Результат интеллектуальной деятельности: Спеченный фрикционный материал на основе меди

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения машин и механизмов в условиях жидкостного трения.

Известны фрикционные материалы на основе меди (основа), легированной оловом, цинком, алюминием, титаном, твердыми смазками (графит, дисульфид молибдена, свинец) и фрикционными добавками (оксиды, карбиды, нитриды металлов) [В.М. Крячек, И.И. Панаиоти. Современные фрикционные материалы. Наукова думка, 1975].

Известен фрикционный материал, содержащий (мас. %): цинк 6-8, железо 0.1-0.2, свинец 2-4, графит 3-7, вермикулит 8-12, хром 4-6, сурьма 0.05-0.1, кремний 2-3, медь - остальное. Недостатком данного материала является низкий коэффициент трения и недостаточный коэффициент стабильности момента сил трения (отношение среднего момента трения к максимальному моменту трения), наличие порошка свинца, который признан экологически вредным [Патент РФ 2324756].

В качестве прототипа выбран материал, имеющий следующий состав (мас. %): олово 5-6, графит 12-14, титан 5-7, медь - остальное. К недостаткам данного материала также можно отнести нестабильность коэффициента стабильности момента сил трения, необходимость использования дорогостоящего порошка титана, повышенная температура процесса спекания [Патент РБ №18489].

Технической задачей изобретения является увеличение коэффициента трения и повышение стабильности момента сил трения, снижение температуры спекания, повышение удельного давления при эксплуатации.

Решение технической задачи заключается в том, что известный спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий медь, олово, дополнительно содержит порошок кокса литейного, при следующем соотношении компонентов (мас. %): олово - 5-8, кокс литейный 7-9, медь - остальное.

Введение стального порошка ПХ-30 позволяет повысить удельное давление в процессе эксплуатации, за счет упрочнения бронзовой матрицы, получаемой в процессе диффузии олова в медь. Кроме того, кокс литейный содержит углерод, который выступает в роли антизадирной присадки, и ультрадисперсные частицы оксидов кальция, магния, которые выполняют функцию фрикционной добавки, повышающей коэффициент трения при одновременном снижении пика момента трения. Снижение содержания неметаллической составляющей в составе фрикционного материала (замена порошка графита (12-14%) на порошок кокса литейного (7-9%)) способствует увеличению прочности крепления фрикционной накладки к стальной несущей основе, увеличению прочности металлической матрицы, коэффициента теплопроводности (способствует оптимальному перераспределению тепловых потоков на границе раздела в процессе трения). Использование порошка олова в сочетании с медным порошком позволяет получить оловянистую бронзу с температурой спекания 720-740 С.

Результаты испытаний предлагаемого и известного материала, проведенные на инерционном стенде ИМ-58 при скорости скольжения 10 м/с, усилии сжатия 4 МПа, в масляной среде при использовании диска стального из материала сталь 45 приведены в таблице.

Пример конкретного выполнения, подтверждающий возможность осуществления заявленного изобретения:

Исходные порошковые материалы (мас. %): медь (основа) - 86, олово - 6, кокс литейный - 8 смешивают в смесителе в течение 50-60 минут. Полученный порошковый фрикционный материал напекают на стальную основу в защитной атмосфере при температуре 720-740°С. Напеченный фрикционный материал на основе меди уплотняется усилием 2000 кН на прессе с одновременным выдавливанием маслоотводящих каналов и пазов, с последующим спеканием под нагрузкой 0,1 кН в защитной атмосфере при температуре 780°С в течение двух часов.

Осуществленный технологический процесс с использованием разработанного фрикционного материала на основе меди позволил снизить себестоимость фрикционного диска до 30%.