RU2485365C1 - Sliding bearing with nanostructured antifriction metal ceramic matrix coating - Google Patents
Sliding bearing with nanostructured antifriction metal ceramic matrix coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485365C1 RU2485365C1 RU2012107246/11A RU2012107246A RU2485365C1 RU 2485365 C1 RU2485365 C1 RU 2485365C1 RU 2012107246/11 A RU2012107246/11 A RU 2012107246/11A RU 2012107246 A RU2012107246 A RU 2012107246A RU 2485365 C1 RU2485365 C1 RU 2485365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fraction
- nanostructured
- nickel
- silicon carbide
- sliding bearing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к подшипникам скольжения и может быть использовано в авиационной, газонефтедобывающей, автомобильной промышленности и энергомашиностроении.The invention relates to bearings and can be used in the aviation, gas and oil, automotive and power engineering industries.
Подшипники скольжения находят широкое применение в узлах и механизмах, имеющих высокие скорости вращения и большие удельные нагрузки. Подшипники скольжения, как опора вала или вращающейся оси, воспринимают от них радиальные, осевые, радиально-осевые нагрузки и обеспечивают вращение.Plain bearings are widely used in units and mechanisms having high rotation speeds and high specific loads. Plain bearings, like a shaft support or a rotating axis, receive radial, axial, radial-axial loads from them and provide rotation.
Подшипник скольжения включает корпус, устанавливаемый на цапфу вала или ось непосредственно или через вкладыш или втулку, и содержит сопряженные поверхности, между которыми происходит процесс трения.The sliding bearing includes a housing mounted on a shaft journal or axis directly or through a liner or sleeve, and contains mating surfaces between which the friction process occurs.
Для его уменьшения в подшипниках скольжения используют антифрикционные материалы, такие как сплавы на основе олова, свинца (баббиты), меди (бронзы), железа (серый чугун), цинка или алюминия, пластмассы (Новый политехнический словарь, М., БРЭ 2000, стр.27).To reduce it, plain bearings use antifriction materials, such as alloys based on tin, lead (babbit), copper (bronze), iron (gray cast iron), zinc or aluminum, and plastic (New Polytechnical Dictionary, M., BRE 2000, p. .27).
Известен подшипник скольжения, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные на корпусе элементы скольжения, выполненные в виде набора контактирующих между собой вкладышей с установочными фиксаторами (свидетельство на полезную модель РФ №24058, опубл. 10.09.2002). Вкладыши могут быть выполнены из различных металлополимеров, керамополимеров и композиционных материалов с упрочняющими наполнителями, что улучшает их антифрикционные и прочностные свойства.Known sliding bearing, including interconnected and mounted on the housing sliding elements, made in the form of a set of contacting inserts with mounting clamps (certificate for utility model of the Russian Federation No. 24058, publ. 09/10/2002). Inserts can be made of various metal polymers, ceramic polymers and composite materials with reinforcing fillers, which improves their antifriction and strength properties.
Известен подшипник скольжения, содержащий втулку, выполненную со сквозными отверстиями и антифрикционные полимерные вставки, образующие на внутренней поверхности трения втулки выступы высотой, соответствующей толщине антифрикционного слоя. Антифрикционные полимерные вставки закреплены в выполненных резьбовыми сквозных отверстиях цилиндрической формы (Патент РФ №83303, МПК F16C 33/04, опубл. 27.05.2009).Known sliding bearing containing a sleeve made with through holes and antifriction polymer inserts forming protrusions on the inner surface of the friction of the sleeve with a height corresponding to the thickness of the antifriction layer. Antifriction polymer inserts are fixed in cylindrical threaded through holes (RF Patent No. 83303, IPC F16C 33/04, publ. 05.27.2009).
Известный материал не обладает высокой прочностью и стабильностью геометрических характеристик поверхности трения в широком диапазоне рабочих температур и требует изготовления подшипника скольжения только методом штамповки, что ограничивает его возможности.Known material does not have high strength and stability of the geometric characteristics of the friction surface in a wide range of operating temperatures and requires the manufacture of a sliding bearing only by stamping, which limits its capabilities.
Известен подшипник скольжения, по меньшей мере, одна из сопряженных поверхностей которого имеет антифрикционное покрытие в виде пленочного наноструктурированного дисперсно-упрочненного карбида кремния (патент на полезную модель РФ №99558).A sliding bearing is known, at least one of the mating surfaces of which has an antifriction coating in the form of a film nanostructured dispersion-hardened silicon carbide (patent for utility model of the Russian Federation No. 99558).
Известна композитная смесь для формирования покрытия на трущихся поверхностях цилиндров двигателя (патент РФ №2384606), содержащая твердосмазочную композицию наноразмерных частиц SiO2, FeO, Fe2O и первичной сажи.A known composite mixture for forming a coating on the friction surfaces of engine cylinders (RF patent No. 2384606) containing a solid lubricant composition of nanosized particles of SiO 2 , FeO, Fe 2 O and primary carbon black.
Известна жаростойкая система покрытия, содержащая множество керамических частиц микронного размера из керамического оксида, керамического карбида, или керамического нитрида, или керамического борида, или силицида металла, или керамического оксикарбида, или керамического оксинитрида и углерода, которая расположена на поверхности спроектированного компонента, выбранного из группы, состоящей из компонента газовой турбины, компонента авиационного двигателя, компонента двигателя внутреннего сгорания и компонента режущего инструмента (патент РФ №2352686, опубл. 20.04.2009).A heat-resistant coating system is known that contains many micron-sized ceramic particles of ceramic oxide, ceramic carbide, or ceramic nitride, or ceramic boride, or metal silicide, or ceramic oxycarbide, or ceramic oxynitride and carbon, which is located on the surface of the designed component selected from the group consisting of a gas turbine component, an aircraft engine component, an internal combustion engine component and a cutting tool component ( RF patent No. 2352686, publ. 04/20/2009).
Полученный материал не обладает высокой пластичностью из-за хрупкости керамических компонентов, входящих в его состав, и поэтому слабо противостоит ударным нагрузкам.The resulting material does not have high ductility due to the fragility of the ceramic components included in its composition, and therefore weakly resists shock loads.
Наиболее близким к предложенному является подшипник скольжения, содержащий корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, устанавливаемое на вал или ось непосредственно или через вкладыш или втулку, и которые при установке образуют сопряженные поверхности, в которых при скольжении происходит трение, при этом, по меньшей мере, одна из сопряженных поверхностей имеет антифрикционное покрытие в виде пленочного наноструктурированного дисперсно-упрочненного карбида кремния (патент РФ №99558, МПК F16C 33/04, опубл. 20.11.2010).Closest to the proposed one is a sliding bearing comprising a housing having a cylindrical bore mounted directly on the shaft or axle or through a liner or sleeve, and which, when installed, form mating surfaces in which friction occurs during sliding, with at least one of the mating surfaces has an antifriction coating in the form of a film nanostructured dispersion-hardened silicon carbide (RF patent No. 99558, IPC F16C 33/04, publ. 20.11.2010).
Данное антифрикционное покрытие в виде пленочного наноструктурированного дисперсно-упрочненного карбида кремния позволяет получить подшипники скольжения с коэффициентом трения 0,025, что во много раз ниже известных, однако, данное покрытие ограниченно может быть использовано при скоростях вращения, порядка 50-60 тыс. об/мин и при высоких динамических нагрузках из-за низкой пластичности материала.This antifriction coating in the form of a film nanostructured dispersion-hardened silicon carbide allows you to get bearings with a friction coefficient of 0.025, which is many times lower than known, however, this coating can be limitedly used at rotational speeds of about 50-60 thousand rpm and at high dynamic loads due to the low ductility of the material.
Известные технические решения используют покрытия, улучшающие какое-либо одно свойство подшипника - как-то антифрикционные, жаростойкие, износостойкие и т.п.Known technical solutions use coatings that improve any one property of the bearing - somehow anti-friction, heat-resistant, wear-resistant, etc.
Подшипники скольжения с покрытиями, которые бы комплексно улучшали эксплуатационные характеристики подшипников скольжения, в особенности противостоящие ударным нагрузкам, не выявлены.Coated plain bearings that would comprehensively improve the performance of plain bearings, especially those that resist shock loads, have not been identified.
В основу изобретения положена задача комплексного улучшения эксплуатационных характеристик подшипников скольжения с упором на максимальное снижение коэффициента трения, с одновременным повышением пластичности материала.The basis of the invention is the task of comprehensively improving the operational characteristics of plain bearings with an emphasis on minimizing the coefficient of friction, while increasing the ductility of the material.
Технический результат изобретения - комплексное улучшение эксплуатационных характеристик подшипника за счет максимального снижения коэффициента трения, повышения износостойкости, твердости, термической стабильности, жаропрочности, при одновременном повышении пластичности и прочности керамического покрытия на основе карбида кремния (SiC) путем его наноструктурирования и дифференциального плакирования структурных керамических ингредиентов. Дифференциальное плакирование означает, что толщина покрытия зависит от размера кристаллита.The technical result of the invention is a comprehensive improvement in bearing performance due to the maximum reduction in the coefficient of friction, increased wear resistance, hardness, thermal stability, heat resistance, while increasing the ductility and strength of the ceramic coating based on silicon carbide (SiC) by nanostructure and differential cladding of ceramic ceramic ingredients . Differential cladding means that the thickness of the coating depends on the size of the crystallite.
Поставленная задача решается тем, что в подшипнике скольжения с антифрикционным керамическим слоем, содержащем сопряженные поверхности, в которых при скольжении происходит трение и, по меньшей мере, одна из сопряженных поверхностей имеет наноструктурированное антифрикционное покрытие, выполненное из порошка карбида кремния с фракциями: нанодиапазона - от 50 до 100 нм, субмикронного уровня - от 0,5 до 1,0 мкм и микронного уровня - от 5 до 30 мкм, при содержании фракции нанодиапазона от 50 до 60 об.%, субмикронного уровня от 10 до 20 об.%, микронного уровня от 20 до 30 об.%, с нанесенными на каждый кристаллит карбида кремния дифференциальным плакирующим слоем, включающим никель с дисульфидом молибдена при соотношении ингредиентов: никеля - 80-90 мас.%, дисульфида молибдена - 10-20 мас.%., при следующем содержании компонентов, об.%:The problem is solved in that in a sliding bearing with an antifriction ceramic layer containing mating surfaces in which friction occurs during sliding and at least one of the mating surfaces has a nanostructured antifriction coating made of silicon carbide powder with fractions: nanoscale from 50 to 100 nm, submicron level - from 0.5 to 1.0 microns and micron level - from 5 to 30 microns, with the content of the nanoscale fraction from 50 to 60 vol.%, Submicron level from 10 to 20 vol.%, Micron level from 20 to 30 vol.%, with a differential cladding layer deposited on each silicon carbide crystallite, including nickel with molybdenum disulfide in the ratio of ingredients: nickel - 80-90 wt.%, molybdenum disulfide - 10-20 wt.%., in the following the content of components, vol.%:
Антифрикционное покрытие является металлокерамоматричным, поскольку включает керамическую матрицу на основе карбида кремния и структурные составляющие - молибден и никель.The antifriction coating is sintered because it includes a ceramic matrix based on silicon carbide and structural components - molybdenum and nickel.
Кристаллит карбида кремния состоит из нескольких монокристаллов карбида кремния.A silicon carbide crystallite consists of several single crystals of silicon carbide.
Для изготовления подшипника скольжения с наноструктурированным металлокерамоматричным антифрицкионным покрытием, согласно изобретению порошок карбида кремния измельчают до наноструктурных, субмикронных и микронных размеров известным образом, например вихревым виброакустическим методом (см. Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы», сайт http://portalnano.ru). Полученный порошок карбида кремния для создания наноструктуры рассеивают по фракциям: нанодиапазона - от 50 до 100 нм, субмикронного уровня - от 0,5 до 1,0 мкм и микронного уровня - от 5 до 30 мкм, затем порошки, отдельно каждую фракцию, плакируют известным, например, электрохимическим методом, заранее подготовленной смесью никеля и дисульфида молибдена, при этом порошки нанодиапазона - от 50 до 60 об.% (до 25% по массе), субмикронного уровня - от 10 до 20 об.% (до 30% по массе) и микронного уровня - от 20 до 30 об.% (до 35% по массе).For the manufacture of a sliding bearing with a nanostructured ceramic-metal antifriction coating, according to the invention, silicon carbide powder is crushed to nanostructured, submicron and micron sizes in a known manner, for example by the vortex vibroacoustic method (see the Federal Internet portal "Nanotechnology and Nanomaterials", website http: // portalnano. ru). The resulting silicon carbide powder to create a nanostructure is scattered into fractions: the nanoscale range from 50 to 100 nm, the submicron level from 0.5 to 1.0 microns and the micron level from 5 to 30 microns, then the powders, each fraction separately, clad known , for example, by the electrochemical method prepared in advance by a mixture of nickel and molybdenum disulfide, with nanoscale powders from 50 to 60 vol.% (up to 25% by mass), submicron levels from 10 to 20 vol.% (up to 30% by mass ) and micron level - from 20 to 30 vol.% (up to 35% by weight).
Полученный материал в виде порошка наносят на поверхность известными методами: или холодного газодинамического напыления или газодетанционного напыления или ионно-инплантантного магнетронного напыления. Толщина слоя полученного покрытия может варьироваться в зависимости от назначения от 0,1 мкм до 100 мкм.The resulting material in the form of a powder is applied to the surface by known methods: either cold gas-dynamic spraying or gas-detonation spraying or ion-implant magnetron sputtering. The layer thickness of the obtained coating may vary depending on the purpose from 0.1 μm to 100 μm.
Наноструктурированное металлокерамоматричное антифрикционное покрытие не требует дополнительной физико-химической обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др.).Nanostructured metal-ceramic anti-friction coating does not require additional physico-chemical treatment (laser, ultrasound, etching in acids, etc.).
Наноструктурированное металлокерамоматричное антифрикционное покрытие согласно изобретению позволяет получить подшипники скольжения с коэффициентом трения - 0,01-0,015, модулем упругости покрытия около 600 ГПа, твердостью 92-93 (HRc), прочностью 2000 МПа. Стабильность свойств зафиксирована в диапазоне рабочих температур от -50 до +1400°С. Свойства материала наноструктурированного металлокерамоматричного антифрикционного покрытия в зависимости от процентного содержания ингредиентов и величины дифференциального плакирующего слоя представлены в таблице 1.According to the invention, the nanostructured ceramic-ceramic antifriction coating allows to obtain sliding bearings with a friction coefficient of 0.01-0.015, a coating elastic modulus of about 600 GPa, a hardness of 92-93 (HRc), and a strength of 2000 MPa. The stability of the properties is fixed in the range of operating temperatures from -50 to + 1400 ° C. The material properties of the nanostructured ceramic-metal antifriction coating depending on the percentage of ingredients and the value of the differential cladding layer are presented in table 1.
При разработке подшипника скольжения обычно учитывается назначение узла трения путем установления влияния определяющего параметра на коэффициент трения и интенсивность изнашивания, и в соответствии с этим покрытия соответственно являются антифрикционными, жаростойкими, износостойкими, с повышенным уровнем пластичности и стойкости к ударным нагрузкам.When designing a sliding bearing, the purpose of the friction unit is usually taken into account by establishing the influence of the determining parameter on the friction coefficient and wear rate, and in accordance with this, the coatings are respectively antifriction, heat-resistant, wear-resistant, with an increased level of ductility and resistance to shock loads.
Снижение коэффициента трения до 0,01-0,015 подтверждает, что заявленное покрытие является антифрикционным.A decrease in the coefficient of friction to 0.01-0.015 confirms that the claimed coating is antifriction.
Стабилизация свойств в указанном интервале температур (от -50 до +1400°С) и достижение указанной +1400°С показывает, что это заявленное покрытие является жаропрочным покрытием.The stabilization of properties in the specified temperature range (from -50 to + 1400 ° C) and the achievement of the specified + 1400 ° C shows that this claimed coating is a heat-resistant coating.
Стабильность свойств в диапазоне рабочих температур от -50 до +1400°С подтверждает термическую стабильность заявленного покрытия.The stability of the properties in the range of operating temperatures from -50 to + 1400 ° C confirms the thermal stability of the claimed coating.
Как видно из представленных данных, покрытие согласно изобретению имеет высокую прочность (2000 МПа), при модуле упругости (600 ГПа), что позволяет подшипнику скольжения противостоять изнашиванию и ударным нагрузкам. Коэффициент увеличения износостойкости в сравнении со сталью равен 20-25.As can be seen from the data presented, the coating according to the invention has high strength (2000 MPa), with an elastic modulus (600 GPa), which allows the sliding bearing to withstand wear and shock loads. The coefficient of increase in wear resistance in comparison with steel is 20-25.
Таким образом, заявленное наноструктурное металлокерамоматричное антифрикционное покрытие комплексно улучшает эксплуатационные свойства подшипников, в особенности его антифрикционные свойства, с одновременным повышением пластичности и прочности керамического покрытия на основе карбида кремния (SiC) путем его наноструктурирования и дифференциального плакирования структурных керамических ингредиентов.Thus, the claimed nanostructured metal-ceramic antifriction coating comprehensively improves the operational properties of bearings, especially its antifriction properties, while increasing the ductility and strength of a ceramic coating based on silicon carbide (SiC) by nanostructuring and differential cladding of structural ceramic ingredients.
Подшипник скольжения согласно изобретению в целом позволяет увеличить долговечность подшипника в несколько раз, повысить пластичность и прочность антифрикционного слоя, что позволит использовать его для различных узлов и механизмов, работающих в широком температурном диапазоне с высокими осевыми и радиальными нагрузками.The sliding bearing according to the invention as a whole allows to increase the bearing life several times, to increase the ductility and strength of the antifriction layer, which will allow it to be used for various components and mechanisms operating in a wide temperature range with high axial and radial loads.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107246/11A RU2485365C1 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Sliding bearing with nanostructured antifriction metal ceramic matrix coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107246/11A RU2485365C1 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Sliding bearing with nanostructured antifriction metal ceramic matrix coating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2485365C1 true RU2485365C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012107246/11A RU2485365C1 (en) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | Sliding bearing with nanostructured antifriction metal ceramic matrix coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2485365C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680466C1 (en) * | 2018-04-20 | 2019-02-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Inter-rotor support sliding bearing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0850898A1 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-01 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH | Silicon carbide sliding material |
RU2357123C2 (en) * | 2007-03-27 | 2009-05-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method for formation of coating on interfacing surfaces |
RU99558U1 (en) * | 2010-06-16 | 2010-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | SLIDING BEARING |
RU109242U1 (en) * | 2011-05-13 | 2011-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | MULTI-FUNCTIONAL COVERED BEARING |
RU110437U1 (en) * | 2011-07-11 | 2011-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | SLIDING BEARING WITH ANTIFRICTION CERAMIC LAYER |
-
2012
- 2012-02-28 RU RU2012107246/11A patent/RU2485365C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0850898A1 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-01 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH | Silicon carbide sliding material |
RU2357123C2 (en) * | 2007-03-27 | 2009-05-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method for formation of coating on interfacing surfaces |
RU99558U1 (en) * | 2010-06-16 | 2010-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | SLIDING BEARING |
RU109242U1 (en) * | 2011-05-13 | 2011-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | MULTI-FUNCTIONAL COVERED BEARING |
RU110437U1 (en) * | 2011-07-11 | 2011-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | SLIDING BEARING WITH ANTIFRICTION CERAMIC LAYER |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680466C1 (en) * | 2018-04-20 | 2019-02-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Inter-rotor support sliding bearing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7662472B2 (en) | Plain bearing | |
Babu et al. | Review of journal bearing materials and current trends | |
US6334914B2 (en) | Copper alloy sliding material | |
EP1894987B1 (en) | Double-layer lubrication coating composition, double-layer lubrication coating and piston having same coating | |
JP6326426B2 (en) | Sliding bearing composite material | |
EP2087250B1 (en) | Bearing having improved consume resistivity and manufacturing method thereof | |
WO2011126078A1 (en) | Sliding material based on graphite-containing resin, and sliding member | |
Ul Haq et al. | Friction and wear behavior of AA 7075-Si3N4 composites under dry conditions: effect of sliding speed | |
US20080241515A1 (en) | Sliding member | |
US20180051749A1 (en) | Sliding component and method | |
RU109242U1 (en) | MULTI-FUNCTIONAL COVERED BEARING | |
RU99558U1 (en) | SLIDING BEARING | |
WO2021106274A1 (en) | Resin material for sliding members, and sliding member | |
RU2485365C1 (en) | Sliding bearing with nanostructured antifriction metal ceramic matrix coating | |
Ramazani et al. | The Influence of Temperature on Frictional Behavior of Plasma-Sprayed NiAl-Cr 2 O 3 Based Self-Adaptive Nanocomposite Coatings | |
RU2578840C1 (en) | Sliding bearing with nanostructured functional-gradient antifriction coating | |
PT2895639T (en) | Wear-protection layer for piston rings | |
RU2477395C1 (en) | Energy-saving sliding bearing | |
RU110437U1 (en) | SLIDING BEARING WITH ANTIFRICTION CERAMIC LAYER | |
RU2476736C1 (en) | Sliding bearing with nanostructured antifriction ceramic coating | |
Meng et al. | Experimental study on tribological properties of graphite-MoS2 coating on GCr15 | |
JP2013204808A (en) | Sliding bearing | |
Yan et al. | Investigation of tribological behaviors of TiAl-multilayer graphene-microsphere composites at different applied loads | |
WO2018092857A1 (en) | Resin composition and sliding member | |
WO2017018098A1 (en) | Sliding member and swashplate-type compressor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180301 |