Результат интеллектуальной деятельности: АНТИФРИКЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к антифрикционным покрытиям, используемым в подшипниках скольжения и других сопряжениях для снижения трения, износа на стальных деталях при действии высоких температур и нагрузок, в частности при использовании покрытия для лепестковых газодинамических подшипников.

Характеристика аналога

Известно антифрикционное композиционное покрытие (см. патент РФ №2211260), содержащее твердую смазку, включающую дисульфид молибдена и графит, а также связующее на основе эпоксидной смолы, отличающееся тем, что покрытие состоит из трех слоев, нижний из которых, прилегающий к подложке, выполнен толщиной 10-15 мкм из молибдена, верхний состоит из твердой смазки, дополнительно содержащей окись кадмия, и имеет толщину 1-3 мкм, а промежуточный слой содержит связующее и выполнен толщиной 15-50 мкм.

Покрытие работоспособно на воздухе и в воде при температурах от -100°C до +250°C и удельных нагрузках до 20 кгс/мм² и имеет коэффициент трения <0,1.

Недостатком аналога является невозможность его эксплуатации при температурах выше 250°C из-за разложения эпоксидного связующего и его ускоренного износа.

Характеристика прототипа

Ближайшим из аналогов является антифрикционное твердосмазочное покрытие (см. патент РФ №2017800), 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 соотношением

длины к диаметру 30-300 0,15-1,1

Эпоксифенольный лак - остальное.

Недостатком прототипа так же, как и у аналога является невозможность его эксплуатации при температурах выше 250°C из-за разложения эпоксифенольного лака и его ускоренного износа.

Техническая задача

Технической задачей, вытекающей из уровня техники, является повышение рабочих температур антифрикационного покрытия и повышение его износостойкости.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что заявляемое антифрикционное покрытие содержит дисульфид молибдена и связующее. Отличается тем, что используется кремнийорганическое связующее. Дополнительно введены в состав алмазные наночастицы.

Использование кремнийорганического связующего позволяет повысить рабочую температуру заявляемого покрытия без его разложения.

Благодаря введению алмазных частиц в состав покрытия алмазных наночастиц, обладающих высокой поверхностной энергией, происходит с одной стороны уплотнение молекул связующего вокруг наночастиц, а с другой стороны - сцепление этих алмазных наночастиц с защищаемой металлической поверхностью. Это приводит к повышению износостойкости заявляемого покрытия в сравнении с прототипом и повышению рабочих температур до 500°C.

Алмазных наночастиц введено в состав в количестве 0,1-0,2% от массы покрытия, что является оптимальным количеством алмазных наночастиц для решения поставленных задач.

В качестве кремнийорганического связующего используется смола, входящая в состав лака КО-08, что является одним из вариантов использования кремнийорганических связующих в заявляемом покрытии.

Толщина покрытия составляет 25-30 мкм, что является достаточным для решения поставленных задач.

Размер алмазных наночастиц составляет 4-6 нм. Заявляемое устройство является новым, т.к. оно не известно из уровня техники.

Изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Пример конкретного исполнения

Рассмотрим вариант использования антифрикационного термостойкого покрытия для лепестковых газодинамических подшипников, работающих при температурах до 500°C.

Для приготовления антифрикционного покрытия были использованы следующие компоненты:

- Дисульфид молибдена марки ДМ-1 ТУ 48-19-133-85.

- Кремнийорганическое связующее - лак КО-08, ГОСТ 15081-78, представляющий собой раствор полиметилфенилсилоксановой смолы в толуоле, ГОСТ 9880-76.

- Порошок алмазных наночастиц размером 5 нм.

Представленные компоненты перемешиваются. Добавляется растворитель - толуол до требуемой вязкости смеси - 12-14 сек по ВЗ-4. Полученный состав наносится на защищаемые поверхности с помощью краскораспылителя в два слоя с промежуточной сушкой между нанесением слоев в 20 мин при температуре 15-35°C. После нанесения второго слоя второй слой сначала сушат 20 мин при температуре 15-35ºC, а потом производят окончательную сушку при температуре 150-180°C в течение 60 мин. Толщина покрытия должна составлять 25-30 мкм.

Использование кремнийорганического лака КО-08 позволяет повысить рабочую температуру заявляемого покрытия без его разложения до 500°C и потери механической прочности.

Благодаря введению алмазных частиц в состав покрытия алмазных наночастиц, обладающих высокой поверхностной энергией происходит с одной стороны уплотнение молекул связующего, а с другой стороны - сцепление этих алмазных наночастиц с защищаемой металлической поверхностью. Это приводит к повышению износостойкости заявляемого покрытия в сравнении с прототипом и повышению рабочих температур до 500ºC.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом устройстве решается полностью поставленная техническая задача, вытекающая из уровня техники, и, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение находится на стадии опытно-промышленных испытаний.

Планируется серийное использования заявляемого покрытия в газодобывающей и газоперерабатывающей промышленности, в частности для покрытия лепестковых газодинамических подшипников, используемых в отечественных газовых турбинах, в том числе в турбодетандерах.