Способ получения порошкового антифрикционного материала на основе меди

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО АНТИФРИКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ МЕДИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Дьячкова Лариса Николаевна Лецко Ирина Николаевна Сериков Юрий Викторович Борисов Евгений Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ получения порошкового антифрикционного материала на основе меди, включающий приготовление шихты смешиванием порошков меди, олова, оксида алюминия и никельсодержащего соединения, формование из шихты прессованием заготовки и ее спекание в защитно-восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что в качестве никельсодержащего соединения используют оксид никеля, перед приготовлением шихты обрабатывают в аттриторе до дисперсности 0,5-2,5 мкм смесь порошка меди, взятого в количестве 5 от его общей массы, и порошков оксида алюминия и оксида никеля, взятых в массовом соотношении (955)-(8020), прессование заготовки ведут до плотности 92 , а спекание осуществляют в атмосфере эндогаза при 750-800 С, причем компоненты при приготовлении шихты берут в следующем соотношении, мас.олово 5-10 смесь оксидов алюминия и никеля 1-5 медь остальное. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к антифрикционным порошковым материалам на основе меди. Известны способы получения антифрикционных материалов на основе меди, содержащих 6-12 олова 1, стр. 230. Однако такие антифрикционные материалы имеют невысокую износостойкость. Имеются сведения о введении твердых добавок для повышения износостойкости порошковых материалов, например графита в количестве 1-251, стр. 231. Однако добавки графита приводят к снижению прочности, пластичности материала и повышению его пористости 1, стр. 232. Известно также введение в порошковые материалы на основе меди омедненного графита в количестве 16-17 и гранул омедненного полимера в количестве 7-92. Однако этот материал также обладает невысокой прочностью, пластичностью и износостойкостью. 11527 1 2009.02.28 Известен также способ получения антифрикционного материала введением в медь добавок 10-15 углерода, 4-8 нитрида кремния, 3-5 оксида алюминия, 2-3 бериллия 3. Однако материал имеет очень низкую прочность и повышенный коэффициент трения. Известен способ изготовления материала на основе меди с 2 оксида алюминия,включающий обработку 9-90 медного порошка и оксида алюминия в аттриторе, отсев фракции 10-100 мкм и приготовление шихты, формование заготовки и ее спекание 4. В качестве прототипа выбран способ получения порошкового антифрикционного материала на основе меди, включающий приготовление шихты смешиванием порошков меди,олова, оксида алюминия и никельсодержащего соединения, формование из шихты прессованием заготовки и ее спекание в защитно-восстановительной атмосфере 5. Однако оксид алюминия, не связанный когерентно с медной основой, в процессе изнашивания выпадает из матрицы, снижая тем самым износостойкость материала и повышая износ сопряженной детали. Кроме того, при использовании исходного порошка оксида алюминия, имеющего фракции 10-100 мкм, включения неравномерно распределены в медной матрице, в результате материал обладает невысокими триботехническими свойствами и прочностью. Задача - повышение триботехнических свойств антифрикционного материала на основе меди с одновременным повышением его прочности, а также снижение износа сопрягаемой детали. Поставленная задача решается тем, что в способе получения порошкового антифрикционного материала на основе меди, включающем приготовление шихты смешиванием порошков меди, олова, оксида алюминия и никельсодержащего соединения, формование из шихты прессованием заготовки и ее спекание в защитно-восстановительной атмосфере,в качестве никельсодержащего соединения используют оксид никеля, перед приготовлением шихты обрабатывают в аттриторе до дисперсности 0,5-2,5 мкм смесь порошка меди,взятого в количестве 5 от его общей массы, и порошков оксида алюминия и оксида никеля, взятых в массовом соотношении (955)-(8020), прессование заготовки ведут до плотности 92 , а спекание осуществляют в атмосфере эндогаза при 750-800 С, причем компоненты при приготовлении шихты берут в следующем соотношении, мас.олово 5-10 смесь оксидов алюминия и никеля 1-5 медь остальное. Экспериментально установлено, что введение в порошковый антифрикционный материал на основе меди порошковой смеси оксидов алюминия и никеля позволяет существенно повысить его износостойкость и прочность, снизить коэффициент трения и уменьшить износ сопрягаемой детали. Повышение свойств порошкового антифрикционного материала на основе меди при введении ультрадисперсного порошка смеси оксидов обусловлено аддитивным влиянием оксидов. Оксид алюминия не растворяется в медной матрице, когерентно с ней не связан,поэтому при работе выкрашивается. Оксид никеля взаимодействует с оксидом алюминия,образуя эвтектику, а также взаимодействует с медной основой, благодаря этому образуется когерентная связь оксида алюминия с медной матрицей. Кроме того, оксид никеля, взаимодействуя с медью, образует сложные оксиды, способные тормозить субструктурные дефекты(вакансии, дислокации и др.), упрочняя зерно, и соответственно повышает ее прочность. Соотношение оксидов алюминия и никеля (955)-(8020) обусловлено воздействием оксидов на прочностные и триботехнические свойства. Содержание оксида никеля в смеси менее 5 практически не оказывает влияния на триботехнические и прочностные свойства материала, а более 20 вследствие ее меньшей твердости по сравнению с оксидом алюминия приводит к снижению износостойкости материала. Введение порошка смеси оксидов в количестве менее 1,0 мас.вызывает очень незначительное изменение свойств порошкового медно-оловянного материала, а более 5 мас.приводит к снижению его прочности. 2 11527 1 2009.02.28 Получение порошка смеси 5 меди и оксидов размером менее 0,5 мкм весьма затруднено, так как требуется очень длительный процесс размола, применение порошков размером более 2,5 мкм нецелесообразно вследствие уменьшения эффекта повышения свойств. Применение при размоле менее 5 меди не обеспечивает при последующем смешивании шихты равномерного распределения оксидов в медной матрице, более 5 меди нецелесообразно вследствие значительного увеличения времени размола для получения необходимой дисперсности порошка. Прессование заготовок с плотностью 92 и спекание в атмосфере эндогаза при 750800 С является оптимальным. Сущность предлагаемого изобретения поясняется в примерах. Примеры 1-13 Исходные порошки в количестве (мас. ) 7 олова, 0,5 1,0 3,0 5,0 6,5 порошковой смеси оксидов алюминия и никеля дисперсностью 0,2 0,5 1,5 2,5 3,0 мкм при соотношении оксид алюминияоксид никеля 982 955 9010 8515 7030, медь - остальное - смешивали в лопастном смесителе в течение 0,5 ч, при этом оксиды и 5 меди обрабатывали предварительно в аттриторе. Полученные шихты прессовали до плотности 92 и спекали в защитно-восстановительной атмосфере эндогаза при температуре 750-800 С. Триботехнические свойства (коэффициент трения, предельно допустимая удельная нагрузка, износ материала и износ контртела), определяемые на машине трения МТ-2, и предел упругости при сжатии приведены в таблице. По способу-прототипу исходные порошки в количестве (мас. ) 7,0 олова, 2 оксида алюминия, 50 меди - обрабатывали в аттриторе до дисперсности 10 мкм, затем смешивали с оставшейся медью в лопастном смесителе в течение 0,5 ч. Смешанную шихту прессовали до плотности 92 и спекали в защитно-восстановительной атмосфере эндогаза при температуре 850-870 С. Свойства полученного материала приведены в таблице. Предельно Предел Содер- Дисперс- СоотношеКоэф- Износ Износ допустимая упругожание ность ние оксид фицимате- контрудельная сти при смеси оксидов, алюминияент риала,тела,нагрузка,сжатии,оксидов мкм оксид никеля трения мкм/км мкм/км кг/см 2 МПа 11527 1 2009.02.28 Таким образом, предлагаемый способ получения порошковых антифрикционных материалов на основе меди обеспечивает высокие триботехнические и прочностные свойства коэффициент трения - 0,022, предельно допустимая удельная нагрузка - 74-76 кг/см 2,износ материала - 0,09 мкм/км, предел упругости при сжатии - 2200 МПа - и обеспечивает невысокий износ сопрягаемого тела - 0,07 мкм/км - по сравнению с известным материалом,обладающим свойствами коэффициент трения - 0,08, предельно допустимая удельная нагрузка - 35 кг/см 2, износ материала - 0,67 мкм/км, предел упругости при сжатии - 940 МПа,и обеспечивающим износ сопрягаемого тела - 0,59 мкм/км. Источники информации 1. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев Наукова думка, 1980. 2.960148, МПК 22 1/02, С 22 С 9/00, 1996. 3.4902661, МПК В 23 35/30, С 22 С 9/01, 1993. 4.2058219, МПК 22 1/00, 3/16, 1994. 5.6844085 В 2, 2005 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4