**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRUCH
Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterailien, durch Tränken einer Kohlenstoffgrundlage mit Metallen oder deren Legierungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man als Kohlenstoffgrundlage silizierten Graphit verwendet, der zu 5-25 Gew. % aus Silizium, zu 25-55 Gew. % aus Siliziumkarbid und als Rest, bezogen auf 100 Gew.%, aus Kohlenstoff besteht, und vor dem Tränken eine thermische Behandlung des silizierten Graphits unter Vakuum von 1,33.10 bis 1,33.10-1 Pa bei einer Temperatur von 1500 bis 2000 C innerhalb von 15 bis 60 Minuten durchführt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterialien.
Stand der Technik
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterial durch Tränken einer Kohlenstoffgrundlage mit geschmolzenem Kupfer und geschmolzenem Silber. Das Verfahren besteht darin, dass man die Kohlenstoffgrundlage und die Metalle in festem Zustand in eine elektrisch leitende Hülle einbringt und mittels des Stromes auf einen Schmelzpunkt der Metalle erhitzt (FR-PS 1 368 129, Kl. C04B, bekanntgemacht 1964, am 31. Juni).
Nach diesem Verfahren ist es nicht immer möglich, ein Antifriktionsmaterial mit einer gleichmässigen Tränkung der Kohlenstoffgrundlage zu erhalten, was zu einem bedeutenden Unterschied seiner Eigenschaften nach dem Volumen mit sich bringt.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterialien durch Tränkung der Kohlenstoffgrundiage einer Dichte von 1,68-1,79 g/cm mit Metallen oder deren Legierungen vom Schmelzpunkt 200-1000 C in einem Autoklav unter Druck eines Inertgases (US-PS 3 619 430 Kl. 264-29, bekanngemacht am 9. November
1971).
Die nach diesem Verfahren erhaltenen Antifriktionsmaterialien weisen eine nicht genügcnd hohc Verschleissfestigkeit (Verschleissgeschwindigkeit 0,8-1,0 m/St) und Festigkeit (Druckfestigkeit 2300 kp/cm2) auf, deshalb ist es nicht möglich, diese Materialien in Reibungsbaugruppen zu verwenden, die in flüssigen Medien mit Schleifbeimengungen sowie im Medium der Schüttgüter betrieben werden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in dem Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterialien, durch Tränken der Kohlenstoffgrundlage mit Metallen oder deren Legierungen, solch eine Kohlenstoffgrundlage und solche Bedingungen ihrer Behandlung zu wählen, um Antifriktionsmaterialien mit erhöhten Festigkeitskennwerten und einer niedrigen Verschleissgeschwindigkeit zu erhalten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterialien vorgeschlagen wird, das das Tränken der Kohlenstoffgrundlage mit Metallen oder deren Legierungen vorsieht, wobei erfindungsgemäss als Kohlenstoffgrundlage silizierter Graphit verwendet wird, der zu 5-25 Gew. % aus Silizium, zu 25-55 Gew. % aus Siliziumkarbid, und als Rest, bezogen auf 100 Gew.%, aus Kohlenstoff besteht, und vor dem Tränken eine thermische Behandlung des silizierten Graphits unter Vakuum von
1,33.10-1,33.10-1 Pa bei einer Temperatur von 1500 bis 2000 C innerhalb von 15 bis 60 Minuten durchgeführt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, Antifriktionsmaterialien mit erhöhten Festigkeitskennwerten (die Druckfestigkeit erreicht 4300 kp/cm2) und einer hohen Verschleissfestigkeit (die Verschleissgeschwindigkeit beträgt 0,3 n/St), zu erhalten, was seinerseits gestattet, Antifriktionsmaterialien in Reibungsbaugruppen anzuwenden, die in flüssigen Medien mit Schleifbeimengungen und im Medium der Schüttgüter betrieben werden. Das Verfahren ist in technologischer und apparativer Gestaltung einfach, es ist explosionssicher und hochleistungsfähig.
Alle technologischen Parameter lassen sich bei der Herstellung der Antifriktionsmaterialien ohne weiteres und zuverlässig prüfen.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Antifriktionsmaterialien wird wie folgt durchgeführt.
Man verwendet als eingesetzte Kohlenstoffgrundlage zum Tränken derselben mit Metallen oder deren Legierungen silizierten Graphit. Zur Herstellung des silizierten Graphits können porige Kohlenstoffwerkstücke, gebrannt (höchstens 700-1000 C) oder graphitiert (höchstens 2000-3000 C), erhalten auf der Basis verschiedenartiger Kohlenstoffüllmittel und Bindemittel, in Frage kommen.
Man kann beispielsweise porige Kohlenstoffwerkstücke auf der Basis folgender Kohlenstoffüllmittel wie Erdöl- und Steinkohlenkoks, Kunst- und Naturgraphit, Kohlenstoffgewebe und Kohlenstoffaser, sowie auf der Basis beispielsweise folgender Bindemittel wie Steinkohlen- und Erdölpech, Phenolharze und andere duroplastische Kunstharze verwenden.
Man verwendet als porige Kohlenstoffwerkstücke Werkstücke mit einem offenporigen Gefüge von 25 bis 50%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Werkstückes, und einer Porengrösse von 30 bis 120 um.
Die Herstellung der Kohlenstoffgrundlage, des silizierten Graphits, wird in an sich bekannter Weise durch Erhitzen der Kohlenstoffwerkstücke mit einer Dichte von 0,80 bis
1,70g/cm in einem Elektroofen im Medium der Inertgase (Argon, Stickstoff, Helium) oder im Vakuum von 1,33 bis
1,33.10 Pa auf eine Temperatur von 1800 bis 2100 C und Tränken der erhitzten Kohlenstoffwerkstücke mit einer Siliziumschmelze innerhalb von 15 bis 30 Minuten durchge führt. Die mit Silizium durchtränkten Kohlenstoffwerkstükke (silizierter Graphit) entfernt man aus dem Ofen bei einer Temperatur von höchstens 800 C.
Die Kohlenstoffgrundlage, erhalten wie oben beschrie ben, unterwirft man einer thermischen Behandlung, bevorzugt in elektrischen Vakuumöfen (Vakuum 1,33.10 bis
1,33.10-1Pa) bei einer Temperatur von 1500 bis 2000 C innerhalb von 15 bis 60 Minuten.
Nach der thermischen Behandlung unterwirft man die Kohlenstoffgrundlage (silizierten Graphit) einer Tränkung mit Metallen oder deren Legierungen nach der bekannten Technologie insbesondere im Vakuum oder bevorzugt im
Medium der Inertgase unter Druck. Man kann als Metalle beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Platin, Blei, Zinn, Zink, Antimon, Wismut, und Indium verwenden. Von den Legie rungen verwendet man beispielsweise eine Legierung aus Antimon und Wismut, eine Legierung aus Eisen und Antimon, eine Legierung aus Blei und Zinn, Zinn- bzw. Bleilagermetalle, verschiedenartige Antifriktionsbronzen, beispielsweise auf der Basis von Kupfer und Blei, auf der Basis von Kupfer, Blei und Nickel.
Nach der Tränkung der Kohlenstoffgrundlage aus siliziertem Graphit mit Metallen oder deren Legierungen kann die Kohlenstoffgrundlage mechanisch bearbeitet werden, in dem man ein Erzeugnis vorgegebener Grösse erhält.
Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfin
dung dienen nachfolgende Beispiele. In allen Beispielen nimmt man eine Kohlenstoffgrundlage (silizierten Graphit) in Form eines Ringes mit folgenden Abmessungen: äusserer = 60 mm, innerer = 40 mm, h = 20 mm.
Die Festigkeits- und Verschleissfestigkeitsangaben der Antifriktionsmaterialien, erhalten gemäss den Beispielen und der US-PS 3 619 430, sind in der nach den Beispielen angeführten Tabelle aufgeführt.
Beispiel 1
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 5 Gew.% aus Silizium, zu 55 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 40 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, erhitzt man auf 1500 C mit einer Geschwindigkeit von 50 C pro min in einem Elektroofen unter Vakuum von 1.33.10Pa und lässt bei der genannten Temperatur innerhalb von 15 Minuten stehen. Dann bringt man in den Ofen einen Graphittiegel ein, in den der Ring und Kupfer eingebracht werden, erhitzt auf eine Temperatur von 1100 C unter Vakuum von 1,33.10 Pa und lässt den Ring in der Kupferschmelze bei der genannten Temperatur im Verlaufe von 5 Minuten stehen. Weiterhin senkt man die Temperatur auf 800 C und bringt den Ring aus dem Ofen aus.
Beispiel 2
Ein Antifriktionsmaterial erhält man analog dem Beispiel 1. Der Unterschied besteht darin, dass man einen Ring aus siliziertem Graphit folgender Zusammensetzung: Silizium 25 Gew.%, Siliziumkarbid 25 Gew.%, Kohlenstoff 50 Gew.% verwendet. Die thermische Behandlung des Ringes führt man unter Vakuum von 1,33 Pa bei einer Temperatur von 1800 C im Verlaufe von 35 Minuten durch.
Beispiel 3
Ein Antifriktionsmaterial erhält man analog dem Beispiel 1. Der Unterschied besteht darin, dass man einen Ring aus siliziertem Graphit folgender Zusammensetzung: Silizium 15 Gew.%, Siliziumkarbid 42 Gew.%, Kohlenstoff 43 Gew.% verwendet. Die thermische Behandlung des Ringes führt man unter Vakuum von 1,33 10 -1 Pa bei einer Temperatur von 2000 C im Verlaufe von 60 Minuten durch.
Beispiel 4
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 10 Gew.% aus Silizium, zu 48 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 42 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33 Pa bei einer Temperatur von 1700 C innerhalb von 40 Minuten, dann durchtränkt man mit der Antifriktionsbronze folgender Zusammensetzung: Blei 27-33 Gew.%, Kupfer alles übrige. Die Tränkung wird analog dem Beispiel 1 durchgeführt.
Beispiel 5
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 17 Gew.% aus Silizium, zu 39 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 44 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Bebandlung unter Vakuum von 1,33.10 Pa bei einer Temperatur von 1600 C innerhalb von 20 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Schmelze von Antimon mit Eisen (das Gewichtsverhältnis von Antimon zum Eisen beträgt 85:15) analog dem Beispiel 1.
Beispiel 6
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 23 Gew.% aus Silizium, zu 29 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 48 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33.10 Pa bei ciner Tcmperatur von 1900 C innerhalb von 25 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit dem Baobittmctall folgender Zusammensetzung: Antimon 10-12 Gew.%, Kupfer 5,6-6,5 Gew.%, Zmn alles übrige. Die Durchtränkung führt man bei einer Temperatur von 500 C im Sticktoffmedium unter Druck von 20,26.105 Pa innerhalb von 15 Minuten durch. Nach dem Abkühlen des Ofens wird der Ring ausgeladen.
Beispiel 7
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 12 Gew.% aus Silizium, zu 46 Ges.% aus Siliziumkarbid und zu 42 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33 Pa bei eincr Temperatur von 1800 C innerhalb von 30 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Schmelze von Blei und Zinn (das Gewichtsverhältnis von Blei zum Zinn beträgt 95:5) analog dem Beispiel 6.
Beispiel 8
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 21 Gew.% aus Silizium, zu 33 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 46 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirt man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33.10-1 Pa bei einer Temperatur von 1800 C innerhalb von 30 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit der Antifriktionsbronze folgender Zusammensetzung: Blei 57-63 Gew.%, Nickel 1,0-6,6 Gew.%, Kupfer alles übrige. Die Tränkung wird analog dem Beispiel 1 durchgeführt.
Beispiel 9
Einen Ring aus sthziertem Graphit, der zu 15 Gew.% aus Silizium, zu 41 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 44 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33.10 Pa bei einer Temperatur von 2000 C innerhalb von 17 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Silberschmelze bei einer Temperatur von 1100 C im Argonmedium unter einem Druck von 10.13.105 Pa im Verlaufe von 15 Minuten.
Beispiel 10
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 7 Gew.% aus Silizium, zu 49 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 44 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33.10-1 Pa bei einer Temperatur von 1500 C innerhalb von 40 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Goldschmelze analog dem Beispiel 9.
Beispiel 11
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 24 Gew.% aus Silizium, zu 27 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 49 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33.10 Pa bei einer Temperatur von 1750 C innerhalb von 50 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Aluminiumschmelze bei einer Temperatur von 700 C im Argonmedium unter einem Druck von 10.13.105 Pa im Verlaufe von 15 Minuten.
Beispiel 12
Einer Ring aus siliziertem Graphit, der zu 15 Gew.% aus Silizium, zu 42 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 43 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33 Pa bei einer Temperatur von 1800 C innerhalb von 35 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Schmelze von Antimon mit Wismut (das Gewichtsverhältnis von Antimon zum Wismut beträgt 1:1) analog dem Beispiel 11.
Beispiel 13
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 18 Gew.% aus Silizium, zu 37 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 45 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33.10 Pa bei einer Temperatur von 1950 C innerhalb von 55 Minuten. Die anschliessende Tränkung des Ringes mit einer Platinschmelze führt man bei einer Temperatur von 1800 C im Argonmedium unter einem Druck von 10,13 105 Pa im Verlaufe von 15 Minuten durch.
Beispiel 14
Einen Ring aus siliziertem Graphit, der zu 8 Gew.% aus Silizium, zu 51 Gew.% aus Siliziumkarbid und zu 41 Gew.% aus Kohlenstoff besteht, unterwirft man einer thermischen Behandlung unter Vakuum von 1,33 10 Pa bei einer Temperatur von 1550 C innerhalb von 27 Minuten. Dann durchtränkt man den Ring mit einer Indiumschmelze bei einer Temperatur von 350 C im Argonmedium unter einem Druck von 10,13.105 Pa im Verlaufe von 15 Mimuten.
Die Antifriktionsmaterialen, erhalten gemäss den Beispielen 1 bis 14 und der US-PS 3 619 430, wurden auf Verschleissfestigkeit und Druckfestigkeit geprüft. Die Prüfung auf die Verschleissfestigkeit wurde bei einer Beanspruchung von 10 kp/cm2 mit einer Gleitgeschwindigkeit an Stahl (HRC = 50-55) von 0,5 m/s in Wasser, enthaltend Sand mit einer Teilchengrösse von 40 - 100 um bei einer Konzentration desselben in Wasser von 50 g/l, durchgeführt. Die Temperatur der Prüfung betrug 50-70 C. Die Verschleissfestigkeit wurden nach der Verschleissgeschwindigkeit und dem Zustand der Arbeitsflächen der kontaktierbaren Reibungspaaren bewertet.
Wie aus der nachstehend angeführten Tabelle hervorgeht, gestattet es die Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung, die Druckfestigkeit der Antifriktionsmaterialien um das 1,2 - 2,0 fache zu erhöhen, die Verschleissfestigkeit um das 1,6 - 2,0 fache gegenüber den analogen Kennwerten des Antifriktionsmaterials, erhalten nach dem bekannten Verfahren gemäss der US-PS 3 619 430, zu senken.
Darüber hinaus haben die zusätzlichen Prüfungen ergeben, dass das Antifriktionsmaterial, erhalten nach dem erfindungsgemässen Verfahren, eine normale Arbeit eines Reibungspaars ohne örtliche Verbindung des Reibungspaares und steile Steigerung der Temperatur unter Bedingungen der Trocken und Mischreibung, d.h. unter Bedingungen der Inbetriebsetzung und Ausserbetriebsetzung der Ausrüstungen, zulässt. Auf den Arbeitsflächen des Antifriktionsmaterials, erhalten gemäss der US-PS 3 619 430, wird unter diesen Bedingungen eine Bildung tiefer Striche und Grate nachgewiesen.
Tabelle Ifde Nr. Silizierter Graphit, Thermische Behandlung der Beispiele Gew.%
Silizium Siliziumkarbid Konlenstoff Vakuum, Pa Temperatur, C Dauer, min 1 2 3 4 5 6 7
1 5 55 40 1,33-10 1300 15
2 25 25 50 1,33 1800 35
3 15 42 43 1,33.10-1 2000 60
4 10 48 42 1,33 1700 40
5 17 39 44 1,33-10 1600 20
6 23 29 48 1,33-10 1900 25
7 12 46 42 1,33 1800 30
8 21 33 46 1,33.10-1 1800 30
9 15 41 44 1,33.10 2000 17 10 7 49 44 1,33.10-1 1500 40 11 24 27 49 1,33.10 1750 50 12 15 42 43 1,33 1800 35 13 18 37 45 1,33-10 1950 55 14 8 51 41 1,33-10 1550 27 gemäss der nichtsilizierte Kohlenstoffgrundlage - US-PS 3619 30
Tabelle (Fortsetzung) lfde Nr.
Tränkungsmittel Eigenschaften der Antifriktionsmaterialien der Beispiele Metall Legierung Dichte, g/cm Druckfestigkeit, Verschleissgeschwindigkeit,
Gew.% kp/cmê m/St
8 9 10 11 12
1 Cu - 2,72 4300 Gemäss den Beispielen 1-14
2 Cu - 3,63 2780 liegt die Verschleissge
3 Cu - 3,11 3750 schwindigkeit zwischen 0,3
4 - Pb-27-33 3,17 4100 und 0,5 m/St.
Die Arbeits
Cu-alles flächen der Reibungspaar übrige zeigen keine sichtbaren Ver
5 - Sb-65 3,07 3500 schleissspuren
Fe-15
Sb-10-12
Cu-5,5-6,5
Sn-alles
6 - übrige 3,82 2800
Pb-95
7 - Sn-5 3,33 3900
Pb-57-63
Ni-1,0-6,6
8 - Cu-alles 3,57 3250 übrige
9 Ag - 3,27 3600 10 Au - 3,14 4100 11 Al - 2,67 2800
Sb-50 12 - Bi-50 3,09 3670 13 Pt - 3,32 3900 14 In - 3,23 3800 - Sb-70 2,67 2300 0,8-1,0 Arbeitsflächen der
Cu-30 Reibungspaar zeigen Ver schleissspuren
Gewerbliche Verwertbarkeit
Die erfindungsgemäss erhaltenen Antifriktionsmaterialien können zur Fertigung der Teile eingesetzt werden, die zur Arbeit in Reibungsbaugruppen verschiedener Ausrüstungen, beispielsweise der Schleuderpumpen mit Stopfbuchsen und Hermetikpumpen ohne Stopfbuchsen, der Stangen- und Tauchkolbenpumpen, Schnecken und Rohrleitungen, die neutrale, aggressive Flüssigkeiten und Schleifbeimengungen, beispielsweise Zunder,
Tone, Sand und diegleichen, verschiedener Dispersität, enthaltende Flüssigkeiten sowie Schüttgüter transportieren, angewandt werden.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIM
Process for the production of anti-friction materials, by impregnating a carbon base with metals or their alloys, characterized in that graphite is used as the carbon base, which consists of 5-25% by weight of silicon, 25-55% by weight of silicon carbide and the rest, based on 100 wt.%, consists of carbon, and before the impregnation, a thermal treatment of the siliconized graphite is carried out under a vacuum of 1.33.10 to 1.33.10-1 Pa at a temperature of 1500 to 2000 C within 15 to 60 minutes.
The present invention relates to a method of making anti-friction materials.
State of the art
A method is known for producing antifriction material by impregnating a carbon base with molten copper and molten silver. The process consists in placing the carbon base and the metals in a solid state in an electrically conductive shell and heating them to a melting point of the metals by means of the current (FR-PS 1 368 129, cl. C04B, published 1964, on June 31st) ).
According to this method, it is not always possible to obtain an anti-friction material with an even impregnation of the carbon base, which results in a significant difference in its properties in terms of volume.
Also known is a method for producing anti-friction materials by impregnating the carbon base layer with a density of 1.68-1.79 g / cm with metals or their alloys with a melting point of 200-1000 ° C. in an autoclave under pressure of an inert gas (US Pat. No. 3,619 430 Cl. 264-29, announced on November 9
1971).
The anti-friction materials obtained by this process have an insufficiently high wear resistance (wear rate 0.8-1.0 m / h) and strength (compressive strength 2300 kp / cm2), so it is not possible to use these materials in friction assemblies that be operated in liquid media with grinding admixtures and in the medium of bulk goods.
Presentation of the invention
The object of the invention is to select such a carbon base and conditions of its treatment in the process for the production of anti-friction materials, by impregnating the carbon base with metals or their alloys, in order to obtain anti-friction materials with increased strength properties and a low wear rate.
This object is achieved in that a method for the production of antifriction materials is proposed which provides for the impregnation of the carbon base with metals or their alloys, siliconized graphite being used as carbon base, which consists of 5-25% by weight of silicon, 25% -55% by weight of silicon carbide, and the remainder, based on 100% by weight, of carbon, and a thermal treatment of the siliconized graphite under vacuum before
1.33.10-1.33.10-1 Pa is carried out at a temperature of 1500 to 2000 C within 15 to 60 minutes.
The method according to the invention makes it possible to obtain antifriction materials with increased strength values (the compressive strength reaches 4300 kp / cm 2) and a high wear resistance (the wear rate is 0.3 n / h), which in turn allows antifriction materials to be used in friction assemblies which are used in liquid Media with grinding admixtures and in the medium of bulk goods can be operated. The process is simple in terms of technology and equipment, it is explosion-proof and high-performance.
All technological parameters can be easily and reliably checked during the manufacture of the anti-friction materials.
Best way to carry out the invention
The process according to the invention for the production of anti-friction materials is carried out as follows.
Graphite is used as the carbon base used to impregnate it with metals or their alloys. Porous carbon workpieces, fired (at most 700-1000 C) or graphitized (at most 2000-3000 C), obtained on the basis of different types of carbon fillers and binders, can be used to produce the silicided graphite.
For example, porous carbon workpieces based on the following carbon fillers such as petroleum and hard coal coke, synthetic and natural graphite, carbon fabric and carbon fiber, as well as based on the following binders such as hard coal and petroleum pitch, phenolic resins and other thermosetting synthetic resins can be used.
Workpieces with an open-pore structure of 25 to 50%, based on the total volume of the workpiece, and a pore size of 30 to 120 μm are used as porous carbon workpieces.
The production of the carbon base, the siliconized graphite, is carried out in a manner known per se by heating the carbon workpieces with a density of 0.80 to
1.70 g / cm in an electric furnace in the medium of inert gases (argon, nitrogen, helium) or in a vacuum from 1.33 to
1.33.10 Pa to a temperature of 1800 to 2100 C and soaking the heated carbon workpieces with a silicon melt within 15 to 30 minutes. The carbon-impregnated carbon workpieces (siliconized graphite) are removed from the furnace at a temperature of at most 800 C.
The carbon base obtained as described above is subjected to a thermal treatment, preferably in electric vacuum ovens (vacuum 1.33.10 to
1.33.10-1Pa) at a temperature of 1500 to 2000 C within 15 to 60 minutes.
After the thermal treatment, the carbon base (siliconized graphite) is subjected to an impregnation with metals or their alloys according to the known technology, in particular in a vacuum or preferably in
Medium of the inert gases under pressure. For example, copper, silver, gold, platinum, lead, tin, zinc, antimony, bismuth and indium can be used as metals. Of the alloys, one uses, for example, an alloy of antimony and bismuth, an alloy of iron and antimony, an alloy of lead and tin, tin or lead-bearing metals, various types of antifriction bronzes, for example based on copper and lead, based on Copper, lead and nickel.
After impregnating the carbon base made of siliconized graphite with metals or their alloys, the carbon base can be machined by obtaining a product of a given size.
For a better understanding of the present inven
The following examples are used. In all examples, a carbon base (siliconized graphite) is used in the form of a ring with the following dimensions: outer = 60 mm, inner = 40 mm, h = 20 mm.
The strength and wear resistance data of the anti-friction materials, obtained according to the examples and US Pat. No. 3,619,430, are listed in the table given after the examples.
example 1
A ring of siliconized graphite, which consists of 5% by weight of silicon, 55% by weight of silicon carbide and 40% by weight of carbon, is heated to 1500 ° C. at a rate of 50 ° C. per minute in an electric furnace under vacuum of 1.33.10Pa and leaves at the specified temperature within 15 minutes. A graphite crucible is then placed in the furnace, into which the ring and copper are introduced, heated to a temperature of 1100 C under a vacuum of 1.33.10 Pa and left in the copper melt at the temperature mentioned for 5 minutes . Furthermore, the temperature is lowered to 800 C and the ring is taken out of the oven.
Example 2
An antifriction material is obtained analogously to Example 1. The difference is that a ring made of siliconized graphite of the following composition is used: silicon 25% by weight, silicon carbide 25% by weight, carbon 50% by weight. The thermal treatment of the ring is carried out under a vacuum of 1.33 Pa at a temperature of 1800 C over a period of 35 minutes.
Example 3
An anti-friction material is obtained analogously to Example 1. The difference is that a ring made of siliconized graphite of the following composition is used: silicon 15% by weight, silicon carbide 42% by weight, carbon 43% by weight. The thermal treatment of the ring is carried out under a vacuum of 1.33 10 -1 Pa at a temperature of 2000 C over a period of 60 minutes.
Example 4
A ring made of siliconized graphite, which consists of 10% by weight of silicon, 48% by weight of silicon carbide and 42% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33 Pa at a temperature of 1700 ° C within 40 minutes, then soaked with the antifriction bronze of the following composition: lead 27-33% by weight, copper everything else. The impregnation is carried out analogously to Example 1.
Example 5
A ring made of siliconized graphite, which consists of 17% by weight of silicon, 39% by weight of silicon carbide and 44% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10 Pa at a temperature of 1600 ° C within 20 minutes. Then the ring is impregnated with a melt of antimony with iron (the weight ratio of antimony to iron is 85:15) as in Example 1.
Example 6
A ring made of siliconized graphite, which consists of 23% by weight of silicon, 29% by weight of silicon carbide and 48% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10 Pa at a temperature of 1900 ° C. within 25 minutes. Then the ring is impregnated with the baobitt metal of the following composition: antimony 10-12% by weight, copper 5.6-6.5% by weight, Zmn everything else. The impregnation is carried out at a temperature of 500 C in the nitrogen medium under pressure of 20.26.105 Pa within 15 minutes. After the furnace has cooled, the ring is unloaded.
Example 7
A ring made of siliconized graphite, which consists of 12% by weight of silicon, 46% by weight of silicon carbide and 42% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33 Pa at a temperature of 1800 ° C within 30 minutes. Then the ring is impregnated with a melt of lead and tin (the weight ratio of lead to tin is 95: 5) analogously to example 6.
Example 8
A ring made of siliconized graphite, which consists of 21% by weight of silicon, 33% by weight of silicon carbide and 46% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10-1 Pa at a temperature of 1800 C within 30 minutes. Then the ring is impregnated with the antifriction bronze of the following composition: lead 57-63% by weight, nickel 1.0-6.6% by weight, copper everything else. The impregnation is carried out analogously to Example 1.
Example 9
A ring made of heated graphite, which consists of 15% by weight of silicon, 41% by weight of silicon carbide and 44% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10 Pa at a temperature of 2000 ° C within 17 minutes. The ring is then impregnated with a silver melt at a temperature of 1100 ° C. in an argon medium under a pressure of 10.13.105 Pa over the course of 15 minutes.
Example 10
A ring made of siliconized graphite, which consists of 7% by weight of silicon, 49% by weight of silicon carbide and 44% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10-1 Pa at a temperature of 1500 C within 40 minutes. Then the ring is impregnated with a gold melt analogous to example 9.
Example 11
A ring made of siliconized graphite, which consists of 24% by weight of silicon, 27% by weight of silicon carbide and 49% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10 Pa at a temperature of 1750 ° C within 50 minutes. The ring is then impregnated with an aluminum melt at a temperature of 700 C in an argon medium under a pressure of 10.13.105 Pa over the course of 15 minutes.
Example 12
A ring made of siliconized graphite, which consists of 15% by weight of silicon, 42% by weight of silicon carbide and 43% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33 Pa at a temperature of 1800 ° C. within 35 minutes. Then the ring is impregnated with a melt of antimony with bismuth (the weight ratio of antimony to bismuth is 1: 1) analogously to Example 11.
Example 13
A ring made of siliconized graphite, which consists of 18% by weight of silicon, 37% by weight of silicon carbide and 45% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33.10 Pa at a temperature of 1950 ° C within 55 minutes. The subsequent impregnation of the ring with a platinum melt is carried out at a temperature of 1800 C in the argon medium under a pressure of 10.13 105 Pa over the course of 15 minutes.
Example 14
A ring made of siliconized graphite, which consists of 8% by weight of silicon, 51% by weight of silicon carbide and 41% by weight of carbon, is subjected to a thermal treatment under vacuum of 1.33 10 Pa at a temperature of 1550 C within 27 minutes. The ring is then impregnated with an indium melt at a temperature of 350 ° C. in an argon medium under a pressure of 10.13.105 Pa over a period of 15 mimutes.
The anti-friction materials obtained according to Examples 1 to 14 and US Pat. No. 3,619,430 were tested for wear resistance and compressive strength. The test for wear resistance was carried out at a load of 10 kp / cm2 with a sliding speed on steel (HRC = 50-55) of 0.5 m / s in water containing sand with a particle size of 40-100 μm at a concentration of the same in water of 50 g / l. The temperature of the test was 50-70 C. The wear resistance was evaluated according to the wear rate and the condition of the working surfaces of the contactable friction pairs.
As can be seen from the table below, the use of the proposed invention allows the compressive strength of the anti-friction materials to be increased by 1.2-2.0 times, the wear resistance by 1.6-2.0 times compared to the analog characteristics of the Antifriction material obtained by the known method according to US Pat. No. 3,619,430.
In addition, the additional tests have shown that the anti-friction material, obtained by the method according to the invention, normal work of a friction pair without local connection of the friction pair and steep increase in temperature under conditions of dry and mixed friction, i.e. under conditions of commissioning and decommissioning of the equipment. Under these conditions, formation of deep lines and burrs is detected on the working surfaces of the anti-friction material, obtained according to US Pat. No. 3,619,430.
Table Ifde No. Silicided graphite, thermal treatment of the examples wt.%
Silicon Silicon Carbide Conlength Vacuum, Pa Temperature, C Duration, min 1 2 3 4 5 6 7
1 5 55 40 1.33-10 1300 15
2 25 25 50 1.33 1800 35
3 15 42 43 1.33.10-1 2000 60
4 10 48 42 1.33 1700 40
5 17 39 44 1.33-10 1600 20
6 23 29 48 1.33-10 1900 25
7 12 46 42 1.33 1800 30
8 21 33 46 1,33.10-1 1800 30
9 15 41 44 1,33.10 2000 17 10 7 49 44 1,33.10-1 1500 40 11 24 27 49 1,33.10 1750 50 12 15 42 43 1,33 1800 35 13 18 37 45 1,33-10 1950 55 14 8 51 41 1.33-10 1550 27 according to the non-siliconized carbon base - US-PS 3619 30
Table (continued) serial no.
Impregnant properties of the anti-friction materials of the examples metal alloy density, g / cm compressive strength, wear rate,
% Kp / cmê m / pc
8 9 10 11 12
1 Cu - 2.72 4300 According to Examples 1-14
2 Cu - 3.63 2780 is the wear
3 Cu - 3.11 3750 speed between 0.3
4 - Pb-27-33 3.17 4100 and 0.5 m / pc.
The working
Cu-all surfaces of the other friction pair show no visible ver
5 - Sb-65 3.07 3500 signs of wear
Fe-15
Sb-10-12
Cu-5.5-6.5
Sn-everything
6 - others 3.82 2800
Pb-95
7 - Sn-5 3.33 3900
Pb-57-63
Ni-1.0-6.6
8 - Cu-all 3.57 3250 others
9 Ag - 3.27 3600 10 Au - 3.14 4100 11 Al - 2.67 2800
Sb-50 12 - Bi-50 3.09 3670 13 Pt - 3.32 3900 14 In - 3.23 3800 - Sb-70 2.67 2300 0.8-1.0 working areas of the
Cu-30 friction pair show signs of wear
Commercial usability
The anti-friction materials obtained according to the invention can be used to manufacture the parts that work in friction assemblies of various equipment, for example centrifugal pumps with stuffing boxes and hermetic pumps without stuffing boxes, rod and plunger pumps, screws and pipes, neutral, aggressive liquids and grinding admixtures, for example scale ,
Clays, sand and the like, various dispersity, containing liquids and bulk goods can be used.