способ получения биметаллического материала

Формула изобретения

Способ получения биметаллического материала, включающий бронзирование листа низкоуглеродистой стали, припекание к нему бронзолатунной сетки, заполнение пор политетрафторэтиленом, отличающийся тем, что бронзирование листа низкоуглеродистой стали и припекание к нему бронзолатунной сетки осуществляют в герметичном контейнере при температуре 850-860°С одновременно, после чего заполняют поры припеченной сетки порошком бронзы, ведут термообработку в герметичном контейнере при температуре 880-900°С, заполняют поры бронзового слоя ультрадисперсным политетрафторэтиленом натиранием с последующей прокаткой на вальцах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения биметаллических антифрикционных материалов, в частности к способам припекания порошковых систем, и может быть использовано в машиностроении для изготовления узлов трения и сепараторов подшипников качения.

Известен способ получения стальных втулок с антифрикционным слоем из оловяннистой или свинцовистой бронзы, полученных путем заливки расплавленной бронзы в прогретые, предварительно луженые стальные втулки. Недостатком такого метода является сложность процесса изготовления втулок и вкладышей и большой расход цветного металла на обработку.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биметаллического металлофторопластового материала (Пат. РФ №2212307), в котором предварительная обработка стальной основы осуществляется диффузионным бронзированием из обмазок в герметичном контейнере, припекание бронзолатунной сетки осуществляется кассетным способом в герметичном контейнере, заполнение пор припеченной сетки осуществляется впрессовыванием композиционной неориентированной фторопластовой пленки, содержащей 20 мас.% сульфата свинца, повторное спекание фторопласта-4 в кассете под слоем древесного угля. Термообработка проводится без использования защитных атмосфер (на воздухе). Прототипу присущи следующие недостатки - неравномерность бронзового покрытия и коробление стальных листов при бронзировании, окисление незащищенных полимером металлических поверхностей многослойного материала при повторном спекании фторопластовой композиции, невысокая износостойкость, предварительная подготовка неориентированной фторопластовой пленки.

Технический результат изобретения - упрощение технологического процесса за счет сокращения времени изготовления, использования порошковой бронзы для бронзирования стальных пластин и заполнения пор бронзолатунного слоя, повышение триботехнических свойств материала за счет повышения сил сцепления металлических слоев и применения ультрадисперсного политетрафторэтилена для заполнения пор бронзового слоя.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе получения биметаллического материала, включающем бронзирование листа низкоуглеродистой стали, припекание к нему бронзолатунной сетки, заполнение пор политетрафторэтиленом, бронзирование листа низкоуглеродистой стали и припекание к нему бронзолатунной сетки осуществляют в герметичном контейнере при температуре 850-860°С одновременно, после чего заполняют поры припеченной сетки порошком бронзы, ведут термообработку в герметичном контейнере при температуре 880-900°С, заполняют поры бронзового слоя ультрадисперсным политетрафторэтиленом натиранием с последующей прокаткой на вальцах.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно получают порошок бронзы: смешивают порошки меди и олова в процентном соотношении 90:10, смесь засыпают в кювету с крышкой. Кювету помещают в контейнер и засыпают слоем древесного угля, толщиной 40-50 мм. Контейнер закрывают двумя крышками, на первой наводят затвор из асбеста, на второй - затвор из борного ангидрида, помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 550-600°С, выдерживают в течение 1,5-2 часов на каждые 100 мм контейнера, охлаждают на воздухе до комнатной температуры, вскрывают и извлекают кювету с порошком, порошок просеивают через сито.

По заданному размеру нарезаются листы из листовой низкоуглеродистой стали. Лист низкоуглеродистой стали смачивают с одной стороны слоем фосфорной кислотой, на него наносят порошок бронзы, излишек удаляют стряхиванием. По размеру листов низкоуглеродистой стали нарезают бронзолатунную сетку. Набирают пакет: на лист нержавеющей стали 12Х18Н9Т толщиной 0,3-0,5 мм кладут бронзолатунную сетку в один или несколько слоев, на сетку кладут лист низкоуглеродистой стали обмазанным слоем порошком бронзы от сетки, затем кладут лист нержавеющей стали, сетку в один или несколько слоев, лист низкоуглеродистой стали обмазанным слоем порошком бронзы от сетки, лист нержавеющей стали и т.д. Пакет может содержать любое количество пластин в зависимости от размеров стальной рамки и габаритов оборудования. Сверху и снизу пакета помещают ограничивающие пластины с высоким коэффициентом линейного расширения (стальные пластины в сочетании с медными, толщиной по 5-10 мм). Пакет зажимают в стальные квадратные рамки при помощи клиньев.

Кассету помещают в контейнер, свободное пространство которого засыпают древесным углем. Толщина слоя древесного угля на дне контейнера 15-20 мм, высота засыпки над кассетой 30-40 мм. В качестве активатора используется хлористый аммоний, добавляемый на дно контейнера в количестве 1-2% от массы древесного угля. Контейнер закрывают двумя стальными крышками, на первой наводят затвор из асбеста, на второй - затвор из легкоплавкого стекла, помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 850-860°С, выдерживают 3,5-4 часа на каждые 100 мм толщины контейнера, охлаждают на воздухе до комнатной температуры, вскрывают, кассету извлекают и разбирают.

В ячейки припеченной сетки впрессовывают порошок бронзы. В пресс-форму с плавающей обоймой засыпают порошок бронзы и выравнивают скребком, на него укладывают лист низкоуглеродистой стали припеченной сеткой к порошку бронзы и прессуют при давлении 150-250 МПа в течение 10-15 секунд.

Пластины собирают в пакет с прокладками из нержавеющей стали 12Х18Н9Т. Сверху и снизу пакета помещают ограничивающие пластины с высоким коэффициентом линейного расширения (стальные пластины в сочетании с медными, толщиной по 5-10 мм). Пакет зажимают в стальные квадратные рамки при помощи клиньев. Полученную кассету помещают в герметичный контейнер, по аналогии с припеканием сетки.

Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 880-900°С, выдерживают 3,5-4 часа на каждые 100 мм толщины контейнера, охлаждают на воздухе до комнатной температуры, вскрывают, извлекают и разбирают кассету.

На рабочий бронзовый слой наносят ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ) натиранием и уплотняют прокаткой пластин на вальцах.

Предлагаемый способ получения биметаллического материала отличается простотой исполнения, не требует специального оборудования и может быть осуществлен на любом ремонтно-механическом предприятии. Способ позволяет исключить расход материала на обработку, так как стальные заготовки заранее изготавливаются по форме и размерам, кратным размерам изготовляемых деталей, например, для сепараторов подшипников качения заготовки изготавливают круглыми. Способ позволяет изготавливать отдельные втулки с заданным по толщине антифрикционным слоем.

Пористость бронзового слоя, полученная по предлагаемому способу, не превышает 10-15%, а приработочный слой из УПТФЭ обеспечивает низкий коэффициент трения при граничной смазке. По износостойкости материал превосходит металлокерамические бронзографитовые в 2-3 раза. Кратковременно материал может работать как самосмазывающийся.