SE454519B

SE454519B - Sjevsmorjande kompositmaterial

Info

Publication number: SE454519B
Application number: SE8104285A
Authority: SE
Inventors: V A Bely; A I Sviridenok; V G Savkin; V V Meshkov; N K Myshkin
Original assignee: Inst Mekhaniki Metallopolimern
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1988-05-09
Also published as: FR2510009A1; DE3128412C2; GB2105751B; DE3128412A1; GB2105751A; US4425247A; SE8104285L; FR2510009B1

Description

454 519 2 Som funktionstillsatser användes: 1) värmebeständiga kväve- eller fosforhaltiga polymerer (jämför exempelvis den amerikanska patentskriften H OH5 H00), epoxi- polymerer (jämför exempelvis den brittiska patentskriften 1 H79 H02) osv., och organiska bindemedel (jämför exempelvis de franska patent- skrifterna 2 337 750 och 2 337 751); 2) fibrer av exempelvis grafit, syntetiska material, metaller (orienterade och oorienterade, med en storlak av 1-100 pm, i en mängd av 20-80 volymprocent) (jämför exempelvis den västtyska pa- tentskriften 1,783 12Ä); 5) metalloxider, exempelvis kadmiumoxid (jämför exempelvis den brittiska patentskriften 1 486 011); H) metaller (Fe, Ni, Ag, Pb, Cd, In, Al), metallkarbider (WC, FeC), oxidhaltiga beståndsdelar (1-20%), som företrädesvis förekommer i fast lösning med huvudbeståndsdelen (jämför exempel- vis den amerikanska patentskriften 3 370 9H2, den västtyska patent- skriften 1 2U9 536); 5) smörjmedel: - korrosionsbeständiga antifriktionssmörjmedel i fast fas baserade på värmehärdbart harts, samt grafit, molybdendisulfid, kromat av zink, eller baserade på metaller, exempelvis kadmium, silver, volfram (jämför exempelvis den amerikanska patentskriften 3 051 586); - s.k. högtemperatursmörjmedel innehållande smörjämnen (exem- pelvis molybdendisulfid, bornitrid eller grafit), metaller (koppar, zink, indium eller bly) och kadmiumoxid med en partikelstorlek av högst 10 pm (jämför exempelvis den franska patentskriften 1 SHS 589); - smörjmedel på basis av polymerer, exempelvis produkter som erhålles vid kondensation av aromatiskt epoxiharts, i en mängd av 15-60 viktprocent, smörjmedel i fast fas i en mängd av H0-85 viktprocent, grafit, metalloxider (jämför exempelvis den västtyska patentskriften 1 271 875); - smörjmedel på basis av diselenider av övergångsmetaller (exempelvis tantaldíselenid, tantalsulfid, niobdiselenid och bland- ningar därav) för arbete vid mycket lågt tryck, exempelvis lägre än 10-7 torr (jämför exempelvis den västtyska patentskriften 1 28M 017). 454 519 3 Självsmörjande kompositmaterial, exempelvis elektriskt ledan- de sådana, framställes företrädesvis genom pulvermetallurgiska för- faranden, exempelvis genom sintring i fast fas.

I det sovjetryska uppfinnarcertifikatet BH? 8U5 beskrives ett självsmörjande kompositmaterial, som är avsett att användas för framställning av elektriska borstar, vilka företrädesvis måste ar- beta vid lågt tryck och minusgrader. För att förbättra driftegen- skaperna försättes materialet, som innehåller ett metalliserat kol- pulver, antifriktionsämnespartiklar och ett bindemedel, med H0-70 viktprocent metalliserad molybdendisulfid, som innehåller 30-50 viktprocent metall. Såsom ett möjligt exempel anges ett material, som i viktprocent innehåller 50% kopparbelagd naturgrafit, 50% kopparbelagd molybdendisulfid med en kopparhalt av 30 viktprocent, och 20% resol-fenol-formaldehyd-harts.

De elektriska borstar, som framställts av detta kända materi- al genom varmpressning, har följande egenskaper: volymresistivitet 2,5-2,8 ohm'mm2/m; hårdhet 33-M3 kp/mm2; övergângsspänningsfall per par borstar (en kopparring) 1,5-1,U V. Borstarnas förslitning vid lågt tryck (U-10-6 torr) och en temperatur av -7500 utgör 0,02 mm efter en drifttid av 50 timmar.

Det framgår av de ovan angivna data, att detta kända material uppvisar egenskaper som omöjliggör effektiv användning av materialet under extrema driftförhållanden, fastän det har hög slitbeständig- het i vakuum, hög erosionsbeständighet och låg friktionskoefficient.

Närvaron av fyllmedlet i detta kända material bidrar till att minska friktionskoefficienten men medför försämring av materialets andra egenskaper, exempelvis skak- och slagbeständighet.

Detta kända material har låg tryckhållfasthet genom att större delen av den mekaniska belastningen på materialet fördelar sig över fasgränsen mellan metallen och fyllmedlet. Adhesions- eller vidhäftningshâllfastheten vid kontaktstället mellan metallen och fyllmedlet är mycket låg, vilket beror på processtekniken för framställning av detta kända material.

Ett högt övergångsspänningsfall över kontakten mellan den elektriska borsten och släpringen resulterar i elektriska förlus- ter, hög bullernivå och avsevärda strömpulsationer.

Materialets driftegenskaper försämras efter lång lagringstid (10 dygn och däröver) i statiskt läge vid hög relativ fuktighet (98%) och hög temperatur (HOOC). Detta leder till "vidhäftning" av materialet vid en motkropp av metall, exempelvis koppar, samt 454 519 U till en avsevärd ökning av resistansen vid kontaktstället mellan den elektriska borsten och släpríngen, samtidigt som startspänning- en för den elektriska maskinen ökar otillåtligt (med 3-5 gånger).

Av samtliga dessa skäl får detta kända kompositmaterial låg funktionssäkerhet.

Ytterligare ett antal självsmörjande, på en metallmatris baserade kompositmaterial med goda driftegenskaper är kända.

Ett material av sådan typ består av en porös matris av brons, som framställes genom sintring av metallpulver, varvid metallmatri- sens porer är fyllda med fuktionstillsatser, exempelvis polytetra- fluoreten (se F.P. Bowden, Frictional properties of porous materials. impregnated with plastics, Research 1950, vol. 3, p. 1U7).

Ett självsmörjande kompositmaterial för bandlager beskrives exempelvis i de brittiska patentskrifterna 1 11U 061, B 912 121 och 756 950.

Detta kända material utgöres av en porös metallmatris med en porvolym av högst 35%, varvid materialets porer på oordnat sätt är fyllda med funktionstillsatser. Metallmatrisen kan exempelvis framställas av brons med hög tennhalt, medan funktionstillsatserna utgöres av polytetrafluoreten och bly. Detta kända material fram- ställes genom pulvermetallurgiska förfaranden, exempelvis genom sintring av på elektrolytisk väg framställda dendritiska pulver av rena metaller eller av ett sfäriskt pulver av brons med hög tennhalt (högst 10 viktprocent tenn). Ett förfarande för framställ- ning av dylika material omfattar sammanpressning av pulvret vid hög temperatur, förberedande sintring (försintring) av pulvret i en reducerande atmosfär till ett halvfabrikat, flera gånger upprepad impregnering av halvfabrikatet med en suspension av funktionstill- satser, slutsintring av det ímpregnerade halvfabrikatet, exempel- vis tillsammans med bärorgan av stål, i ett inert medium, och s.k. kalibrering (dimensionsformning) av den framställda detaljen genom plastisk deformering (utfällning). Vid framställning av alster (exempelvis bandlager) av detta material är det nödvändigt att funktionstillsatserna vid impregneringen av matrisen med dessa till- satser bildar ett skikt med en tjocklek av ungefär 0,02 mm ovanpå alstrets kontaktyta. Detta villkor måste uppfyllas för att lagret skall kunna arbeta funktionssäkert.

Materialet erhålles i form av band med en tjocklek av 1,21- 5,05 mm och en bredd av upp till 101,6 mm; hylsor med en diameter 454 519 5 av 10-100 mm; halvsfäriska stödorgan med en diameter av 16-38 mm; tråd, lager, etc. Materialet är avsett att användas under beting- elser för torr och halvvätskeformig friktion.

Nämnda kända material har hög funktionsduglighet (högt nöt- ningsmotstånd och låg friktionskoefficient), bl.a. vid avsevärda belastningar utan smörjníng inom ett vidsträckt temperaturintervall (frän -20000 till 260°C) i luft och andra gasmedier, i vakuum, samt i vätskeformiga medier som saknar smörjande verkan. Statíska elektriska laddningar bildas.inte på dessa material och förorsakar inte någon s.k. nötningskorrosion.

En av fördelarna med nämnda kända material är att dessa kan användas i friktionsanordningar arbetande under extrema driftför- hâllanden.

Det är känt att använda detta material för framställning av kullagerhållare bestående av sintrat silver impregnerat med poly- tetrafluoreten med låg mängd volframdiselenidtillsats, vilka kul- lager med fördel kan arbeta vid låga och höga temperaturer vid ett så lågt tryck som 10-7 - 10-9 torr. Dessa kända material användes i stor omfattning inom rymd-, bil- och textilindustri samt inom elektroteknik, etc.

Detta kända material har emellertid begränsat användningsom- råde, särskilt av följande skäl. (1) Alla porer i materialet impregneras icke likformigt, eftersom porerna har olika storlek och varierande läge, varför för- rådet av smörjmedel i de porer, som vid den ifrågavarande tidpunk- ten gränsar till friktionsytan, uttömmes under materialets arbets- förlopp. (2) Porerna kan tillslutas genom igensättning (tilltäppning) av desamma medelst nötningsprodukter, genom nedsmutsning medelst främmande material samt genom plastisk deformering av matrisens ytskikt, exempelvis vid höga belastningar och vid hög temperatur. (3) Materialets driftegenskaper bestämmas av dess fysika- lisk-mekaniska egenskaper, friktionsegenskaper och andra egenskaper i s.k. kontaktmikroormåden, varvid en och samma egenskap hos mate- rialet varierar i olika områden av materialet.

(M) Adhesionsväxelverkan mellan funktionstillsatsen (poly- tetrafluoreten är kemiskt inert med hänsyn till metaller) och metall- matrisen vid impregneringen är mycket svag, varför materialets håll- fasthetsegenskaper och följaktligen många av dess utgångsegenskaper, 454 519 6 exempelvis nötningsmotstånd i vakuum, skak- och slagbeständighet samt elektrisk ledningsförmåga, dvs. funktionssäkerhet, försämras. (5) Materialet har låg värmebeständighet (högst 280°C) på grund av sönderdelning av polytetrafluoreten. (6) Materialet har låg strålningsbeständighet i luft på grund av sönderdelning av bindemedlet. (7) Processtekniken för framställning av ett sådant material medför behov av ett antal hjälpoperationer, exempelvis omsorgsfull omrörning, flerdubbel impregnering, flerdubbel sammanpressning och sintring av metallpulvren samt ett antal slutbehandlingsoperatíoner, exempelvis kalibrering, komplex stegvis värmebehandling, finytbear- betning, etc. : Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sådant självsmörjande kompositmaterial, som uppvisar bättre driftegenskaper i vakuum, vid höga och låga temperaturer, vid inverkan av elektriska fält och kraftfält, och som är funktions- säkert.

Detta syfte uppnàs enligt föreliggande uppfinning medelst ett självsmörjande kompositmaterial bestående av en metallmatris, som innehåller s.k. funktionstillsatser. Detta material kännetecknas av att matrisen är uppbyggd av två metall-beståndsdelar, av vilka den ena bildar med varandra förbundna höljen för funktionstillsat- serna och har en sammanhängande cellstruktur, i vars slutna celler funktionstillsatserna är belägna, medan den andra metallbestånds- delen är anbragt i resterande fria utrymmen i den sammanhängande kroppen av den första metallbestândsdelen, varvid beståndsdelarna i matrisen utgöres av metaller som tillhör grupperna III-VI i det pe- riodiska systemet, och/eller legeringar av dessa metaller, och den andra beståndsdelens smälttemperatur är högst 0,9 av den första be- stândsdelens smälttemperatur, och varvid funktionstillsatserna ut- göres av antifriktionstillsatser, såsom oorganiska smörjmedel i fast fas eller polymerer.

Bestândsdelarna i matrisen kan utgöras av såväl rena metaller, exempelvis silver, koppar, barium, aluminium, volfram, tenn, som metallegeringar, exempelvis brons. Som funktíonstillsatser användes ämnen av organisk och oorganisk härkomst.

Sådana ämnen kan utgöras av polymerer, smörjmedel i fast fas, exempelvis grafit, och diselenider av s.k. övergângsmetaller. Be- ståndsdelarna av metall bör väljas och kombineras med varandra un- der hänsynstagande till de fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos metallerna och/eller legeringarna ifråga. Ett bestämt val av 454 519 beståndsdelarna främjar formning av den ovan beskrivna strukturen hos materialet. En sådan struktur gör det möjligt att framställa ett material med goda antifriktionsegenskaper, hällfasthetsegenska- per och elektriskt ledande egenskaper. Den beståndsdel, som är avsedd att bilda höljena för funktionstillsatserna, fyller huvud- sakligen en konstruktíonsfunktion, dvs. formar matrisens tredimen- sionella skelett. Den andra beståndsdelen, som fyller mellanrummen mellan höljena, är avsedd att i kombination med funktionstillsat- serna alstra en självsmörjande effekt vid friktion samt främjar en ökning av matrisens mekaniska hållfasthet. Matrisen í det själv- smörjande kompositmaterialet kan i det allmänna fallet få såväl regelbunden som oregelbunden struktur.

För att förbättra det självsmörjande kompositmaterialets driftegenskaper är det att föredra, att nämnda höljen bildar en regelbunden cellstruktur.

Vid användning av materialet är det viktigt, att materialet har stabila arbetsegenskaper vid kontaktytan, vilket säkerställas genom riktad reglering av materialets sammansättning och konstruk- tion, exempelvis genom närvaro av finfördelade beståndsdelar och tillsatser vid kontaktytan. Det är därför lämpligt, att höljena får en regelbunden cellstruktur med avtagande cellstorlek i riktning mot kontaktytan med motkroppen.

Det är från ekonomisk synpunkt inte lämpligt att man i natrisen an- vänder sällsynta jordartsmetaller, lantanoider och aktinoider. Det är lämpligt att man i matrisen använder metaller som tillhör grup- perna III-VI i det periodiska systemet, exempelvis silver, koppar, barium, bly, molybden, volfram, och/eller legeringar därav, exem- pelvis silver-kopparlegering, bly-bariumlegering. För att man skall erhålla den ovan beskrivna materialstrukturen får den andra bestândsdelens smälttomperatur inte överstiga 0,9 av smälttempera- turen (smëltpunkten) för den första beståndsdelen. Ifall detta villkor inte uppfyllas, omfördelas beståndsdelarna i matrisen på oordnat sätt samtidigt som driftegenskaperna försämras, b1.a. frik- tionskoefficientens och de elektriska kontaktegenskapernas stabili- tet.

Halten funktionstillsatser kan variera i beroende av det kon- kreta användningsområdet för det självsmörjande kompositmaterialet och utgöra 3-80 volymprocent. Minimihalten funktionstillsatser (5 volymprocent) representerar den undre gränshalt, vid vilken självsmörjningseffekten (förmågan till självsmörjning) vid friktion 454 519 8 ännu uppträder. Om halten funktionstillsatser är högre än ovan nämnda övre gränshalt av 80 volymprocent, rubbas materialets ovan beskrivna struktur, vilket medför en otillåtlig försämring av ma- terialets hållfasthetsegenskaper,'elektriskt ledande egenskaper och andra egenskaper.

Funktionstillsatsernas storlek är mycket viktig vid användning av materialet, eftersom denna storlek bestämmer friktionsanordning- ens livslängd och funktionssäkerhet samt kontaktegenskapernas stabi- litet. Funktionstillsatserna måste fördelas i matrisen på ett så- dant sätt, att avståndet mellan tillsatserna, dvs. höljets tjock- lek, säkerställer bibehållande av den ovan beskrivna strukturen och inte medför försämring av driftegenskaperna.

Ett viktigt kriterium för materialets struktur är förhållan- det mellan funktionstillsatsernas maximistorlek och minimiavstândet mellan tillsatserna. Detta förhållande kan i princip vara godtyck- ligt men bör lämpligen väljas mellan O,7:1 och 10:1.

Som funktionstillsatser användes lämpligen värmehärdbara el- ler termoplastiska polymerer. Värmehärdbara polymerer utgöres lämp- ligen av hartser, exempelvis fenol-formaldehydharts, glasarmerat epoxi- eller polyimidharts, medan de termoplastiska polymererna lämpligen utgöres av polyeten, oljefylld polykaproamid, polytetra- fluoreten.

Den höga självsmörjningseffekten vid friktion uppnås när man som funktionstillsatser använder pulverformiga produkter, som erhålles vid termisk eller termooxiderande sönderdelning av värme- härdbara eller termoplastiska polymerer. Såsom produkter, som erhålles vid termisk sönderdelning (nedbrytning) i ett oxidations- fritt medium, exempelvis vakuum, användes exempelvis polyeten el- ler fenol-formaldehydharts, under det att produkter, som erhålles vid termisk oxidationssönderdelning i luft, kan utgöras av poly- kaproamid, epoxi- eller polyimidharts.

Man använder lämpligen sönderdelningsprodukter av polymerer erhållna vid nedbrytning av minst 90 viktprocent polymer.

När det självsmörjande kompositmaterialet är avsett att användas vid höga temperaturer, i elektriska fält, vid inverkan av mekaniska överbelastningar eller i joniserande strålning måste materialet uppvisa pålitliga fysikaliska och mekaniska egenskaper, exempelvis elektriskt ledande egenskaper. I detta fall införes lämpligen i materialet såsom ytterligare funktionstillsatser pulver av metaller som tillhör grupperna III-VI i det periodiska systemet eller oxider därav, exempelvis silver, koppar, kadmium, volfram 454 519 9 respektive huvudoxider av dessa metaller, exempelvis koppardioxid, silveroxid. Det är lämpligt att halten nämnda metaller eller me- talloxider är mellan 0,5 och H5 volymprocent, räknat på funktions- tillsatsernas totala volym.

För att förbättra materialets hållfasthetsegenskaper, exempel- vis för att öka dess specifika hållfasthet, måste man använda funk- tionstillsatser med goda hällfasthetsegenskaper, exempelvis bor-, kol- eller kiselfibrer med hög hâllfasthet. Införandet av dylika tillsatser i materialet medför dessutom en avsevärd ökning av mate- rialets nötningsmotstånd (slitbeständighet) och värmebeständighet.

Dessa tillsatser införes lämpligen i materialet i en mängd av 2-90 volymprocent, räknat på funktionstillsatsernas totala volym. Om halten införda tillsatser är lägre än 2 volymprocent, förbättras materialets driftegenskaper inte märkbart. När halten införda tillsatser är högre än 90 volymprocent, försämras materialets för- måga till självsmörjning oavsett att materialet får hög slitbestän- dighet. I detta fall förslites motkroppen i otillåtligt hög grad.

Man kan samtidigt förbättra det självsmörjande kompositmate- rialets hâllfasthetsegenskaper och dess elektriska ledningsförmåga och värmekonduktivitet genom införande av metaller, som tillhör grupperna III-VI i det periodiska systemet, i form av s.k. “whiskers" i en mängd av 2-90 volymprocent, räknat på funktions- tillsatsernas totala volym. Om halten införda tillsatser är lägre än 2 volymprocent, inverkar detta inte något märkbart på materia- lets driftegenskaper. När halten införda tillsatser är högre än 90 volymprocent, försvåras alstrandet av materialets förmåga till självsmörjning, samtidigt som fríktionsparets livslängd och funk- tíonssäkerhet minskar.

Det självsmörjande kompositmaterialet enligt uppfinningen upp- visar alla erforderliga driftegenskaper, dvs. förmåga till själv- smörjning under extrema driftförhâllanden, goda fysikaliska och mekaniska egenskaper, hög funktionssäkerhet och lång livslängd.

Huvudfördelen med materialet enligt uppfinningen är att mate- rialet är mycket funktionsdugligt under extrema driftförhållanden, vilket bidrar till att friktionselement i friktionsanordningar får den önskade långa livslängden och höga funktionssäkerheten. _Det föreslagna materialets förmåga till självsmörjning och dess håll- fasthetsegenskaper är exempelvis väsentligt (15-20 gånger) högre än respektive egenskaper hos de kända materialen av detta slag. 454 519 10 Materialet enligt uppfinningen kan mest effektivt användas inom maskinbyggnadsteknik, elektroteknik och elektronik för fram- ställning av elektriska släpkontakter och glidlager, vilka är av- sedda att arbeta under normala klimatförhållanden, i vakuum, vid höga och låga temperaturer, vid inverkan av elektriska fält, vid mekaniska överbelastningar samt i joniserande strålning.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 visar ett snitt genom ett själv- smörjande kompositmaterial enligt uppfinningen; fig. 2 visar ett snitt genom ett självsmörjande kompositmaterial med regelbunden cellstruktur; fig. 3 visar ett snitt genom ett självsmörjande kom- positmaterial vinkelrätt mot motkroppens arbetsyta; och fig. H visar ett diametralt snitt genom ett lager framställt av ett själv- smörjande kompositmaterial enligt uppfinningen.

Det i fig. 1 i snitt visade självsmörjande kompositmaterialet består av en metallmatris, som är uppbydd av två beståndsdelar, av vilka den ena 1 är avsedd att bilda höljen för funktionstillsatser 2, medan den andra beståndsdelen 3 är anbragt i mellanrum mellan höljena.

I fig. 2 visas ett snitt genom ett självsmörjande komposit- material med regelbunden cellstruktur, varvid förhållandet mellan tillsatsernas maximistorlek A och maxímiavståndet B mellan till- satserna är mellan O,7:1 och 10:1.

I fig. 5 visas ett snitt genom ett självsmörjande komposit- material vinkelrätt mot en motkropps arbetsyta, varvid höljena med regelbunden cellstruktur är så utformade, att cellstorleken minskar i riktning mot materialets kontaktyta med motkroppen.

I fig. H visas ett diametralt snitt genom ett glidlager fram- ställt av ett självsmörjande kompositionsmaterial, varvid funktions- tillsatserna 2 utgöres av "mustascher" av metall och fibrer.

Förfarandet för framställning av det självsmörjande kompo- sitmaterialet enligt uppfinningen är tekniskt sett enkelt att ge- nomföra och genomföres på följande sätt.

Man metalliserar funktionstillsatserna två gånger, varvid man t.ex. först belägger grafitpartiklar med ett silverskikt och därefter med ett blyskikt, företrädesvis på ett av följande sätt: vakuumförångning av metaller; kemisk eller elektrokemisk utfällning.

Beläggningstjockleken samt storleken och formen hos dc funktions- tillsatser som skall metalliseras är i detta fall av stor betydelse, varjämte det är viktigt att beläggningarna är förenliga med varand- ra och likformiga. 4b4 519 11 Det så beredda halvfabrikatet sammanpressas och sintras där- efter under samtidig applicering av en tryckkraft i ett kontrolle- rat, neutralt eller reducerande medium under optimala, inom pulver- metallurgin användbara metallsintringsförhållanden.

Under sintringens begynnelseskede smälter det yttre skiktet av den mer lättsmälta metallen, varvid denna fyller mellanrummen mellan höljena av den mer svårsmälta beståndsdelen av metall. Höl- jena för funktionstillsatserna sammanföres därefter under inverkan av tryckkraften och sintrar vid varandra i kontaktzonen.

Efter avslutad sintring stelnar beståndsdelarna i matrisen.

Materialmatrisen är alltså uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena är avsedd att bilda höljena för funktionstillsatserna, me- dan den andra bestândsdelen är belägen i utrymmen mellan höljena.

Om funktionstillsatser av partiklar med lika volym användes, får materialet regelbunden cellstruktur.

Uppfinningen belyses närmare nedan í följande exempel.

Exempel 1. En utgångsprodukt, nämligen grafitpartiklar med en storlek av högst 50 pm, belägges på elektrokemisk väg först med ett kopparskikt och därefter med ett blyskikt. De så belagda gra- fitpartiklarna blandas med ett tennpulver i en mängd av 30 volym- procent av grafitens totala volym och sammanpressas i en pressform vid ett specifikt tryck av högst H00 MPa. Halvfabrikatet sintras därefter i en form under samtidig applicering av en tryckkraft i ett medium av vätgas vid en temperatur, som utgör 0,7 av silvers smäitpunkt (550-5uo°c), under en tia av 3 timmar. Grafitnaiten i materialet är 3 volymprocent.

Av det så framställda materialet tillverkas elektriska borstar, exempelvis för elektriska mikromotorer. Materialet har oregelbun- den struktur och dess egenskaper redovisas i tabell 1.

Exempel 2. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av magnesium och är avsedd att bilda höljen för funktions- tillsatserna, medan den andra beståndsdelen utgöres av indium-tenn- legering och är anbragt i utrymmen mellan höljena. Som funktions- tillsats användes en pulverformíg termoplastisk polymer, nämligen polyeten i en mängd av 80 volymprocent. Materialet har regelbunden struktur och kan användas som glidlager.

Exempel 5. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- 454 519 12 göres av molybden och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satserna, medan den andra beståndsdelen utgöres av brons och är be- lägen i utrymmen mellan höljena. Funktionstillsatserna utgöres av ett pulverformigt, glasarmerat epoxiharts i en mängd av H0 volym- procent med en tillsats av kopparpulver i en mängd av 0,5 volym- procent, räknat på funktionstillsatsernas volym. Materialet har oregelbunden struktur och kan användas för framställning av frik- tionselement.

Exempel U. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av mässing och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satserna, medan den andra bestândsdelen utgöres av kalium och är anbragt i utrymmen mellan höljena. Funktionstillsatsen utgöres av en termoplastisk polymer, exempelvis polykaproamid, i en mängd av 3 volymprocent. Materialet har regelbunden struktur och kan använ- das för framställning av friktionselement.

Exempel 5. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av tvâ beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av koppar och är avsedd att bilda höljen för funktionstillsat- serna, medan den andra beståndsdelen är anbragt i mellanrum mellan höljena. Funktionstillsatserna utgöres av oljefylld polykaproamid i en mängd av H5 volymprocent med en tillsats av etpulver av barium- oxid i en mängd av 5% av funktionstillsatsernas volym. Materialet har oregelbunden struktur och kan användas för framställning av friktionselement.

Exempel 6. Ett självsmörjande kompositmateríal består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av silver och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satserna, medan den andra beståndsdelen utgöres av indium och är belägen i utrymmen mellan höljena. Funktionstillsatserna utgöres av en blandning av produkter, som erhålles vid termisk sönderdel- ning av polyeten och fenol-formaldehydharts, i en mängd av 20 vo- lymprocent. Materialet har regelbunden struktur och kan användas som hållare i rullningslager.

Exempel 7. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av vanadin och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satser, medan den andra beståndsdelen utgöres av kalcium och är be- lägen i utrymmen mellan höljena. Funktionstillsatscrna utgöres av 454 519 13 en blandning av produkter, som erhålles vid kombinerad (samtidig) termooxidationssönderdelning av polykaproamid och polyimidharts, i en mängd av 55 volymprocent. Materialet har regelbunden struktur och kan användas för framställning av friktionsdetaljer.

Exempel 8. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av rhenium och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satser, medan den andra bestândsdelen utgöres av rostfritt stål och u är belägen 1 utrymmen mellan höljena. Höljena är så anordnade, att de bildar en regelbunden cellstruktur, varvid cellstorleken minskar från 60 pm till 5 pm i riktning mot materialets kontaktyta med mot- kroppen. Som funktionstillsats användes ett silverpulver i en mängd av H5 volymprocent, varvid förhållandet mellan tillsatsernas maxi- mistorlek och minimiavståndet mellan tillsatserna är 0,7:1. Mate- rialet kan användas för framställning av elektriska borstar eller kontaktringar. a Exempel 9. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av silver-kopparlegering och är avsedd att bilda höljen för funktionstillsatser, medan den andra beståndsdelen är belägen i utrymmen mellan höljena. Som funktionstillsats användes molybden- disulfid i en mängd av 10 volymprocent, varvid förhållandet mellan tillsatsernas maximistorlek och minimiavståndet mellan tillsatserna är 5,5:1. framställning av element hos elektriska släpkontakter.

Materialet har regelbunden struktur och kan användas för Exempel 10. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena utgöres av aluminium och är avsedd att bilda höljen för funktions- tillsatserna, medan den andra beståndsdelen utgöres av kadmium och är belägen i utrymmen mellan höljena. Funktionstillsatsen utgöres av bornitrid i en mängd av 20 volymprocent, varvid förhållandet mel- lan tillsatsernas maximistorlek och minimiavståndet mellan tillsat- serna är 1011. Materialet har regelbunden struktur och kan använ- das som glidlager.

Exempel 11. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av nickel och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satserna, medan den andra beståndsdelen utgöres av koppar och är an- bragt i utrymmet mellan höljena. Som funktionstillsatser användes 454 519 lü bornitrid i en mängd av 20 volymprocent med en tillsats av en blandning av kisel- och borfibrer i en mängd av 2% av funktionstill- satsernas totala volym. Materialet har oregelbunden struktur och kan användas för framställning av~friktionsdetaljer.

Exempel 12. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av krom och är avsedd att bilda höljen för funktionstillsat- serna, medan den andra bestândsdelen utgöres av kadmium och är be- lägen i utrymmen mellan höljena. Som funktionstillsatser användes grafit i en mängd av 15 volymprocent med en tillsats av s.k. "whískers" av tantal i en mängd av U0% av funktionstillsatsernas totala volym. :Materialet har oregelbunden struktur och kan använ- das för framställning av värmebeständiga friktionsdetaljer.

Exempel 13. Ett självsmörjande kompositmaterial består av en matris, som är uppbyggd av två beståndsdelar, av vilka den ena ut- göres av rhenium och är avsedd att bilda höljen för funktionstill- satserna, medan den andra beståndsdelen utgöres av silver och är belägen i utrymmen mellan höljena. Som funktionstillsatser användes molybdendisulfid i en mängd av 30 volymprocent med en tillsats av kolfibrer i en mängd av 90% av funktionstillsatsernas totala volym.

Materialet har oregelbunden struktur och kan användas för fram- ställning av elektriska borstar.

Egenskaperna hos de självsmörjande kompositmaterialen enligt uppfinningen redovisas i nedanstående tabell 1, medan egenskaperna hos kända självsmörjande material visas i tabell 2. 15 'Iäbell 1 404 b19 Egenskaper hos självsmörjarxde konpositmateríal enligt uppfinníngg I hhteríalets Fysikalisk-mekaniska egenskaper samnansättning Densitet, Medelhårdhet, Tryckhållfast- Resistivitet, g/ C103 kp/mn? hetsgräns , ohm- mm kp/nm? ' m 1 2 3 11 5 A* 30-110 Exempel 1 6,5-7,0 12-16 12-20 o,05-0,12 Exempel 2 . 3,5-11,5 7-10 17-22 0,10-O,25 Exempel 3 ~ 11,0-6,0 111-18 30-110 Exempel 11 11,0-11,5 7-9 15-20 Exempel 5 11,0-5,5 10-111 18-22 Exempel 6 3,8-6,2 8-12 15-20 Exempel 7 5,5-6,0 17-21 15-20 Exempel 8 11,5-6,0 18-26 35-115 0,08-0,2O Exempel 9 },5-5,5 12-18 12-20 10-15 Exempel 10 3,0-11,5 8-111 15-18 Exempel 11 11,0-6,O 20-28 119-60 Exempel 12 5,0-8,0 25-35 110-55 Exempel 13 11,0-6,0 25-30 20-50 1,0-8,0 * Självsmörjande kompositmateríal som innehåller en porös metallmatris av brons med hög tennhalt, vars porer är impregnerade med polytetrafluoreten och bly. 454 519 “Y “N- 16 Tabell 'l (forts) Friktionsegenskaper Nötníngsíntensítet . Fríktíons- koefficient Luft Vakuum 10-5 torr o o _ o i luft i vakuum 20 c 80 c 20 c 65°c 2o°c 2o°c m5- ¿ 6 7 _ 8 9 1o í 11 A (o,03-o,o6)x1o'8 o,oh-o,2o Ex 1 (2-8)x1o'11 (8-12)x1o'1° 0,08-0,12 0,15-0,20 Ex 2 (1-h)x1o'11 (M-6)x1o'1° 0,06-0,08 o,1o-0,20 Ex 3 (6-8)x1o'1° (1-2)x1o"9 (6-8)x1o"11 (1-3)x1o'1° 0,12-0,25 0,15-0,25 Ex h (6-8)x1o"1° (8-9)x1o"'° 0,10-0,20 Ex 5 (1-h)x1o'11 (8-1o)x1o"11 (2-6)x1o'1° (8-1o)x1o'1° o,oh-o,o8 0,12-0,15 Ex 6 (1-2)x1o“11 (3-h)x1o"11 o,oh-o,o6 o,o8-o,12 Ex 7 (2-h)x1o"1° (6-8)x1o"1° 0,10-0,20 Ex 8 än-6)x1o'11 (1-2)x1o'11 0,12-0,22 0,18-0,22 Ex 9,(6-8)x1o'1° (3-5)x1o"1 o,1o-0,12 Ex 1o (7-9)x1o'1° (h-6)x1o"1° 0,15-0,20 Ex 11 (ø,3-o,6)x1o'11 (1-2)x1o'11 (u-ß)x1o'1° (5-7)x1o'1° o,1o-0,20 Ex 1% (o,h-o,6)x1o"1° (o,h-o,6)x1o'1° 0,15-0,25 _Ex 13 (h-8)x1o'11 (6-8)x1o'11 (2-3)x1o"*1 (3-h)x1o'1“ 0,08-0,12 0,12-0,15 ~- 1 _ ...__ .

POOR JIUALITY 454 519 . 18 Tabell 2 Viktiga_ege§§§§Eer hos kända,elektriskt ledande självsmörjande kompgsitmateyial šrﬂmställda sefwfuaalläæeåaäaraiëëa .Iïërâarandßn Material Tillverkare Typ av Densštet,š Hårdhet, Tryckhållfast- elektriska g/cm kp/mm hetsgräns, borstar kp/mm? 1 Sovjet- av silver och unionen grafít 7,2 10-15 27 2 " av koppar och grafit 6,5 12-16 22 3 " silverhaltig ' (med pallaâium- tillsats) 6,7 T,5 h Frankrike av koppar och grafit 2,35 1:5 enligt 7,2 Shore 5 " av silver och grafít 8,2 10 enligt 0,1 Shore 6 " av silver och grafit _ 15 7 Storbri~ ' | tannien av metall och ' grafit TO Österrike metallnaltig 2,5 20 3,5 i " * metallnaltíg 14,6 I 12 2,5 ' 10 Ungern av metall och É grafít 8-12 eligt i Shore

Claims

454 519 20 Patentkrav

1. Självsmörjæmæ kompositmaterial bestående av en metallmatris, som innehåller s.k. funktionstillsatser, k ä n n e t e c k n a t av att matrisen är uppbyggd av tvådmetall-beståndsdelar, av vilka den ena bildar med varandra förbundna höljen för funktionstillsat- serna och har en sammanhängande cellstruktur, i vars slutna celler funktionstillsatserna är belägna, medan den andra metallbestånds- _ delen är anbragt i resterande fria utrymmen i den sammanhängande kroppen av den första metallbeståndsdelen, varvid beståndsdelarna i matrisen utgöres av metaller som tillhör grupperna III-VI i det pe- riodiska systemet, och/eller legeringar av dessa metaller, och den andra beståndsdelens smälttemperatur är högst 0,9 av den första be- ståndsdelens smälttemperatur, och varvid funktionstillsatserna ut- göres av antifriktionstillsatser, såsom oorganiska smörjmedel i fast fas eller polymerer.

2. Material enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att cellstrukturen är regelbunden och har sådan utformning, att cell- * storleken minskar i riktning mot materialets kontaktyta med en mot- kropp.

3. Material enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att funktionstillsatserna ingår i en halt av 3-80 volymprocent, var- vid förhållandet mellan tillsatsernas maximistorlek och minimiav- ståndet mellan tillsatserna är från 0,7:1 till 10:1.

4. Material enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att funktionstillsatserna utgöres av värmehärdbara eller termo- plastiska polymerer.

5. Material enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att de värmehärdbara polymererna är fenol-formaldehydharts, glasarme- rat epoxi- eller polyimidharts.

6. Material enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att de termoplastiska polymererna är polyeten, oljefylld polykaproamid eller polytetrafluoreten.

7. Material enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att funktionstillsatserna utgöres av pulverformiga produkter, som erhålles vid termisk eller termooxiderande sönderdelning av värmehärdbara eller termoplastiska polymerer.

8. Material enligt något av kraven 1-7, k a n n e t e c k n a t av att det såsom funktionstillsatser dessutom innehåller pulver av 19 454 519 çabell 2 (f6rts.) Mata- Resistí- Frik- Övergångs- Tillåten Tillåten Medium Anmärkning rial vítet, tions- spânnings~ maximí- strömtât- ohm~mm koeffícient fall, V hastig- het, m het, m/s A/cm 1 0,08 0,2 0,1 5 20 Luft Fuktbestän- dighet 2 6,0 0,16 1,9 55 27 Luft Drift i vakuum vid 10' torr i 10 min 3 0,32 Luft Rekommenderat pa: av Br12-typ Ä T,2 Luft på stor nöja 5 0,1 6 0,12 <.1,h 20 30 Luft, vakuum 7 <0,1 0,h-0;z 20 20 Luft 8 8,0 0,06 1,7 30 20 0,16 0,12 0,5 30 30 :10 - 0,08 0,08 0,6 25 30 454 519 21 metaller, som tillhör grupperna III-VI i det periodiska systemet, eller oxider därav i en mängd av 0,5-45% av funktionstillsatsernas totala volym; eller bor, kol eller kisel i form av fibrer i en mängd av 2-90% av funk- tionstillsatsernas totala volym; eller metaller, som tillhör grupperna III-VI i det periodiska systemet, i form av s.k. "whiskers" i en mängd av 2-90% av funktionstill- satsernas totala volym.