close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16083

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16083
(13) C1
(19)
C 23C 14/06 (2006.01)
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НА ДЕТАЛИ ПОКРЫТИЯ
С ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
(21) Номер заявки: a 20101825
(22) 2010.12.16
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии" (BY)
(72) Авторы: Андреев Михаил Анатольевич; Мойсейчик Анатолий Николаевич; Маркова Людмила Владимировна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) BY 12984 C1, 2010.
RU 2014365 C1, 1994.
SU 1071665 A, 1984.
JP 2007-303574 A.
CN 1880499 A, 2006.
ЦЕЕВ Н.А. и др. Материалы для узлов
сухого трения, работающих в вакууме.
М.: Машиностроение, 1991. - С. 27-31.
BY 16083 C1 2012.06.30
(57)
Способ формирования на детали покрытия с триботехническими свойствами путем
ионно-лучевого распыления в вакууме мишени из спрессованного порошка металла или
сплава, выбранного с учетом металла или сплава, из которого изготовлена деталь, отличающийся тем, что распыляют мишень, содержащую 35-50 мас. % порошка дисульфида
вольфрама с размером частиц 50-100 нм.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам формирования покрытий
с триботехническим свойствами путем нанесения покрытий методом ионно-лучевого распыления в вакууме композиционных мишеней, и может быть использовано для нанесения
антифрикционных покрытий на детали машин и механизмов, работающие в узлах трения
и износа в различных условиях эксплуатации.
Известны способы формирования покрытий с триботехническими свойствами на поверхностях трения деталей методом натирания твердосмазочными материалами, такими
как графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, а также другие способы нанесения этих же материалов, электролитное осаждение, термохимический метод, термодиффузионная обработка [1].
Недостатком этих способов нанесения покрытий с триботехническими свойствами является необходимость периодического их обновления, поскольку мягкий слой покрытия
при работе машин и механизмов с поверхности деталей со временем удаляется. Для обновления покрытия требуется разборка механизма, что зачастую затруднено условиями
его эксплуатации.
Известен способ формирования покрытия с триботехническими свойствами методом
ионного напыления, основанный на бомбардировке в вакууме ионами инертного газа мишени, изготовленной из твердого смазочного материала. Этим методом на поверхностях
стальных деталей получают покрытия из дисульфида молибдена, фторопласта и др. [2].
BY 16083 C1 2012.06.30
Недостатком данного способа является формирование покрытия из твердого смазочного материала, обладающего мягкой слоистой структурой, которое недолговечно и требует периодического обновления.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, по мнению авторов, является способ формирования покрытия с триботехническими свойствами путем ионно-лучевого распыления в вакууме мишени, изготовленной из спрессованного порошка металла или
сплава и 25-35 мас. % порошка дисульфида молибдена с размером частиц 50-100 нм.
Недостатком данного способа является слабая стойкость сформированного покрытия
при работе в атмосфере при температуре свыше 400 °С. Если в атмосфере при отсутствии
влаги окисление MoS2 начинается при 350 °С, то во влажной атмосфере оно становится
возможным уже при температуре 80-100 °С.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости, ресурса
эксплуатации и расширения условий применения деталей, работающих в узлах трения и
износа и высоких температур, за счет формирования покрытия с триботехническими
свойствами с низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и стойкостью к
высоким температурам в условиях эксплуатации в атмосфере, получаемого в процессе его
нанесения методом ионно-лучевого распыления.
Это достигается тем, что в известном способе формирования на детали покрытия с
триботехническими свойствами путем ионно-лучевого распыления в вакууме мишени из
спрессованного порошка металла или сплава, выбранного с учетом металла или сплава, из
которого изготовлена деталь, распыляют мишень, содержащую 35-50 мас. % порошка дисульфида вольфрама с размером частиц 50-100 нм.
Добавление дисульфида вольфрама в металлическую мишень для распыления позволяет получить покрытие с триботехническими свойствами, в котором твердосмазочный
материал (в данном случае дисульфид вольфрама) "упакован" в металлическую матрицу.
Такой подход к формированию покрытия с триботехническими свойствами позволяет получить покрытие с достаточно высокой износостойкостью при обеспечении высоких триботехнических характеристик, а также сохранить высокие триботехнические характеристики
покрытий при эксплуатации деталей с покрытиями при высоких температурах. Порошок
металла или сплава для матрицы мишени выбирается с учетом материала, из которого изготовлена деталь, подлежащая обработке. Например, если деталь изготовлена из титанового сплава, то основу порошковой мишени составляет титан или его сплав, если из
бронзы - то бронза, если сталь, содержащая большое количество никеля или хрома, то основой являются никель или хром и т.п. Таким образом, реализуется высокая адгезия покрытия с триботехническими свойствами к поверхности детали, что обеспечивает ее
длительную эксплуатацию.
Сущность способа поясняется примером.
Для выделения влияния добавки дисульфида вольфрама в мишень для распыления на
триботехнические свойства покрытий были проведены измерения микромеханических характеристик покрытий, сформированных из мишеней с добавками WS2 и MoS2, а также
были определены коэффициенты трения.
Все измерения микротвердости покрытий проводили на микротвердомере "Micromet
II" с использованием наконечника Кнупа при нагрузке на индентор, равной 0,02 H.
Высоту неровностей определяли с помощью профилографа-профилометра 252 при
вертикальном увеличении x 100000.
Морфологию поверхности и ширину треков износа изучали с применением сканирующего электронного микроскопа.
Результаты испытаний покрытий с триботехническими свойствами, сформированных
на основе никеля и титана, представлены в табл. 1 и табл. 2.
2
BY 16083 C1 2012.06.30
Таблица 1
Результаты испытаний никелевых покрытий
Способ
Состав покрытия
Микротверд.
покрытия,
МПа
Высота неровностей,
Ra
Ширина
трека износа, мкм
Коэффиц.
трения
Ni + 25 %WS2
6050
20-24
420-440
0,28-0,30
Предлагаемый
Ni + 35 % WS2
5850
21-25
400-420
0,23-0,26
Предлагаемый
Ni + 50 % WS2
5350
22-25
370-400
0,17-0,18
Ni + 60 % WS2
4850
23-26
360-380
0,17-0,19
Известный
Ni + 35 % MoS2
5300
22-25
370-420
0,17-0,18
Для покрытий со специальными триботехническими свойствами, сформированных на
основе никеля с добавками дисульфида вольфрама и дисульфида молибдена, триботехнические характеристики находятся в одинаковых пределах.
Таблица 2
Результаты испытаний титановых покрытий
Высота
Ширина
Микротверд.
неровКоэфф.
Способ
Состав покрытия
трека изнопокрытия, МПа носгей,
трения
са, мкм
Ra
Ti + 25 %WS2
4920
22-25
430-460
0,23-0,27
Предлагаемый
Ti + 35 %WS2
5150
20-23
400-420
0,23-0,26
Предлагаемый
Ti + 50 %WS2
5920
19-21
380-400
0,19-0,2
Ti + 60 %WS2
5970
20-22
370-390
0,19-0,22
Известный
Ti + 35 % MoS2
5870
19-21
400-440
0,18-0,2
Введение дисульфида вольфрама в титановую мишень для распыления в количестве
менее 35 % не даст явно выраженного увеличения эксплуатационных свойств ионнолучевых покрытий.
Как видно из табл. 1 и 2, предлагаемый способ формирования покрытий с триботехническими свойствами, путем введения в мишень для распыления дисульфида вольфрама и
дисульфида молибдена, позволяет получить покрытия со следующими триборотехническими характеристиками:
Увеличение концентрации дисульфида вольфрама в мишени для распыления до
60 мас. % не повысило триботехнические свойства покрытий.
Это объясняется тем, что при увеличении концентрации дисульфида вольфрама свыше 50 % не наблюдается существенного увеличения твердости, износостойкости и снижения шероховатости, но снижается прочность композиционной мишени, что приводит ее к
разрушению после нескольких циклов использования.
Исходя из этого, оптимальным вариантом для формирования покрытий с триботехническими свойствами является содержание дисульфида вольфрама в мишени для распыления в количестве 35-50 мас. %.
Для покрытий с триботехническими свойствами, сформированных на основе никеля с
добавками дисульфида вольфрама и дисульфида молибдена, триботехнические характеристики находятся в одинаковых пределах.
Для определения воздействия на триботехнические свойства покрытий высоких температур были повторно проведены измерения триботехнических свойств покрытий после
выдержки изделий с покрытиями с добавками WS2 и MoS2 в печи при температуре 500 °С
в течение 8 часов.
3
BY 16083 C1 2012.06.30
Результаты испытаний никелевых покрытий после выдержки в печи в течение 8 часов
при температуре 500 °С.
Таблица 3
Способ
Предлагаемый
Предлагаемый
Известный
Состав покрытия
Ni + 25 % WS2
Ni + 35 % WS2
Ni + 50 % WS2
Ni + 60 % WS2
Ni + 30 % MoS2
Микротверд. Высота
Ширина
покрытия, неровнотрека
МПа
стей, Ra износа, мкм
5500
5400
5300
5200
2700
20-22
21-23
22-23
23-24
110-120
400-460
390-440
370-440
360-410
740-820
Коэфф.
трения
0,28-0,30
0,23-0,26
0,17-0,18
0,17-0,19
0,3-0,4
Результаты испытаний хромовых покрытий после выдержки в печи в течение 8 часов
при температуре 500 °С.
Таблица 4
Способ
Предлагаемый
Предлагаемый
Известный
Состав
покрытия
Ti + 25 %WS2
Ti + 35 %WS2
Ti + 50 %WS2
Ti + 60 %WS2
Ti + 30 % MoS2
Микротверд.
покрытия,
МПа
4870
5100
5870
5920
2800
Высота
Ширина
неровностей
трека
Ra
износа, мкм
22-23
420-460
20-21
390-430
19-21
380-420
20-22
360-410
95-105
640-760
Коэфф.
трения
0,23-0,27
0,23-0,26
0,19-0,2
0,19-0,22
0,3-0,4
Значения триботехнических свойств и микромеханических характеристик покрытий
на основе титана с добавками WS2 практически не изменились.
Как видно из табл. 3 и 4, предлагаемый способ формирования покрытия с триботехническими свойствами, путем введения в мишень для распыления дисульфида вольфрама,
позволяет сохранить высокие триботехнические характеристики после выдержки покрытий в течение 8 часов при температуре 500 °С.
Частицы дисульфида вольфрама выбраны размером 50-100 нм для того, чтобы они
равномерно распределялись между частицами металла. Это необходимо для получения
более однородной структуры мишени. Связано это с тем, что чем более однородная структура мишени, тем более однородным получается структура формируемого покрытия.
Источники информации:
1. Богданович П.Н., Прушак В.Я. Трение и износ в машинах: Учеб. для вузов. - Минск:
Выш. шк., 1999. - С. 123-127.
2. Цеев Н.А., Козелкин В.В., Гуров А.А. и др. Материалы для узлов сухого трения, работающие в вакууме: Справочник / Под общ. ред. В.В.Козелкина. - М.: Машиностроение,
1991. - С. 28, 31.
3. Патент РБ 12984, 2010.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
91 Кб
Теги
by16083, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа