RU2767936C1

RU2767936C1 - Copper-based sintered friction material

Info

Publication number: RU2767936C1
Application number: RU2021125755A
Authority: RU
Inventors: Андрей Валерьевич Лешок; Александр Федорович Ильющенко; Александр Николаевич Роговой
Original assignee: Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-03-22

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, in particular to friction materials designed to work in friction units of machines and mechanisms in the presence of lubrication. Copper-based sintered material containing tin, graphite, iron powder, additionally contains silicon oxide powder with fraction of 5–10 mcm, with the following ratio of components, wt%: tin — 4–7, graphite — 9–12, iron powder — 27–30, silicon oxide powder — 2–4, copper — the rest.

EFFECT: higher friction coefficient, higher stability of moment of friction, reduced pressure of formation of oil draining channels and grooves in process of material plastic deformation, increased strength of friction material connection with steel base, as well as efficiency of running-in.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к фрикционным материалам, предназначенным для работы в узлах трения машин и механизмов в условиях жидкостного трения.The invention relates to powder metallurgy, in particular, to friction materials intended for operation in friction units of machines and mechanisms under liquid friction conditions.

Известен фрикционный материал содержащий (массовая доля %): 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 [RU 2324756 С1, 2008].Known friction material containing (mass fraction%): zinc 6-8, iron 0.1-0.2, lead 2-4, graphite 3-7, vermiculite 8-12, chromium 4-6, antimony 0.05-0.1, silicon 2-3, copper - the rest. The disadvantage of this material is the low coefficient of friction and the insufficient coefficient of stability of the moment of friction forces (the ratio of the average moment of friction to the maximum moment of friction), the presence of lead powder, which is recognized as environmentally harmful [RU 2324756 C1, 2008].

Известен состав фрикционного материала содержащий (массовая доля %): олово - 5-8, графит - 5-7, стальной порошок ПХ-30 - 15-20, медь - остальное [BY 21862 С1, 2016]. К недостаткам данного материала можно отнести высокая стоимость порошка ПХ-30 и порошка меди, недостаточно высокое значение коэффициента трения.The composition of the friction material is known containing (mass fraction%): tin - 5-8, graphite - 5-7, steel powder PKh-30 - 15-20, copper - the rest [BY 21862 C1, 2016]. The disadvantages of this material include the high cost of PX-30 powder and copper powder, and the insufficiently high value of the friction coefficient.

В качестве прототипа выбран материал, имеющий следующий состав (массовая доля %): олово - 4-7, графит - 9-12, порошок железа - 35-40, медь - остальное [RU 2709418 С1, 2019]. К недостаткам данного материала можно отнести невысокое значение коэффициента трения, невозможность повышения удельного давления и скорости скольжения при работе фрикционного материала.A material with the following composition (mass fraction %) was chosen as a prototype: tin - 4-7, graphite - 9-12, iron powder - 35-40, copper - the rest [RU 2709418 C1, 2019]. The disadvantages of this material include the low value of the coefficient of friction, the impossibility of increasing the specific pressure and sliding speed during the operation of the friction material.

Технической задачей изобретения является увеличение коэффициента трения, повышение стабильности момента сил трения, снижение давления формирования маслоотводящих каналов и пазов в процессе пластической деформации материала, повышение прочность соединения фрикционного материала со стальной основой, а также эффективности приработки.The technical objective of the invention is to increase the coefficient of friction, increase the stability of the moment of friction forces, reduce the pressure of the formation of oil channels and grooves in the process of plastic deformation of the material, increase the strength of the connection of the friction material with the steel base, as well as the running-in efficiency.

Решение технической задачи заключается в том, что известный спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий олово, графит, порошок железа, медь, дополнительно содержит порошок оксида кремния фракцией 5-10 мкм, при следующем соотношении компонентов (массовые доли %): олово - 4-7, графит - 9-12, порошок железа - 27-30, оксид кремния - 2-4, медь - остальное.The solution of the technical problem lies in the fact that the known sintered friction material based on copper, containing tin, graphite, iron powder, copper, additionally contains silicon oxide powder with a fraction of 5-10 microns, in the following ratio of components (mass fractions%): tin - 4 -7, graphite - 9-12, iron powder - 27-30, silicon oxide - 2-4, copper - the rest.

Введение порошка оксида кремния фракцией 5-10 мкм позволяет повысить значение коэффициента трения за счет абразивного действия самих частиц, что в свою очередь повышает стабильность момента сил трения. Использование мелкодисперсного керамического порошка оксида кремния позволяет снизить давление формирования маслоотводящих каналов и пазов в процессе пластического деформирования, за счет уменьшения количества более прочного порошка железа, пластичным порошком меди. Кроме того, увеличение содержания порошка меди позволяет повысить прочность соединения фрикционного материала со стальной основой, покрытой гальваническим слоем меди. Экспериментальным путем установлено, что использование вышеприведенной добавки снизить количество циклов приработки материала, с установлением стабильного значения коэффициента трения.The introduction of silicon oxide powder with a fraction of 5–10 μm makes it possible to increase the value of the friction coefficient due to the abrasive action of the particles themselves, which in turn increases the stability of the moment of friction forces. The use of finely dispersed silicon oxide ceramic powder makes it possible to reduce the pressure of formation of oil-removing channels and grooves in the process of plastic deformation, by reducing the amount of more durable iron powder by plastic copper powder. In addition, an increase in the content of copper powder makes it possible to increase the strength of the connection between the friction material and the steel base coated with an electroplated copper layer. It has been experimentally established that the use of the above additive can reduce the number of run-in cycles of the material, with the establishment of a stable value of the friction coefficient.

Результаты испытаний предлагаемого и известного материала, проведенные на инерционном стенде ИМ-58 при скорости скольжения 11 м/с, давление на фрикционный материал 5 МПа, в масляной среде при использовании диска стального из материала сталь 45 приведены в таблице.The results of tests of the proposed and known material, carried out on the inertial stand IM-58 at a sliding speed of 11 m/s, a pressure on the friction material of 5 MPa, in an oil environment using a steel disk made of steel 45 material are shown in the table.

Пример конкретного выполнения, подтверждающий возможность осуществления заявленного изобретения:An example of a specific implementation, confirming the possibility of implementing the claimed invention:

Исходные порошковые материалы (массовая доля %): медь (основа) - 52, олово - 6, графит - 10, железный порошок - 29; оксид кремния - 3 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 1400 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.Initial powder materials (mass fraction %): copper (base) - 52, tin - 6, graphite - 10, iron powder - 29; silicon oxide - 3 is mixed in a mixer for 50-60 minutes. The resulting powder friction material is baked on a steel base in a protective atmosphere at a temperature of 720-740°C. The sintered copper-based friction material is compacted with a force of 1400 kN on a press with simultaneous extrusion of oil channels and grooves, followed by sintering under a load of 0.1 kN in a protective atmosphere at a temperature of 780°C for two hours.

Осуществленный технологический процесс с использованием разработанного фрикционного материал на основе меди позволил снизить себестоимость фрикционного диска до 8%.The implemented technological process using the developed copper-based friction material made it possible to reduce the cost of the friction disc by up to 8%.

Claims

Copper-based sintered friction material containing copper, tin, graphite, iron powder, characterized in that it additionally contains silicon oxide powder with a fraction of 5-10 μm in the following ratio, wt. shares in %: tin - 4-7, graphite - 9-12, iron powder - 27-30, silicon oxide powder - 2-4, copper - the rest.