СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО МЕТАЛЛОФТОРОПЛАСТОВОГО МАТЕРИАЛА

Название	СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО МЕТАЛЛОФТОРОПЛАСТОВОГО МАТЕРИАЛА
Разработчик (Авторы)	Бузник Вячеслав Михайлович, Корнопольцев Василий Николаевич, Корнопольцев Николай Васильевич, Могнонов Дмитрий Маркович, Рогов Виталий Евдокимович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2277997
Дата регистрации	20.06.2006
Правообладатель	Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН), Институт катализа Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН)
Область применения (класс МПК)	B22F 7/04 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области получения антифрикционных самосмазывающихся материалов и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной, химической и других областях техники в узлах сухого трения.

Известен способ (Патенты РФ №1415572, B 22 F 7/04, 10.01.96; №1418999, B 22 F 7/04, 10.01.96) получения металлофторопластового материала, который включает предварительную обработку стального листа с двух сторон диффузионным бронзированием из насыщающей смеси, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки в защитной атмосфере, заполнение пор припеченной сетки вкатыванием на вальцах пасты на основе водной суспензии фторопласта-4Д (Ф-4Д) с наполнителем, спекание Ф-4Д в защитной атмосфере. Недостатком этого метода является использование защитных атмосфер, неравномерность бронзового слоя после диффузионного бронзирования и нетехнологичность нанесения бронзового покрытия, накопление большого количества отходов насыщающей смеси; использование водной суспензии Ф-4Д, что приводит к повышенной пористости в полимерном слое.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения биметаллического металлофторопластового материала (РФ №2212307, B 22 F 7/04, 20.09.03), в котором предварительная обработка стальной основы осуществляется диффузионным бронзированием из обмазок в герметичном контейнере. Припекание бронзолатунной сетки осуществляется кассетным способом в герметичном контейнере. Заполнение пор припеченной сетки осуществляется впрессовыванием композиционной неориентированной фторопластовой пленки, содержащей 80 мас.% фторопласта-4 (Ф-4) и 20 мас.% сульфата свинца, повторное спекание Ф-4 в кассете под слоем древесного угля.

Прототипу присущи следующие недостатки - неравномерность бронзового покрытия и коробления стальных листов при бронзировании, наличие отходов диффузионной обмазки; окисление незащищенных полимером металлических поверхностей многослойного материала при повторном спекании фторопластовой композиции, невысокая износостойкость, трудоемкость подготовки неориентированной фторопластовой пленки.

Изобретение решает задачу упрощения технологического процесса и повышения триботехнических свойств материала за счет введения оптимального количества свинцовистого наполнителя и его диспергирования во фторопластовой матрице, безотходность технологического процесса.

Способ включает предварительное бронзирование стального листа с одной стороны, припекание к нему пористого слоя в виде бронзолатунной сетки, заполнение пор припеченной сетки впрессовыванием шихты, содержащей порошковый фторопласт-4 (Ф-4) и порошковый свинец, спекание Ф-4 в воздушной атмосфере под избыточным давлением.

Технический результат изобретения - упрощение технологического процесса за счет использования порошковой бронзы для бронзирования и порошковых Ф-4 и свинца для заполнения пор бронзового слоя, и спекания Ф-4 в кассете на воздухе, повышение триботехнических свойств материала за счет введения оптимального количества свинцовистого наполнителя и его диспергирования во фторопластовой матрице.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе получения комбинированного металлофторопластового материала, включающем предварительное бронзирование пластины из низкоуглеродистой стали, припекание бронзолатунной сетки в герметичном контейнере, заполнение пор припеченной сетки фторопластовой композицией и ее спекание при температуре 370-380°С, порошок бронзы для бронзирования пластин получают путем нагрева смеси порошка меди и олова, взятых в процентном соотношении 90:10, до температуры 550-600°С в герметичном контейнере в угольной засыпке, предварительное бронзирование пластин из низкоуглеродистой стали осуществляют припеканием и оплавлением полученного порошка бронзы при температуре 890-900°С, припекание бронзолатунной сетки осуществляют при температуре 840-850°С, заполнение пор сетки осуществляют впрессовыванием при давлении 45-50 МПа порошковой шихты, содержащей фторопласт-4 и свинец при следующем соотношении, мас.%:

затем производят алюминирование незащищенной фторопластовой композицией поверхности пластины путем нанесения слоя алюминиевой пудры через слой фосфорной кислоты, а спекание осуществляют на воздухе под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4.

Способ получения комбинированного металлофторопластового материала может быть реализован следующим образом. Бронзирование стальных пластин осуществляют припеканием порошка бронзы в кассете в герметичном контейнере, припекание бронзолатунной сетки в кассете в герметичном контейнере, ячейки припеченной сетки заполняют впрессовыванием порошковой шихты на основе Ф-4 со свинцом, незащищенную стальную поверхность обрабатывают алюминированием и спекают Ф-4 в воздушной атмосфере в кассете под избыточным давлением.

В качестве основы используется листовая низкоуглеродистая сталь, нарезанная по заданному размеру. Бронзирование листов основы осуществляют припеканием порошковой бронзы. Стальную пластину обрабатывают с одной стороны фосфорной кислотой. На нее наносят бронзовый порошок и выдерживают при комнатной температуре в течение 2-3 ч.

Порошок бронзы получают следующим образом: смешивают порошки меди и олова в процентном соотношении 90:10, смесь засыпают в кювету с крышкой. Кювету помещают в контейнер и засыпают древесным углем толщиной 40-50 мм. Контейнер закрывают двумя стальными крышками. На первой наводят затвор из асбеста, на второй - затвор из борного ангидрида. Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 550-600°С, и выдерживают 2,5-3 ч на каждые 100 мм толщины контейнера. Контейнер охлаждают на воздухе до комнатной температуры, после чего вскрывают, извлекают кювету с порошком, порошок просеивают через сито.

На стальную пластину порошок бронзы насыпают, излишек удаляют встряхиванием.

Стальные листы с нанесенным слоем порошка бронзы собирают в пакет с прокладками из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Сверху и снизу пакета помещают ограничивающие пластины с высоким коэффициентом линейного расширения (стальные пластины в сочетании с медными, толщиной 5-10 мм). Пакет зажимают в специальные квадратные рамки при помощи клиньев.

Полученную кассету помещают в контейнер, свободное пространство которого засыпают древесным углем. Толщина слоя на дне контейнера 15-20 мм, высота засыпки 30-40 мм. В качестве активатора используют хлористый аммоний, добавляемый на дно контейнера в количестве 1-2% от массы древесного угля. Контейнер закрывают двумя стальными крышками. На первой наводят затвор из асбеста, на второй из легкоплавкого стекла.

Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 890-900°С, и выдерживают 3,5-4 ч на каждые 100 мм толщины контейнера. Контейнер охлаждают на воздухе до комнатной температуры, после чего вскрывают, извлекают и разбирают кассету.

По размеру стальных пластин нарезают бронзолатунную сетку. Набирают пакет следующим образом: на лист нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 0,3-0,5 мм кладут бронзолатунную сетку. На сетку кладут стальную пластину, бронзированной стороной к сетке. Затем кладут прокладку из нержавеющей стали, бронзолатунную сетку, стальную пластину и т.д. Набранный пакет зажимают в квадратные рамки с ограничивающими стальными пластинами толщиной 5-10 мм при помощи клиньев. Полученную кассету помещают в контейнер по аналогии с операцией бронзирования.

Контейнер помещают в муфельную печь, разогретую до температуры 840-850°С, и выдерживают 3,5-4 ч на каждые 100 мм толщины контейнера. Контейнер охлаждают на воздухе до комнатной температуры, после чего вскрывают, извлекают и разбирают кассету.

В высокоскоростном лопастном смесителе смешивают 30-40 мас.% порошкового Ф-4 и 60-70 мас.% порошкового свинца. Полученную шихту просеивают через сито. В специальную пресс-форму насыпается и разравнивается расчетный слой приготовленной шихты, на него кладут стальную пластину припеченной сеткой к шихте и прессуют при давлении 45-50 МПа, выдерживают под этим давлением в течение 10-15 сек. Пластину извлекают из пресс-формы.

Свободную сторону стальной основы смачивают фосфорной кислотой и натирают алюминиевой пудрой.

Из приготовленных пластин набирают пакет с прокладками из алюминиевой фольги. В качестве ограничивающих пластин используют стальные пластины с толщиной 5-10 мм. Пакет зажимают в квадратные рамки с помощью клиньев. Приготовленную кассету помещают в печь для спекания фторопласта, нагревают со скоростью 100-120 градусов в час до температуры 370-380°С и выдерживают при этой температуре в течение 3,5-4 ч в воздушной атмосфере на каждые 100 мм кассеты.

При спекании Ф-4 расплавленные частицы свинца диспергируются полимерной матрицей, образуя свинцовоокисный каркас. Фторопластовая матрица уплотняется, макромолекулы ориентируются, что обеспечивает высокие физико-механические и триботехнические свойства материалу.

Охлаждение кассеты ведут вместе с печью, после чего кассету извлекают из печи и разбирают.

По износостойкости материал, полученный по предлагаемому способу, превосходит аналог в 5-6 раз, имеет более низкий коэффициент трения и может обеспечить длительную работу узлов сухого трения. При pv=1 МПа·1 м/с износостойкость материала при трении по закаленной стали 45 в сухую составляет 0,2 мкм/ч.

Формула изобретения

Способ получения комбинированного металлофторопластового материала, включающий предварительное бронзирование пластины из низкоуглеродистой стали, припекание бронзолатунной сетки в герметичном контейнере, заполнение пор припеченной сетки фторопластовой композицией и ее спекание при температуре 370-380°С, отличающийся тем, что порошок бронзы для бронзирования пластин получают путем нагрева смеси порошка меди и олова, взятых в процентном соотношении 90:10, до температуры 550-600°С в герметичном контейнере в угольной засыпке, предварительное бронзирование пластин из низкоуглеродистой стали осуществляют припеканием и оплавлением полученного порошка бронзы при температуре 890-900°С, припекание бронзолатунной сетки осуществляют при температуре 840-850°С, заполнение пор сетки осуществляют впрессовыванием при давлении 45-50 МПа порошковой шихты, содержащей фторопласт-4 и свинец при следующем соотношении, мас.%:

затем производят алюминирование незащищенной фторопластовой композицией поверхности пластины путем нанесения слоя алюминиевой пудры через слой фосфорной кислоты, а спекание осуществляют на воздухе под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4.

Изобретение "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО МЕТАЛЛОФТОРОПЛАСТОВОГО МАТЕРИАЛА" (Бузник Вячеслав Михайлович, Корнопольцев Василий Николаевич, Корнопольцев Николай Васильевич, Могнонов Дмитрий Маркович, Рогов Виталий Евдокимович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога