического шарнирного подшипника, изготовленного из стали марки 95Х18. Покрытия наносили на внутреннюю поверхность обоймы подшипника по приведенной ранее технологии и испытывали в режиме качательного движения при следующих параметрах: Нагрузка 75 и 100 МПа Температура 20 и 250^оС Частота качания 0,04 Гц Угол качания 10^оС Среда Воздух Таким образом, предлагаемое антифрикционное твердосмазочное покрытие работоспособно в среде воздуха в интервале температур - 60 250^оС, при удельных нагрузках до 100 МПа.

Формула изобретения

АНТИФРИКЦИОННОЕ ТВЕРДОСМАЗОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ, содержащее дисульфид молибдена, коллоидный графит и связующее, отличающееся тем, что покрытие в качестве связующего содержит эпоксифенольный лак и дополнительно содержит усы карбида кремния -модификации с отношением длины к диаметру 30 - 300 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дисульфид молибдена 50 - 70
Коллоидный графит 7 - 20
Усы карбида кремния -модификации с отношением длины к диаметру 30 - 300 0,15 - 1,1
Эпоксифенольный лак Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2