RU2760987C1 - Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации - Google Patents

Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации Download PDF

Info

Publication number
RU2760987C1
RU2760987C1 RU2021117600A RU2021117600A RU2760987C1 RU 2760987 C1 RU2760987 C1 RU 2760987C1 RU 2021117600 A RU2021117600 A RU 2021117600A RU 2021117600 A RU2021117600 A RU 2021117600A RU 2760987 C1 RU2760987 C1 RU 2760987C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
carbon coating
coating
friction
antifriction
Prior art date
Application number
RU2021117600A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Васильевич Остриков
Владимир Константинович Нагдаев
Виктор Сергеевич Вязинкин
Алла Владимировна Забродская
Дмитрий Николаевич Жерновников
Александр Викторович Кошелев
Михаил Владимирович Вигдорович
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН)
Priority to RU2021117600A priority Critical patent/RU2760987C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2760987C1 publication Critical patent/RU2760987C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M125/00Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
    • C10M125/02Carbon; Graphite
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/14Special methods of manufacture; Running-in
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/16Sliding surface consisting mainly of graphite

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

Изобретение относится к различным областям машиностроения (автомобильное, автотракторное, энергетическое и т.д.) и может быть использовано как способ создания углеродных антифрикционных рабочих поверхностей элементов тяжелонагруженных узлов трения (например, подшипников скольжения и качения). Способ осуществляют следующим образом: получают многослойный графен с помощью химической эксфолиации графита ГСМ 2. Готовят 10% масс. концентрат многослойного графена в масле И-20 с последующей обработкой ультразвуком с частотой 22 кГц в течение 30 мин. Полученный концентрат вводят в Литол-24 при 70-80°С, в количестве 0,2% масс. и диспергируют в шаровой мельнице при температуре 20-25° в течение 10 мин. Образцы для нанесения углеродного покрытия были изготовлены из стали ШХ-15 ГОСТ 2590-88 с твердостью HRC 60…62 в форме роликов диаметром 50 мм и шириной 12 мм. Шероховатость поверхности образцов Ra=800 нм (0,8 мкм). Радиальная нагрузка - 250Н. Согласно предложенному способу получение углеродного покрытия происходит непосредственно в процессе эксплуатации узла трения. Заявленный способ позволит получать антифрикционное углеродное покрытие непосредственно в ходе эксплуатации узлов трения, не прибегая к сложным технологическим операциям и использованию дорогостоящего оборудования. 5 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к различным областям машиностроения (автомобильное, автотракторное, энергетическое и т.д.), и может быть использовано как способ создания антифрикционных рабочих поверхностей элементов тяжелонагруженных узлов трения (например, подшипников скольжения и качения).
Известен способ получения углеродного покрытия на основе алмазоподобного материала с аморфной структурой, который содержит включения алмазной фазы и представляет собой чистый углерод (заявка на изобретение РФ 96110601 А от 05.06.1996). Покрытие материала получено методом плазмохимического осаждения углерода из потока углеродсодержащих активных частиц формируемого в плазме СВЧ-разряда в режиме электронно-циклотронного резонанса. Известен метод модификации поверхности подшипника скольжения (Европатент ЕР 1070207 (А1) 2001-01-24) Покрытие получено методом порошковой формовки из спеченного карбида кремния и содержит кристаллический графитовый слой на поверхности и слой из алмазных частиц. Известно также антифрикционное покрытие (патент РФ 2230238 С1 от 25.12.2002), получаемое методом импульсной конденсации углеродной плазмы в сочетании с дополнительным облучением ионами аргона или методом нанотехнологической молекулярной сборки, представляющее собой монокристаллическую углеродную пленку с легирующими атомами. Пленка легирована атомами азота (N).
Основной недостаток приведенных изобретений - применение сложной и дорогостоящей аппаратуры для получения углеродных антифрикционных поверхностей. Кроме этого, методы получения покрытий, и использование их в узлах трения разделены по времени, что приводит к значительным временным и технологическим затратам.
Задача предлагаемого изобретения - создание экономичного способа получения углеродного антифрикционного покрытия при упрощении технологического процесса.
Решение поставленной задачи обеспечивается предложенным способом, в котором получают углеродное антифрикционное покрытие на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации методом трибо-механического модифицирования поверхности трения в присутствии смазки Литол-24, в которую при 70-80°С вводят многослойный графен (10-15 слоев) в количестве 0,15 - 0,25 масс. %, полученный методом химической эксфолиации графита, затем смесь диспергируют в шаровой мельнице при температуре 20-25°С в течение 10 минут и полученную модифицированную смазку вводят в узлы трения с последующим получением углеродного антифрикционного покрытия при скоростях 500-1000 мин1, радиальных нагрузках 150-250 Н, температуре 20-40°С и времени протекания процесса 0,5-2 часов.
Способ осуществляют следующим образом: получают многослойный графен с помощью химической эксфолиации графита ГСМ 2. (Патент РФ №2648424 С1 от 26.03.2018 года «Способ получения графена и устройство для его осуществления). Готовят 10% масс, концентрат многослойного графена в масле И-20 с последующей обработкой ультразвуком с частотой 22 кГц в течение 30 мин. Полученный концентрат вводят в Литол-24 при 70-80°С, в количестве 0,2% масс. и диспергируют в шаровой мельнице при температуре 20-25° в течение 10 мин. Образцы для нанесения углеродного покрытия были изготовлены из стали ШХ-15 ГОСТ 2590-88 с твердостью HRC 60…62 в форме роликов диаметром 50 мм и шириной 12 мм. Шероховатость поверхности образцов Ra=800 нм (0,8 мкм). Радиальная нагрузка - 250 Н. Согласно предложенному способу, получение углеродного покрытия происходит непосредственно в процессе эксплуатации узла трения. Использовали узлы трения: ролик-ролик, подшипник скольжения (отношение внутреннего диаметра втулки подшипника к длине втулки равно 1) и роликовый подшипник качения №7203А. Образование углеродного покрытия начиналось по истечение 20 мин фрикционного взаимодействия. Методом комбинационного рассеяния света определили, что углеродное покрытие состоит из комбинации алмазных (sp3) и графитоподобных (sp2) связей. Такие покрытия являются аморфными. В случае преобладания sp3 связей покрытия обладают уникальными механическими свойствами: высокая твердость, низкий коэффициент трения и низкий износ. Благодаря аморфной структуре, углеродное покрытие не имеет границ между зернами, что позволяет ему быть очень гладким материалом. Измерение шероховатости углеродного покрытия подтвердило это утверждение. Толщина углеродного покрытия составила 130-150 нм. Помимо этого, углеродное покрытие обладает антикоррозионными и гидрофобными свойствами. Испытания данного углеродного покрытия в подшипнике скольжения и роликовом подшипнике качения показало уменьшение температуры нагрева втулки подшипника скольжения и внешнего кольца подшипника качения на 5-7°, по сравнению с поверхностью без покрытия. Массовый износ внешнего кольца подшипника качения в присутствии углеродного покрытия уменьшился в 2 раза, по сравнению с износом подшипника без углеродного покрытия. Момент силы трения в присутствии углеродного покрытия уменьшился с 5,8 до 4,5 условных единиц (таблица 1).
Figure 00000001
Figure 00000002
Содержание железа в смазке определялось методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Содержание железа, после испытаний на углеродном покрытии, уменьшилось по сравнению с поверхностью без покрытия в 2 раза. Получение углеродного покрытия проводили на универсальной машине трения модели МИ - 1М, по схеме «ролик - ролик» при скорости вращения нижнего ролика 500 мин-1. Углеродное покрытие наносилось на ролики, изготовленные из стали ШХ - 15 ГОСТ 2590-88 твердостью HRC 60…62. Ролики имели размеры: диаметр - 50 мм, ширина -12 мм. Перед проведением испытаний ролики полировали до Ra=0,8 мкм. После получения углеродного покрытия ролик имел следующий вид:
Фиг. 1 - нижний ролик после нанесения покрытия увеличение x1
Фиг. 2 - нижний ролик после нанесения покрытия увеличение в 100 раз
Фиг. 3 - микрофотография исследованной поверхности ролика с углеродным покрытием, под микроскопом спектрометра DXR Raman Microscope Thermo Scientific (увеличение в 600 раз). Структуру углеродного покрытия определяли методом комбинационного рассеяния (КР) света. Спектры снимались на КР спектрометре DXR Raman Microscope Thermo Scientific (длина волны лазера λ=532 нм).
Фиг. 4 - КР спектр поверхности ролика без углеродного покрытия;
Фиг. 5 - КР спектр поверхности ролика с углеродным покрытием.
В спектре, от углеродного покрытия (Фиг. 5), присутствуют приблизительно одинаковые по интенсивности G-линия - 1565 см-1 (sp2 гибридизация углерода) и D-линия - 1340 см-1 (sp3 гибридизация углерода) и мало интенсивная 2D-линия - 2700 см-1. Данный спектр идентичен КР спектру аморфного углерода. В спектре от металлической поверхности ролика (Фиг. 4), перечисленные линии КР спектра отсутствуют. В ходе получения углеродного покрытия произошло изменение структуры многослойного графена и преобразование его в аморфный углерод. Определение шероховатости ролика и толщины углеродного покрытия осуществлялось профилометром модели 130 (таблица 2). Профили микронеровностей углеродного покрытия близки к ровной линии. Минимальные параметры шероховатости также характерны для данного покрытия (таблица 2).
Figure 00000003
Глубина впадин профиля на поверхности с углеродным покрытием уменьшилась на 0,116 мкм (0,858-0,742). Высота выступов профиля на поверхности с углеродным покрытием увеличилась на 0,161 мкм (0,654-0,493). Приблизительная толщина углеродного покрытия (0,116+0,161):2=0,138 мкм (138 нм)
Таким образом, заявленный способ позволяет получить антифрикционное углеродное покрытие непосредственно в ходе эксплуатации узлов трения, не прибегая к сложным технологическим операциям и использованию дорогостоящего оборудования.

Claims (1)

  1. Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации методом трибо-механического модифицирования поверхности трения в присутствии смазки Литол-24, в которую при 70-80°С вводят многослойный графен 10-15 слоев в количестве 0,15-0,25 масс. %, полученный методом химической эксфолиации графита, затем смесь диспергируют в шаровой мельнице при температуре 20-25°С в течение 10 минут и полученную модифицированную смазку вводят в узлы трения с последующим получением углеродного антифрикционного покрытия при скоростях 500-1000 мин1, радиальных нагрузках 150-250 Н, температуре 20-40°С и времени протекания процесса 0,5-2 часов.
RU2021117600A 2021-06-15 2021-06-15 Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации RU2760987C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117600A RU2760987C1 (ru) 2021-06-15 2021-06-15 Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117600A RU2760987C1 (ru) 2021-06-15 2021-06-15 Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760987C1 true RU2760987C1 (ru) 2021-12-02

Family

ID=79174247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021117600A RU2760987C1 (ru) 2021-06-15 2021-06-15 Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760987C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800148C2 (ru) * 2021-12-09 2023-07-19 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" (АО "ВНИИАЛМАЗ") Модификатор для смазочного материала

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1070207A1 (en) * 1998-02-14 2001-01-24 Dana Corporation Sliding-contact bearings
RU2230238C1 (ru) * 2002-12-25 2004-06-10 Левченко Владимир Анатольевич Антифрикционное покрытие
RU2271485C1 (ru) * 2004-06-09 2006-03-10 Борис Михайлович Белик Композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар
RU2457239C2 (ru) * 2009-10-19 2012-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской Академии наук (ИУХМ СО РАН) Пластичная смазка для подшипников качения
RU2648424C2 (ru) * 2016-02-25 2018-03-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ получения графена и устройство для его осуществления

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1070207A1 (en) * 1998-02-14 2001-01-24 Dana Corporation Sliding-contact bearings
RU2230238C1 (ru) * 2002-12-25 2004-06-10 Левченко Владимир Анатольевич Антифрикционное покрытие
RU2271485C1 (ru) * 2004-06-09 2006-03-10 Борис Михайлович Белик Композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар
RU2457239C2 (ru) * 2009-10-19 2012-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской Академии наук (ИУХМ СО РАН) Пластичная смазка для подшипников качения
RU2648424C2 (ru) * 2016-02-25 2018-03-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ получения графена и устройство для его осуществления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800148C2 (ru) * 2021-12-09 2023-07-19 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" (АО "ВНИИАЛМАЗ") Модификатор для смазочного материала

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mutyala et al. Graphene-MoS2 ensembles to reduce friction and wear in DLC-Steel contacts
La et al. Dry-sliding tribological properties of ultrafine-grained Ti prepared by severe plastic deformation
Arslan et al. Effects of texture diameter and depth on the tribological performance of DLC coating under lubricated sliding condition
Al Mahmud et al. Tribological characteristics of amorphous hydrogenated (aC: H) and tetrahedral (ta-C) diamond-like carbon coating at different test temperatures in the presence of commercial lubricating oil
Alazemi et al. MoS2 nanolayer coated carbon spheres as an oil additive for enhanced tribological performance
Breki et al. Antifriction properties of plasma-chemical coatings based on SiO 2 with MoS 2 nanoparticles under conditions of spinning friction on ShKh15 steel
Wang et al. Improvement in the tribological performances of Si3N4, SiC and WC by graphite-like carbon films under dry and water-lubricated sliding conditions
US5558903A (en) Method for coating fullerene materials for tribology
Street et al. Evaluation of the tribological behavior of nano-onions in Krytox 143AB
Bao et al. Tribological properties and lubricating mechanism of SiO2 nanoparticles in water-based fluid
Zavedeev et al. Effects of UV laser micropatterning on frictional performance of diamond-like nanocomposite films
Mobarak et al. Tribological properties of amorphous hydrogenated (aC: H) and hydrogen-free tetrahedral (ta-C) diamond-like carbon coatings under jatropha biodegradable lubricating oil at different temperatures
Chen et al. Friction and wear behavior of graphene-modified titanium alloy micro-arc oxidation coatings
Xia et al. Experimental study on adaptability of full ceramic ball bearings under extreme conditions of cryogenics and heavy loads
Qin et al. Influence of frictional interface state on tribological performance of sintered polycrystalline diamond sliding against different mating materials
Bordignon et al. Tribological behaviour of plasma-functionalized graphene as low-viscosity oil additive
RU2760987C1 (ru) Способ получения углеродного антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях в условиях эксплуатации
Zhuang et al. Microstructure and tribological properties of sulphide coating produced by ion sulphuration
Tian et al. Effect of hydroxyl intercalation on tribological properties of MXene (Ti3C2Tx)
Khan et al. Acid treatment of diamond-like carbon surfaces for enhanced adsorption of friction modifiers and friction performance
Zhang et al. Ultra low friction of conductive carbon nanotube films and their structural evolution during sliding
Bai et al. Irradiation enhanced the anti-friction performance of GO and FND codispersed nanofluids
Hai-dou et al. Comparison of the tribological properties of an ion sulfurized coating and a plasma sprayed FeS coating
Belkin et al. Increasing wear resistance of titanium alloys by Anode plasma electrolytic saturation with interstitial elements
Levchenko et al. To the new concept of green tribology