порошковый антифрикционный материал на основе меди

Формула изобретения

ПОРОШКОВЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МЕДИ, содержащий свинец и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры с удельной поверхностью не менее 10000 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры - 0,5 - 3,5

Свинец - 2,0 - 12,0

Цинк - 2,0 - 17,0

Медь - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству антифрикционных изделий для узлов трения различных механизмов.

Наибольшее распространение для изготовления деталей узлов трения получили материалы на основе бронзы [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является композиционный материал марки ПБр05Ц5С5, содержащий в своем составе олово, цинк, свинец и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олово 4-6 Цинк 4-6 Свинец 4-6 Медь Остальное [2]

Недостатки этого материала заключаются в высокой стоимости, обусловленной использованием олова, и низкой износостойкости.

Целью изобретения является повышение износостойкости и снижение стоимости материала.

Поставленная цель достигается тем, что порошковый антифрикционный материал на основе меди, содержащий добавки свинца и цинка, дополнительно содержит дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры с удельной поверхностью не менее 10000 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры 0,5-3,5 Свинец 2,0-12,0 Цинк 2,0-17,0 Медь Остальное

Технология получения предлагаемого материала не отличается от существующей. Вместе с тем ряд особенностей физико-химических процессов, протекающих на поверхности раздела фаз силикатное вещество - медь, обуславливает достижение поставленной цели.

Решающим фактором является состояние кристаллической структуры силикатного вещества. Для улучшения эксплуатационных характеристик можно использовать силикаты всех групп с требуемым состоянием кристаллической структуры и удельной поверхностью.

Известно, что естественный процесс перехода силикатного вещества от аморфного до кристаллического (окончательного, стабильного) состояния является весьма продолжительным во времени. Вещество с промежуточным состоянием структуры принято называть разупорядоченным.

Характерной чертой металлов является наличие электронного "газа". Аналог последнего можно зафиксировать и у разупорядоченных силикатов, содержащих нескомпенсированные заряды, разорванные связи. Это объясняет, в частности, повышенную диффузионную проницаемость аморфизованных веществ.

Как правило, химическое взаимодействие на поверхности раздела металлической и кристаллической силикатной фаз развивается медленно; активизация взаимодействия происходит при спекании материала в течение длительного времени при высоких температурах. Использование аморфизованных силикатов сопровождается следующими особенностями. Во-первых, при формовании изделий в местах контактов силикатов и вскрытой (при пластической деформации частиц) от оксидов металлической поверхности происходят обменные процессы электронного взаимодействия, приводящие к образованию контактов, подобных фазовым, упрочняющим металлическую матрицу. Во-вторых, при спекании в виду повышенной диффузионной проницаемости разупорядоченных силикатов активизируется процесс твердофазного взаимодействия металл-силикат. Ввиду того, что это взаимодействие неглубокое, металлическая матрица приобретает дополнительную жесткость и твердость.

Обязательным является ограничение минимального значения удельной поверхности силикатов. Необходимо создание достаточно обширной контактной поверхности и, чем выше значение удельной поверхности, тем выше количество контактов металл-силикат и, следовательно, выше площадь контактной поверхности. Экспериментально определенная нижняя граница значений удельной поверхности 10000 м²/кг.

Увеличение содержания силикатов более 3,5 мас.% приводит к значительному увеличению коэффициента трения. А содержание добавки менее 0,5 мас.% практически не оказывает влияния на свойства материалов.

Введение силикатов в состав антифрикционного материала делает необходимым изменение соотношения между другими компонентами. Увеличение содержания силикатов требует увеличения содержания твердой смазки (свинца) и легирующей добавки (цинка), обеспечивающей формирование мелкозернистой структуры матрицы. В связи с этим максимальные значения содержания этих элементов увеличены до 12 и 17 мас.% соответственно. В то же время при незначительном содержании силикатов (0,5-1,0 мас.%) содержание свинца и цинка может быть понижено до 2 мас.%.

Снижение стоимости изделий из предлагаемого материала связано с исключением из состава композиции наиболее дорогостоящего и дефицитного компонента - олова. Для оптимального состава антифрикционного материала снижение стоимости материалов составляет 174 руб./кг.

П р и м е р 1. С целью демонстрации преимуществ предложенного материала были изготовлены образцы - призмочки 7*12*30 мм и образцы - колодки для триботехнических испытаний. Для изготовления образцов использовали порошок меди ПМС-1 по ГОСТу 4960-75, порошок свинца ПСА по ГОСТу 16138-78, порошок цинка ПЦ-1 по ГОСТу 12601-76, порошок гидросиликата кальция (ГСК) по ТУ 550.1-333-90 с удельной поверхностью 21500 м²/кг.

Технология изготовления образцов как серийных, так и предложенных включала прессование при давлении 300 МПа, спекание при 830^оС в течение 2 ч, последующую допрессовку до плотности 8,5 г/см³ при давлении 800 МПа и отжиг при 350^оС в течение 2 ч.

Триботехнические испытания проводили на машине для испытания материалов на трение и износ 2070 СМТ-1.

Первая группа материалов включала образцы, отличающиеся между собой содержанием ГСК. Содержание остальных компонентов составляло, мас.%: свинец 7,0; цинк 9,5; медь - дополнительная до 100% часть. Усредненные результаты испытаний приведены в табл. 1.

Как следует из полученных данных, наивысшие характеристики достигаются при содержании 0,5-3,5 мас.% ГСК. При этом полученные значения износа меньше значений, получаемых на серийном материале (по прототипу).

Для проверки работоспособности материала при наименьших и наибольших значениях содержания всех компонентов были изготовлены и испытаны материалы соответствующих составов. Полученные результаты приведены в табл. 2.

П р и м е р 2. Используемые металлические порошки и технология изготовления образцов - в соответствии с примером 1. В качестве силикатного компонента использовали аморфизованный асбест (АСБ). Для его получения исходный асбест обжигали при 750^оС. При этом в результате удаления химически связанной воды фиксировали образование рентгеноаморфного вещества. Волокна асбеста, приобретающие хрупкость после обжига, размалывали в вибромельнице до удельной поверхности 12000 м²/кг. Результаты испытаний образцов с различным содержанием асбеста приведены в табл. 3. Результаты испытаний материалов с наименьшими и наибольшими значениями всех компонентов приведены в табл. 4.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что введение аморфизованных силикатов в состав антифрикционного материала приводит к повышению износостойкости материала и снижению коэффициента трения.