UA74604C2

UA74604C2 - A composite tribotechnical material

Info

Publication number: UA74604C2
Application number: UA2003065983A
Authority: UA
Inventors: Vasyl Oleksandrovych Struk; Hennadii Oleksand Kostiukovych; Viktor Ivanovych Kravchenko; Yevhen Vitaliiovyc Ovchinnikov; Dmytro Ivanovych Fedorov
Original assignee: Obelkardoe Open Joint Stock Co
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2006-01-16

Abstract

A composite tribotechnical material which contains polyamide 6 powder crushed in a cryogenic way as polymer binding material, polyamide 11 powder as polymer component and dry lubricant and which is used in friction units in the form of coatings being applied on metal surfaces by a method of fluidized bed or by other method which is used in the process of polymer materials.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі полімерного матеріалознавства і може бути використаний для виготовлення 2 антифрикційних покрить деталей вузлів тертя різних машин і механізмів, що експлуатуються переважно без підведення зовнішнього мастила.The invention belongs to the field of polymer materials science and can be used for the production of 2 anti-friction coatings of parts of friction nodes of various machines and mechanisms, which are operated mainly without the supply of external lubricant.

Для виготовлення покрить триботехнічного призначення широко застосовують полімерні зв'язуючі, головним чином, поліаміди, поліолефіни, фторовмісні полімери, поліефіри (1). Найбільш розповсюдженою технологією нанесення таких покрить є метод псевдозрідженого шару, у якому металеву заготівку, на яку наносять покриття, занурюють у псевдозріджений шар, що представляє собою повітряну суспензію полімерного порошку.Polymer binders, mainly polyamides, polyolefins, fluorine-containing polymers, polyesters (1) are widely used for the production of tribotechnical coatings. The most common technology for applying such coatings is the fluidized bed method, in which the metal blank to be coated is immersed in a fluidized layer, which is an air suspension of polymer powder.

Оплавлення осадженого порошку формує покриття заданої товщини на робочій поверхні деталі. Для забезпечення необхідних функціональних характеристик покриття до складу композицій вводять різні добавки: сухі мастила, порошки металів, силікатів, оксидів та ін. Вміст таких добавок звичайно складає від 5 до 4Омас.95. Введення порошкоподібних добавок до складу композицій для одержання покрить істотно ускладнює 72 технологію їхнього нанесення, тому що через відмінність в питомій вазі полімерних порошків і добавок спостерігається сепарація, у результаті якої одержується покриття неоднорідного складу.Melting of the deposited powder forms a coating of a given thickness on the working surface of the part. To ensure the necessary functional characteristics of the coating, various additives are introduced into the compositions: dry lubricants, powders of metals, silicates, oxides, etc. The content of such additives usually ranges from 5 to 4Omas.95. The introduction of powdery additives into the compositions for obtaining coatings significantly complicates the technology of their application, because due to the difference in the specific weight of polymer powders and additives, separation is observed, as a result of which a coating of heterogeneous composition is obtained.

Прототипом винаходу є склад композиційного триботехнічного матеріалу на основі поліаміду б у якості полімерного зв'язуючого і що містить як функціональну добавку полімерний компонент, у якості якого обраний порошкоподібний поліолефін, і сухе мастило - графіт (2). Введення до складу поліаміду 6 поліетилену низького тиску (ПЕНТ) приводить до формування гетерогенного покриття, що складається з поліамідної матриці з включеннями поліетилену. При експлуатації такого покриття під дією сил тертя відбувається плавлення частинок поліетилену з утворенням у зоні фрикційного контакту плівки розплаву, що виконує роль мастила. Покриття за прототипом застосовують у вузлах тертя різних машин, що експлуатуються при І(Ем1х МПа. м/с.The prototype of the invention is the composition of a composite tribotechnical material based on polyamide b as a polymer binder and containing as a functional additive a polymer component, which is a powdered polyolefin, and a dry lubricant - graphite (2). The introduction of low-pressure polyethylene (PENT) into the composition of polyamide 6 leads to the formation of a heterogeneous coating consisting of a polyamide matrix with polyethylene inclusions. During the operation of such a coating, under the action of frictional forces, polyethylene particles melt with the formation of a melt film in the zone of frictional contact, which acts as a lubricant. Coatings according to the prototype are used in friction units of various machines operated at I(Em1x MPa. m/s.

Недоліками прототипу є недостатньо високе значення адгезійної міцності покрить на металевій підкладці см унаслідок того, що поліолефіни мають низьку адгезію до металів; істотне зниження фізико-механічних і о) теплофізичних характеристик базового матеріалу - поліаміду при введенні до його складу значних кількостей (10-15мас.9о) низькомодульного полімеру - поліетилену; необхідність застосування спеціальних методів підготовки металевих поверхонь для забезпечення заданого рівня адгезійної міцності покрить. «Е зо Задачею винаходу є збільшення адгезійної міцності покрить на основі поліаміду з металевими підкладками, збільшення фізико-механічних і теплофізичних характеристик покрить, поліпшення триботехнічних о характеристик покриття при терті без мастила при підвищених температурах. «оThe disadvantages of the prototype are the insufficiently high value of the adhesive strength of the coatings on the metal substrate, due to the fact that polyolefins have low adhesion to metals; a significant decrease in the physico-mechanical and o) thermophysical characteristics of the base material - polyamide when significant amounts (10-15 wt.9o) of low-modulus polymer - polyethylene are introduced into its composition; the need to use special methods of preparing metal surfaces to ensure a given level of adhesive strength of coatings. "The objective of the invention is to increase the adhesive strength of polyamide-based coatings with metal substrates, increase the physical-mechanical and thermophysical characteristics of the coatings, and improve the tribotechnical characteristics of the coating during friction without lubrication at elevated temperatures. "at

Поставлена задача вирішується тим, що в складі композиційного триботехнічного матеріалу, що містить полімерне зв'язуюче, полімерний компонент і сухе мастило, у якості зв'язуючого використовують кріогенно « подрібнений порошок поліаміду б, а у якості полімерного компоненту - поліамід 11 при наступному ча співвідношенні компонентів: поліамід 11 1-40 сухе мастило 0,115 « кріогенно подрібнений порошок поліаміду б решта до 100 шщ с Склади конкретного виконання композиційних триботехнічних матеріалів відповідно до прототипу і винаходу :з» приведені в таблиці 1. У якості полімерних матриць використовували порошки поліаміду 6 і поліаміду 11 з розмірами частинок 80:10Омкм. Кріогенно подрібнений порошок поліаміду б одержували механічним дробленням у млині гранул, охолоджених до температури рідкого азоту (-198 С) або інших зріджених газів -І (кисню, повітря, вуглекислого газу).The problem is solved by the fact that in the composition of the composite tribotechnical material, which contains a polymer binder, a polymer component and a dry lubricant, cryogenically crushed polyamide b powder is used as a binder, and polyamide 11 is used as a polymer component with the following ratio components: polyamide 11 1-40 dry lubricant 0.115 " cryogenically crushed polyamide powder b the rest up to 100 shsh s The compositions of a specific performance of composite tribotechnical materials in accordance with the prototype and the invention: c" are given in Table 1. Polyamide 6 and polyamide powders were used as polymer matrices 11 with particle sizes of 80:10 Ohm. Cryogenically crushed polyamide powder would be obtained by mechanical crushing in a mill of granules cooled to the temperature of liquid nitrogen (-198 C) or other liquefied gases -I (oxygen, air, carbon dioxide).

Необхідну фракцію отримували відсівом. Порошкоподібні сухі мастила з розміром частинок не більш вОмкм о змішували з полімерною матрицею і полімерним компонентом у барабанному змішувачу з молольнимиThe required fraction was obtained by screening. Powdered dry lubricants with a particle size of no more than μm were mixed with a polymer matrix and a polymer component in a drum mixer with molar

Ге» (активуючими) елементами.Ge" (activating) elements.

Покриття наносили з псевдозрідженого шару зануренням нагрітого до 240-280 «С металевого зразка з о наступним оплавленням осадженого порошкоподібного матеріалу. Поверхню металевого зразка очищали відThe coating was applied from a fluidized layer by immersion of a metal sample heated to 240-280 °C with subsequent melting of the deposited powdery material. The surface of the metal sample was cleaned from

Та» оксидів і забруднень шляхом обробки абразивним полотном і знежирювали бензином. Фізико-механічні характеристики покрить оцінювали за загальноприйнятими методиками. Адгезійну міцність покриття оцінювали методом відшаровування під кутом 1802. Триботехнічні характеристики визначали за схемою "палець-диск" приAnd" oxides and impurities by treatment with an abrasive cloth and degreased with gasoline. The physical and mechanical characteristics of the coatings were evaluated according to generally accepted methods. The adhesion strength of the coating was evaluated by the peeling method at an angle of 1802. The tribotechnical characteristics were determined according to the "finger-disc" scheme at

Швидкості ковзання ім/с і питомому навантаженні 5-10МПа. Покриття наносили на торцеву поверхню металевого циліндричного зразка діаметром 1Омм. Для виготовлення зразків використовували сталь О8кп о (адгезійна міцність) і ст 45 (триботехнічні випробування). Порівняльні характеристики заявлених складів і ко прототипу приведені в таблиці 2.Speed of sliding im/s and specific load 5-10 MPa. The coating was applied to the end surface of a cylindrical metal sample with a diameter of 1 mm. Steel O8kp o (adhesive strength) and st 45 (tribotechnical tests) were used for the manufacture of samples. Comparative characteristics of the declared compositions and the prototype are given in Table 2.

Як випливає з представлених даних заявлені склади (ПІ-М, МІ, Х) перевершують прототип (склади |, Ії) бо за міцнісними, адгезійними і триботехнічними характеристиками. Так при підвищенні температури до 509 показник міцності складів, що заявляються, на 30 -4095 вище, ніж у прототипу. Після кип'ятіння у воді склади, що заявляються, зберігають більш високі значення адгезійної міцності. Зменшення вмісту в композиції поліаміду 11 (склад МІЇ) зменшує адгезійну міцність матеріалу, а перевищення вмісту поліаміду 11 вище заявленого співвідношення (склад МІ) - зменшує міцність матеріалу. Заміна графіту на інші види сухих мастил - б5 політетрафтороетилен (склад МІ) або дисульфід молібдену (склад Х) зберігає основні показники фізико-механічних, адгезійних і триботехнічних характеристик. -Д-As it follows from the presented data, the declared compositions (PI-M, MI, X) are superior to the prototype (compositions |, II) because of strength, adhesion and tribotechnical characteristics. Thus, when the temperature rises to 509, the strength index of the declared compounds is 30 -4095 higher than that of the prototype. After boiling in water, the declared compositions retain higher values of adhesive strength. A decrease in the content of polyamide 11 in the composition (MII composition) reduces the adhesive strength of the material, and an excess of the polyamide 11 content above the stated ratio (MI composition) reduces the strength of the material. Replacing graphite with other types of dry lubricants - b5 polytetrafluoroethylene (MI composition) or molybdenum disulfide (X composition) preserves the main indicators of physico-mechanical, adhesive and tribotechnical characteristics. -D-

рем у мімі мк хо поподмернзвяю 01000111Rem u mimi mkho popodmernzvyayu 01000111

Спеламдє 001111009089 00000 вв о поліамід 6 крогенно подрібнений 0-82 8896 55019 зодяввоБ 08895 з полюетий юмнн 17171111 11117 полівтиленнизьюю ти (ПЕНІ 6 262 споламідії 77771711 1-0 01 ло |4оавІ ов ло ло о з сжемюте 11171111 11 11 ів тефтюлодня 11101711 4959005) 011 вулевий 11110000 001 ооо оо 006 005 005. предуудат 111 сполітетрафторовтлен 0-11Spelling 00111111009089 00000 BP 6 Morely crushed 0-82 8896 55019 Dressing 08895 With poety Yumnn 17171111111 011 beehive 11110000 001 ooo ooo 006 005 005. preduudat 111 spolitetraftorovtlen 0-11

І лисульфід молібдвну.Г/ 10-11... 11 зв рим м м мумехіхо о п Руявненапрукення приро мта 10111And molybdenum lysulfide. G/ 10-11... 11 зврим м м ммехихо о p Ruyavneprukkenny priro mta 10111

Спритемперауроо 00000000055059 75070 06080 7369 е5 - зо 5 тееодст се ритм ма 11111111 о опритенеряс 00000001 спритно 000001 ФSpritemperauroo 00000000055059 75070 06080 7369 e5 - zo 5 teeodst se rhythm ma 11111111 o opriteneryas 00000001 clever 000001 F

З Адезійамцнстмтя 1111 - зв після отятнняпротяюм тадини 006065 1001213 1309 1310 1/5 м а оефценттерттиутве 010111 «From Adeziyamcnstmtya 1111 - zv after otyatniaprotyayum tadyny 006065 1001213 1309 1310 1/5 m a oefcentterttiutve 010111 «

Суть винаходу полягає в наступному. в) с При кріогенному подрібнюванні поліаміду відбувається розрив зв'язків в основному молекулярному ланцюзі з "» утворенням довгоїснуючих активних радикалів. Такі радикали додають частинці полімеру високу активність " внаслідок їхньої здатності до реакції приєднання. Крім того, наявність у частинок поліаміду неспарених електронів приводить до виникнення у неї власного силового поля, яке надає орієнтуючу дію на розплав. З огляду на те, що температура плавлення поліаміду 11 і поліаміду 6 розрізняється на «70 С, дія силового поля - частинок матричного полімеру (ПАб) зберігається після плавлення частинки полімерного компонента (ПА11). У їз результаті цього відбувається орієнтація розплаву поліаміду 11 у граничних шарах частинок ПАб. Це приводить до утворення орієнтованого граничного шару з підвищеними міцнісними характеристиками. Орієнтуюча діяThe essence of the invention is as follows. c) c During cryogenic milling of polyamide, bonds are broken in the main molecular chain with the formation of long-lived active radicals. Such radicals add high activity to the polymer particle due to their ability to join reactions. In addition, the presence of unpaired electrons in polyamide particles leads to the emergence of its own force field, which exerts an orienting effect on the melt. Given that the melting point of polyamide 11 and polyamide 6 differs by 70 C, the effect of the force field - particles of the matrix polymer (PAb) is preserved after the melting of a particle of the polymer component (PA11). As a result, the polyamide 11 melt is oriented in the boundary layers of PAb particles. This leads to the formation of an oriented boundary layer with increased strength characteristics. Orientation action

Ме. частинок поліаміду 6 сприяє термодинамічній сумісності матриці і полімерної добавки, що приводить до о 20 гомогенізації композита, що збільшує його міцністні характеристики. Композиційний матеріал, що складається з термодинамічно сумісних компонентів (ПАбЄ і ПА11), перевершує за службовими характеристиками композит з ї» термодинамічно несумісних компонентів (ПАЄ і ПЕНТ). При терті внаслідок істотного розходження температур плавлення ПАб і ПА11 відбувається плавлення більш низькоплавкого компонента (ПА11) з утворенням плівки розплаву, що виконує роль мастила. Таким чином, розроблена композиція має властивості самозмазування при 2 експлуатуванні вузлів тертя без мастила або при його обмеженні. Додаткове введення до складу композиціїMe. of polyamide 6 particles contributes to the thermodynamic compatibility of the matrix and the polymer additive, which leads to about 20% homogenization of the composite, which increases its strength characteristics. The composite material consisting of thermodynamically compatible components (PAbE and PA11) is superior in terms of service characteristics to the composite with thermodynamically incompatible components (PAE and PENT). During friction, as a result of the significant difference in the melting temperatures of PAb and PA11, the melting of the lower-melting component (PA11) occurs with the formation of a melt film that acts as a lubricant. Thus, the developed composition has self-lubricating properties when the friction nodes are operated without lubrication or when it is limited. Additional introduction to the composition

ГФ) сухого мастила поліпшує триботехнічні характеристики. Використання у якості сухого мастила вуглецевмісного продукту детонаційного синтезу (УДАГ) додатково збільшує міцністні і адгезійні характеристики. У якості ді такого продукту доцільно використовувати УДАГ - ультрадисперсний алмазовмісний графіт, що промислово виробляється ЗАТ "Синта". Дисперсність такого продукту складає 3-1Онм, а його наночастинки мають підвищену 60 активність у реакціях взаємодії з полімерними матрицями.GF) of dry lubricant improves tribotechnical characteristics. The use of a carbon-containing product of detonation synthesis (UDAG) as a dry lubricant additionally increases strength and adhesion characteristics. As such product, it is advisable to use UDAG - ultra-dispersed diamond-containing graphite, industrially produced by CJSC "Synta". The dispersity of such a product is 3-1Om, and its nanoparticles have increased activity in reactions of interaction with polymer matrices.

Розроблений композиційний матеріал призначений для виготовлення деталей вузлів тертя різних машин і механізмів, що експлуатуються без мастила або при його обмеженні.The developed composite material is intended for the production of parts of friction units of various machines and mechanisms, which are operated without lubrication or with its limitation.

Джерела інформації. 1. Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционнье материаль! и покрьїтия на основе дисперсньїх полимеров. бо -Минск, Наука и техника, 1992. -С.256.Sources. 1. Dovgyalo V.A., Yurkevich O.R. Composition material! and coatings based on dispersion polymers. bo - Minsk, Nauka i tekhnika, 1992. - P.256.

2. Бель В.А.2. Bel V.A.

Савкин В.Г., Невзоров В.В.Savkin V.G., Nevzorov V.V.

Самосмазьвающие материальй на основе смесей термопластичньїх полимеров /Вестник машиностроения. -1977. -Мо11. -С.53-55.Self-lubricating materials based on mixtures of thermoplastic polymers / Herald of Machine Building. -1977. -Mo11. - P.53-55.

Claims

2 Formula of the invention Composite tribotechnical material containing a polymer binder, a polymer component and a dry lubricant, which is characterized by the fact that as a polymer binder it contains polyamide 6 with a particle size of 80-100 /0 MKM, obtained by cryogenic dispersion, as a polymer component - polyamide 11 with a particle size of 80-100 μm, dry lubricant with a particle size of no more than 80 μm with this ratio of components, wt. 9o polyamide 11 with a particle size of 80-100 μm 1.0-40.0 dry lubricant with a particle size of no more than 80 μm 0.11-5.0 polyamide 6 with a particle size of 80-100 μm, obtained by cryogenic dispersion up to 100.s 6) « «c) (Se) « and -

- and? -and Cheka" (o) ("c) "with" name) 60 b5