close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 4725

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 4725
(13)
C1
(51)
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
(19)
7
C 08L 77/02,
C 08J 5/16,
C 08K 13/00 //
(C 08K 13/00,
3:08, 5:10, 5:17)
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ДЛЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
(21) Номер заявки: a 19980212
(22) 1998.03.06
(46) 2002.09.30
(71) Заявитель: Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого НАНБ
(BY)
(72) Авторы: Миронович Л.Л.; Гартман Е.В.;
Солнцев А.П.; Усс И.Н.; Минеев Б.П. (BY)
(73) Патентообладатель:
Институт
механики
металлополимерных систем им. В.А.Белого
НАНБ (BY)
(56)
SU 539923, 1976, JP 55139429 A, 1980.
(57)
Изобретение относится к области полимерных композиций для покрытий, в частности, антифрикционного
назначения, и может быть использовано при ремонте и восстановлении изношенных металлических деталей
гидроаппаратуры, а также для изготовления узлов трибосопряжений, работающих в условиях гидродинамической смазки. Композиция включает, мас. %: дисперсный полиамид (70,0-89,8), металлический порошок
(10-25) и модифицирующую добавку (0,2-5,0). Композицию готовят путем механического смешения полиамида и металлического порошка с последующей пропиткой полученной металлополимерной смеси раствором модификатора. Покрытия из композиции наносят на детали вибровихревым методом. Изобретение позволяет использовать в узлах трибосопряжений детали из обычной стали с покрытием взамен дорогостоящих
металлов и сплавов.
Изобретение относится к области полимерных композиций для покрытий, в частности, антифрикционного назначения и может быть использовано при ремонте и восстановлении изношенных металлических деталей гидроаппаратуры, а также для изготовления узлов трибосопряжений, работающих в условиях гидродинамической смазки.
Известно использование полимерной композиции на основе полиамида, наполненного порошками медных сплавов, в качестве антифрикционных покрытий, работающих в условиях смазки промышленными маслами [1]. Трение осуществлялось по закаленному стальному валу. Получаемые на основе этой композиции
покрытия имеют недостаточно высокую адгезионную прочность и водостойкость.
Кроме того, известна полиамидная композиция, в которой для увеличения модуля упругости и снижения
относительной деформации в качестве наполнителя содержатся высокопористые металлы с ячеисто-сетчатой
структурой, выбранные из группы: железо, никель, нихром [2]. Недостатками этого материала является высокое водопоглощение, нестабильная адгезионная прочность покрытий из предлагаемой композиции с металлическими подложками.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является антифрикционная полимерная композиция, содержащая порошкообразный полиамид, полиэтилен, антифрикционную добавку и
пентапласт [3]. Указанная композиция используется для получения антифрикционных покрытий на металлах. Недостатком этой композиции является невысокие износостойкость, прочность при растяжении, адгезия
к подложке и водостойкость, что ограничивает использование покрытий из этого материала в узлах трения.
Задача изобретения - повышение прочности, износостойкости, нагрузочной способности и снижение коэффициента трения трибосопряжения: антифрикционное металлополимерное покрытие-вал при высоких водостойкости и адгезии покрытий.
Поставленная цель достигается тем, что полимерная композиция для антифрикционных покрытий, включающая дисперсный полиамид и модифицирующую добавку, в качестве модифицирующей добавки содер-
BY 4725 C1
жит стехиометрическую смесь ароматического или алифатического диамина и моноалкилового эфира малеиновой кислоты и дополнительно включает наполнитель - порошок никель-алюминиевого и хромоникелевого сплава при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полиамид
70,0-89,8
модифицирующая добавка
0,2-5,0
наполнитель
10,0-25,0.
При подборе состава композиции были испытаны различные дисперсные наполнители - порошки металлов (железа, бронзы, латуни, алюминия, хрома, никеля, никель-алюминиевого и хромо-никелевого сплава),
оксиды металлов (оксид алюминия, оксид кадмия, оксид цинка, оксид меди, оксид титана, Сr2О3). Композиции полиамид - оксиды металлов показали хорошие результаты по износостойкости, однако их адгезия к металлическим подложкам была невысокой. Композиции полиамид - оксиды металлов - модифицирующая добавка также имели недостаточно высокую адгезию, вероятно вследствие химической реакции компонентов
модификатора с оксидом, приводящей к дезактивации модификатора. Композиции полиамид - порошок металла также обладали недостаточно высокой адгезией и водостойкостью. Из испытанных композиций полиамид - порошок металла - модификатор лучшие результаты были получены при использовании порошков
никель-алюминиевого сплава ПВ-Н70Ю30 (ТУ 14-1-3287-81) и хромо-никелевого сплава ПР-Х20Н80 (ГОСТ
13084-67). Поэтому дальнейшие исследования проводили с композициями, содержащими эти порошки.
В заявляемой композиции используется модифицирующая добавка - стехиометрическая смесь ароматического или алифатического диамина формулы H2N-R-NH2,
где R -
;
;
CH 2
O
или
(CH 2) 6
и моноалкилового эфира малеиновой кислоты формулы:
O
HC-C-OH
, где R 1=-CH 3; -C 2H 5; -C 3H 7 .
HC-C-OR
1
O
Сочетание в композиции модифицирующей добавки, повышающей водостойкость и адгезию полиамида к
стали, и металлических дисперсных наполнителей на основе никель-алюминиевого и никель-хромового сплавов
способствует значительному увеличению износостойкости композиции и снижению коэффициента трения в
условиях смазки промышленными маслами. В результате специфического взаимодействия модифицирующей добавки как с полиамидом, так и с металлическим наполнителем прочность при растяжении покрытий
из заявляемых композиций увеличивается на 11-16 %, нагрузочная способность возрастает в 1,2 раза и водостойкость повышается в 27 раз по сравнению с ненаполненным, немодифицированным полиамидом.
Авторам не известно техническое решение, предусматривающее использование механической смеси полиамида и дисперсных металлических наполнителей на основе никель-алюминиевого и никель-хромового
сплавов, модифицированной стехиометрической смесью ароматического или алифатического диамина и моноалкилового эфира малеиновой кислоты для получения износостойких покрытий в узлах трибосопряжений,
работающих в условиях смазки промышленными маслами. Эффект от использования заявляемого технического решения не является следствием уже известных изобретений и обнаружен самими авторами.
При изучении патентной информации и научно-технической литературы подобные решения не обнаружены. В соответствии с изложенным заявляемое техническое решение отвечает критерию "изобретательский
уровень".
Порошки никель-алюминиевого сплава ПВ-Н70Ю30 и хромо-никелевого сплава ПР-Х20Н80 имеют дисперсность 40-100 мкм. Указанные порошки используются для получения газотермическим напылением упрочняющих слоев поверхностей металлических деталей.
Стехиометрическую смесь монометилового эфира малеиновой кислоты и 4,4'-диаминодифенилметана
(ДАДФМ) получают в две стадии. Сначала расчетное количество малеинового ангидрида (МА) и абсолютированного метанола (AM) нагревают при кипении в течение 45 мин. Полученный раствор монометилмалеината (МММ) разбавляют этанолом до концентрации 10 мас. %. К полученному раствору МММ добавляют при перемешивании расчетное количество ДАДФМ и этанола. После растворения ДАДФМ
получают 10 %-ный раствор модифицирующей добавки М-ДФМ в этаноле.
2
BY 4725 C1
Стехиометрическую смесь МММ и м-фенилендиамина получают путем добавления при перемешивании
к МММ расчетного количества м-фенилендиамина и этанола. После растворения диамина получают 10 %ный раствор модификатора М-МФ в этаноле.
Стехиометрическую смесь МММ и 4,4'-диаминодифенилового эфира (ДАД-ФЭ) получают путем добавления при перемешивании к МММ расчетного количества ДАДФЭ. После растворения диамина и добавления этанола получают 10 %-ный раствор модификатора М-ДФО в этаноле.
Стехиометрическую смесь моноэтилмалеината (МЭМ) и ДАДФМ получают в две стадии. Сначала расчетное количество МА и абсолютированного этанола (АЭ) кипятят с обратным холодильником в течение 60
мин. Затем полученный МЭМ разбавляют этанолом до концентрации 10 мас. %. К полученному раствору МЭМ
добавляют при перемешивании расчетное количество ДАДФМ и этанола. После растворения диамина образуется 10 %-ный раствор модификатора М-ДФМЭ в этаноле.
Стехиометрическую смесь МММ и 1,6-гексаметилендиамина получают при перемешивании расчетного
количества МММ, 1,6-гексаметилендиамина и этанола. После растворения диамина получают 10 %-ный раствор модификатора М-ГМ в этаноле.
Стехиометрическую смесь монопропилмалеината (МПМ) получают в две стадии. Сначала расчетное количество МА и н-пропилового спирта кипятят с обратным холодильником в течение 75 мин. Затем к полученному МПМ добавляют при перемешивании расчетное количество ДАДФМ и этанола. После растворения
диамина получают 10 %-ный раствор модификатора М-ДФМП в этаноле.
Полимерную композицию для покрытий получают путем механического смешения порошкообразного
полиамида ОСТ 6-06-С9-93 дисперсностью 50-415 мкм и порошка металлического сплава на вибровихревой
установке с последующей пропиткой 10 %-ным раствором модификатора в этаноле до необходимой мас. %
концентрации и сушкой композиции.
Покрытие из полученной композиции наносят следующим образом. Деталь с предварительно подготовленными и обезжиренными поверхностями подвергают нагреву в печи при 270-290 °С. Нагретую деталь погружают в псевдоожиженный слой композиции на 5-10 с. Избыток материала удаляют встряхиванием или
обдувом поверхности струей сжатого воздуха. Покрытия на детали охлаждают в холодной воде до нормальной температуры. Полученные покрытия испытывают на следующие показатели: износостойкость при трении по стали, коэффициент трения, прочность при растяжении, нагрузочную способность, адгезию к стали и
водостойкость (по времени кипячения в дистиллированной воде до отслаивания покрытия от стальной подложки). Составы композиций конкретного выполнения приведены в табл. 1. Сравнительные свойства покрытий из предлагаемой композиции и прототипа приведены в табл. 2.
Как видно из приведенных результатов, покрытия, полученные на основе композиций, содержащих 10-25
мас. % порошков металлических сплавов ПВ-Н70Ю30 и ПР-Х20Н80 и 0,2-5,0 мас. % модифицирующей добавки, обладают низким коэффициентом трения и низким износом при трении по стали (примеры 1-6). При
снижении содержания порошка металла в композиции до 5 мас. % происходит повышение износа при трении и снижение нагрузочной способности (пример 7). При повышении содержания порошка металла в
композиции до 30 мас. % (пример 8) возрастает износ покрытия и увеличивается коэффициент трения.
Снижение содержания модификатора в композиции до 0,1 мас. % (пример 9) приводит к снижению адгезии к
стали и водостойкости, а повышение содержания модификатора до 6 мас. % (пример 10) приводит к снижению адгезии к стали. Покрытие из порошкообразного полиамида ПА-6 без модифицирующей добавки и порошка металла имеет низкую адгезию к стали, низкую водостойкость и высокие величины коэффициента трения и износа (пример 11). Покрытие,полученное на основе известной композиции, содержащей 1 мас. %
модифицирующей добавки, имеет высокую адгезию к стали, водостойкость и прочность, но также весьма высокие величины коэффициента трения и износа при трении по стали (пример 12). Таким образом, составы
полимерных композиций, согласно примерам 1-6, являются оптимальными. Только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. По сравнению с известной композицией [3] предложенные композиции позволяют снизить коэффициент трения получаемых покрытий в
2,3-3,1 раза, повысить нагрузочную способность в 1,2 раза и износостойкость более чем в 6 раз.
Проведенные испытания позволяют утверждать, что предлагаемый композиционный материал можно
использовать для восстановления изношенных поверхностей трибосопряжений в деталях гидроаппаратуры, а
также нанесения износостойких покрытий на детали трибосопряжений, работающих в условиях гидродинамической смазки, с целью замены дорогостоящих металлов и сплавов на обычные стали с металлополимерным покрытием.
3
BY 4725 C1
Таблица 1.
Составы композиционных материалов для антифрикционных покрытий (мас. %).
№№
примеров
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(прототип)
89,8
84,0
78,0
78,0
70,0
78,0
93,0
68,0
79,9
74,0
100,0
0,2
2,0
2,0
0,1
6,0
-
1,0
-
2,0
-
2,0
-
5,0
-
2,0
-
ПВН70Ю30
10
15
20
20
-
99,0
1,0
-
-
-
-
-
-
ПА-6 М-ДФМ
М-МФ М-ДФО
М-ДФМЭ
М-ГМ
М-ДФМП
ПР-Х20Н80
20
20
25
5
30
20
Таблица 2
Физико-механические свойства покрытий
№№
Износ покры- Нагрузочная Прочность при Адгезия
Коэффициент
приметия за
способность, растяжении, к стали,
трения
ров
20 часов, мг
МПа
МПа
Н/см
Предложен1
0,013
0,2
61,0
52,1
20,5
ная компози2
0,013
0
60,8
52,0
47,0
ция
3
0,013
0,1
60,5
51,7
43,2
4
0,013
0,1
62,0
53,0
43,0
5
0,010
0
63,0
53,8
34,2
6
0,013
0
61,3
52,4
43,7
Примеры для
7
0,015
0,4
57,6
49,5
44,1
сравнения
8
0,030
0,8
61,9
52,9
42,5
9
0,013
0
60,1
51,4
8,5
10
0,014
0
56,1
48,0
14,1
11
0,033
0,6
53,0
46,4
6,0
Прототип
12
0,030
0,5
60,0
46,2
22,5
Примеры
Водостойкость, мин
120
900
1200
1200
1200
1200
1200
1100
60
1500
45
90
Источники информации:
1. Krause H. Hammel С. Ucrschleissunterschung an cbenen Gleit-paarung im Mischreibungsgebiet. – Maschinenmarkt. – 1984. - Bd. 90. - № 97. - S. 2373-2376.
2. А.с. СССР 836055, МПК С 08 L 77/00, 1981.
3. А.с. СССР 539923, МПК С 08 L 77/00, С 08 L 71/00, С 08 I 5/18, 1976 (прототип).
4
BY 4725 C1
Полимерная композиция для антифрикционных покрытий, включающая дисперсный полиамид и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что она в качестве модифицирующей добавки содержит стехиометрическую смесь диамина формулы:
H2N-R-NH2,
где R -
;
CH2
;
O
или
(CH2)6
,
и моно(С1-С3)алкилового эфира малеиновой кислоты и дополнительно содержит наполнитель - порошок никель-алюминиевого или хром-никелевого сплава при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полиамид
70,0-89,8
модифицирующая добавка
0,2-5,0
наполнитель
10,0-25,0.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
176 Кб
Теги
4725, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа