RU2820998C1 - Antifriction solid lubricating coating - Google Patents
Antifriction solid lubricating coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820998C1 RU2820998C1 RU2023120710A RU2023120710A RU2820998C1 RU 2820998 C1 RU2820998 C1 RU 2820998C1 RU 2023120710 A RU2023120710 A RU 2023120710A RU 2023120710 A RU2023120710 A RU 2023120710A RU 2820998 C1 RU2820998 C1 RU 2820998C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- solid lubricant
- antifriction
- friction
- thickness
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 title claims 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 19
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 33
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000012791 sliding layer Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится в области машиностроения, а именно, к антифрикционным твердосмазочным покрытиям, применяемым в зубчатых, червячных и других передачах, в подшипниках скольжения, направляющих скольжения и других сопряжениях для снижения трения, износа и межкристаллитной коррозии при воздействии высоких и низких температур, больших нагрузок, вакуума и иных атмосферных условий.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely, to antifriction solid lubricant coatings used in gears, worms and other gears, in sliding bearings, sliding guides and other interfaces to reduce friction, wear and intergranular corrosion when exposed to high and low temperatures, heavy loads, vacuum and other atmospheric conditions.
Одной из сложных задач, стоящих перед создателями космической техники, а также промышленной техники, работающей в условиях Крайнего Севера и Антарктиды, является обеспечение работы узлов трения на воздухе, в воде и в космической среде при температурах от - 150°С до +300°С и удельных нагрузках свыше 20 кгс/мм2.One of the difficult tasks facing the creators of space technology, as well as industrial equipment operating in the Far North and Antarctica, is ensuring the operation of friction units in air, water and in the space environment at temperatures from - 150 ° C to + 300 ° C and specific loads over 20 kgf/mm 2 .
Известно антифрикционное композиционное твердосмазочное покрытие, описанное в патенте US5482637 опубликованном 09.01.1996. Данное антифрикционное покрытие наносится слоями в виде тонкой пленки и содержит смесь материалов твердой смазки, обеспечивающих коэффициент трения 0,06 или менее, по меньшей мере два из которых выбраны из группы, состоящей из графита, дисульфида молибдена MoS2 и нитрида бора BN, а также связующий слой из полимеризуемой смолы. В качестве твердых смазочных материалов использованы графит в количестве 25-58% по массе твердых смазочных материалов, MoS2 в количестве 25-58% и BN в количестве 7-16%. Указанные твердые смазочные материалы составляют 30-70% по массе нанесенного покрытия, а остальное составляет полимеризуемая смола.An antifriction composite solid lubricant coating is known, described in patent US5482637 published on 01/09/1996. This anti-friction coating is applied in layers as a thin film and contains a mixture of solid lubricant materials providing a coefficient of friction of 0.06 or less, at least two of which are selected from the group consisting of graphite, molybdenum disulfide MoS 2 and boron nitride BN, and a binder layer of polymerizable resin. Graphite in an amount of 25-58% by weight of solid lubricants, MoS 2 in an amount of 25-58% and BN in an amount of 7-16% were used as solid lubricants. These solid lubricants constitute 30-70% by weight of the applied coating, and the balance is the polymerizable resin.
Антифрикционное покрытие наносится на металлическую поверхность в виде слоя из смеси твердой смазки и связующего слоя.An anti-friction coating is applied to a metal surface in the form of a layer of a mixture of solid lubricant and a binder layer.
Недостатком покрытия являются низкие нагрузки на узлы трения до 10 кгс/мм2, высокая пористость, которая не защищает металлическую подложку от коррозии при эксплуатации. Кроме этого, покрытие обладает недостаточной адгезионной прочностью, что ограничивает возможность увеличения статических и динамических нагрузок.The disadvantage of the coating is low loads on friction units up to 10 kgf/mm 2 , high porosity, which does not protect the metal substrate from corrosion during operation. In addition, the coating has insufficient adhesive strength, which limits the possibility of increasing static and dynamic loads.
Из патента RU2211260, опубликованного 27.08.2003 известно антифрикционное композиционное покрытие, которое принято за прототип. Покрытие состоит из слоев. Внутренний слой, прилегающий к подложке, имеет толщину 10-15 мкм и выполнен из молибдена. Внешний слой толщиной 15-50 мкм представляет собой твердую смазку, и содержит дисульфид молибдена (MoS2), графит и окись кадмия (CdO). Между внутренним и внешним слоями нанесен промежуточный слой толщиной 1-3 мкм из связующего на основе эпоксидной смолы. Внутренний слой из молибдена выполнен путем его нанесения на подложку (изделие) электроискровым легированием. Соотношение компонентов внешнего слоя, мас.ч.:From patent RU2211260, published on August 27, 2003, an antifriction composite coating is known, which is taken as a prototype. The coating consists of layers. The inner layer adjacent to the substrate has a thickness of 10-15 microns and is made of molybdenum. The outer layer, 15-50 microns thick, is a solid lubricant and contains molybdenum disulfide (MoS 2 ), graphite and cadmium oxide (CdO). Between the inner and outer layers, an intermediate layer with a thickness of 1-3 microns is applied from an epoxy resin-based binder. The inner layer of molybdenum is made by applying it to the substrate (product) by electric spark alloying. Ratio of components of the outer layer, parts by weight:
Дисульфид молибдена - 4,0-8,7Molybdenum disulfide - 4.0-8.7
Графит - 1,0-5,0Graphite - 1.0-5.0
Окись кадмия - 0,3-1,0.Cadmium oxide - 0.3-1.0.
Введение окиси кадмия во внешний слой антифрикционного покрытия повышает износостойкость и не влияет на антифрикционные характеристики покрытия. Частицы окиси кадмия хорошо смачиваются компонентами связующего и после отверждения не выбиваются при тангенциальных нагрузках. Прочность закрепления антифрикционного композиционного покрытия на стальной подложке (изделии) решается за счет нанесения молибдена методом электроискрового легирования. Обеспечение заданной шероховатости поверхности слоя, прилегающего к подложке, позволяет прочно закрепить последующие слои на металлической подложке. Связующее на основе эпоксидной смолы обеспечивает высокую адгезионную прочность соединения верхнего и нижнего слоев, а также защиту от коррозии прилегающего слоя и подложки за счет сплошности, высокой прочности и долговечности пленки покрытия при динамической нагрузке. Данное композиционное покрытие имеет прочность при сдвиге 2,61-2,67 МПа, модуль упругости Е⋅10-3МПа=2,9-3,1, и обладает ресурсом работы до 20 000 циклов в условиях нагрузки до 20 кгс/мм2 в воде и на воздухе с коэффициентом трения f=0,07-0,09 при температурах от - 100°С до +250°С.The introduction of cadmium oxide into the outer layer of the antifriction coating increases wear resistance and does not affect the antifriction characteristics of the coating. Cadmium oxide particles are well wetted by the components of the binder and, after curing, do not come out under tangential loads. The strength of the antifriction composite coating on the steel substrate (product) is determined by applying molybdenum using the electric spark alloying method. Ensuring a given surface roughness of the layer adjacent to the substrate makes it possible to firmly fix subsequent layers on the metal substrate. An epoxy resin-based binder provides high adhesive strength to the connection of the upper and lower layers, as well as protection against corrosion of the adjacent layer and substrate due to the continuity, high strength and durability of the coating film under dynamic load. This composite coating has a shear strength of 2.61-2.67 MPa, elastic modulus E⋅10 -3 MPa=2.9-3.1, and has a service life of up to 20,000 cycles under load conditions of up to 20 kgf/mm 2 in water and air with a friction coefficient f=0.07-0.09 at temperatures from - 100°C to +250°C.
К недостаткам прототипа относится ограниченный ресурс работы, ввиду того, что частички графита, скользя при работе друг по другу, изнашиваются и количество циклов уменьшается, кроме того это покрытие невозможно использовать при температуре, превышающей 300°С, ввиду того, что эпоксидная смола начинает разлагаться.The disadvantages of the prototype include a limited service life, due to the fact that graphite particles, sliding over each other when working, wear out and the number of cycles decreases; in addition, this coating cannot be used at temperatures exceeding 300 ° C, due to the fact that the epoxy resin begins to decompose .
Задачей данного изобретения является создание антифрикционного композиционного покрытия, способного работать на воздухе, в воде, в условиях космической среды при температуре от -140°С до +400°С, удельных нагрузках более 20 кгс/мм2 с обеспечением высокой износостойкости, прочности при сдвиге и низкого коэффициента трения сопряженных пар.The objective of this invention is to create an anti-friction composite coating capable of working in air, water, in the space environment at temperatures from -140°C to +400°C, specific loads of more than 20 kgf/mm 2 , ensuring high wear resistance and shear strength and low coefficient of friction of mating pairs.
Поставленная задача решена тем, что в антифрикционном твердосмазочном покрытии, содержащем внутренний слой толщиной 10-15 мкм, нанесенный на подложку и выполненный из молибдена, и внешний слой из композиционной твердой смазки, содержащий связующее и наполнитель, согласно изобретению, толщина внешнего слоя из композиционной твердой смазки составляет 240-375 мкм, причем в качестве связующего внешнего слоя из композиционной твердой смазки, использован никель, а наполнитель упомянутого внешнего слоя содержит дисульфид молибдена - 3,0-7,7 мас. ч., графит - 0,5-1,4 мас. ч. и углеродные нанотрубки - 2,0-4,5 мас. ч., при этом содержание никеля в антифрикционном твердосмазочном покрытии составляет 20-60% и толщина антифрикционного твердосмазочного покрытия составляет 250-390 мкм.The problem is solved by the fact that in an antifriction solid lubricant coating containing an internal layer 10-15 μm thick applied to the substrate and made of molybdenum, and an outer layer of composite solid lubricant containing a binder and filler, according to the invention, the thickness of the outer layer of composite solid lubricant lubricant is 240-375 microns, and nickel is used as a binding outer layer of a composite solid lubricant, and the filler of the outer layer contains molybdenum disulfide - 3.0-7.7 wt. h., graphite - 0.5-1.4 wt. parts and carbon nanotubes - 2.0-4.5 wt. hours, while the nickel content in the antifriction solid lubricant coating is 20-60% and the thickness of the antifriction solid lubricant coating is 250-390 microns.
Технический результат, заключающийся в обеспечении работоспособности в условиях космической среды и тепловой нагрузки при температурах от -140°С до +400°С, удельных нагрузках более 20 кгс/мм2, обеспечен указанными ниже факторами.The technical result, which consists in ensuring operability in conditions of the space environment and thermal load at temperatures from -140°C to +400°C, specific loads of more than 20 kgf/mm 2 , is ensured by the factors indicated below.
Прочностные и теплопроводные характеристики у углеродных нанотрубок выше, чем у графита, что способствует улучшению термических и износостойких свойств антифрикционных композиционных покрытий (см. С.В. Кондрашов. Эпоксидные композиционные материалы с углеродными нанотрубками. Автореферат докторской диссертации ФГУП «ВИАМ», Москва, 2019).The strength and thermal conductivity characteristics of carbon nanotubes are higher than those of graphite, which helps improve the thermal and wear-resistant properties of antifriction composite coatings (see S.V. Kondrashov. Epoxy composite materials with carbon nanotubes. Abstract of the doctoral dissertation of FSUE "VIAM", Moscow, 2019 ).
По сравнению с графитом углеродные нанотрубки имеют следующие физические преимущества:Compared to graphite, carbon nanotubes have the following physical advantages:
Известно, что графеновые нанотрубки в 200 раз прочнее стали. Высокая теплопроводность угреродных нанотрубок позволит лучше отводить тепло из зоны трения двух поверхностей. Модуль Юнга (модуль упругости) углеродных трубок - 1,0-1,4 ТПа. Удельная поверхностная открытость более 1000 м2/г, что будет способствовать лучшему взаимодействию со связующим по сравнению с графитом при изготовлении антифрикционного композиционного покрытия. Электросопротивление углеродных нанотрубок низкое (3⋅10-3 Ом⋅см), что позволит снизить электростатическое электричество при трении двух поверхностей и электрохимическую коррозию.It is known that graphene nanotubes are 200 times stronger than steel. The high thermal conductivity of carbon nanotubes will allow for better heat removal from the friction zone of two surfaces. Young's modulus (elastic modulus) of carbon tubes is 1.0-1.4 TPa. The specific surface openness is more than 1000 m 2 /g, which will contribute to better interaction with the binder compared to graphite in the manufacture of anti-friction composite coating. The electrical resistance of carbon nanotubes is low (3⋅10 -3 Ohm⋅cm), which will reduce electrostatic electricity during friction of two surfaces and electrochemical corrosion.
Известно, что введение графеновых нанотрубок в металлическую матрицу позволяет уменьшать силу трения, например, для никеля износ уменьшается в 4 раза, температура эксплуатации повышается до 1400°С. Графеновые нанотрубки препятствуют образованию задиров, что удерживает коэффициент трения на низком уровне. Один слой графена на поверхности уменьшает трение. Несколько слоев дают больший эффект (skycarbon.com.ua/news/graphehe/as/friction/25)It is known that the introduction of graphene nanotubes into a metal matrix makes it possible to reduce the friction force; for example, for nickel, wear is reduced by 4 times, and the operating temperature increases to 1400°C. Graphene nanotubes prevent scuffing, which keeps the coefficient of friction low. One layer of graphene on the surface reduces friction. Several layers give greater effect (skycarbon.com.ua/news/graphehe/as/friction/25)
Установлено, что один слой графена выдерживает 6400 циклов скольжения, а 3-4 слоя выдерживают 47000 циклов скольжения, что в 2-3 раза выше, чем у покрытия, выполненного в прототипе. Возможен малый коэффициент трения между двумя макроскопическими поверхностями, не более 0,004. Антифрикционное композиционное покрытие при износе углеродных нанотрубок может образовывать хлопья графена, за счет которых возможно снижение коэффициента трения до f=0,01-0,008.It was found that one layer of graphene can withstand 6,400 sliding cycles, and 3-4 layers can withstand 47,000 sliding cycles, which is 2-3 times higher than that of the coating made in the prototype. A low coefficient of friction between two macroscopic surfaces is possible, no more than 0.004. When carbon nanotubes wear out, an antifriction composite coating can form graphene flakes, due to which the friction coefficient can be reduced to f=0.01-0.008.
Могут применяться углеродные нанотрубки толщиной (8-120 мкм), диаметром (15-80 нм), длиной 1-10 мкм с малым термическим сопротивлением контакта R=(0,2-70)⋅10-8 м2к/Вт (см. Алафердов А.В. Исследования процесса формирования и свойств структур на основе многослойного графена и многостенных углеродных трубок / Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского. Нижний Новгород, 2016).Carbon nanotubes with thickness (8-120 microns), diameter (15-80 nm), length 1-10 microns with low thermal contact resistance R=(0.2-70)⋅10 -8 m 2 k/W (cm) can be used Alaferdov A.V. Research of the formation process and properties of structures based on multilayer graphene and multi-walled carbon tubes / Dissertation for the degree of candidate of physical and mathematical sciences, Nizhny Novgorod State University.
Многостенные углеродные нанотрубки (УНТ) с внутренним диаметром 3-5 нм, внешним диаметром 8-15 нм, длиной 3-12 мкм (0.003-0.012 мм) могут применяться для антифрикционного твердосмазочного покрытия с удельной поверхностью более 233 м2/г (см. Упрочнение эпоксидных материалов фторированными углеродными нанотрубками / science-education.ru/article/view?id=12620). Малое термическое сопротивление контакта будет способствовать отводу тепла из зоны контакта, снижению влияния тепла на работу узла трения и стойкость антифрикционного композиционного покрытия.Multi-walled carbon nanotubes (CNTs) with an internal diameter of 3-5 nm, an external diameter of 8-15 nm, a length of 3-12 μm (0.003-0.012 mm) can be used for anti-friction solid lubricant coatings with a specific surface area of more than 233 m 2 /g (see Fig. Strengthening epoxy materials with fluorinated carbon nanotubes / science-education.ru/article/view?id=12620). Low thermal contact resistance will facilitate heat removal from the contact zone, reducing the influence of heat on the operation of the friction unit and the durability of the antifriction composite coating.
Углеродные нанотрубки после химической обработки могут обладать высокой удельной поверхностью до 2600 м2/г, что обеспечивает их хорошую смачиваемость со связующим и после отверждения прочное закрепление в матрице. Кроме этого, УНТ обладают высокой гибкостью и устойчивостью к изнашиванию при нагрузке более 20 кгс/мм2. Углеродные нанотрубки являются уникальным материалом для придания композиционным материалам требуемых функциональных свойств при изготовлении антифрикционных твердосмазочных покрытий (см. С.В. Кондратов. Эпоксидные композиционные материалы с углеродными нанотрубками. Автореферат докторской диссертации ВИАМ, Москва, 2019 г).Carbon nanotubes after chemical treatment can have a high specific surface area of up to 2600 m 2 /g, which ensures their good wettability with the binder and, after curing, strong fixation in the matrix. In addition, CNTs are highly flexible and wear-resistant under loads of more than 20 kgf/mm 2 . Carbon nanotubes are a unique material for imparting the required functional properties to composite materials in the manufacture of anti-friction solid lubricant coatings (see S.V. Kondratov. Epoxy composite materials with carbon nanotubes. Abstract of the doctoral dissertation of VIAM, Moscow, 2019).
Введение во внешний слой антифрикционного покрытия углеродных нанотрубок, например, Таунит-М, повышает износостойкость при удельном давлении более 20 кгс/мм2, а также антифрикционную устойчивость при температуре выше 300°С, за счет использования металлического связующего, например, никеля, температура плавления которого 1450°С, а УНТ - более 3000°С.The introduction of carbon nanotubes, for example, Taunit-M, into the outer layer of the anti-friction coating increases wear resistance at a specific pressure of more than 20 kgf/mm 2 , as well as anti-friction stability at temperatures above 300°C, due to the use of a metal binder, for example, nickel, melting point which is 1450°C, and CNT - more than 3000°C.
Выполнение покрытия пояснено на примере.The implementation of the coating is illustrated with an example.
На внутреннюю поверхность втулки, выполненной из стали 40X13, наносилось антифрикционное покрытие предложенного состава.An antifriction coating of the proposed composition was applied to the inner surface of the bushing, made of 40X13 steel.
Слой молибдена толщиной 10-15 мкм наносится на подложку электроискровым легированием (короткими плазменными разрядами), что обеспечивает прочность закрепления антифрикционного покрытия на стальной подложке и возможность закрепления следующих слоев, благодаря заданной шероховатости поверхности.A layer of molybdenum 10-15 microns thick is applied to the substrate by electric spark alloying (short plasma discharges), which ensures the strength of the anti-friction coating on the steel substrate and the possibility of attaching subsequent layers, due to the specified surface roughness.
Внешний слой, содержащий никель в качестве связующего, а в качестве наполнителя - дисульфид молибдена, графит и углеродные нанотрубки, взятые в количестве, соответствующем формуле изобретения, наносится на слой молибдена плазменным напылением на установке «Монолит». Толщина наружного слоя 240-375 мкм.The outer layer, containing nickel as a binder, and as a filler - molybdenum disulfide, graphite and carbon nanotubes, taken in an amount corresponding to the claims of the invention, is applied to the molybdenum layer by plasma spraying using the Monolit installation. The thickness of the outer layer is 240-375 microns.
Никель выполняет роль связующего, аналогично эпоксидной смоле.Nickel acts as a binder, similar to epoxy resin.
Дисульфид молибдена MoS2 - применяется в жаропрочных соединениях, которые выдерживают в температуру до +1800°С (в электровакуумных приборах, ракетных соплах, ядерных реакторах, высокотемпературных печах) / https://sigma-treyding.pulscen.ru/goods/191886089-disulfid_molibdena_dmi_7/.Molybdenum disulfide MoS 2 - used in heat-resistant compounds that can withstand temperatures up to +1800°C (in electric vacuum devices, rocket nozzles, nuclear reactors, high-temperature furnaces) / https://sigma-treyding.pulscen.ru/goods/191886089- disulfid_molibdena_dmi_7/.
Дисульфид молибдена имеет гексагональную сплошную структуру (решетку в форме призматического шестигранника). Обладает хорошей адгезией к поверхности металла. Например, пленка из дисульфида молибдена 0,025 мкм состоит из 40 слоев скольжения. Адгезия MoS2 обусловлена прочными молекулярными связями серы с поверхностью металла и позволяет применять вибрационный метод для нанесения его на поверхность детали, а затем наносить другие верхние слои.Molybdenum disulfide has a hexagonal solid structure (a lattice in the shape of a prismatic hexagon). Has good adhesion to metal surfaces. For example, a 0.025 µm molybdenum disulfide film consists of 40 sliding layers. The adhesion of MoS 2 is due to the strong molecular bonds of sulfur with the metal surface and allows the use of a vibration method to apply it to the surface of the part, and then apply other top layers.
Вибрационная установка УВГ4-10 с частотой колебания 15-35 Гц и амплитудой 1-5 мм, может применяться для формирования вибрационных твердосмазочных покрытий на основе высокой адгезии к металлам MoS2 / В.В. Иванова, Ю.В. Марченко. Перспективы применения дисульфида молибдена для формирования вибрационных твердосмазочных покрытий/ Вестник ДГТУ. 2010, Т10, №3(46)./The UVG4-10 vibration installation with a vibration frequency of 15-35 Hz and an amplitude of 1-5 mm can be used for the formation of vibration solid lubricant coatings based on high adhesion to MoS 2 metals / V.V. Ivanova, Yu.V. Marchenko. Prospects for the use of molybdenum disulfide for the formation of vibration solid lubricant coatings / Bulletin of DSTU. 2010, T10, No. 3(46)./
Композиционные антифрикционные материалы, которые относятся к предлагаемому твердосмазочному покрытию, могут наноситься на подложку методом плазменного напыления или электролиза. Технология плазменного напыления позволяет вводить в состав порошковой смеси для напыления антифрикционного композиционного покрытия различные антифрикционные присадки (MoS2, графит, углеродные нанотрубки и т.д.). Композиционные электролитические покрытия получают осаждением из стандартного электролита никелирования и частиц твердого смазочного материала, взвешенного в электролите (MoS2, графит, графен, углеродные нанотрубки). Электролитический метод целесообразно применять для сложных и тонких оболочковых поверхностей деталей. Эти методы могут быть использованы при формировании антифрикционного твердосмазочного покрытия (см. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. T. 1. М: Л.В.М. - СКРИПТ «Машиностроение», 1995, с. 758-759). Содержание никеля в твердосмазочном антифрикционном покрытии может быть 20-60%.Composite antifriction materials, which belong to the proposed solid lubricant coating, can be applied to the substrate by plasma spraying or electrolysis. Plasma spraying technology makes it possible to introduce various antifriction additives (MoS 2 , graphite, carbon nanotubes, etc.) into the powder mixture for spraying an antifriction composite coating. Composite electrolytic coatings are produced by deposition from a standard nickel-plating electrolyte and particles of solid lubricant suspended in the electrolyte ( MoS2 , graphite, graphene, carbon nanotubes). It is advisable to use the electrolytic method for complex and thin shell surfaces of parts. These methods can be used in the formation of an anti-friction solid lubricant coating (see Polyak M.S. Hardening technology. Technological methods of hardening. T. 1. M: L.V.M. - SCRIPT "Machine Building", 1995, pp. 758-759 ). The nickel content in the solid lubricant antifriction coating can be 20-60%.
Композиционное покрытие в виде сочетания нескольких разнородных материалов обладает свойствами, присущими каждому из материалов, входящих в антифрикционное твердосмазочное покрытие, что позволяет обеспечить требуемые характеристики и функциональные свойства.A composite coating in the form of a combination of several dissimilar materials has the properties inherent in each of the materials included in the antifriction solid lubricant coating, which makes it possible to provide the required characteristics and functional properties.
Были проведены испытания втулки с заявляемым покрытием (с разным содержанием компонентов и различными толщинами слоев), сопряженной с вращающимся валом из стали 45 при разных скоростях скольжения. Результаты испытаний показаны в таблице 1.Tests were carried out on a bushing with the inventive coating (with different contents of components and different layer thicknesses), coupled with a rotating shaft made of steel 45 at different sliding speeds. The test results are shown in Table 1.
Достоинством заявленного технического решения является создание рациональной микроструктуры, наилучшим образом удовлетворяющей условиям работы антифрикционного твердосмазочного покрытия, которое позволяет достигнуть высокого ресурса работы пары трения при нагрузочной способности 30-35 кгс/мм2, может работать при температуре 400°С и выше.The advantage of the claimed technical solution is the creation of a rational microstructure that best satisfies the operating conditions of the antifriction solid lubricant coating, which makes it possible to achieve a high service life of the friction pair with a load capacity of 30-35 kgf/mm 2 and can operate at temperatures of 400°C and above.
Изобретение можно использовать в машиностроении, приборостроении, а также в тех областях техники, где имеет место граничное трение. Трение и износ предложенного твердосмазочного антифрикционного покрытия зависят от условий эксплуатации. Использование, например, УНТ Таунит-М вместе с графитом повышает задиростойкость, а также антифрикционную стойкость в 2-2,5 раза при повышении нагрузочной способности в 1,4 раза.The invention can be used in mechanical engineering, instrument making, as well as in those areas of technology where boundary friction occurs. Friction and wear of the proposed solid lubricant antifriction coating depend on operating conditions. The use, for example, of Taunit-M CNTs together with graphite increases the scuffing resistance, as well as anti-friction resistance, by 2-2.5 times, while the load capacity increases by 1.4 times.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820998C1 true RU2820998C1 (en) | 2024-06-14 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1555981A (en) * | 1975-08-08 | 1979-11-14 | Daido Metal Co Ltd | Multi-layer bearing material and method for manufacturing the same |
| RU2211260C1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Antifriction composite coating |
| RU2308542C1 (en) * | 2006-02-20 | 2007-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарская государственная академия путей сообщения" (СамГАПС) | Method of coating surface of machine parts with metal |
| RU2510433C1 (en) * | 2013-02-14 | 2014-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Method of depositing antifriction coatings on side surface of rails |
| RU2652335C1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "ФторКОМ" | Method of forming anti-friction coating by the automated device of powder material supply in the laser processing area |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1555981A (en) * | 1975-08-08 | 1979-11-14 | Daido Metal Co Ltd | Multi-layer bearing material and method for manufacturing the same |
| RU2211260C1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Antifriction composite coating |
| RU2308542C1 (en) * | 2006-02-20 | 2007-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарская государственная академия путей сообщения" (СамГАПС) | Method of coating surface of machine parts with metal |
| RU2510433C1 (en) * | 2013-02-14 | 2014-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Method of depositing antifriction coatings on side surface of rails |
| RU2652335C1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "ФторКОМ" | Method of forming anti-friction coating by the automated device of powder material supply in the laser processing area |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yin et al. | Ultra-wear-resistant MXene-based composite coating via in situ formed nanostructured tribofilm | |
| Wang et al. | Tribological properties of PTFE/Kevlar fabric composites under heavy loading | |
| US4666318A (en) | Self-lubricating bearings | |
| Wang et al. | Comparative study of the effects of nano‐sized and micro‐sized CF and PTFE on the thermal and tribological properties of PEEK composites | |
| Tsukizoe et al. | Friction and wear performance of unidirectionally oriented glass, carbon, aramid and stainless steel fiber-reinforced plastics | |
| CN101126417A (en) | Self-lubricating sliding bearing material and its preparation method | |
| GB2450215A (en) | Composition for a dry lubricant film | |
| Nemati et al. | High temperature friction and wear properties of graphene oxide/polytetrafluoroethylene composite coatings deposited on stainless steel | |
| US8962143B2 (en) | PTFE-based sliding material, bearing, and method for producing PTFE-based sliding material | |
| Suresha et al. | Influence of SiC filler on mechanical and tribological behavior of glass fabric reinforced epoxy composite systems | |
| Suresha et al. | Investigation of the friction and wear behavior of glass-epoxy composite with and without graphite filler | |
| CN112724788A (en) | Preparation method of high-wear-resistance self-lubricating nano composite material coating | |
| Han et al. | Tribological properties of phenyl-silicone rubber composites with nano-CeO 2 and graphene under thermal-oxidative aging | |
| Feng et al. | Tribological and physical properties of PTFE-NBR self-lubricating composites under water lubrication | |
| RU2820998C1 (en) | Antifriction solid lubricating coating | |
| Cheng et al. | Effect of rare earths on mechanical and tribological properties of carbon fibers reinforced PTFE composite | |
| Singh et al. | Tribological and mechanical analysis of hybrid epoxy based polymer composites with different in situ liquid lubricants (silicone oil, PAO and SN150 base oil) | |
| Erdemir et al. | Solid lubrication of ceramic surfaces by IAD-silver coatings for heat engine applications | |
| Zhang et al. | Tribological properties of the epoxy resin-based solid lubricant coating modified by Kevlar fibers | |
| WO2021106274A1 (en) | Resin material for sliding members, and sliding member | |
| Harsha et al. | Tribological studies on glass fiber reinforced polyetherketone composites | |
| Kolhe et al. | Wear behavior of polytetrafluoroethylene composites: a review | |
| JPS62146944A (en) | Sliding material | |
| Roshan et al. | Friction and wear behavior of short carbon fibers milled polyphenylene sulfide composites | |
| Friedrich et al. | Carbon fibers in tribo-composites |