RU146778U1 - Композиционное металлическое изделие с антифрикционным и упрочняющим металлокерамическим поверхностным сервовитным слоем - Google Patents
Композиционное металлическое изделие с антифрикционным и упрочняющим металлокерамическим поверхностным сервовитным слоем Download PDFInfo
- Publication number
- RU146778U1 RU146778U1 RU2014119809/11U RU2014119809U RU146778U1 RU 146778 U1 RU146778 U1 RU 146778U1 RU 2014119809/11 U RU2014119809/11 U RU 2014119809/11U RU 2014119809 U RU2014119809 U RU 2014119809U RU 146778 U1 RU146778 U1 RU 146778U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- serpentine
- magnetite
- antifriction
- composite metal
- metal product
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 114
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 114
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims abstract description 83
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 81
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 13
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 12
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 113
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 28
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 240000005428 Pistacia lentiscus Species 0.000 claims description 2
- 150000001278 adipic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 2
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 claims description 2
- 229920001515 polyalkylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims 1
- 229910052899 lizardite Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims 1
- IBPRKWGSNXMCOI-UHFFFAOYSA-N trimagnesium;disilicate;hydrate Chemical compound O.[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] IBPRKWGSNXMCOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 51
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 41
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 31
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 20
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 20
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 20
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 12
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 9
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 7
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 7
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052634 enstatite Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 5
- BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N magnesium;dihydroxy(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].O[Si](O)=O BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 5
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 5
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 102220057728 rs151235720 Human genes 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910052840 fayalite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 229910052952 pyrrhotite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical group [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 3
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 229910001152 Bi alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017625 MgSiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001245 Sb alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052898 antigorite Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229910052620 chrysotile Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- CWBIFDGMOSWLRQ-UHFFFAOYSA-N trimagnesium;hydroxy(trioxido)silane;hydrate Chemical compound O.[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O[Si]([O-])([O-])[O-].O[Si]([O-])([O-])[O-] CWBIFDGMOSWLRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 1-monostearoylglycerol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- DCXXMTOCNZCJGO-UHFFFAOYSA-N Glycerol trioctadecanoate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(OC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC)COC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC DCXXMTOCNZCJGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001123530 Nicotiana tabacum Putrescine N-methyltransferase 3 Proteins 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- MKUXAQIIEYXACX-UHFFFAOYSA-N aciclovir Chemical compound N1C(N)=NC(=O)C2=C1N(COCCO)C=N2 MKUXAQIIEYXACX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052612 amphibole Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002199 base oil Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical compound [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) oxide Inorganic materials [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAKIVKMUBMZANL-UHFFFAOYSA-N iron phosphide Chemical compound P.[Fe].[Fe].[Fe] VAKIVKMUBMZANL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010977 jade Substances 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZADYMNAVLSWLEQ-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Mg+2].[Si+4] ZADYMNAVLSWLEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052954 pentlandite Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001314 profilometry Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
1. Композиционное металлическое изделие с металлокерамическим поверхностным слоем, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg[SiO](OH)с вкрапленным магнетитом FeO.2. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg[SiO](OH)с вкрапленным магнетитом FeOс соотношением, мас.%:серпентин 65-80вкрапленный магнетит 20-30примеси не более 53. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg[SiO](OH)с вкрапленным магнетитом FeO, магнезита MgCOи магнезиально-железистого силиката (MgFe)[SiO](OH)с соотношением, мас.%:серпентин 65-80магнетит 10-25магнезит 5-15магнезиально-железистый силикат 2-74. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что изготовлено в виде детали повышенного ресурса, например гребня колеса колёсной пары тележки вагонов железнодорожного транспорта, пальца для машин, механизмов и оборудования горнодобывающей промышленности, штока гидрогасителей вагонов, цевки, коленчатого вала, шейки вала для подшипников скольжения, шаровой опоры.5. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита размером не более 50-300 нм.6. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержи�
Description
Уровень техники
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к металлическим изделиям повышенного ресурса, например, гребням колес колесным парам тележек вагонов железнодорожного транспорта, пальцам для машин, механизмов и оборудования горнодобывающей промышленности, штокам гидрогасителей вагонов, упрочненным цевкам, коленчатым валам, шейкам валов для подшипников скольжения, шаровым опорам с повышенными триботехническими характеристиками, износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Область техники
Известно, что в парах трения работающих при контактных давлениях P=2.5-20 МПа и скоростях скольжения V=0.5-3.0 м/с воздействие на поверхность соприкасающихся металлических деталей позволяет повысить ресурс машин и уменьшить потери на трение.
Фрикционное материаловедение является быстро развивающимся направлением в науке о трении и износе, так как именно с этим направлением связано решение основной задачи машиностроения - обеспечение долговечности подвижных сопряжений. Одним из решений данной задачи является увеличение износостойкости пар трения изучение механизма разрушения поверхности при трении. Особая роль принадлежит учету факторов химического и физико-химического взаимодействия деформированных поверхностных объемов и смазочного материала разной природы и свойств [1, 2].
Износостойкость поверхности весьма существенно также зависит от условий трения (сухое, полусухое, жидкостное), величина нагрузок, прочностных свойств материала и химической стойкости, высоты и формы неровностей и степени их изменения в процессе работы, направления неровностей. При всех видах трения влияние высотных параметров Ra, Rz, Rmax на износостойкость зависит от условий трения.
По данным П.Ε. Дьяченко зависимость износа от высоты неровностей носит в определенном диапазоне экспотенциальный характер. Увеличение высоты неровностей до определенного значения приводит к снижению износа, так как на очень чистых поверхностях происходит молекулярное схватывание (адгезия) плотно соприкасающихся участков поверхностей с последующим нарушением связей (вырывом частиц), чему способствует выдавливание смазки и плохая смачиваемость поверхностей повышенной гладкости, а также формируются участки механического зацепление и разрушение неровностей.
Среди различных способов повышения сопротивляемости изнашиванию поверхности металлических деталей основными традиционными способами являются цементация, нитроцементация, азотирование.
В настоящее время все большее применение находит экологически чистая технология способом ультразвуковой пластической деформацией поверхностей металлов с модификаторами из серпентинита так-как качество поверхности изделий и деталей в парах трения обладают 2-5 раз более высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, и не требует дополнительной обработки.
Известны металлические изделия, изготовленные давлением с использованием энергии ультразвука, который используются при финишной обработке поверхностей металлических деталей для повышения твердости поверхностного слоя, уменьшения шероховатости и снижения коэффициента трения и в общей для них части предусматривают воздействие на обрабатываемую поверхность ультразвуковыми механическими колебаниями посредством акустического инструмента, соединенного с ультразвуковым электромеханическим преобразователем, или рабочих тел, на которые наложено ультразвуковое поле [3].
Однако возможности указанных известных способов по улучшению триботехнических, прочностных и антикоррозионных характеристик обрабатываемых поверхностей весьма ограничены, поскольку данные способы связаны лишь с пластической деформацией и повышением чистоты обрабатываемых поверхностей, но не с их модификацией, например, путем создания металлокерамического поверхностного слоя. Кроме того, по этой же причине указанные известные способы не позволяют повышать коррозионную стойкость поверхностей и восстанавливать изношенные металлические поверхности.
Известны способы обработки деталей трения, которые в общей для них части предусматривают изготовление смеси смазочного масла и металлосодержащей присадки, подачу изготовленной смеси в зону трения и приработку деталей трения в эксплуатационном или близком к нему режиме [4]. При этом в качестве металлосодержащей присадки используют:
- размещаемые в нижней части масляного картера механизма куски сплава олова, сурьмы или висмута в количестве 75,0-96,5% от массы сплава с натрием в количестве 3,5-25,0% от массы сплава, либо сплава олова, сурьмы или висмута в количестве 90,0-98,8% от массы сплава с литием в количестве 1,2-10,0% от массы сплава, а также добавляемые в смазочное масло галоиды, например, йод, бром, хлор или фтор в количестве 0,02-0,08% от массы сплава [SU 152601, 1969];
- состав из порошка меди в количестве 16-20% от массы смеси со смазочным маслом, порошка свинца в количестве 4-6% от массы смеси и порошка политетрафторэтилена в количестве 1-2% от массы смеси [SU 1196552, 1985];
- состав из порошков меди или цинка и абразивных частиц, например, оксида алюминия с дисперсностью до 10 мкм [SU 1668471, 1991].
Данные известные способы, использующие смеси смазочного масла с металлосодержащими присадками, обеспечивают повышение износостойкости поверхности изделий только за счет уменьшения коэффициента трения вследствие либо выравнивания поверхности при заполнении частицами присадки микронеровностей поверхностей трения, либо образования на поверхности химических соединений с высокими антифрикционными свойствами. В ряде случаев это сопровождается образованием на поверхностях трения тончайших пленок, незначительно компенсирующих их износ.
Вместе с тем недостатками указанных технологий являются низкая прочность и коррозионная стойкость получаемых с их помощью поверхностей трения. Кроме того, процесс образования на поверхности трения пленки связан с приработкой в эксплуатационном или близком к нему режиме, что ограничивает область применения указанных известных способов, так как позволяет применять их для целей обработки только поверхностей трения и исключительно при безразборном ремонте механизма.
Известны способы модифицирования и восстановления поверхностей трения с преобладающим содержанием железа, которые обеспечивают получение на поверхностях трения металлокерамического покрытия и в общей для них части предусматривают изготовление мелкодисперсного состава из природных минералов, введение изготовленного состава в органическое связующее, как правило, штатное смазочное масло, размещение смеси состава с органическим связующим в зоне трения и приработку в эксплуатационном или близком к нему режиме [5].
В данных способах в качестве смеси мелкодисперсного состава из природных минералов с органическим связующим используют:
- смесь истертого природного кварца в количестве 0,1-5,0% от массы смеси и органического связующего в количестве 95,0-99,9% от массы смеси [SU 1601426, 1990];
- смесь абразивоподобного порошка со связующим, например, дисперсным стеарином, причем абразивоподобный порошок содержит серпентин в количестве 51-60% от массы порошка, тальк в количестве 20-40% от массы порошка и взятые в равных долях серу, пирротин, энстатит и фаялит в общей сложности в количестве 8-10% от массы порошка [RU 2035636, 1995];
- смесь абразивоподобного минерального порошка с дисперсностью 4-10 мкм, например в количестве 2% от массы смеси, и связующего, например в количестве 98% от массы смеси, причем указанный абразивоподобный минеральный порошок содержит хризотил в количестве 20-40% от массы порошка, каолинит в количестве 40-60% от массы порошка, оксид лантана в количестве 2-4% от массы порошка, оксид иттрия в количестве 2-4% от массы порошка, оксид алюминия в количестве 2-8% от массы порошка и оксид железа в количестве 6-7% от массы порошка [RU 2093719, 1997];
- смесь мелкодисперсного ремонтно-восстановительного состава, содержащего 50-80% от массы состава офита, 10-40% от массы состава нефрита и 1-10% от массы состава шунгита, со штатной смазкой [RU 2135638, 1999].
Как следует из описаний указанных изобретений, в процессе образования металлокерамического покрытия при эксплуатации машины под воздействием трения температура в микрообъемах поверхностей трения достигает значений, при которых в местах контакта происходят реакции замещения атомов магния в узлах кристаллических решеток природных минералов, входящих в применяемый мелкодисперсный состав, на атомы железа из кристаллических решеток стали или сплава из железа, из которых изготовлены поверхности трения. При этом образуются новые гетероатомные кристаллы с более протяженными пространственными структурами, что способствует образованию металлокерамического покрытия, компенсирующего предшествующий износ поверхностей трения. Образованное металлокерамическое покрытие обладает низким коэффициентом трения, высокими износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Полученные с помощью указанных известных способов металлокерамические покрытия металлических изделий обладают низкой долговечностью из-за хрупкости и возможного расслаивания, а также неравномерностью толщины и неоднородностью структуры, что вызвано не контролируемым, а самопроизвольным процессом их образования в местах контакта трущихся деталей на этапе приработки в эксплуатационном или близком к нему режиме, не позволяющем получать металлокерамические покрытия с заданными желаемыми параметрами.
Данные металлокерамические покрытия могут быть образованы только на металлических поверхностях с преобладающим содержанием железа, и поэтому упомянутые известные способы не могут быть использованы для создания металлокерамических покрытий на поверхностях деталей, выполненных из других металлов и сплавов.
Кроме того, процесс образования металлокерамического покрытия связан с приработкой в эксплуатационном или близком к нему режиме, что ограничивает область применения указанных известных способов, так как позволяет применять их для целей модифицирования и восстановления только поверхностей трения и исключительно при безразборном ремонте механизма.
Известен способ безразборного восстановления трущихся соединений металлических изделий, согласно которому для повышения износостойкости, долговечности и коррозионной стойкости металлокерамического покрытия изготавливают модифицирующий трущиеся поверхности ремонтно-восстановительный состав на основе порошка с дисперсностью 10-30 мкм из природных минералов или смеси природных минералов, содержащих 40-55 мас.% аморфной двуокиси кремния, и катализаторов на основе шунгита и редкоземельных металлов в количестве 0,02-2,00% от массы ремонтно-восстановительного состава, изготавливают технологическую среду путем смешивания ремонтно-восстановительного состава в количестве 0,15-20,00% от массы технологической среды с жидким органическим связующим, например, с базовым маслом трущегося соединения, подают технологическую среду в зону трения и путем механоактивации технологической среды при эксплуатационной нагрузке формируют покрытия на поверхностях трущихся соединений, восстанавливающие их предшествующий износ [6].
Известен способ нанесения покрытия на поверхности трения, по которому для повышения долговечности покрытия за счет улучшения адгезии с обрабатываемой поверхностью покрытие наносят путем натирания в псевдокипящем слое порошковой твердой смазки типа графита или дисульфида молибдена, причем частицам смазки сообщают колебания ультразвуковой частоты, ориентированные относительно натираемой поверхности в радиальном и тангенциальном направлениях [7].
Данные способы не обеспечивают высокой долговечности покрытия в силу недостаточной адгезии с обрабатываемыми поверхностями.
Известны способы применения серпентинита в качестве антифрикционного средства и средства создания металлокерамического покрытия на поверхности металлических изделий.
Известен способ формирования сервовитной пленки на контактируемых и трущихся поверхностях, заключающийся в том, что для повышения механических свойств пленки, ресурса и надежности трущихся поверхностей между трущимися поверхностями предварительно размещают механоактивированную смесь абразивоподобного вещества со связующим, при этом в качестве абразивоподобного порошка используют природный серпентинит дисперсностью 0,001-1 мкм в количестве 2-40 мас.% [8].
Известен способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями элементов пары трения размещают предварительно активированную смесь абразивоподобного порошка в органическом связующем, после чего поверхности трения элементов прирабатывают, согласного которому используют активированную смесь, содержащую следующие ингредиенты, мас.%: природный серпентинит 0,5-40,0 (Печенговского месторождения), сера 0,1-5,0, ПАВ 1-40, органическое связующее - остальное, причем перед размещением активированной смеси между поверхностями трения элементов элемент пары трения с большей твердостью вводят в контакт с технологическим элементом с равной или большей твердостью, упомянутую активированную смесь сначала размещают между ними, при этом обрабатываемый элемент намагничивают и подсоединяют к отрицательному полюсу источника тока, а технологический элемент к положительному полюсу, затем упомянутые поверхности трения прирабатывают, после чего технологический элемент заменяют элементом пары трения [9].
Известен способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях, включающий размещение между трущимися поверхностями состава из размельченного, предварительно механоактивированного абразивоподобного порошка и связующего, согласно которому для повышения износостойкости трущихся поверхностей в качестве абразивоподобного порошка используют природный серпентинит, содержащий, мас.%: MgO, CaO 20-60, SiO4Al2O3 20-60, H2O 3-10, примеси пород 3-10, а предварительную механоактивацию производят с пульсацией давления 0,1-1 МПа при 40-100°C, размещение смеси и приработку трущихся поверхностей осуществляют при температуре механоактивации [10].
Общим недостатком, ограничивающим и даже делающим невозможным практическое использование данных решений, является неопределенность минералогического и химического состава «природного серпентинита», поскольку известно, что серпентинит - горная порода, включающая в себя серпентин Mg6[Si4O10](OH)8 в качестве базового элемента, составляющего не менее 50% от общего объема породы, и другие минералы, в частности тальк Mg3Si4O10(OH)2, пирротин FeS, энстатит MgSiO3, фаялит (Fe0,94Mg0,06)2SiO4 и др., число которых может доходить до 100, без учета «следов» химических элементов. Кроме этого в различных серпентинитах серпентин содержится в различных фазах - антигорита, хризотила, лизордита и др.
Входящие в состав серпентинита примеси минералов и элементов, в частности, создают характерный окрас, поэтому только поделочных и облицовочных серпентинитов известны тысячи видов. Подавляющее большинство из природных серпентинитов непригодно для производства добавок к смазочным материалам из-за повышенного наличия абразивов, таких как SiO2 или других элементов, а также из-за несоответствующего элементного состава или структуры.
Таким образом, используя «природный серпентинит» неизвестного состава можно получить отрицательный результат и даже в отдельных случаях при применении «природного серпентинита» неизвестного состава на технически ответственных объектах обеспечить техногенную катастрофу.
Известно также, что для производства модифицирующих добавок в составе серпентинита необходимо присутствие минералов с общей химической формулой FexOy, как правило, это магнетит Fe3O4, реже - гематит Fe2O3. Однако свободный магнетит Fe3O4 - ярко выраженный абразив и его избыток приводит к резкому повышению абразивного износа.
В производстве большинства минеральных модификаторов трения используют серпентиниты определенных известных месторождений, по которым известен состав входящих в них основных минералов и после дробления породы обычно по цвету отбирают наиболее подходящее сырье, имеющее часто, но не обязательно близкие параметры по химическому составу.
Как правило, в состав примесей серпентинита входят такие минералы, как оливин, амфиболы, пирексены, шпинели, тальк и другие. При этом большинство из указанных, находящихся в природных породах примесей минералов запатентовано как специальные добавки к серпентину для улучшения эффективности минеральных модификаторов трения.
Известна антифрикционная тонкодисперсная композиция, содержащая, мас.%: 65-95 природного гидросиликата магния (антигорит, серпентин, серпентенит, тальк), 0,5-10,0 оксидов металлов с меньшим сродством к кислороду относительно железа (MnO2, ZnO, CoO, Al2O3, CdO, GeO2) и 4,5-25 твердого раствора этих оксидов со структурой граната и/или шпинели (магнитоактивный компонент) [11].
Применение этой композиции в составе жидких и густых смазок в различных узлах трения показывает относительно высокую прочность образующейся на трущихся металлических поверхностях и обеспечивающей снижение износа и повышение срока службы узлов трения сервовитной пленки, но она формируется в течение длительного времени.
Известна антифрикционная порошковая композиция, содержащая, мас.%: 51-60 серпентина, 20-40 талька и 8-10 серы, пиротина, энстатита и фаялита, взятых в равных долях [12].
Данная композиция не обеспечивает высокой прочности и долговечности сцепления формирующейся сервовитной пленки с трущимися металлическими поверхностями узлов трения из-за различия коэффициентов линейного термического расширения данной пленки и материала трущихся поверхностей, а также из-за нестабильности структуры пленки при сравнительно невысоких температурах.
Известны твердосмазочные композиции для тяжелонагруженных узлов трения в виде смеси жидкого или густого связующего и абразивоподобных компонентов, которые применяют в подъемных кранах, оборудовании горнообогатительных комбинатов, в насосном оборудовании газо- и нефтепроводов, автомобильном и железнодорожном транспорте, оборудовании судов и др. Твердосмазочные композиции по сравнению с другими типами смазок в большей степени обеспечивают в узлах трения теплоотвод и уменьшение трения и износа трущихся поверхностей.
Известна смазочная композиция для ускоренного формирования сервовитной пленки триботехническим составом, включающия механоактивированно приготовленную смесь абразивоподобного порошка со связующим, в которой для повышения устойчивости сервовитной пленки в качестве абразивоподобного порошка используют состав, содержащий, мас.%: серпентин (Mg6-xAlx)(Si4-xAlx)O10(OH)8 при x=0,75 51-60, тальк Mg3Si4O10(OH)2 20-40, серу S, пирротин FeS, энстатит MgSiO3, фаялит (Fe0,94Mg0,06)2SiO4 8-10 (взятые в равных долях), которую предварительно обрабатывают при непрерывном перемешивании сухим насыщенным паром в течение 20-25 мин при 110-115°C.
Известен способ смазки путем формирования покрытия на трущихся поверхностях, по которому для создания покрытия на трущихся поверхностях состав из мелкодисперсной смеси минералов серпентина, энстатита и магнетита или их сочетания по меньшей мере с одним минералом, выбранным из амфибола, биотита, ильменита, пентландита, пирротина, талька, халькопирита или самородной серы, и связующего дисперсностью 0,01-1 мкм механоактивируют апериодическими колебаниями при соотношении в составе, мас.%: смесь минералов 3,3; связующее 96,7, затем состав размещают между трущимися поверхностями и прирабатывают. Ингредиентное содержание состава следующее, мас.%: MgO 20-35; SiO2 30-40; Fe2O3 10-15; FeO 4-6; Al2O3 3-8; S 2-6; сопутствующие примеси (Ti, V, Mn, Ni, Cr, Cu, K, Ca, Co) до 100 [13].
Известен способ обработки поверхностей металлических деталей для создания металлокерамических покрытий на поверхностях деталей из черных и цветных металлов и сплавов, обеспечивающий получение на поверхностях металлических деталей обладающего высокой долговечностью, равномерностью толщины и однородностью структуры металлокерамического слоя, имеющего заданные желаемые параметры, и позволяющий обрабатывать как трущиеся, так и иные поверхности металлических деталей, который включает изготовление модифицирующего состава на основе смеси измельченных до дисперсности 0,1-10,0 мкм серпентинитов, содержащей 32-45 мас.% кремния, 18-26 мас.% окиси магния, 10-14 мас.% окиси железа и 10-14 мас.% конституционной воды в связанном состоянии, изготовление технологической среды путем смешивания модифицирующего состава с жидким органическим связующим в количестве соответственно 0,5-30,0% и 70,0-99,5% от массы технологической среды, подачу технологической среды на обрабатываемую поверхность детали посредством погружения детали в технологическую среду и механоактивацию технологической среды в течение 5-60 мин ультразвуковыми механическими колебаниями с частотой 22-24 кГц и мощностью 0,1-10,0 кВт [14].
Известна разработанная ранее авторами настоящего полезной модели нанотехнологическая антифрикционная порошковая композиция (варианты), нанотехнологическая смазочная композиция и способ нанотехнологической смазки в узлах трения различных механизмов и агрегатов, согласно которым для сокращения времени образования сервовитной пленки без предварительной микрошлифовки, снижения трения, повышения износостойкости и ресурса трущихся поверхностей, сокращение расхода горюче-смазочных материалов и электроэнергии при функционировании машин и механизмов, порошковая композиция содержит серпентин Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4 при соотношении, мас.%: серпентин 65-75, вкрапленный магнетит 20-30, примеси не более 5. Также порошковая композиция содержит серпентин с вкрапленным магнетитом, магнезит MgCO3 и магнезиально-железистый силикат (MgFe)7[Si4O10](OH)8 при соотношении, мас.%: серпентин 65-75, магнетит 10-25, магнезит 5-15, магнезиально-железистый силикат 2-7. Серпентин содержится преимущественно в фазе лизардита IT, размер вкраплений магнетита - не более 50-300 нм. Смазочная композиция содержит 0,5-80 мас.% порошковых композиций в связующем. Способ смазки включает размещение между трущимися поверхностями порошковых композиций в связующем [15].
Недостатками данной композиции и данного способа смазки данной композицией являются возможность образования сервовитной пленки только в местах контактов пар трения, произвольность формирования, неравномерность толщины и неоднородность структуры получаемого металлокерамического слоя (сервовитной пленки), невозможность получения металлокерамического слоя с заданными желаемыми параметрами по всей поверхности металлических деталей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому полезной модели - прототипом являются металлические изделия, изготовленные способом ультразвуковой обработки металлических поверхностей изделий для создания металлокерамических покрытий на поверхностях деталей из черных и цветных металлов и сплавов и получения обладающего высокими износостойкостью, долговечностью и коррозионной стойкостью металлокерамического покрытия, который включает изготовление мелкодисперсной твердой активирующей среды из смеси измельченных серпентинитов, содержащей 32-45 мас.% кремния, 18-26 мас.% окиси магния и 10-14 мас.% окиси железа, подачу активирующей среды на обрабатываемую поверхность и воздействие на обрабатываемую поверхность посредством акустического инструмента ультразвуковыми механическими колебаниями через слой измельченных серпентинитов. При этом подачу активирующей среды на обрабатываемую поверхность выполняют либо нанесением на обрабатываемую поверхность перед воздействием ультразвуковыми механическими колебаниями слоя измельченных до дисперсности 0,1-10,0 мкм серпентинитов, либо в процессе воздействия на обрабатываемую поверхность ультразвуковыми механическими колебаниями посредством акустического инструмента с рабочей поверхностью, выполненной на основе измельченных до дисперсности 5-50 мкм серпентинитов, причем воздействие на обрабатываемую поверхность выполняют ультразвуковыми механическими колебаниями с частотой 22-24 кГц и мощностью 0,4-10,0 кВт в течение 1-60 мин для каждого квадратного дециметра обрабатываемой поверхности [16].
При изготовлении металлических изделий по данному способу, как и в случае реализации описанных выше известных способов модифицирования и восстановления поверхностей трения с преобладающим содержанием железа, происходят физико-химические процессы, в результате которых на поверхностях трения образуются металлокерамические покрытия, компенсирующие их предшествующий износ. Образованные металлокерамические покрытия обладают низким коэффициентом трения, высокими износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Вместе с тем при осуществлении данного способа процесс образования металлокерамического покрытия на этапе механоактивации технологической среды при эксплуатационной нагрузке машины или механизма носит произвольный, неконтролируемый характер, что не позволяет обоснованно и рационально выбирать энергетические и временные параметры режима механоактивации для обеспечения управляемости оказываемого на технологическую среду механоактивирующего энергетического воздействия. Указанное обстоятельство приводит к неравномерности толщины и неоднородности структуры формируемого металлокерамического слоя и вызывает снижение его долговечности вследствие хрупкости и возможного расслаивания, а также не позволяет получать металлокерамический слой с такими заданными желаемыми параметрами, как, например, толщина наращиваемого металлокерамического слоя, глубина его проникновения в обрабатываемую поверхность, степень структурной однородности, шероховатость и микротвердость получаемого слоя. Кроме того, использование для образования металлокерамического слоя подобной активации технологической среды при эксплуатационной нагрузке машины или механизма существенно ограничивает область применения способа-прототипа, так как позволяет применять его для целей модифицирования и восстановления только поверхностей трения и исключительно при безразборном ремонте машины или механизма.
Поэтому недостатками изделий, изготовленных данным способом, являются недостаточная долговечность, неравномерность толщины и неоднородность структуры получаемого металлокерамического слоя, невозможность получения металлокерамического слоя с заданными желаемыми параметрами и ограниченная область применения способа.
Научными исследованиями авторов заявляемой полезной модели установлено, что наличие в смазочных композициях тонкодисперных абразивных минералов, которых большинство в составе примесей большинства природных серпентинитов, в частности в виде свободного магнетита, при использовании в смазках воздействуют на поверхности трения в качестве тонкого абразива, выполняя по сути функцию микрошлифовки. Такие вещества в случае определенной концентрации вызывают абразивный износ. Действительно указанный процесс микрошлифовки вначале уменьшает параметры шероховатостей поверхностей трения (значения Ra и Rz), приводит к первоначальному снижению трения (снижает значение Kтр), снижает энергопотребление, уменьшает шумы и вибрацию, но по истечении определенного времени приводит к резкому ухудшению трибологических параметров, а в дальнейшем даже к поломкам машин и механизмов.
Наличие абразивных составляющих, приводя к микрошлифовке поверхностей трения в случае оптимальной дозировки серпентинитовой добавки в смазочную систему, способно вызвать определенный положительный эффект, например увеличить ресурс подшипников качения до 30%, но в случае передозировки значительно сокращает их ресурс, вызывает заклинивание, способствует образованию задиров.
Как установлено авторами настоящей полезной модели, наличие в трибосистеме абразивных минералов препятствует нанотриботехнологическому процессу образованию зеркал скольжения за счет физико-химических процессов терморазложения серпентина и магнетита, так как абразивные частицы просто удаляют наночастицы с поверхностей триботехнических систем.
Несмотря на заполнение впадин микронеровностей, материалы с абразивом не могут считаться нанотехнологическими, поскольку далеко не любой серпентенит в состоянии обеспечить образование наночастиц и на их основе формирование требуемых сервовитных слоев.
Обычно контроль качества подобных материалов и исходного сырья осуществляется путем получения проб порошков с дальнейшими испытаниями на машинах трения. Данная технология контроля проста по испытанию материалов на их соответствие техническим условиям в плане значений индекса задира и коэффициента трения, но общепринятая технология контроля является упрощенной, она не отражает качества всей партии сырья и у большинства производителей согласно исследованиям экспертов вообще отсутствует входной контроль, а выходной сводится только к гистограммам крупности частиц ММТ, то есть к определению распределения дисперсности части.
Общими недостатками известных решений (аналогов и прототипа) является неопределенность качества изделий из-за нестабильность природного состава материалов композиций, обычного наличия крупноразмерных абразивных материалов, препятствующих тонкому размолу и получению мелкодисперсного порошка.
Цель полезной модели и технический результат
Целью и техническим результатом настоящего полезной модели является повышение равномерности и однородности структуры металлокерамического упрочняющего антифрикционного поверхностного слоя, уменьшение шероховатости поверхности (от микрошлифовки до полировки 10 кл.) и повышение точности изготовления (до 10 класса точности) посредством использования обычного станочного оборудования для обработки металлов резанием съемной оснасткой, закрепляемой в качестве рабочего инструмента.
Раскрытие полезной модели
Поставленная цель полезной модели и требуемый технический результат достигается тем, что композиционное металлическое изделие с металлокерамическим поверхностным слоем, согласно полезной модели содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4 с соотношением, мас.%:
| серпентин | 65-80, |
| вкрапленный магнетит | 20-30, |
| примеси не более | 5. |
или полученный из серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4, магнезита MgCO3 и магнезиально-железистого силиката (MgFe)7[Si4O10](OH)8 с соотношением, мас.%:
| серпентин | 65-80 |
| магнетит | 10-25 |
| магнезит | 5-15 |
| магнезиально-железистый силикат | 2-7 |
Композиционное металлическое изделие согласно полезной модели может быть изготовлено в виде детали повышенного ресурса, например, гребня колеса колесной пары тележки вагонов железнодорожного транспорта, пальца для машин, механизмов и оборудования горнодобывающей промышленности, штока гидрогасителей вагонов, цевки, коленчатого вала, шейки вала для подшипников скольжения, шаровой опоры.
При этом композиционное металлическое изделие содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита размером не более 50-300 нм в фазе лизардита IT.
Кроме этого композиционное металлическое изделие содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита, измельченного до дисперсности 1-150 мкм, светлосерого цвета, идентифицирующегося качественной реакцией магнезита с соляной кислотой
Композиционное металлическое изделие может содержать антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита при локальном нагреве поверхности изделия до температуры 640-720°C или при локальном нагреве поверхности изделия до температуры 600-900°C и при давлении инструмента на перемещающуюся деталь, например, вращающуюся в токарном станке.
Композиционное металлическое изделие может содержать антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита при воздействии ультразвуковых механических колебаний с частотой 20000-30000 Гц или посредством закругленной поверхностью рабочего инструмента или подпружиненным шариком или овалом.
Композиционное металлическое изделие может содержать антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита в жидком связующем при соотношении, мас.%:
| серпентин с вкраплениями магнетита | 0,5-80 |
| связующее | остальное |
В качестве связующего при изготовлении антифрикционного и упрочняющего металлокерамического поверхностного сервовитного слоя, из серпентина с вкраплениями магнетита может быть использовано:
смазочное масло, например, моторное, трансмиссионное или индустриальное, компрессорное, гидравлическое;
нефтяное масло, например, жидкую смесь кипящих при tКИП 300-600°C углеводородов;
синтетическое масло, например, кремнийорганическую жидкость, эфиры фосфорной и адипиновой кислот или полиалкиленгликоль;
пластичную смазку, например, марки Циатим, Литол 24 или «ШРУС»;
солидол, «Пресол М», « Буксол»;
нефтепродукты, например, мазут, бензин, дизельное топливо;
полужидкие смазки, например, «СКП М», «Трасол-200-ПШ», «Редусма»;
полиэфирные или нитро лаки;
жировые и специальные смазки, например, парафины или мастики.
При этом композиционное металлическое изделие может содержать содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита после предварительной антикоррозионной обработки поверхности металлического изделия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена модель процесса обработки поверхности металлического изделия методом ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина предлагаемого состава с профиллограммами и микроснимками поверхности изделия, где показаны участок сервовитного слоя а - поверхность опытного образца, обработанная ультразвуковой пластической деформацией (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина предлагаемого состава и участок б - поверхность опытного образца после чистовой токарной обработки, F - усилие прижима, S - подача инструмента.
На фиг. 2 представлено фото поверхностного сервовитного слоя а после обработки металла ультразвуковой пластической деформацией в присутствии серпентина предлагаемого состава и исходной поверхности образца б после чистовой токарной обработки резцом
На фиг. 3 показана РЭМ фотограмма морфологии поверхности после ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина предлагаемого состава, на которой видны затемненные участки с наличием магния и фосфора.
На фиг. 4 показаны снимки планаров участка исходной поверхности б и участка поверхности а, обработанной ультразвуковой пластической деформацией в присутствии мелкодисперсного серпентина предлагаемого состава с получением сервовитного слоя.
На фиг 5 показан характерный спектр затемненных участков внедрения серпентина предлагаемого состава в обрабатываемую поверхность в сервовитном слое, которые соответствуют областям, обогащенным фосфором с содержанием по данным спектра РМА фосфора в затемненной области 1,8% и железа 98,2%.
На фиг. 6 показана морфология стали 45, в области а - в поверхностном сервовитного слоя после обработки ультразвуковой пластической деформацией в присутствии серпентина предлагаемого состава с дисперсностью d~30 мкм, где видно исчезновение кластерной структуры стали и уплотнение материала, и матрица металла с феррит-перлитной структурой в области б.
На фиг.7 показаны характерные спектры поперечного шлифа в модифицированном поверхностном сервовитном слое а после обработки обработанной ультразвуковой пластической деформацией в присутствии серпентина предлагаемого состава и в матрице металла с феррит-перлитной структурой в области б.
На фиг. 8 показаны профилограммы микрогеометрии исходной поверхности участка б образца после чистовой токарной обработки резцом с параметрами шероховатости Ra - 2.04, Rz - 10.58, Rmax - 11.75 µm (6 класс чистоты).
На фиг. 9 показаны профилограммы микрогеометрии исходной поверхности участка б образца после чистовой токарной обработки резцом с тупой режущей кромкой с параметрами шероховатости Ra - 1.32, Rz - 9.55, Rmax - 11.93 (6 класс чистоты).
На фиг. 10 и фиг. 11 показаны профилограммы микрогеометрии поверхности участка а опытных образцов после обработки методом ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина предлагаемого состава с параметрами шероховатости (фиг. 4) Ra - 0.36, Rz - 3.33, Rmax - 4.20, Lt=4.80 mm (9 класс чистоты) и с параметрами шероховатости (фиг. 5) Ra - 0.45, Rz - 3.85 Rmax - 4.85 µm, (9 класс чистоты).
Осуществление полезной модели
В отличие от используемой по RU №2415176, 2009 в узлах трения антифрикционной порошковой композиции в виде серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4 при соотношении, мас.%: серпентин 65-75, вкрапленный магнетит 20-30, примеси не более 5, или в виде серпентина с вкрапленным магнетитом, магнезитом MgCO3 и магнезиально-железистый силикатом (MgFe)7[Si4O10](OH)8 при соотношении, мас.%: серпентин 65-75, магнетит 10-25, магнезит 5-15, магнезиально-железистый силикат 2-7, где серпентин содержится преимущественно в фазе лизардита IT, а размер вкраплений магнетита - не более 50-300 нм, которая в составе смазочных материалов способна образовывать на поверхностях трения локальныей сервовитные антифрикционные пленки только по форме пятен контакта, предлагаемая по полезной модели технология позволяют использовать термонанотехнологический эффект данной композиции совместно с ультразвуковой пластической деформацией при производстве металлических деталей с повышенными антифрикционными, антикоррозионными и прочностными свойствами всей обработанной поверхности
Предлагаемые металлические изделия, изготовленные одновременным применением ультразвуковой пластической деформации и серпентина данного конкретного состава имеют на всей поверхности сплошной равномерный металлокерамический антифрикционный слой в виде сервовитного слоя с упрочняющим и противокоррозионным эффектом, уменьшенной шероховатостью (от микрошлифовки до полировки 10 кл.) поверхности и более высокой точностью изготовления (до 10 класса) можно изготавливать на обычном существующем технологическом станочном оборудовании для обработки металлов резанием со съемной оснасткой, закрепляемой в качестве рабочего инструмента.
Предлагаемые металлические изделия в отличие он аналогов, при изготовлении которых композиции с серпентином в связующем размещают между трущимися поверхностями и где в процессе смазочного процесса сервовитная пленка образуется только на отдельных участках поверхности элементов сопряженных деталей по пятнам трения, согласно полезной модели антифрикционная и упрочняющий сервовитный металлокерамический поверхностный слой расположен по всей поверхности металлического изделия в результате точечного контакта или точечных контактов ультразвукового инструмента с поверхностью изделия (в зависимости от формы наконечника инструмента), которые в процессе перемещения по обрабатываемой поверхности создает условия для образования поверхностного металлокерамического сервовитного слоя по всей поверхности обрабатываемого изделия.
В результате образования равномерного металлокерамического сервовитного слоя по всей обработанной поверхности металлического изделия обеспечивается возможность без предварительной шлифовки и полировки упрочнять поверхностный слой, придавая ему повышенные антифрикционные, антирокоррозионные и противозадирные свойств, улучшая качественные свойства изделий.
Изготовленные таким образом изделия имеют увеличенный ресурс работы, низкий коэффициент трения и повышенную коррозионную стойкость, что приводит в конечном итоге к снижению потребления горюче-смазочных материалов и экономии энергоносителей.
Как видно на фиг 6, в поверхностном сервовитном слое а, в пределах 15 мкм от поверхности, структура металла становится ультрамелкозернистой, увеличивается его плотность, проявляется четкая граница разделения структур уплотненного сервовитного слоя а и матрицы б.
В сервовитном слое а наблюдается сильное искажение границ зерен, а также некоторая вытянутость зерен в направлении обработки, при этом происходит превращение в вытянутую волокнистую структуру с направлением волокон вдоль обработки.
В поверхностном сервовитном слое а наблюдаются субструктурные и фазовые превращения исходной структуры поверхности материала. Пластическая деформация, сочетаясь с ультразвуковым возбуждением кристаллической решетки и особенно дефектной подсистемы, в поверхностном слое а повышает микротвердость более чем в три раза.
Микротвердость основных фаз и включений упрочненной обработанной поверхности обработанной поверхности стали 45 при нагрузке P=100 г имеет различные значения. Поверхностная микротвердость сервовитного слоя на краю шлифа ≤5 мкм достигает максимального значения Hµ - 750 кг/мм2, затем начинает спадать достигая переходного слоя в пределах 10-25 мкм, после переходной зоны значение микротвердости становится равным исходной Hµ ~ 200 кг/мм2.
При развитии пластической деформации во время обработки и формирования сервовитного слоя образуются измельченные зерна размером 0.1-0.2 мкм, кристаллы сплющиваются в направлении деформации, образуются упорядоченные структуры волокнистого характера.
Изделия могут использоваться как при сухом трении, так и в среде как обычных смазочных материалов, так и в среде модифицированных антифрикционными порошковыми композициями смазочных материалов, причем, в последнем случае эффект безизносности гарантированно возрастает, так как приводит не только к образованию «зеркал скольжения» в пятнах контакта пар трения, но и способствует процессу самовосстановления сервовитной пленки.
В основе предлагаемой технологии изготовления металлических изделий лежит выявленное авторами свойство сертентина данного конкретного состава к термонаноразложению с совокупностью входящих в него компонентов и преобразование его в процессе ультразвуковой пластической деформации (УЗПД), при точечном нагреве и давлении в химические соединения, образующие на поверхностях металлических изделий сплошной сервовитный металлокерамический слой.
Состав и свойства образующихся в сервовитном металлокерамическом слое химических соединений зависит от температуры, поэтому возможно при практическом использовании полезной модели, регулируя температуру в местах контакта ультразвукового инструмента с изделием получать сплошные сервовитные металлокерамические слои с различными требуемыми свойствами.
Экспериментально установлено, что для эффективного использования серпентина данного конкретного состава в процессе ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) и механической обработки необходимо на точечной поверхности металла создавать температуру в диапазоне от 640 до 720°C, что практически вполне осуществимо на пиках микрорельефа после чистовой обработки поверхности изделия обычными способами.
При предлагаемом способе шероховатости поверхности металлического изделия при контакте с ними инструмента создают микролокальный нагрев поверхности изделия. Частицы тонкодисперсного серпентина данного конкретного состава попадающие в локальную зону нагрева и давления вступают в термохимические реакции, избирательно взаимодействуют с друг другом и вакансиями в виде разорванных атомных связей на металлической поверхности изделия. Реакции происходит на микродиапазоне. То есть, когда уровень размерности взаимодействующих частиц ангстремы.
Таким образом, наличие локального трения и локального нагрева поверхности при точечном или линейном взаимодействии перемещающегося инструмента с поверхностью изделия обуславливает образование сплошной поверхностной сервовитного металлокерамического слоя из серпентина предлагаемого состава.
Предлагаемые по полезной модели можно изготавливать на стандартном металлорежущем и металлообрабатывающем оборудовании. Это, прежде всего токарные станки. Деталь, имеющая элементы, предназначенные для создания на ней соотвествующего антифрикционного слоя, например, посадочного места для подшипника скольжения, закрепляют в шпинделе станка.
Инструмент крепят в резцодержатель, что должно обеспечить его конструкция.
Наконечника инструмента может быть с закругленной поверхностью, или в виде подпружиненного шарика или овала, в том числе в качестве инструмента возможно использовать наконечник стриктора электомагнитного колебательного контура, обеспечивающего механические колебания сердечника в пределех 1 -20 мкм с частотой ультразвукового диапазона от 20000 до 30000 Гц.
Технология использования электромагнитного контура позволяет увеличить класс точности изделия, создать условия для образования упрочненного на глубину до 30 мкм поверхностного слоя металла в результате микронаклепа от ударов сердечника и гарантировать чистоту поверхности порядка 10 класса, но это не всегда целесообразно, так как это увеличивает себестоимость изделия.
В некоторых случаях в качестве инструмента может использоваться держатель с роликом (шариком) в том числе с оснащенный нагревательным элементом, а в некоторых случаях, не только металлическим, но и из другого материала, например, войлока.
Возможно также использование устройств, обеспечивающих создание на микроплощади поверхности мгновенных высоких температур посредством электромагнитного, лазерного, плазменнного, ТВЧ или других видов термовоздействия с одновременным обеспечением давления на обрабатываемую поверхность.
В качестве связующего для серпентина данного конкретного состава могут использоваться как жидкие, так и вязкие носители, например, технические масла, как с загустителями, так и без них, но наиболее перспективными являются пластические и полужидкие смазочные материалы.
Технически предлагаемые изделия изготавливаются при взаимодействии вращающейся детали с нанесенным на нее слоем связующего с порошком серпентина данного конкретного состава и перемещающийся суппорт с закрепленным в нем ультразвуковым инструментом или приведенными выше инструментами и устройствами.
Нанесение слоя связующего с порошком серпентина данного конкретного состава возможно производить вручную, обычной кистью, так как экспериментально установлено, что независимо от толщины обмазки образуется пленочное покрытие толщиной порядка 5 мкм независимо от числа повторных обмазок и проходов инструмента. Скорости вращения шпинделя и горизонтальных подач суппорта с ультразвуковым инструментом подбирают под конкретное изделие с учетом возможности обеспечения локального нагрева поверхности изделия до оптимальной температуры и локального давления в точках обработки.
При массовом производстве и необходимости автоматической подачи связующего с порошком серпентина данного конкретного состава в качестве оснастки могут быть изготовлены устройство ракельного типа с регулируемым зазором между ракелем и поверхностью вращения, а также резиновые валы передающие связующее с порошком серпентина данного конкретного состава от устройств, конструктивно аналогичных известным схемам красочных аппаратов ротационных печатных машин классических способов печати (высокой, офсетной или глубокой).
Отличительной особенностью получения антифрикционного и антикоррозионного сервовитного металлокерамического слоя на плоских поверхностях металлических изделий является возможность применения в качестве обрабатывающего оборудования фрезерных и плоскошлифовальных станков, а для сложных видов - координатно-расточных, строгальных и т.п. с закрепленным в них ультразвуковым инструментом или иным инструментом. При этом дополнительно может быть использован также вращающийся ультразвуковой инструмент для ультразвуковой пластической деформации поверхности изделий.
Для практической проверки осуществимости и промышленной применимости проведены натурные испытания технологии по полезной модели на кафедре электротермии Технологического университета в Санкт-Петербурге с использованием профилометров «Калибр» и «Калибр*», Растрового электронного микроскопа JSM-35CF (ф. JEOL) с рентгеновским микроанализатором энергодисперсионного типа Link 860 (ф. Link), микротвердомера - ПМТ-3.
На профилометре КАЛИБР анализировали замеры микрогеометрии поверхности опытного образца среднеуглеродистой стали после чистовой токарной обработки резцом и после обработки поверхности методом ультразвуковай пластической деформации с порошком серпентина данного конкретного состава с дисперсностью <10 мкм).
Установлено, что поверхность среднеуглеродистой стали после чистовой токарной обработки формирует ~ 5-6 класс чистоты параметры шероховатости: а - Ra - 2.04, Rz - 10.58, Rmax - 11.75 µm; (6 класс чистоты), а после обработки по предлагаемой технологии за один технологический проход обработки поверхности методом ультразвуковой пластической деформации с порошком серпентина предлагаемого состава формируется сервовитный слой с микрогеометрией: а - Ra 0.45, Rz 3.85, Rmax 4.85 - 9 класс чистоты, наблюдается структурное измельчение поверхностного слоя с постоянством волнистости профиля.
Исследовалась также микрогеометрия контактирующих поверхностей обработанных обработки поверхности методом ультразвуковой пластической деформации с порошком серпентина предлагаемого состава для оценки износостойкости в парах трения.
Для формирования электронно-микроскопического изображения (РЭМ-фотограммы использовали сигналы вторичных и отраженных электронов (ВЭ, ОЭ), позволяющие получить соответственно морфологический и композиционный контраст изображения использовали растровый электронный микроскоп JSM-35CF (ф. JEOL) с рентгеновским микроанализатором энергодисперсионного типа Link 860 (ф. Link), с помощью которого была определена толщина модифицированного слоя d≈30 мкм. с включениями кремния, магния, фосфора.
Исследования изменений микротвердости по глубине поверхностного слоя обработанного посредством ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4 проводили на микротвердомере ПМТ-3.
Для препарирования образцов их разрезали на отдельные идентичные фрагменты, выбирали одинаковые участки и проводили физико-механические исследования микротвердости.
Выявлено, что микротвердость основных фаз и включений поверхности опытных образцов существенно различаются. Поверхностная твердость на краю шлифа ~5 мкм сервовитного слоя достигает максимального значения, Hµ - 720 кг/мм2 затем начинает спадать от ≤25 до 30 мкм до значения в матрице металла Hµ - 200 кг/мм2.
Для подтверждения возможности достижения технического результата и промышленной реализации полезной модели в качестве объекта исследования эффективности предлагаемой технологии использовали обычную промышленную углеродистую сталь 45 стандартного химического состава в виде цилиндрического валов диаметром ⌀ 40 мм и длиной L 100 мм
В патрон токарного станка зажимали деталь диаметром 40 мм после чистовой обработки токарным резцом.
В резцодержатель вставляли ультразвуковой инструмент с полированным наконечником из твердотельного сплава ВК-8 (индентор), на который подавали ультразвуковые колебания ω≈22-30 кГц от ультразвукового генератора при прижиме с усилием F≈30 H.
В пространство между инструментом и обрабатываемой поверхностью ст-45 подавался модификатор (порошок серпентинита дисперсностью ≤10 мкм смешанный с ортофосфорной кислотой в пропорции 1 к 3.
Исследования микрогеометрии поверхностей выполняли методом профилометрии на приборе «Калибр» в нескольких точках.
Выявлено, что измеренные геометрические параметры микрорельефа поверхности исходных образцов неоднородны по форме размеров и расположением неровностей с разнообразным отклонениями формы микронеровностей и направлением штрихов.
Измеренные геометрические параметры микрорельефа исходной поверхности опытных образцов (фиг. 2 и фиг. 3) неоднородны по форме размеров и расположением неровностей с разнообразным отклонениями формы микронеровностей и направлением штрихов.
Установлено также, что шероховатость микрорельефа поверхности измеренная на нескольких участках поверхности обработанных образцов также неоднородна по форме размеров и расположением неровностей с разнообразным отклонениями формы микронеровностей и направлением штрихов, но с преобладанием впадин.
Спектр РМА участков внедрения серпентина в поверхность образцов в сервовитном слое соответствует областям, обогащенным фосфором до 1,8% и железа до 98,2%.
Морфология среза стали 45 показывает наличие в глубине металла областей с кластерной феррит-перлитной структурой и поверхностных областей где исчезает кластерная структура стали, что свидетельствует об уплотнении поверхности металла в сервовитном слое.
Установлено также, что в сервовитном слое содержание фосфида железа, повышающего износостойкость, на поверхности обработанного металла увеличивается.
В поверхностном сервовитном слое, в пределах 15 мкм от поверхности, структура металла становится ультрамелкозернистой, увеличивается плотность, проявляется четкая граница разделения структур уплотненного сервовитного металлокерамического слоя и матрицы металла.
В поверхностном сервовитном слое наблюдается сильное искажение границ зерен, а также некоторая вытянутость зерен в направлении обработки, происходит превращение в вытянутую волокнистую структуру с направлением волокон вдоль обработки.
Наблюдаются субструктурные и фазовые превращения исходной структуры поверхности материала. Пластическая деформация, сочетаясь с ультразвуковым возбуждением кристаллической решетки и особенно дефектной подсистемы, в поверхностном слое повышает микротвердость более чем в три раза.
Микротвердость основных фаз и включений упрочненной поверхности обработанной поверхности стали 45 при нагрузке P=100 г имеет различные значения.
Поверхностная микротвердость на краю шлифа ≤5 мкм достигает максимального значения Hµ - 750 кг/мм2, затем начинает спадать достигая переходного слоя в пределах 10-25 мкм, после переходной зоны значение микротвердости становится равным исходной Hµ ~ 200 кг/мм2.
При развитии пластической деформации во время обработки образуются измельченные зерна размером 0.1-0.2 мкм, кристаллы сплющиваются в направлении деформации, образуются упорядоченные структуры волокнистого характера.
Анализ микрогеометрии поверхности опытных металлических деталей после ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4 или после ультразвуковой пластической деформации (УЗПД) в присутствии мелкодисперсного серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4, магнезитом MgCO3 и магнезиально-железистым силикатом (MgFe)7[Si4O10](OH)8 показывает, что
- наблюдается резкое уменьшение выступов, а также имеет место частичная компенсация мелких впадин обработанной поверхности модификатором;
- на поверхности металла происходит внедрение частиц мелкодисперсного серпентина в поверхность матрицы металла;
- за счет энергии удара ультразвукового инструмента, а также за счет сил трения макрострутура поверхности металла переходит в микроструктуру;
- измельченные зерна, которые теряют исходную форму сплющиваются в направлении деформации с образованием волокнистой структуры,
- наблюдается перенос мелкодисперсных частиц серпентина с поверхности металла на глубину до 30 мкм
Проведенные исследования показали возможность механизации процесса формирования металлокерамического покрытия на поверхности металлических изделий, обеспечивая самые минимальные потери материала формируемого покрытия.
Предлагаемая технология позволяет заменить две конкурирующие технологические операции обработки поверхности металлических изделий - раскатку и полировку.
Установлено, что предлагаемые изделия могут использоваться в качестве пар трения, так как упрочение поверхности происходит с образованием антифрикционных (снижающих силу трения) металлокерамических зеркал скольжения, увеличивающих ресурс пар трения и уменьшающих потребление энергоносителей.
Для практической проверки осуществимости и промышленной применимости были проведены также стендовые испытания гидрогасителей, оборудованных штоками напылением порошка из серпентинита предлагаемого состава в Тверском институте вагоностроения, где проводились работы по совершенствованию серийных конструкций наклонных гидравлических гасителей колебаний.
Стендовые испытания гидрогасителей, оборудованных штоками с напылением порошка из серпентинита предлагаемого состава показали, что:
- в рабочей зоне штока происходят изменения в свойствах покрытия, а также повышение твердости покрытия в среднем на 25%;
- работоспособность буксового уплотнения после испытаний сохраняется;
- обработанные штоки гидрогасителей могут быть рекомендованы для опытной эксплуатации.
Промышленная реализация предлагаемой полезной модели позволяет:
- изготавливать изделия с новыми свойствами на стандартном металлообрабатывающем оборудовании;
- применять технологию сразу после чистовой обработки поверхности изделий без обычной операции шлифовки заменяя ее;
- придавать новым изделиям увеличенный ресурс вплоть до эффекта безъизносности, что доказано на штоках гидрогасителей пассажирских железнодорожных вагонов;
- упрочнять поверхности металлических деталей и придавать им антифрикционные, антикоррозионные и противозадирные свойства;
- использоваться после предварительной обработки поверхностей жидкостями, содержащими металлы, обычно используемые для гальванических покрытий с увеличением антикоррозийной стойкости поверхности изделий;
- заменить обычно используемые антикоррозионные технологии, например, операцию хромирования;
- изготавливать изделия с 10-м классом чистоты поверхности после чистовой обработки;
- изготавливать изделия с 10-м классом точности;
- наносить антифрикционный и антикоррозионный металлокерамический слой на термообработанные детали;
- использовать обычные методы контроля, обычно применяемые в машиностроении.
- применяться при выполнении ремонтных работ, например, при проточке гребней колес вагонных тележек.
Контроль качества изделий по сути не отличается от обычного контроля изделий машиностроительных и ремонтных предприятий и представляет собой это обычные методы визуального и инструментального контроля качества, применяемые на конкретных предприятиях.
Патентуемое в качестве полезной модели металлическое изделие является техническим решением, относящимся к устройству, поскольку оно я является объединенным в единое целое различные средства (слои с различными свойствами, и в результате такого объединения создается новое изделие, части (элементы) которого находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи.
Характерной особенностью предлагаемой полезной модели является наличие конструктивных элементов (слоев с различными свойствами), наличие связи между этими элементами, определенное взаимное расположение элементов, материал, из которого выполнен поверхностный металлокерамический сервовитный слой.
В целом, учитывая новизну и неочевидность полезной модели, показанную в разделе "Уровень техники" и "Сущность полезной модели ", существенность всех общих и частных признаков полезной модели, доказанную в разделе "Раскрытие полезной модели", а также показанную в разделе "Осуществление полезной модели", осуществимость полезной модели и уверенное решение поставленной задачи и достижение технического результата, по нашему мнению, заявленная группа изобретений удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к полезной моделям.
Таким образом, есть все основания утверждать, что полезная модель соответствует всем требованиям патентной охраноспособности, а проведенный анализ показывает, что все общие и частные признаки полезной модели являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для решения поставленной задачи и достижения требуемого технического результата, но и позволяют реализовать полезная модель промышленным способом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.
2. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. - М.: Машиностроение, 1982. - 212 с.
3. SU 456704,1975; SU 1720779, 1988: RU 2050222, 1995; RU 2127658,1999.
4. SU 152601, 1969; SU 1196552, 1985; SU 1668471, 1991
5. SU 1601426, 1990; RU 2035636, 1995; RU 2093719, 1997; RU 2135638, 1999
6. RU 2149741, 2000, B23P 6/02, C23C 26/00
7. RU 2100478 C23C 24/04, B22F 7/04, опубл. 27.12.1997
8. RU 2006708, МПК F16C 33/14, опубл. 30.01.1994
9. RU 2059121, МПК F16C 33/14, опубл. 24.04.1994
10. RU 2006707, МПК F16C 33/14, опубл. 30.01.1994
11. RU 2127299, МПК C10M 125/10, опубл. 10.03.1999
12. RU 2035636, МПК F16C 33/14, опубл. 20.05.1995
13. RU 2057257, МПК F16C 33/14, опубл. 27.03.1996
14. RU 2209852 C23C 26/00, B23P 6/02, 10.08.2003
15. RU 2415176 C10M 103/06 C10M 125/26 27.03.2011
16. RU 2209851 C23C 24/04, B23P 9/04, опубл. 10.08.2003 (прототип)
Claims (16)
1. Композиционное металлическое изделие с металлокерамическим поверхностным слоем, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4.
2. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4 с соотношением, мас.%:
серпентин 65-80
вкрапленный магнетит 20-30
примеси не более 5
3. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, полученный из серпентина Mg6[Si4O10](OH)8 с вкрапленным магнетитом Fe3O4, магнезита MgCO3 и магнезиально-железистого силиката (MgFe)7[Si4O10](OH)8 с соотношением, мас.%:
серпентин 65-80
магнетит 10-25
магнезит 5-15
магнезиально-железистый силикат 2-7
4. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что изготовлено в виде детали повышенного ресурса, например гребня колеса колёсной пары тележки вагонов железнодорожного транспорта, пальца для машин, механизмов и оборудования горнодобывающей промышленности, штока гидрогасителей вагонов, цевки, коленчатого вала, шейки вала для подшипников скольжения, шаровой опоры.
5. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита размером не более 50-300 нм.
6. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита, измельченного до дисперсности 1-150 мкм.
7. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита в фазе лизардита IT.
8. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита размером не более 50-300 нм.
9. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита светлосерого цвета, идентифицирующегося качественной реакцией магнезита с соляной кислотой.
10. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита при локальном нагреве поверхности изделия до температуры 640-720 °С.
11. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита при локальном нагреве поверхности изделия до температуры 600-900°С и при давлении инструмента на перемещающуюся деталь, например, вращающуюся в токарном станке.
12. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита при воздействии ультразвуковых механических колебаний с частотой 20000 - 30000 Гц.
13. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита посредством закруглённой поверхностью рабочего инструмента, или подпружиненным шариком, или овалом.
14. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита в жидком связующем при соотношении, мас.%:
серпентин с вкраплениями магнетита 0,5-80
связующее остальное
15. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита в жидком связующем, в качестве которого используют:
смазочное масло, например моторное, трансмиссионное или индустриальное, компрессорное, гидравлическое;
нефтяное масло, например жидкую смесь кипящих при tкип 300-600°С углеводородов;
синтетическое масло, например кремнийорганическую жидкость, эфиры фосфорной и адипиновой кислот или полиалкиленгликоль;
пластичную смазку, например, марки Циатим, Литол 24 или "ШРУС";
солидол, "Пресол М", " Буксол";
нефтепродукты, например мазут, бензин, дизельное топливо;
полужидкие смазки, например "СКП М", "Трасол-200-ПШ", "Редусма";
полиэфирные или нитролаки;
жировые и специальные смазки, например парафины или мастики.
16. Композиционное металлическое изделие по п. 1, отличающееся тем, что содержит антифрикционный и упрочняющий металлокерамический поверхностный сервовитный слой, изготовленный из серпентина с вкраплениями магнетита после предварительной антикоррозионной обработки поверхности металлического изделия.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014119809/11U RU146778U1 (ru) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Композиционное металлическое изделие с антифрикционным и упрочняющим металлокерамическим поверхностным сервовитным слоем |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014119809/11U RU146778U1 (ru) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Композиционное металлическое изделие с антифрикционным и упрочняющим металлокерамическим поверхностным сервовитным слоем |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU146778U1 true RU146778U1 (ru) | 2014-10-20 |
Family
ID=53383949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014119809/11U RU146778U1 (ru) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Композиционное металлическое изделие с антифрикционным и упрочняющим металлокерамическим поверхностным сервовитным слоем |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU146778U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592651C1 (ru) * | 2015-01-23 | 2016-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ упрочнения поверхности стального колеса железнодорожного транспорта |
-
2014
- 2014-05-19 RU RU2014119809/11U patent/RU146778U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592651C1 (ru) * | 2015-01-23 | 2016-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ упрочнения поверхности стального колеса железнодорожного транспорта |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rahmati et al. | Morphology of surface generated by end milling AL6061-T6 using molybdenum disulfide (MoS2) nanolubrication in end milling machining | |
| Sayuti et al. | Investigation on the morphology of the machined surface in end milling of aerospace AL6061-T6 for novel uses of SiO2 nanolubrication system | |
| US10151008B2 (en) | Localized hardening of metallic surfaces | |
| Srivyas et al. | Synergetic effect of surface texturing and graphene nanoplatelets on the tribological properties of hybrid self-lubricating composite | |
| Akincioğlu et al. | Evaluation of the tribological performance of the green hBN nanofluid on the friction characteristics of AISI 316L stainless steel | |
| Pal et al. | Tribological characteristics and drilling performance of nano-MoS2-enhanced vegetable oil-based cutting fluid using eco-friendly MQL technique in drilling of AISI 321 stainless steel | |
| CN110129118B (zh) | Elid磨削铝基复合材料专用磨削液及其制备方法 | |
| RU2057257C1 (ru) | Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях | |
| Adetunla et al. | The advances of tribology in materials and energy conservation and engineering innovation | |
| Abere | Improved performance of bio-lubricant by nanoparticles additives | |
| Red'Kin | Lubricants with ultradisperse diamond–graphite powder | |
| Mariani | Selection and application of solid lubricants as friction modifiers | |
| Scott | Treatise on Materials Science and Technology, vol. 13 | |
| RU2415176C2 (ru) | Нанотехнологическая антифрикционная порошковая композиция (варианты), нанотехнологическая смазочная композиция и способ нанотехнологической смазки | |
| Ren et al. | Probing fretting wear behavior of gauge-changeable spline axle under rotational bending loads | |
| EP1315847B1 (en) | Compound for metal modification and metal surface restoration | |
| RU146778U1 (ru) | Композиционное металлическое изделие с антифрикционным и упрочняющим металлокерамическим поверхностным сервовитным слоем | |
| CN101070505B (zh) | 一种抗磨修复剂及其制备方法和应用 | |
| US8906834B2 (en) | Metal treatment composition and method of treating rubbing surfaces | |
| Kumar et al. | Influence of Nano-Lubrication On Tribological Behavior of AZ91 Magnesium Alloy Under Fretting Condition. | |
| Duradji et al. | Tribological studies of antiwear antifriction composition and its application | |
| CN101793291B (zh) | 烧结含油轴承 | |
| WO2007139442A1 (fr) | Concentré de rodage et de finition à charges minérales modifiantes | |
| Sevidova et al. | An impact of solid lubrication on the diamond grinding characteristics of difficult-to-machine materials | |
| CN1297065A (zh) | 摩擦部件的摩擦表面的处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160520 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20170518 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180520 |