UA125414C2 - Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях - Google Patents

Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях Download PDF

Info

Publication number
UA125414C2
UA125414C2 UAA202002424A UAA202002424A UA125414C2 UA 125414 C2 UA125414 C2 UA 125414C2 UA A202002424 A UAA202002424 A UA A202002424A UA A202002424 A UAA202002424 A UA A202002424A UA 125414 C2 UA125414 C2 UA 125414C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
self
friction
lubricating
conditions
synthesis
Prior art date
Application number
UAA202002424A
Other languages
English (en)
Inventor
Євген Олександрович Пащенко
Денис Олександрович Савченко
Світлана Анатоліївна Кухаренко
Сергій Васильович Скороход
Олег В'ячеславович Бурячек
Наталія Анатоліївна Щур
Original Assignee
Інститут Надтвердих Матеріалів Ім. В.М. Бакуля Нан України
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
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 Інститут Надтвердих Матеріалів Ім. В.М. Бакуля Нан України, Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины filed Critical Інститут Надтвердих Матеріалів Ім. В.М. Бакуля Нан України
Priority to UAA202002424A priority Critical patent/UA125414C2/uk
Publication of UA125414C2 publication Critical patent/UA125414C2/uk

Links

Landscapes

  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

Винахід стосується способу виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях, що включає введення полімерного зв'язуючого до волокнистого наповнювача (вуглецеві тканини та волокна) для модифікування поверхні волокнистого наповнювача, причому як полімерне зв'язуюче використовують здатні до самозмащення органічні олігомери на основі діалілових естерів довголанцюгових ароматичних дикарбонових кислот, синтез яких включає стадії: a) синтез a---дикарбонових кислот з олігомерними ланцюжками, що складаються з фрагментів олігоіміду; b) одержання на їх основі діалілових естерів; c) утворення високомолекулярних полімерних зв'язуючих з високою механічною міцністю при осьовому зшиванні олігомерних ланцюгів молекулами діалілового естеру фероцендикарбонової кислоти.

Description

Винахід належить до галузі антифрикційних композитів, працюючих в умовах сухого тертя і які можуть застосовуватися у авіа-, компресоро-, насособудуванні, робототехніці та інших галузях промисловості.
Проблема підвищення надійності та довговічності роботи триботехнічних вузлів машин і обладнання, які працюють в умовах значних динамічних навантажень, абразивного й гідроабразивного зношування, корозії, перепадів температур, набуває дедалі більшого значення для економії металів, енергоресурсів, ефективного використання сировини та техніки.
Основними шляхами підвищення ресурсу роботи вузлів тертя є створення нових триботехнічних матеріалів і забезпечення умов, що сприяють реалізації явища фрикційного перенесення та плівкоутворення при терті.
Антифрикційні композити та покриття з властивістю самозмащення належать до критично важливих компонентів, без яких неможливе функціонування та вдосконалення сучасних складних машин і, зокрема, вузлів агрегатів авіаційної техніки. Відповідно, роботи, спрямовані на створення композиційних матеріалів для вузлів тертя, проводяться в дослідницьких центрах провідних світових компаній, які займаються розробкою та випуском складної техніки та створенням нових матеріалів для експериментальних умов експлуатації. Перелік компаній, що фінансують наукові дослідження з одержання антифрикційних матеріалів та покриттів, створення стендів для їх випробувань та їх впровадження в конкретні вузли та агрегати, практично збігається із списком основних виробників будь-яких машин і механізмів. Це
Дженерал Електрик, Дженерел Дайнемікс, Боінг (США), Роло-Ройс (Великобританія), Ейрбас (Франція-Німеччина), Бомбардьє (Канада), Міцубісі та Фуджі (Японія), Ейр Енджин (Китай). В
Російській Федерації цими проблемами традиційно займається Всеросійський науково- дослідний інститут авіаційних матеріалів (ВІАМ). В багатьох випадках великі фірми, навіть маючи власні матеріалознавчі дослідницькі центри, звертаються за розробкою окремих компонентів антифрикційних матеріалів та покриттів до провідних університетів та лабораторій.
Так, за офіційними звітами компанії Ейрбас, розробка нового зв'язуючого, використаного в подальшому для створення лінійки ущільнень та підшипників ковзання для використання в паливній системі перспективного літака, була профінансована австрійській компанії НОБ-
ТесппіскК в сумі 5 млн. євро. За прогнозами, обсяг подібних розробок надалі зростатиме.
Зо Слід зазначити, що кількість публікацій з проблем розробки та використання композитів, здатних до самозмащення, є доволі значною. Але вони стосуються головним чином чисто наукових матеріалознавчих аспектів, і не можуть бути використані, як джерело технологічної інформації. Певним винятком є ситуація навколо тихохідних вузлів тертя. Так, наявні публікації
І1-2| про використання розробленого в ВІАМі покриття Оргалон-їМ, яке успішно використовується в конструкціях фірми "Камов". Щоправда, при доволі високій зносостійкості та несучій спроможності це покриття не є теплостійким і непридатне для високих швидкостей ковзання, тобто його застосування обмежене тихохідними вузлами тертя. Напроти, в конструкціях газотурбінних двигунів (ГТД) є потреба в антифрикційних виробах, здатних надійно працювати при високих швидкостях ковзання.
Ідея винаходу полягає у розробці нового типу покриттів, здатних до самозмащення, Шляхом створення полімерних в'яжучих, що мають високу зносостійкість завдяки жорстким структурним фрагментам драбинного типу, та високі антифрикційні властивості і високу здатність до неруйнівного розсіювання надлишкової енергії у зоні контакту завдяки структурно-нежорстким фрагментам з високою інтенсивністю обертальних молекулярних рухів. Реалізація ідеї, крім високої механічної стійкості та низького коефіцієнта тертя по металевих контртілах, забезпечить високу довгострокову стабільність вузлів тертя в довготривалих циклах експлуатації.
В традиційних антифрикційних полімерних композитах ефект самозмащення має адитивний характер, тобто зумовлений введенням до складу відомих стандартних зв'язуючих певних твердих мастил у вигляді порошкових наповнювачів (3-5). Використанням доступних традиційних матеріалів проблема самозмащення частково, на цілюом прийнятному рівні, вирішуються для сільськогосподарської та побутової техніки. Більш довговічні антифрикційні композити для вузлів сухого тертя виготовляють з теплостійких полімерів гетероциклічної будови, найчастіше - з класичних поліамідів (6-71.
Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, по ефектові, що досягається, і вибране нами за прототип, є тверде змащувальне покриття на основі фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20, антиоксидантів (фенозан, М-фетил-В-нафтиламін), суміші порошків квазікристалу АЇІв6СигзЕеїт2 та поліетилену низького тиску |/|Ї. Така композиція використовується як антифрикційний наповнювач для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях, коефіцієнт тертя композиції становить 0,07-0,08. У практичному відношенні така композиція може застосовуватися у підшипниках сухого тертя в авіації (механізм керування крилами), а також як внутрішнє покриття пневмоциліндрів робототехнічних пристроїв.
Ми в винаході розвиваємо концепцію структурного самозмащення, в основі якого лежать швидкі зворотні зміни молекулярної динаміки полімерних ланцюгів в зоні тертя, запрограмовані через цілеспрямовано закладений в структурі полімеру механізм розсіювання енергії зовнішніх впливів. Для реалізації такого підходу нами синтезовані діалілові естери довголанцюгових ароматичних дикарбонових кислот. При використанні таких олігомерів, як зв'язуючих для виготовлення композитів, олігомерні ланцюги зшиваються молекулами діалілового естеру фероцендикарбонової кислоти у високомолекулярний продукт з високою механічною міцністю.
При цьому фероценові фрагменти, розміщені в ланцюгах із заданим інтервалом, здатні обертатись навколо атома заліза. Енергетичний бар'єр запуску обертання може складати від 15 до 65 кКДж/моль залежно від особливостей молекулярного дизайну полімеру. Різка активізація такого обертання у відповідь на прикладене зсувне навантаження фіксується по суттєвому зростанню поглинання електромагнітного випромінення в НВЧ-діапазоні та акустичних коливань у УЗ-діапазоні частот. В такій ситуації надлишкова енергія, що поглинається антифрикційним покриттям в зоні контакту, витрачається переважним чином на подолання потенційних бар'єрів та підтримання процесу обертання структурно-нежорстких молекулярних фрагментів будови полімеру. Збудження ділянок ланцюгів між структурно-нежорсткими фероценовими групами практично не відбувається, про що свідчить незмінність відповідних смуг спектрів комбінаційного розсіювання зразків, що знаходяться в умовах значних напружень зсуву.
Внаслідок цього розроблені нами зв'язуючі за інертністю до будь-яких контртіл та за низькими коефіцієнтами тертя по сталі, сплавам титану, міді та алюмінію нагадують широко відомі фторопласти, маючи при цьому значно більшу жорсткість, зносостійкість та адгезію до підсилюючих наповнювачів. Так, антифрикційне самозмащувальне покриття з синтезованих нами діалілових естерів дикарбонових кислот, зшитих похідними фероцену, має коефіцієнт тертя по сталі в межах 0,02-0,05 при зносостійкості в 4-5 разів вищій, ніж у політетрафторетилену (фторопласт-4, тефлон) з наповнювачем |8). Композитний антифрикційний матеріал, що містить політетрафторетиленову матрицю та волокнистий наповнювач |8| забезпечує підвищення триботехнічних характеристик одержаного композиту - зниження коефіцієнта тертя до 0,11, інтенсивності зношування - до ЗО мкм/км.
Задача, яку вирішує винахід, полягає в розробці нового теплостійкого полімерного зв'язуючого, з необхідним комплексом властивостей для створення на його основі теплостійких, зносостійких, високоадгезійних покриттів з ефектом самозмащування в контакті з металевим контртілом. Фундаментальна причина відмінності динамічної поведінки таких систем від їх традиційних аналогів, близьких за фізико-механічними характеристиками, виміряними в статичних умовах, полягає в поєднанні в їх будові якістю відмінних за своєю природою хімічних зв'язків. Найбільш перспективним є поєднання ковалентних зв'язків з координаційними.
Можливості реалізації таких композицій передбачають величезну кількість перспективних комбінацій конкретних компонентів, які є практично недослідженими і можуть в перспективі застосовуватися як основа різноманітних функціональних матеріалів.
Враховуючи, що стандартні методи досягнення ефекту самозмащування непридатні для покриттів, що працюють тривалий час в умовах високих температур і високих швидкостей ковзання, для практичної реалізації способу виготовлення самозмащувальних покриттів для роботи в умовах сухого тертя, синтезували діалілові естери довголанцюгових ароматичних дикарбонових кислот. При використанні таких олігомерів, як зв'язуючих для виготовлення композитів, олігомерні ланцюги зшиваються молекулами діалілового естеру фероцендикарбонової кислоти у високомолекулярний продукт з високою механічною міцністю за рахунок переходу від лінійних полімерів до полімерів драбинної будови. Для таких полімерів розрив будь-якого зв'язку основного ланцюга не призводить до втрати ділянкою полімеру механічної стабільності. Більш того, внаслідок дії так званого ефекту клітки, існує висока ймовірність рекомбінації розірваних зв'язків з відновлення несучої здатності ділянки, тобто самозаліковування дефектів, що виникають в процесі експлуатації покриття. Внаслідок реалізації такого підходу ми забезпечуємо формування будови полімеру, здатної забезпечувати ефект самозмащування за рахунок зворотних структурних змін на молекулярному рівні, оскільки застосування пластифікаторів і традиційних антифрикційних наповнювачів знижує теплостійкість покриттів в умовах високошвидкісного ковзання.
Тому вирішення такої науково-технічної проблеми для потреб вітчизняного машинобудування є доцільним та актуальним завданням.
Означене завдання вирішується отим, що в способі виготовлення твердого 60 самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях, що включає введення полімерного зв'язуючого до волокнистого наповнювача (вуглецеві тканини та волокна) для модифікування поверхні волокнистого наповнювача, згідно з винаходом, як полімерне зв'язуюче використовують здатні до самозмащення органічні олігомери на основі діалілових естерів довголанцюгових ароматичних дикарбонових кислот, синтез яких включає стадії: а) синтез а-ю-дикарбонових кислот з олігомерними ланцюжками, що складаються з фрагментів олігоїміду; Б) одержання на їх основі діалілових естерів; с) утворення високомолекулярних полімерних зв'язуючих з високою механічною міцністю при осьовому зшиванні олігомерних ланцюгів молекулами діалілового естеру фероцендикарбонової кислоти.
Основним критерієм ефективності самозмащувальних покриттів для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях був вибраний коефіцієнт тертя. В таблиці наведені значення коефіцієнта тертя розробленого самозмащувального покриття у порівнянні з прототипом І7|.
Таким чином, використання розробленого самозмащувального покриття на основі високомолекулярних полімерних зв'язуючих з високою механічною міцністю при осьовому зшиванні олігомерних ланцюгів молекулами діалілового естеру фероцендикарбонової кислоти призводить до підвищення триботехнічних характеристик, які полягають у суттєвому зниженні (в 1,5-3,5 разу) коефіцієнта сухого тертя у твердих змащувальних покриттях при високих навантаженнях.
Раціональні режими отвердження створених олігомерів з утворенням високоадгезійних теплостійких покриттів, здатних до самозмащення, на сталевих та титанових підкладках пройшли відпрацювання на Державному підприємстві "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені акад. О.Г. Івченко" (м. Запоріюжя).
Ефективність винаходу підтверджена науково-експериментальними дослідженнями проведеними в НТАК "АЛКОН" НАМ України.
Джерела інформації: 1. Кулагина Г.С, Железина Г.Ф., Левакова Н.М. Антифрикционньюе органопластики для вьісоконагруженньїх узлов трения // Трудь! ВИАМ: злектрон. науч.-технич. журн. 2019. Мо 2. б. 89-96. ах.аоїі.огуд/ - 10.18577/2307-6046-2019-0-2-89-96. 2. Раскутан А.Е. Российские полимернье композиционнье материаль! нового поколения, их освоениє и внедрение в перспективньїх разрабатьшваемьїх конструкциях // Авиационнье
Коо) материаль! и технологи. 2017. Ме 5. С. 349-3.67. ах.дої.огу/ 10.18577/2071-9140-2017-0-5-349- 367. 3. Савчук П.П., Косторнов А.Г. Закономірності тертя та зношування епоксидних композитів з різним ступенем наповнення // Проблеми тертя та зношування. 2009. Мо 51. С. 101-107. 4. Патент Мо 101934 Україна, МПК СО8І 63/00. Полімерна композиція триботехнічного призначення / П.П. Савчук, Ц.П. Кашицький, О.Л. Садова, С.В. Мисковець. Опубл. 12.10.2015,
Бюл. Мо 19. 5. Пат. 34752 Україна, МПК СО8К 3/00. Спосіб одержання двошарового епоксидного композиційного покриття / П.П. Савчук, А.Г. Косторпов, В.П. Кашицький. Опубл. 26.08.08, Бюл.
Мо 16. 6. Пат. 115734 Україна, МПК СО8.) 5/16. Антифрикційний матеріал на основі фторвмісного термостійкого ароматичного поліаміду / Шелудько С.В., Богомолов Ю.І., Шелудько В.С., Сушко
Н.М., Пилявський В.С., Тельніков Є.Я. Опубл. 11.12.2017, Бюл. Мо 23. 7. Пат. 113957 Україна, МПК СО8.) 5/16. Антифрикційне покриття для роботи в умовах сухого тертя / Шелудько С.В., Богомолов Ю.І., Шелудько В.С., Сушко Н.М., Паустовський О.В.,
Тельніков Є.Я., Рудь Б.М. Опубл.27.02.2017, Бюл. Мо 4. 8. Пат. 108907 Україна, МПК СО8 5/16. Композитний антифрикційний матеріал та спосіб його виготовлення / Ненахов А.В., Силенко П.М., Косторнов А.Г., Солонін Ю.М.
Опубл.25.06.2015, Бюл. Мо 12.
Таблиця
Приклади конкретної реалізації способу виготовлення самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя
Значення показника . Заявлене
Найменування показника Прототип: Пат. . самозмащувальне 113957, Україна покриття
Коефіцієнт тертя, М 0,07-0,08 0,02-0,05
Водопоглинення 7-1 1777711111008
Зміна коефіцієнта тертя за 400 год., не більше нини сн

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
    Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях, що включає введення полімерного зв'язуючого до волокнистого наповнювача (вуглецеві тканини та волокна) для модифікування поверхні волокнистого наповнювача, який відрізняється тим, що як полімерне зв'язуюче використовують здатні до самозмащення органічні олігомери на основі діалілових естерів довголанцюгових ароматичних дикарбонових кислот, синтез яких включає стадії:
    а) синтез о-о-дикарбонових кислот з олігомерними ланцюжками, що складаються з фрагментів олігоіїміду; р) одержання на їх основі діалілових естерів;
    с) утворення високомолекулярних полімерних зв'язуючих з високою механічною міцністю при осьовому зшиванні олігомерних ланцюгів молекулами діалілового естеру фероцендикарбонової кислоти.
UAA202002424A 2020-04-16 2020-04-16 Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях UA125414C2 (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202002424A UA125414C2 (uk) 2020-04-16 2020-04-16 Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202002424A UA125414C2 (uk) 2020-04-16 2020-04-16 Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA125414C2 true UA125414C2 (uk) 2022-03-02

Family

ID=89835629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA202002424A UA125414C2 (uk) 2020-04-16 2020-04-16 Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA125414C2 (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012525457A5 (ja) ピストンおよびそのコーティング
Ali et al. M50 matrix sintered with nanoscale solid lubricants shows enhanced self-lubricating properties under dry sliding at different temperatures
Gu et al. Influence of weave structures on the tribological properties of hybrid Kevlar/PTFE fabric composites
CN1884362A (zh) 桥梁支座滑移材料及其制备方法
Vadiraj et al. Effect of solid lubricants on friction and wear behaviour of alloyed gray cast iron
CN111844968A (zh) 一种聚酰亚胺纤维/聚四氟乙烯纤维自润滑织物衬垫材料的制备方法
Cheng et al. Effect of rare earths on mechanical and tribological properties of carbon fibers reinforced PTFE composite
PT2895639T (pt) Camada de proteção contra o desgaste para anéis de pistão
UA125414C2 (uk) Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях
UA144065U (uk) Спосіб виготовлення твердого самозмащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях
Jena Study of tribo-performance and application of polymer composite
CN104357839A (zh) 一种激光熔覆碳纤维与镍基合金复合材料涂层的制备方法
CN112277399A (zh) 一种玄武岩纤维基自润滑织物衬垫材料及其制备方法
Samyn Tribological properties and thermomechanical analysis of unsaturated polyester fabric composite in oscillating line-contact sliding
Yudin et al. Friction of self-lubricating polymer composites reinforced by heat-resistant fabrics
Qiu et al. Effect of ambient temperature on the formation mechanism of PTFE liner transfer film of spherical plain bearings
JP2021084962A (ja) 摺動部材用樹脂材料および摺動部材
RU2567958C2 (ru) Композиционный материал с повышенными демпфирующими свойствами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ)
CN100354541C (zh) 聚四氟乙烯复合材料耐磨自润滑滑动轴承的制备方法
UA125415C2 (uk) Спосіб виготовлення антифрикційних композитів для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях
Feng et al. Review of polymer self-lubricating coatings
Yamane et al. Wear and friction mechanism of PTFE reservoirs embedded into thermal sprayed metallic coatings
Zhu et al. Tribological properties of a novel iron‐based self‐lubricating composite
Berladir et al. Influence of mechanically activated fillers of different chemical nature on tribotechnical properties of PTFE-composites
Yin et al. Tribological properties of the surface bonded self-lubricating coating