close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10319

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 28/00
КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ
АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20050619
(22) 2005.06.22
(43) 2007.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Басинюк Владимир Леонидович (BY); Кукареко Владимир
Аркадьевич (BY); Коломейченко
Александр Викторович (RU); Мардосевич Елена Ивановна (BY); Титов Николай Владимирович (RU)
BY 10319 C1 2008.02.28
BY (11) 10319
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2175686 C1, 2001.
Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1989. - С. 168.
Кутьков А.А. Износостойкие и антифрикционные покрытия. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 89-90.
Лахтин Ю.М. и др. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. - С. 410417.
RU 2004623 C1, 1993.
RU 2112663 C1, 1998.
RU 2004622 C1, 1993.
US 4799419, 1989.
WO 97/23658 A1.
(57)
1. Композиционное покрытие на деталях из алюминиевых сплавов, содержащее наружный слой из антифрикционного материала и размещенный между ним и поверхностью
детали оксидокерамический слой, отличающееся тем, что наружный слой выполнен из
меди или сплава на ее основе толщиной 2-10 мкм.
2. Способ изготовления композиционного покрытия на деталях из алюминиевых сплавов, включающий создание на их поверхности с помощью анодно-катодной микродуговой
обработки оксидокерамического слоя с открытой пористостью и формирование на оксидокерамическом слое слоя из антифрикционного материала, отличающийся тем, что перед
формированием слоя из антифрикционного материала с поверхности оксидокерамического слоя удаляют слой с пористостью более 10 % и наносят смазку на основе технического
Фиг. 1
BY 10319 C1 2008.02.28
глицерина, а наружный антифрикционный слой формируют фрикционно-механическим
способом посредством натирания поверхности оксидокерамического слоя пластиной из
меди или сплава на ее основе, при этом в процессе формирования антифрикционного слоя
пластину прижимают к натираемой поверхности с давлением 1-15 МПа и теплоизолируют
от прижимающего элемента.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при формировании наружного слоя натиранием регистрируют силу сопротивления движению натирающего элемента, определяют
по ней максимальное значение коэффициента трения между натирающей пластиной из
меди или ее сплава и обрабатываемой поверхностью оксидокерамического слоя, а процесс
формирования покрытия завершают после снижения коэффициента трения в 1,5-1,8 раза
относительно максимального и его стабилизации на этом уровне.
Изобретение относится к материалам для пар трения скольжения может быть использовано для создания износостойкого композиционного покрытия на трущихся поверхностях подшипников и опор скольжения, направляющих и других узлах деталей машин из
алюминия и его сплавов, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей,
станкостроительной, авиационной промышленности и других областях.
Известен износостойкий композиционный материал, содержащий рабочий слой из износостойкого материла и основу, связанную с износостойким материалом промежуточным связующим слоем металла, который при изготовлении детали нагревают в нейтральной атмосфере до температуры выше температуры плавления цементирующего металла
[1].
В данном техническом решении промежуточный слой металла расплавляется, обеспечивая надежную связь между рабочим слоем и материалом основы. В качестве рабочего
слоя используют порошок карбида вольфрама, а в качестве промежуточного связующего
слоя - медь.
Существенным недостатком описанного материала и способа его изготовления является необходимость расплавления промежуточного слоя меди, имеющей достаточно высокую температуру плавления. Это ограничивает возможности применения данного технического решения в деталях из алюминиевых сплавов, имеющих существенно меньшую,
по сравнению с медью, температуру плавления.
Известно композиционное покрытие на деталях из алюминиевых сплавов, содержащее
наружный слой толщиной 10÷50 мкм из антифрикционного материала, в качестве которого использован карбид хрома, и размещенный между ним и основой оксидокерамический
слой (А12О3), имеющий толщину 50÷300 мкм, и способ его изготовления, включающий
предварительное создание с помощью анодно-катодной микродуговой обработки оксидокерамического слоя с открытой на его поверхность пористостью, а затем формирование на
этой поверхности слоя антифрикционного материала путем его осаждения из паровой фазы при температуре 430…450 °С карбида хрома, полученного из жидкости "Бархос" [2].
Карбид хрома является весьма износостойким материалом, что позволяет использовать данное покрытие в ответственных узлах трения.
Вместе с тем, к его определенным недостатком можно отнести возникновение повышенных до 0,3-0,6 коэффициентов трения при взаимодействии данного покрытия с ответной стальной поверхностью в условиях граничного трения и трения без смазки. Это, при
относительно высоких для данных материалов контактных давлениях (4..8 МПа) и длительном взаимодействии трущихся поверхностей, приводит к увеличению температуры
основы из сплава алюминия и, в ряде случаев, разрушению покрытия.
2
BY 10319 C1 2008.02.28
Необходимость нагрева детали до 430÷450 °С при реализации процесса осаждении
карбида хрома при сложной геометрической форме детали приводит к ее короблению.
Кроме того, хроморганическую жидкость "Бархос" можно отнести к дорогостоящим расходным материалам, а процесс осаждения покрытия из карбида хрома осуществляется в
вакууме - технически сложным, требующим применения специального оборудования.
Вследствие этого существенно возрастает себестоимость покрытия.
В целом, это сужает возможности применения данного покрытия и способа его изготовления в деталях сложной формы из алюминиевых сплавов.
Задачей изобретения является расширение возможностей создания антифрикционных
покрытий на деталях из алюминиевых сплавов.
Для решения поставленной задачи в композиционном покрытии на деталях из алюминиевых сплавов, содержащем наружный слой из антифрикционного материала и размещенный между ним и поверхностью детали оксидокерамический слой, согласно техническому решению наружный слой выполняют из меди или сплава на ее основе и его
толщина составляет 2÷10 мкм.
В способе изготовления композиционного покрытия на деталях из алюминиевых сплавов, включающем создание на их поверхности с помощью анодно-катодной микродуговой
обработки оксидокерамического слоя с открытой пористостью и формирование на оксидокерамическом слое слоя из антифрикционного материала, согласно техническому решению перед формированием слоя из антифрикционного материала с поверхности оксидокерамического слоя удаляют слой с пористостью более 10 % и на нее наносят смазку на
основе технического глицерина, а наружный антифрикционный слой формируют фрикционно-механическим способом посредством натирания поверхности оксидокерамикического слоя пластиной толщиной из меди или сплава на ее основе, при этом в процессе формирования антифрикционного слоя пластину прижимают к натираемой поверхности с
давлением 1÷15 МПа и теплоизолируют от прижимающего элемента.
При формировании наружного слоя натиранием регистрируют силу сопротивления
движению натирающего элемента, определяют по ней максимальное значение коэффициента трения между натирающей пластиной из меди или ее сплава и обрабатываемым поверхностью оксидокерамического слоя, а процесс формирования покрытия завершают после снижения силы сопротивления движению в 1,5÷1,8 раза относительно максимального
и его стабилизации на этом уровне.
В способе изготовления композиционного покрытия на поверхности детали из алюминиевых сплавов, включающим предварительное создание с помощью анодномикродуговой обработки оксидокерамического слоя с открытой на ее поверхность пористостью, а затем формирование на оксидокерамическом слое слоя антифрикционного материала, согласно техническому решению перед формированием наружного слоя с поверхности оксидокерамического слоя удаляют слой с пористостью более 10 % и на нее
наносят смазку на основе технического глицерина, а наружный антифрикционный слой
формируют фрикционно-механическим способом посредством натирания поверхности
оксидокерамического слоя пластиной из меди или сплава на ее основе, при этом в процессе формирования антифрикционного покрытия пластину прижимают к натираемой поверхности с давлением 1÷15 МПа и теплоизолируют от прижимающего элемента. При
формировании наружного слоя натиранием регистрируют силу сопротивления движению
натирающего элемента, определяют максимальное значение коэффициента трения между
натирающей пластиной из меди или ее сплава и обрабатываемым поверхностью с оксидокерамическим слоем, а процесс формирования покрытия завершают после снижения силы
сопротивления движению в 1,5÷1,8 раза и стабилизации на этом уровне.
3
BY 10319 C1 2008.02.28
Расширение возможностей создания антифрикционных покрытий на деталях из алюминиевых сплавов достигается в результате следующего:
процесс натирания реализуется при комнатной температуре без применения специальных вакуумных установок;
натирающая пластина из меди или сплава на ее основе имеет существенно меньшую
стоимость по сравнению с хроморганической жидкостью "Бархос", и менее дефицитна;
формирование антифрикционного покрытия осуществляется натиранием при внешней
комнатной температуре в обычных условиях, при этом сочетание использование в качестве натирающего элемента пластины, смазка натираемой поверхности техническим глицерином, активизирующим процессы взаимодействия пластины с оксидокерамическим слоем, и теплоизоляция зоны контакта от прижимающего элемента и материала основы
позволяет обеспечить интенсивный локализованный разогрев пластины и эффективное
формирование антифрикционного покрытия на оксидокерамическом слое при относительно небольших контактных давлениях (менее 15 МПа) и невысокой объемной температуре, исключив интенсивный разогрев и разрушение материала основы, а также коробление детали.
Эффективное применение предлагаемого покрытия обеспечивается следующим:
при выполнении наружного антифрикционного слоя из сплава на основе меди коэффициенты трения в условиях граничного трения не превышают 0,15÷0,2, что позволяет
существенно увеличить контактные давления и длительность функционирования сопряжения в условиях ограниченной смазки, а его толщина 2…10 мкм повышает интенсивность теплоотвода из зоны локализованного контакта при обеспечении повышенной износостойкости пары трения за счет высокой твердости оксидокерамического слоя, препятствующего внедрению в поверхность крупных (боле 3÷5 мкм) абразивных частиц;
удаление с поверхности А12О3 слоя оксидокерамики с пористостью более 10 %, составляющего ≈ 20 ÷ 25 % толщины оксидокерамического слоя, перед формированием антифрикционного наружного слоя позволяет избежать его сколов и образования абразивной среды, разрушающей формируемый слой;
диапазон контактных давлений при натирании определяется тем, что при контактных
давлениях менее 1 МПа интенсивность процессов формирования антифрикционного покрытия на А12О3 чрезвычайно мала и время процесса формирования покрытия велико, а при
контактных давлениях более 15 МПа, в ряде случаев, возникает разрушение пластины;
регистрация силы сопротивления движению FTР натирающего элемента с определением максимального значения коэффициента трения fTP, равного отношению FTР к силе
прижатия Р пластины из меди или сплава на ее основе к обрабатываемой оксидокерамической поверхности, и завершение процесса формирования покрытия после снижения силы
сопротивления движению в 1,5÷1,8 раза и ее стабилизации на этом уровне позволяют зафиксировать момент окончания процесса формирования покрытия, своевременно завершить процесс, исключив чрезмерный нагрев материала основы и его разрушение.
На фиг. 1 показана схема покрытия.
На фиг. 2 - схема формирования покрытия на опоре скольжения из алюминиевого
сплава.
На фиг. 3 - осциллограмма изменения сил трения при формировании покрытия.
Покрытие состоит (фиг. 1) из антифрикционного материала 1, имеющего толщину
2÷10 мкм и сформированного из меди или сплава на ее основе, оксидокерамического слоя
2, имеющего толщину 50÷300 мкм. Слой 2 формируется на материале основы 3 аноднокатодной микродуговой обработкой.
При реализации предлагаемого способа (фиг. 2) на рабочей поверхности детали из
алюминиевого сплава анодно-катодной микродуговой обработкой формируется оксидо4
BY 10319 C1 2008.02.28
керамический слой толщиной 50÷300 мкм. Затем с него удаляется наружный слой с пористостью более 10 %, составляющий 20÷25 % от толщины оксидокерамического покрытия.
На прижимном элементе устройства для натирания выполняется теплоизолирующее
покрытие в месте его контакта с пластиной из меди или ее сплава. Теплоизоляция может
быть обеспечена путем изготавливается этого элемента из алюминиевого сплава с формированием на его поверхности анодно-катодной микродуговой обработкой теплоизолирующего оксидокерамического слоя толщиной 100-120 мкм, либо размещения между
натирающей пластиной и прижимном элементе дополнительной пластины из стеклонаполненного полиамида. На этом слое размещается медная пластина 4 (фиг. 2), которая теплоизолируется слоем 5 от элемента 6 прижимного устройства (не показано). Медная пластина 4 крепится неподвижно на прижимном устройстве 6. При натирании она движется
относительно оксидокерамического слоя 7 обрабатываемой детали 8, которое также обладающей теплоизолирующими свойствами. При этом между контактирующими поверхностями создается давление 1…15 МПа. В процессе формирования покрытия регистрируется сила сопротивления движению натирающего элемента (медной пластине 4). По
результатам контроля (фиг. 3) определяется максимальное значение силы сопротивления
движению медной пластины 4 и процесс формирования покрытия завершается после снижения силы сопротивления движению в 1,5÷1,8 раза (на фиг. 3 после снижения коэффициента трения с 0,5 до 0,24) и ее стабилизации на этом уровне.
Пример реализации способа.
Композиционное покрытие изготавливалось следующим образом.
На наружном слое материала образца из алюминия сформирован с помощью аноднокатодного микродугового оксидирования оксидокерамический слой (α-Аl2О3 и γ-Аl2О3)
толщиной 105…120 мкм. Формирование покрытия осуществлялось в электролите, основанном на дистиллированной воде с добавкой 5 г/л раствора жидкого стекла с модулем 3 и
плотностью 1,5 г/см3 и добавкой 3 г/л гидроокиси натрия NaOH при напряжении 420 В и
плотности тока 18…25 А/дм2.
Затем с поверхности оксидокерамического слоя механической обработкой был удален
слой (25…30 мкм) с пористостью более 10 %, на слой оксидокерамики наносилась смазка
из смазочного материала на основе технического глицерина. После этого в контакт с оксидокерамическим слоем вводится натирающая пластина из сплава на основе меди, теплоизолированная от нажимного устройства оксидокерамическим слоем на нажимном элементе, изготовленном из сплава алюминия (Д16).
Между пластиной и обрабатываемой поверхностью создавались контактные давления
0,1; 0,05; 5; 10; 15 и 16 МПа. Натирающее устройство приводилось в движение, обеспечивающее относительное скольжение со скоростью V = 0,1 ÷ 0,6 м/с медной пластиной по
оксидокерамическому покрытию. В процессе формирования антифрикционного покрытия
посредством микропроцессорных средств контроля определялась сила сопротивления
движению натирающего элемента относительно обрабатываемой поверхности FТР, по которому с учетом силы прижатия пластины рассчитывался коэффициент трения fТР, определялось его максимальное значение и уровень последующего снижения (фиг. 3). После
снижения коэффициента трения fТР в 1,5 ÷ 1,8 раза и его стабилизации на данном уровне
процесс формирования антифрикционного покрытия (после наработки N циклов) завершался и по его сплошности и внешнему виду определялось качество формируемого на
А12О3 антифрикционного покрытия. При разрывах натирающей пластины процесс формирования покрытия прерывался. Полученные результаты приведены в таблице.
5
BY 10319 C1 2008.02.28
Качество формирования антифрикционного износостойкого покрытия
на оксидокерамическом слое
δ,мм
1
0,05
0,3
0,5
0,05
0,3
0,5
1
0,05
0,3
0,5
0,05
0,3
0,5
0,05
0,3
0,5
0,6
Контактные давления, МПа
0,1
0,05
5
10
15
16
2
3
4
5
6
7
Формирование покрытия со смазкой на основе технического глицерина
при удаленном слое с пористостью, более 10 % и теплоизоляции
натирающей пластины
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Формирование покрытия без смазки при удаленном слое с пористостью
более 10 % с теплоизоляцией натирающей пластины
2
3
4
5
6
7
Формирование покрытия со смазкой без удаления слоя с пористостью
более 10 % с теплоизоляцией натирающей пластины
Формирование покрытия без смазки и удаления слоя с пористостью
более 10 % с теплоизоляцией натирающей пластины
Формирование покрытия без смазки, удаления слоя с пористостью
более 10 % и теплоизоляции натирающей пластины
-
Примечание:
+ качество покрытия отвечает критериям качества по сплошности и толщине 2…10 мкм;
- качество покрытия не отвечает критериям качества по сплошности и толщине или
происходит разрушение пластины или оксидокерамического слоя в процессе формирования покрытия.
Анализ полученных результатов показал следующее.
Обработка натираемой оксидокерамичской поверхности смазкой на основе технического глицерина, активизирующего процессы взаимодействия пластины с оксидокерамикой, в сочетании с теплоизоляцией обеспечивает приемлемое качество сформированного
покрытия при толщинах пластины из сплава на основе меди δ = 0,05…0,5 мм.
6
BY 10319 C1 2008.02.28
Создание между пластиной и обрабатываемой поверхностью контактных давлений
0,05…15 МПа позволяет сформировать приемлемое по качеству покрытие на слое оксидокерамики. Снижение ниже приведенного уровня контактных давлений приводит к чрезмерному увеличению времени формирования покрытия, а превышение контактного давления 15 ПМа - к разрушению материала основы.
Сохранение поверхностного оксидокерамического слоя с пористостью более 10 %,
приводит к резкому снижению качества покрытия.
Регистрация силы сопротивления движению натирающего элемента с определением ее
максимального значения и завершение процесса формирования покрытия после снижения
силы сопротивления движению (коэффициента трения fTP) в 1,5÷1,8 раза и ее стабилизации на этом уровне позволяют зафиксировать момент окончания процесса формирования
покрытия, своевременно завершить процесс, исключив чрезмерный нагрев материала основы и его разрушение и обеспечив приемлемый уровень качества сформированного покрытия.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет значительно расширить возможности создания антифрикционных покрытий на деталях из алюминиевых сплавов, исключив необходимость использования специального вакуумного
оборудования и дорогостоящих расходных материалов. Все это позволяет существенно
расширить область применения предлагаемых покрытий и способа их изготовления.
Источники информации:
1. А.с. СССР 221945, МПК В 22F 7/04, 1972.
2. Патент 2175686 RU, МПК С 23С 28/00, 2000.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
167 Кб
Теги
by10319, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа