Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2473711

(19)

RU

(11)

2473711

(13)

C1

(51) МПК C23C4/04 (2006.01)

C10M103/00 (2006.01)

B82B3/00 (2006.01)

C10N50/02 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011147961/04, 24.11.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

24.11.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 24.11.2011

(45) Опубликовано: 27.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2412276 С1, 20.02.2011. SU 1708922 А1, 30.01.1992. SU 1726554 А1, 15.04.1992. RU 2017800 C1, 15.08.1994. US 6815400 В2, 09.11.2004. US 7524797 В1, 28.04.2009.

Адрес для переписки:

346428, Ростовская обл., , г. Новочеркасск, ул. Михайловская, 150а, а/я 152, ФГУП ОКТБ "ОРИОН"

(72) Автор(ы):

Трофимов Геннадий Еремеевич (RU),

Щербаков Игорь Николаевич (RU),

Шевченко Максим Юрьевич (RU),

Логинов Владимир Тихонович (RU),

Дерлугян Петр Дмитриевич (RU),

Дерлугян Федор Петрович (RU),

Иванов Валерий Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)

(54) СОСТАВ ТВЕРДОСМАЗОЧНОГО АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ

(57) Реферат:

Использование: в машиностроении для нанесения на детали узлов трения. Сущность: состав включает дисульфид молибдена, коллоидный графит и наночастицы алмаза с размерностью 4-6 нм в виде порошка качестве наполнителя и связующее, представляющее собой смесь оксида магния с водным раствором азотной и фосфорной кислот. Технический результат - повышение износостойкости покрытия при снижении коэффициента трения при повышенных температурах. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к твердосмазочным антифрикционным покрытиям на основе неорганического связующего, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде, в условиях высоких нагрузок и температур.

Известно антифрикционное композиционное покрытие, содержащее следующие компоненты, мас.ч.: дисульфид молибдена 25-58, графит 25-58, нитрид бора 7-16, связующие 30-70, покрытие наносится на металлическую поверхность (см. патент US 5482637, кл. F02B 77/02, 09.01.1996).

Данное антифрикционное покрытие используется в узлах механизмов машин, эксплуатирующихся в режимах сухого трения при нагрузках до 10 кг/см 2 .

Недостатком является низкая износостойкость и низкие предельные удельные нагрузки, при высоких температурах подвергается деструкции.

Известно антифрикционное покрытие для защиты тяжелонагруженых пар трения металл-металл от износа в интервале температур - 60-250°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисульфид молибдена 55-70, графит 7-20, бета-карбид кремния с соотношением 1/d=30-300, 0,15-1,1, эпоксифенольный лак - остальное (см. заявка на изобретение 92013655/04, 15.12.1992).

Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является антифрикционное твердосмазочное покрытие, содержащее, мас.%: дисульфид молибдена 35-45, коллоидный графит 8-15, квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором 5-10,эпоксидный лак остальное (патент РФ 2412276).

Покрытие предназначено для защиты тяжелонагруженных пар трения металл-металл от износа в интервале температур (-60)-(+250)°С.

Недостатком этого покрытия является низкая износостойкость, высокий коэффициент трения.

Перед авторами стояла задача получения антифрикционного покрытия на металлах, обладающего низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью при работе в температурном диапазоне от 20 до 300°С.

Эта задача решена тем, что предложен состав антифрикционного покрытия, содержащий дисульфид молибдена, коллоидный графит, наночастицы алмаза, связующее состоит из оксида магния, азотной кислоты, фосфорной кислоты при следующем соотношении компонентов, г/л:

дисульфид молибдена

30-60

коллоидный графит

5-10

наночастицы алмаза

5-15

оксид магния

11-15

азотная кислота

30-80

фосфорная кислота

100-150

дистиллированная вода

до 1 литра

Наночастицы алмаза представляют собой ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов с размером частиц от 4 до 6 нм. Введение наноалмазов способствует существенно повысить износостойкость, снижению коэффициента трения при повышении температуры и удельных нагрузок.

Пример получения покрытия.

Технология получения антифрикционного покрытия заключается в следующем:

- подготовка поверхности изделия под покрытие;

- подготовка связующего;

- изготовление суспензии;

- нанесение суспензии на изделие;

- температурная обработка.

Подготовка поверхности металлического изделия (сталь ШХ 15) под покрытие заключается в обезжиривании поверхности металла венской известью, дальнейшей промывке в проточной воде и сушке на воздухе до полного высыхания.

Связующее готовится следующим образом: азотная кислота и фосфорная кислота смешиваются с 500 мл воды при температуре 21-23°С, затем добавляется в раствор оксид магния и перемешивается до полного растворения раствора. Водный раствор наполнителей следующим образом: в 500 мл воды добавляют порошок дисульфида молибдена, порошок коллоидного графита и ультрадисперсный порошок синтезированных детонационных наноалмазов в необходимых количествах. Далее раствор тщательно перемешивается при помощи лопастной мешалки со скоростью вращения 150 об/мин до получения однородной массы.

Затем полученный водный раствор с наполнителями вводится в связующее.

Наносить покрытие можно при помощи кисти.

Термическая обработка покрытия проводится в термошкафу при температуре 300°С в течение 120 минут.

Для подтверждения эффективности предлагаемого состава были подготовлены четыре состава антифрикционного покрытия (см. таблицу).

Испытание на трибологические свойства производились на возвратно-поступательной машине трения, скорость перемещения V=0,132 м/с, Р=80 МПа, при температуре +20, +250, +300°С. Наносилось антифрикционное покрытие на образцы из стали ШХ15, в качестве контртела использовались образцы из стали ШХ15. Линейный износ определялся по базовым точкам на оптиметре с ценой деления 1 мкм.

В ФГУП ОКТБ «ОРИОН» проведены испытания трех подшипников ШСП-20 с покрытием сфер внутренних колец. Внутренние кольца подшипников с отверстиями для подвода смазки. Материал колец ШХ15.

Режим испытания подшипников

F r =8700 кгс;

Амплитуда качаний +60°С;

Частота качаний 60 качаний в мин;

Расчетная долговечность 5000 нагружений.

Наработка подшипников составила для всех трех подшипников 120% расчетной долговечности.

Таблица 1

Состав раствора (г/л) и физико-механические свойства

Заявленный раствор

Прототип мас.%

1

2

3

4

дисульфид молибдена

30

40

50

60

35

коллоидный графит

5

7

8

10

10

квазикристалл системы Al-Cu-Fe, допированный бором

-

-

-

-

10

Эпоксидный лак

-

-

-

-

остальное

наночастицы алмаза

5

7

12

15

-

оксид магния

11

11

13

15

-

азотная кислота

30

40

60

80

-

фосфорная кислота

100

120

150

150

-

дистиллированная вода

1 литр

1 литр

1 литр

1 литр

-

Коэффициент трения при температуре:

20°С

0,11

0,11

0,10

0,12

0,13

250°С

0,10

0,09

0,09

0,10

0,13

300°С

0,10

0,09

0,10

0,10

0,12

Скорость изнашивания, мкм/ч

20°С

0,14

0,15

0,14

0,16

0,18

250°С

2,0

2,1

2,2

2,0

2,9

300°С

2,2

2,0

2,5

2,0

3,7

На основании результатов, приведенных в таблице, подтверждается, что введение наночастиц алмаза улучшает трибологические свойства антифрикционного покрытия, а введение наночастиц алмаза в состав антифрикционного покрытия позволяет получить покрытие, которое обладает сниженным коэффициентом трения на 15-30% и повышенной износостойкостью, причем применение связующего на основе неорганических соединений дополнительно обеспечивает повышенную износостойкость. Разработанный раствор испытан 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 разработанный нами «Состав антифрикционного покрытия» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищен патентом Российской Федерации.

Формула изобретения

Состав антифрикционного твердосмазочного покрытия, включающий дисульфид молибдена, коллоидный графит и связующее, отличающийся тем, что он содержит дополнительно наночастицы алмаза в виде порошка с размерностью частиц 4-6 нм, а в качестве связующего взят водный раствор азотной кислоты, фосфорной кислоты и оксида магния и все компоненты взяты в следующем соотношении г/л:

дисульфид молибдена

30-60

коллоидный графит

5-10

наночастицы алмаза

5-15

оксид магния

11-15

азотная кислота

30-80

фосфорная кислота

100-150

дистиллированная вода

до 1 л