RU2699609C1 - Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона на стальную подложку - Google Patents
Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона на стальную подложку Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699609C1 RU2699609C1 RU2018106539A RU2018106539A RU2699609C1 RU 2699609 C1 RU2699609 C1 RU 2699609C1 RU 2018106539 A RU2018106539 A RU 2018106539A RU 2018106539 A RU2018106539 A RU 2018106539A RU 2699609 C1 RU2699609 C1 RU 2699609C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- peek
- nickel alloy
- sublayer
- bearings
- grained
- Prior art date
Links
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 8
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 14
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920004695 VICTREX™ PEEK Polymers 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- -1 dichlorodiphenyl ketone Chemical class 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N sulfonyldimethane Chemical compound CS(C)(=O)=O HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- VPWNQTHUCYMVMZ-UHFFFAOYSA-N 4,4'-sulfonyldiphenol Chemical class C1=CC(O)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(O)C=C1 VPWNQTHUCYMVMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 229920006126 semicrystalline polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L71/08—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives
- C08L71/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/027—Graded interfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/223—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating specially adapted for coating particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3435—Applying energy to the substrate during sputtering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления антифрикционных материалов, которые могут быть использованы в любых отраслях промышленности для изготовления антифрикционных деталей, таких как подшипники скольжения, подпятники и т.п. Способ включает нанесение на стальную подложку антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК). Причем сначала на подготовленную подложку методом электродугового напыления наносят подслой из медно-никелевого сплава или бронзо-никелевого сплава. Указанный подслой состоит из последовательно нанесенных слоев мелкозернистой, среднезернистой и крупнозернистой фракции. Далее на разогретую поверхность с нанесенным указанным подслоем наносят покрытие из ПЭЭК методом горячего прессования с дальнейшим охлаждением и механической обработкой полученного материала. Изобретение обеспечивает изделия из полученного материала, например подшипники, с пониженной до 8% потерей мощности и до 30% потерей мощности на трение за счет 8-кратного снижения коэффициента трения при повышении допускаемой нагрузки до 10 МПа с возможностью уменьшения габаритов подшипника и устранения риска его электрической эрозии. Кроме того, предложенный способ более экономичен по сравнению с известными способами наплавления ввиду устранения необходимости труднодоступных пресс-форм под каждый вид детали. 1 табл., 2 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к способу изготовления антифрикционных материалов на основе полиэфирэфиркетона (далее ПЭЭК) для использования в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях, в частности для изготовления деталей, использование которых сопряжено с фрикционным износом, таких как например подшипники скольжения.
Уровень техники
В качестве основного материала подшипников скольжения в настоящее время используются баббиты. Баббитами называются мягкие антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе.
Применение баббита Б83 в опорных подшипниках имеет ряд преимуществ. Например, низкий коэффициент трения, высокая теплопроводность, ремонтопригодность, высокая адгезия к стальным и чугунным поверхностям, корозионностойкость, относительно низкий коэффициент линейного расширения, рабоспособность при ударных нагрузках. Однако применение баббита имеет значительные отрицательные стороны - высокая стоимость баббита, сложность монтажа, значительное снижение твердости при температуре свыше 115°С. По механической прочности баббит значительно уступает бронзе и чугуну, поэтому применяется только для покрытия рабочей поверхности опоры скольжения тонким слоем, предохраняющим от заедания и повышенного износа при пусках и остановах.
В мировой практике для подшипников скольжения так же применяют ПЭЭК. Daido Metal Company, Waukesha Bearings Corporation применяют ПЭЭК VICTREX® PEEK™ для изготовления подшипников, работающих с большими нагрузками на высоких скоростях вращения.
Daido Metal Company применяет следующий метод изготовления поверхностей подшипников с VICTREX PEEK. Тонкий слой пористой бронзы спекают на поверхности стального толстого листа, а затем полученную пористую губчатую бронзу покрывают дисперсиями Vicote 800 серии и порошками Vicote 700 серии VICTREX PEEK. Таким образом, готовое изделие состоит из стальной подложки необходимых размеров и формы, промежуточного слоя бронзы и скользящей поверхности VICTREX PEEK. Исследования Daido Metal Company показали, что реальный срок службы подшипников с ПЭЭК увеличился в два раза, по сравнению с подшипниками на основе металлов.
Waukesha Bearings Corporation применяет другой метод, перед нанесением антифрикционного слоя полимерного материала, на стальную подложку наносится методом плазменного напыления бронзо-никелевого или бронзо-алюминиего сплава.
Компания Michell Bearings подслой для полимерного материала изготавливает из деформированной медной сетки, залитой белым легко расплавляющимся материалом. Толщина подслоя до 7 мм.
Из патента RU 2463321, дата публикации 10.10.2012, известно решение, которое относится к антифрикционным композитным материалам на основе термопластичных полимеров и может использоваться при изготовлении высоконапряженных узлов трения, в частности элементов уплотнений шаровой судовой запорной арматуры. Материал состоит из ароматического частично-кристаллического линейного полимера ПЭЭК 450PF с армирующим наполнителем из измельченного волокна углеродной ткани Урал Т-22.
На основании анализа существующих мировых технологий изготовления антифрикционных изделий, в частности вкладышей подшипников скольжения, изучения условий их работы, мы предлагаем не только полностью заменить баббит на более инновационный материал на основе ПЭЭК, но также изменить по сравнению с мировыми аналогами метод нанесения антифрикционного слоя на поверхность подшипников с использованием полиэфирэфиркетона (РЕЕК)
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа нанесения антифрикционного покрытия на стальную подложку, который позволяет получать антифрикционные покрытия с улучшенными физико-механическими свойствами.
Техническим результатом является получение антифрикционного покрытия на стальной подложке с улучшенными физико-механическими свойствами, таких как адгезия слоев друг к другу, обладающее соответственно большей продолжительностью работы и долговечностью.
Предлагаемый способ изготовления антифрикционного слоя заключается в следующем:
Способ нанесения антифрикционного материала на основе ПЭЭК на стальную подложку заключается в том, что сначала на подготовленную стальную подложку методом электродугового напыления наносят подслой из медно-никелевого сплава или бронзо-никелевого сплава. При этом подслой из медно-никелевого сплава (бронзо-никелевого сплава) состоит из последовательно нанесенных слоев мелкозернистой, среднезернистой и крупнозернистой фракции, затем на предварительно разогретую поверхность с нанесенным медно-никелевым сплавом (бронзо-никелевым сплавом) наносят методом горячего прессования покрытие из ПЭЭК с дальнейшим охлаждением и шлифованием полученного покрытия.
Под подготовкой стальной поверхности понимают стандартные операции, известные специалистам, которые проводят перед нанесением покрытий на металлические основания, такие как обезжиривание (с использованием растворителя), дробеструйная обработка поверхности, термическая обработка поверхности и т.п.
Перед нанесением антифрикционного полимерного слоя ПЭЭК и после предварительной обработки поверхности стали, на стальную подложку наносится методом электродугового напыления медно-никелевого сплава (бронзо-никелевого сплава).
Медно-никелевый сплав или бронзо-никелевый сплав для изготовления промежуточного подслоя, выбран из следующих соображений, известно, что никель, обладая высокой температурой плавления, повышает температурный интервал кристаллизации бронзы (меди). Образуя многочисленные центры кристаллизации, никель способствует образованию мелкозернистой структуры бронзы (меди) и снижению коэффициента ликвидации свинца, вследствие чего повышаются антифрикционные свойства бронзы (меди).
Сущность электродугового напыления состоит в расплавлении материала металлических проволок электрической дугой, зажженной между ними, продувании через электрическую дугу струи сжатого газа, сдувании расплавленного металла и переносе его в виде частиц на восстанавливаемую поверхность. (Описание электродугового напыления http://www.ngpedia.ru/id178240p1.html). Это обеспечивает более прочную адгезию стальной подложки с материалом ПЭЭК по сравнению с другими методами нанесения металлических покрытий, а также интенсифицирует отвод тепла из зоны трения, способствует более высоким демпферным показателям получаемых изделий.
Метод плазменного напыления, который используется в зарубежных аналогах, по сравнению с нашим предложением получается более дорогостоящий, зерно мелкое, толщина слоя 0,05-0,2 мм.
Метод нанесения подслоя электродуговым напылением, предлагаемый нами, позволяет регулируя ток и давление воздуха, получать различную величину зерна (за счет различных по величине капель расплава проволоки распыляемого потоком воздуха). Первые слои с мелкозернистой фракцией 0,05-0,1 мм обеспечивают более прочную адгезию стальной подложки и подслоя. В завершение осуществляют напыление слоев со среднезернистой (0,1-0,25 мм) и крупнозернистой (0,3-0,5 мм) фракцией, что обеспечивает прочную адгезию уже с антифрикционным слоем ПЭКК. Толщина 3-х слоев может составлять до 0,6 мм.
Далее на полученный подслой наносят слой ПЭЭК.
Полиэфирэфиркетоны имеют следующую структурную формулу:
Одним из основных методов получения полиэфирэфиркетонов является поликонденсация гидрохинона (или бисфенолов) с дифтордифенилкетоном (или дихлордифенилкетоном) в присутствии щелочи по схеме:
Реакция проводится в атмосфере инертного газа в среде высококипящих полярных органических растворителей (ДМСО, сульфолан, диметилсульфон и др.). В качестве катализатора используются безводные щелочи, а также карбонаты и др. соли щелочных металлов.
Полиэфирэфиркетон - высокотемпературный полукристаллический полимер с выдающейся комбинацией механических, химических, электротехнических и других эксплуатационных характеристик, сохраняющихся при рабочих температурах до 310°С. ПЭЭК обладает уникальными свойствами, позволяющими использовать его в механизмах и изделиях с повышенными техническими требованиями:
- Высокая теплопроводность
- Низкий коэффициент трения
- Низкая проницаемость
- Хорошее удельное сопротивление
- Очень высокая твердость
- Отличная износостойкость
- Хорошая стабильность размеров при низких температурах
- Низкое истирание, аналогичное истиранию поверхности мягких металлов (например, алюминия).
Наш метод относится к технологии нанесения полиарилэфиркетоновых полимеров PEEK и использования его для изготовления антифрикционного слоя различных изделий, например подшипников скольжения. Известны много способов нанесения ПЭЭК на поверхности тех или иных изделий. Это водная дисперсия, прессование в формах, литье под давлением и т.д. Предложенный способ, включающий в себя подготовительный процесс и процесс фиксации полимера на несущие поверхности подшипников скольжения путем горячего прессования.
К подготовительному процессу относятся изготовление пластин (листов) полимера толщиной 2-4 мм при помощи литья под давлением на термопласте. Из полученных пластин раскраиваются по форме рабочей поверхности заготовки. Далее методом горячего прессования наносят ПЭЭК, охлаждают покрытие и шлифуют.
Для горячего прессования предварительно подготовленную деталь с нанесенным бронзо-никелевым подслоем нагревают в электропечи, ТВЧ или на поворотном столе.
Осуществление изобретения.
Вводная часть. Общие параметры нанесения ПЭЭК на рабочую поверхность подшипника скольжения.
Перед нанесением антифрикционного полимерного слоя ПЭЭК и после предварительной обработки поверхности стали, на стальную подложку наносится методом электродугового напыления медно-никелевый сплав (бронзо-никелевый сплав), состоящий из последовательно нанесенных слоев различной фракции.
Параметры нанесения слоя подслоя:
Диаметр проволоки - 2 мм,
Источник питания - Дуга 338 ИП
Далее на полученный подслой наносят слой ПЭЭК, для чего изготавливается подложка (матрица), для установки на стол пресса, по форме профиля установочных поверхностей корпуса (сегмента) подшипника. Изготавливается и устанавливается пуансон по форме несущих поверхностей подшипников скольжения. Путем экспериментальных проб, достигнуто оптимальное соотношение температуры, давления и времени удерживания заготовки полимера на поверхности подшипника для получения 100% фиксации.
Предварительно подготовленную деталь с нанесенным медно-никелевым (бронзо-никелевым) подслоем нагревают в муфельной печи или на поворотном столе до температуры 420°С.
Конструкция поворотного стола была разработана нашей компанией. Стол представляет собой конструкцию из стальной плиты с отверстиями, в которые помещены патроны нагревательные. Такая конструкция стола позволяет разогреть и поддерживать температуру 420°С технологического процесса нанесения полимерного материала.
При нагреве детали в муфельной печи ее устанавливают на поворотный стол и разворачивают под пресс.
После чего на рабочую часть детали накладывают выкройку полимера ПЭЭК. Заготовка для выкройки выдавливается на термопласте в виде листов, из которых возможно вырезать антифрикционное покрытие необходимой величины. ПЭЭК придавливают пуансоном с усилием и удерживают в течение определенного времени. Давление пресса и продолжительность процесса прессования зависит от массогабаритных размеров детали. Далее поворачивают стол от пресса и снимают деталь для охлаждения, которое также зависит от массогабаритных размеров детали (вода или естественное воздушное охлаждение).
Охлажденные детали подвергаются дальнейшей механической обработке.
Пример №1
Изготовление упорных подшипников с качающимися сегментами не больших габаритов. (Площадь покрытия антифрикционным слоем менее 600 мм2).
Элементы с нанесенным медно-никелевым подслоем (так как указано в водной части) выкладывают на поворотный стол и нагреваются до температуры 420°С. На деталь выкладывают ПЭЭК, вырезанный по величине сегмента. Выдерживают в течении 2-х минут. Поворачивают стол под пресс и прессуют под давлением 2000 Кг. В течение 10-12 секунд. Поворачивают стол от пресса и снимают сегменты для охлаждения, помещают их в водную среду до полного охлаждения. (20-25°С) после чего обрабатывают на шлифовальном станке, предварительно, притиркой, обеспечивают равномерность полимерного слоя по высоте. Высота самих сегментов обеспечивается дальнейшей механической обработкой.
Пример 2
Изготовление опорно-упорного подшипника с качающимися сегментами средних габаритов (Площадь покрытия антифрикционным слоем от 600 мм2 до 10000 мм2).
В разогретую муфельную печь выкладывают сегменты, выдерживают час при температуре 420°С. После чего устанавливают сегмент на поворотный стол в пресс-форму предварительно прогретую до 420°С. Выкладывают на рабочую поверхность сегмента ПЭЭК, вырезанный по величине этой поверхности. Далее поворачивают стол под пресс и опуская пуансон прессуют под давлением 4000 кг, с выдержкой 1,5 мин. Поворачивают стол от пресса и снимают сегменты для охлаждения, помещают их в водную среду до полного охлаждения (20-25°С). После чего:
- Упорные сегменты обрабатывают на шлифовальном станке, предварительно, притиркой, обеспечивают равномерность полимерного слоя по высоте.
- Опорные сегменты после охлаждения устанавливают в специальной оснастке на токарный станок, где обеспечивают проточкой равномерность полимерного слоя по высоте.
Данная технология распространяется на вкладыши (подшипники) цилиндрической формы состоящие с двух половинок.
Выводы
1. Предлагаемый метод является более экономичным по сравнению с зарубежными аналогами за счет применения электродугового нанесения подслоя.
2. Предлагаемый метод дает возможность сделать зернистость подслоя разной фракции, что дает лучшую адгезию как со стальной подложкой, так и с ПЭЭК.
3. Нанесение ПЭЭК путем горячего прессования является более экономичное по сравнению со способом наплавления, так как не требует изготовления дорогостоящих пресс-форм под каждый вид детали.
4. Испытания наших подшипников показали, что качеству не уступает зарубежным аналогам и превосходит в разы отечественные аналоги подшипников с баббитовым антифрикционным слоем.
Преимущество использования предложенного способа нанесения покрытия ПЭЭК над баббитом 83 в подшипниках скольжения.
1. По гидродинамическим свойствам:
- допускает работу подшипников со смазкой низкой вязкости, более тонким смазочным и несущем слоем, что уменьшает жидкостное трение и позволяет уменьшить потери мощности в подшипнике до 8%;
- снижение потерь мощности на трение - до 30% за счет 8 кратного уменьшения коэффициента трения;
- работа в граничных условиях потребления масла при пуске и останове (при масляном голодании) позволяет защитить поверхность вала от механических повреждений: задиров; наклепов; растрескивания и пригорания;
- уменьшение пускового крутящего момента.
2. По химическим свойствам:
- материал устойчив к воздействию большинства химических соединений, включая сероводород и аммиак;
- возможность работы с повышенным содержанием газа в масле (требуется проверка).
3. По физическим свойствам:
- повышенная допускаемая нагрузка на подшипник до 10 МПа (баббита до 3,0 МПа) позволяет уменьшить габарит подшипника;
- рабочая температура подшипников до 250°С, что в 2,5 раза превышает баббитовые
- повышенная допускаемая нагрузка и высокая рабочая температура позволяет уменьшить давление и расход масла через подшипник, увеличить температуру подаваемого масла;
- повышенная износостойкость подшипников над баббитовыми превышает в 2-3 раза;
- пленочное покрытие шеек ротора выделенным модифицированным графитом с материала приводит к отсутствию износа рабочих поверхностей вала ротора и уменьшению его коэффициента трения;
- полимерные материалы обладают способностью запрессовывать в себя инородные включения, попадающие в масляный клин;
- повышенный модуль эластичности дает более высокий предел перегрузок в подшипнике при переходных процессах, перекосах и вибрационных перегрузок;
4. По электрическим свойствам
- Материал является электрическим изолятором, устраняет риск электрической эрозии подшипника и вала ротора нагнетателя от блуждающих токов.
Claims (1)
- Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) на стальную подложку, заключающийся в том, что сначала на подготовленную стальную подложку методом электродугового напыления наносят подслой из медно-никелевого сплава или бронзо-никелевого сплава, при этом подслой из медно-никелевого сплава или бронзо-никелевого сплава состоит из последовательно нанесенных слоев мелкозернистой, среднезернистой и крупнозернистой фракции, затем на предварительно разогретую поверхность с нанесенным медно-никелевым сплавом или бронзо-никелевым сплавом наносят методом горячего прессования покрытие из ПЭЭК с дальнейшим охлаждением и механической обработкой полученного материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106539A RU2699609C1 (ru) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона на стальную подложку |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106539A RU2699609C1 (ru) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона на стальную подложку |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2699609C1 true RU2699609C1 (ru) | 2019-09-06 |
Family
ID=67851854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106539A RU2699609C1 (ru) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона на стальную подложку |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2699609C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007107519A1 (en) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Solvay Advanced Polymers, L.L.C. | New polymer composition |
| US20080070815A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Low friction sliding mechanism |
| RU2463321C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Антифрикционный композитный материал для изготовления элементов уплотнений судовой арматуры |
| US20160258486A1 (en) * | 2012-11-20 | 2016-09-08 | Federal-Mogul Corporation | Highstrength low friction engineered material for bearings and other applications |
| RU2596820C1 (ru) * | 2015-04-22 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) | Смазочная композиция |
-
2018
- 2018-02-21 RU RU2018106539A patent/RU2699609C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007107519A1 (en) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Solvay Advanced Polymers, L.L.C. | New polymer composition |
| US20080070815A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Low friction sliding mechanism |
| RU2463321C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Антифрикционный композитный материал для изготовления элементов уплотнений судовой арматуры |
| US20160258486A1 (en) * | 2012-11-20 | 2016-09-08 | Federal-Mogul Corporation | Highstrength low friction engineered material for bearings and other applications |
| RU2596820C1 (ru) * | 2015-04-22 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) | Смазочная композиция |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6123110B2 (ja) | 変性ポリイミド摩耗層を備える三層複合体自己潤滑性すべり軸受およびその製造方法 | |
| KR101319725B1 (ko) | 미끄럼 베어링 복합 재료, 그 용도 및 그 제조 방법 | |
| EP1754860B1 (en) | Variable stator vane bushing and washers | |
| US20060110246A1 (en) | Variable stator vane bushings and washers | |
| KR101319723B1 (ko) | 슬라이드 베어링 복합 재료, 그 용도 및 그 제조 방법 | |
| CN102575324A (zh) | 滑动轴承、制备方法以及内燃机 | |
| Huang et al. | Fabrication and high temperature tribological properties of WC reinforced W-Cu composites | |
| CN101871058A (zh) | 一种金属基自润滑复合材料及其制备方法 | |
| CN103216530A (zh) | 一种轴瓦 | |
| CN107868926B (zh) | 一种高温润滑防粘抗磨涂层的制备方法 | |
| CN103060799A (zh) | 一种用于提高钛合金表面自润滑耐磨性能的材料及其应用 | |
| CN106756717B (zh) | 一种高强耐磨铜镍锡合金涂层的制备方法 | |
| Cao et al. | Tribological and mechanical behaviors of engine bearing with CuSn10 layer and h-BN/graphite coating prepared by spraying under different temperatures | |
| CN103362954B (zh) | 一种具有磁控溅射自润滑复合镀层的轴瓦及其生产方法 | |
| US10082177B2 (en) | Sliding engine component | |
| WO2009081825A1 (ja) | スラスト軸受用摺動部材 | |
| CN104388749B (zh) | 一种高强减摩耐磨锰铝青铜合金 | |
| RU2699609C1 (ru) | Способ нанесения антифрикционного материала на основе полиэфирэфиркетона на стальную подложку | |
| CN112128222B (zh) | 金属元件表面上的接触层和具有这种接触层的铰链 | |
| CN106011539B (zh) | 一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法 | |
| KR20080077255A (ko) | Ｓｎ 함유 내구성 물질 조성물, 내구성 코팅 제조 방법 및그 용도 | |
| CN104878272A (zh) | 一种镍铝/氧化铜高温自润滑复合材料及其制备方法 | |
| CN101885250A (zh) | 一种自润滑金属材料 | |
| CN108659913B (zh) | 填充固化式耐高温固体润滑轴承及其制备方法 | |
| CN119114938B (zh) | 一种航空发动机用铜基石墨密封材料及其制备方法 |