Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к способу получения антифрикционного композиционного покрытия, которое может быть использовано в машиностроении для нанесения на детали узлов трения, работающих в воздушной среде в условиях высоких нагрузок и температур.

Известен способ получения металлоалмазных химических покрытий (см. патент РФ №2375494 C2, C23C 18/16, C23C 18/36 от 01.08.2007).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения химических покрытий на деталях из различных материалов (металлы, керамика, полимеры), которые работают в условиях повышенного износа, высоких давлений, температур, в присутствии агрессивных сред.

Недостатком является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения в узлах трения без смазочного материала.

Наиболее близким по назначению и технической сущности, принятым за прототип, является способ получения антифрикционного композиционного покрытия на изделии из стали (см. патент РФ №2455391 C1, C23C 28/00, C23C 18/36, 11.01.2011).

Данное покрытие получено методом химического осаждения с нанесение на поверхность алюмохромфосфатного связующего и обладает низким коэффициентом трения и хорошими коррозионными свойствами.

Недостатком данного покрытия является низкая износостойкость при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.

Задачей изобретения является получение покрытия с улучшенными трибологическими свойствами, а именно увеличение износостойкости при высоких нагрузках и высокой температуре в узлах трения без смазки.

Данная задача решалась путем послойного нанесения на поверхность трения вначале никель-фосфорного покрытия путем химического осаждения, затем слоя алюмохромфосфатного связующего и слоя твердого смазочного покрытия. При этом никель-фосфорное покрытие, наносимое на очищенную стальную поверхность химическим осаждением, обеспечивает высокую адгезию и коррозионную стойкость. В качестве раствора может быть использован следующий состав, г/л: никель хлористый 20-22, натрий уксусно-кислый 10-15, гипофосфит натрия 21-25, тиомочевина 0,002.

Для алюмохромфосфатного слоя берут готовую смазку (ТУ 2149001-58242765-2008). Алюмохромфосфатное связующее наносят путем погружения изделий в раствор с алюмохромосфатным связующим и выдержки в течение 1 минуты, а затем проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 минут. Этот слой обеспечивает хорошую связку никель-фосфорного слоя с последующим твердым смазочным слоем.

Поверхностный слой, наносимый на алюмохромфосфатную связку представляет собой твердое смазочное покрытие, изготовленное из суспензии следующего состава, г/л:

После нанесения слоя твердого смазочного покрытия изделие подвергают термической обработке при температуре 300°C в течение 120 минут. Этот слой твердого смазочного покрытия придает покрытию высокие антифрикционные свойства.

Сущность изобретения состоит в том, что полученное трехслойное покрытие обладает высокой адгезией к поверхности трения, хорошим сцеплением между слоями и низким коэффициентом трения, что позволяет значительно повысить износостойкость покрытия при работе в условиях повышенных температур и высоких нагрузок.

Способ получения покрытия

Для получения покрытия на металлической поверхности осаждают никель-фосфорное покрытие из рабочего раствора следующего состава г/л: хлористого никеля - 21, уксусно-кислого натрий - 10, гипофосфита натрия - 25, порошок тиомочевины - 0,002. Вода используется дистиллированная. Обрабатываемые изделия, предварительно обезжиренные венской известью, травят в растворе соляной кислоты в соотношении 100 г/л при температуре 25-30°C в течение 30-60 сек, промывают водой и помещают в сосуд с рабочим раствором. Через 2-3 мин в раствор, помешивая, добавляют 5-6 г дисульфида молибдена. Время осаждения составляет 0,2-1 час. Изделия промывают холодной проточной водой, проводят термическую обработку изделий при температуре 200-210°C в течение 10-15 мин и охлаждают на воздухе.

Затем изделия погружают в раствор с алюмохромфосфатным связующим и выдерживают в течение 1 мин. Далее проводят термообработку при 400-410°C в течение 40-45 мин. Изделию дают остыть до комнатной температуры и наносят слой твердого смазочного покрытия.

Слой твердого смазочного покрытия наносят из суспензии, которую готовят следующим образом: смешивают расчетное количество ортофосфорной и азотной кислоты и 100 мл дистиллированной воды, добавляют расчетное количество хлорида кадмия, азотнокислого цинка и оксида магния, механически перемешивают до полного растворения компонентов.

В отдельной посуде смешивают расчетное количество азотнокислого серебра с оставшимся количеством дистиллированной воды до полного растворения. Далее добавляют дисульфид молибдена и размешивают до получения однообразной жидкой массы.

Оба раствора соединяют и перемешивают.

Полученную суспензию наносят на металлические изделия с помощью кисти или окунанием. После нанесения твердого смазочного слоя проводят термическую обработку в термическом шкафу по следующему режиму: при температуре 300°C в течение 120 минут.

В таблице показаны результаты испытаний полученных покрытий и их сравнение с прототипом.

Испытания трибологических свойств полученного покрытия производились на возвратно-поступательной машине трения, разработанной во ФГУП ОКТБ «ОРИОН», по схеме шар-плоскость, скорость перемещения V=0,04 м/с, нормальной нагрузке 1000 МПа (удельное давление, создаваемое в зоне трения по Герцу), при температуре +23°C, +150°C, +350°C. Композиционное антифрикционное покрытие наносилось на образцы из стали, в качестве контртела использовались стальные образцы из стали ШХ15. По окончании испытаний измерялся весовой износ.

В таблице 1 представлены составы 4 композиций суспензии для твердого смазочного покрытия.

В таблице 2 представлены результаты физико-механических испытаний антифрикционных покрытий.

Результаты, приведенные в таблице, подтверждают, что композиционное антифрикционное покрытие обладает улучшенными трибологическими свойствами, повышенной износостойкостью и коэффициентом трения. Разработанное покрытие испытано 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 разработанное нами «Антифрикционное композиционное покрытие» отвечает требованиям для признания его изобретением: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость и может быть защищено патентом Российской Федерации.