Способ изготовления фрикционных изделий

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Сыроежко Геннадий Сергеевич Лешок Андрей Валерьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(56)944786, 1982. СЫРОЕЖКО Г.С. и др. Порошковая металлургия в автотракторном машиностроении. Сварка и резка материалов. Материалы, технологии и оборудование для нанесения функциональных защитных покрытий Сборник докладов. - Мн., 2007. - С. 34-38. СЫРОЕЖКО Г.С. и др. Порошковая металлургия достижения и проблемы Сборник материалов докладов международной научно-технической конференции. - Мн., 2005. - С. 131-133. ФЕДОРЧЕНКО И.М. и др. Современные фрикционные материалы. - Киев Наукова думка, 1975. - С. 198-204,244-253, 260-265.1680445 1, 1991.2114719 1, 1998.1444084 1, 1988.(57) Способ изготовления фрикционного изделия, включающий нанесение на стальную основу промежуточного слоя из меди, нанесение на него порошковой фрикционной шихты и припекание, отличающийся тем, что предварительно осуществляют термическую очистку стальной основы в восстановительной среде, содержащей водород, активируют стальную основу водным раствором флюса, содержащим 6 двухлористой меди, 4 хлористого цинка, 9 хлористого аммония, 6 двухлористого олова и 11 соляной кислоты, промежуточный слой наносят толщиной 50-60 мкм путем свободной насыпки мелкодисперсного порошка меди, размер частиц которого составляет менее 40 мкм, используют фрикционную шихту МК-5 с размером частиц 100-120 мкм, а припекание осуществляют при 780-790 С. Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству фрикционных дисков припеканием свободнонасыпанного слоя порошкового материала к стальной основе, применяемых в машиностроении, в тормозных узлах и механизмах. Известен способ изготовления фрикционных изделий припеканием прессовок из порошковых материалов к стальной основе с использованием самофлюсующихся сплавов 1. Недостатками данного способа являются низкая прочность крепления фрикционной 13412 1 2010.08.30 накладки к стальной основе, технологическая сложность, заключающаяся в необходимости прессования заготовок, имеющих невысокую механическую прочность, изготовления приспособления для соосного расположения накладок и основы. Неэкономичность производства объясняется невозможностью механизации и автоматизации производства, наличием большого количества брака из-за низкой прочности прессовок, высокой стоимостью самофлюсующихся сплавов. Известен также способ изготовления фрикционных изделий с нанесением гальваническим путем промежуточного слоя из меди, никеля, олова или их сплавов на стальную основу с последующим припеканием к нему порошкового слоя из фрикционного материала 2. Недостатками данного способа являются низкая прочность крепления фрикционной накладки к стальной основе, сложность и длительность процесса нанесения гальванического покрытия на стальную основу, необходимость наличия больших площадей для гальванического производства, включая очистные сооружения, наличие оборудования для промывки с возможностью утилизации и переработки отходов, приобретение дорогостоящих расходных материалов. В качестве прототипа выбран способ изготовления фрикционных изделий, включающий обработку поверхности стального каркаса активным водным флюсом, его сушку, последующее нанесение слоя смеси порошков меди и олова. Напекание прессованной накладки на обработанную таким образом стальную основу осуществляется при наличии внешнего давления. Реализация процесса осуществляется при высокой температуре (78010 С) и наличии восстановительной атмосферы (водорода) 3. Недостатками данного способа являются низкая производительность процесса из-за отсутствия возможности автоматизации, необходимость использования дорогостоящего порошка олова, высокий процент брака в процессе прессования и сборки. Задача изобретения - повышение прочности соединения порошкового материала с металлической поверхностью, повышение производительности процесса и экологической безопасности. Поставленная техническая задача достигается тем, что перед насыпкой фрикционной шихты на стальную основу ее подвергают термической очистке в среде водорода, активации раствором флюса 6 двухлористой меди, 4 хлористого цинка, 9 хлористого аммония, 6 двухлористой меди, 11 соляной кислоты, методом свободной насыпки наносится подслой 50-60 мкм мелкодисперсного медного порошка менее 40 мкм, затем методом свободной насыпки формуется слой порошкового фрикционного материала на основе меди, осуществляется спекание при температуре 780-790 С в течение 1 часа, затем осуществляется механическое уплотнение пористого фрикционного слоя с целью получения системы маслоотводящих каналов и пазов, окончательное спекание осуществляется в течение 2 часов. Использование промежуточного подслоя из мелкодисперсного порошка позволит увеличить площадь контактирования частиц фрикционной шихты, обладая более высоким капиллярным потенциалом, способствует инфильтрации расплава олова, что способствует ускорению протекания диффузионных процессов на границе со стальной основой, формированию подслоя, способного согласовать материал стальной основы и фрикционной накладки по коэффициентам теплового расширения и выступить в роли пластического релаксатора нескомпенсированных термонапряжений, возникающих в процессе эксплуатации фрикционного диска. В качестве материала промежуточного подслоя используется медь, так как она стоит значительно дешевле олова (более чем в 3 раза), транслирует структуру материала фрикционной накладки, при взаимодействии с оловом формируется оловянистая бронза, которая согласует стальную основу и фрикционную накладку по коэффициентам теплового расширения (для олова-меди-железа соответственно равны 22,410-6 - 16,810-6 - 1410-6 К-1,2 13412 1 2010.08.30 для бронзы 18-2010-6 К-1 в зависимости от состава). Как показали расчеты, при среднем диаметре порошка фрикционной шихты 100-120 мкм размер частиц промежуточного подслоя должен быть не более 40 мкм. Такой порошок легко получается ситовым методом в порошке -040. Максимальная высота промежуточного подслоя должна быть не более 5060 мкм, при этом частица порошка фрикционной накладки проникнет на половину своего диаметра. Экспериментальным путем получено, что прочность сцепления фрикционной накладки и стальной основы увеличивается на 10-15 до 8,2-8,6 МПа. Опытным путем установлено, что формируемый промежуточный подслой представляет собой-фазу оловянистой бронзы с 8-15 олова пористостью 15-20 с характерными для нее физико-механическими свойствами. Закрепление фрикционной накладки на стальной основе с использованием инфильтрируемого расплава олова осуществляется в случае очистки и активации поверхности стальной основы. Опытным путем установлено, что в наилучшем случае процессу очистки от слоя консервационной смазки удовлетворяет термообработка в среде водорода, позволяющая также получить минимально возможное значение допуска плоскостности. Наилучшие результаты по активации стали 65 Г показало использование флюса 6242946211. Пример Согласно предлагаемому способу изготавливали фрикционные диски для трактора Т 150 и К-700. В качестве фрикционной накладки использовался материал МК-5, имеющий следующий химический состав олово - 8-10 , свинец - 8-10 , железо - 3-4 , графит 7-8 , медь - остальное. Стальную основу диска фрикционного нагревают в конвейерной печи СКЗ 6,95 при температуре 400-500 С в течение 40-50 минут, в восстановительной атмосфере (водородазот). Затем на поверхность наносился слой активного водного флюса,который, удаляя слой оксидной пленки, снижает работу выхода электронов с 0,8-1,2 мэВ до 0,1-0,2 мэВ. На активированную таким образом поверхность наносился слой мелкодисперсного порошка меди, на котором формуется слой (1,5-2 мм) фрикционной шихты. Заготовку диска фрикционного спекают в конвейерной печи СКЗ 6,95 при температуре 780790 С в течение 45-50 минут. Аналогичная операция активации, нанесения промежуточного подслоя и слоя фрикционного материала осуществляется для второй стороны диска. Операция формования системы маслоотводящих каналов и пазов осуществлялась на прессе КБ 8340 с последующим спеканием в электропечи УСДВ-2 в среде водорода. Сравнительные стендовые испытания фрикционных дисков, полученных по известной и предложенной технологиям, представлены в таблице. Полученные данные показали, что изменение способа соединения фрикционной накладки со стальной основой не оказывает влияния на триботехнические свойства фрикционного диска. Машина трения/способ крепления фрикционной накладки Известный ИМ-58 Предложенный Известный МИФИ-1 Предложенный Таким образом, предлагаемый способ крепления порошкового фрикционного материала на компактной стальной поверхности позволил повысить прочность крепления на 1015 , снизить продолжительность процесса получения фрикционных дисков на 20-25 ,себестоимость на 10 , повысить экологичность процесса за счет отсутствия необходимости использования процесса гальванопокрытия стальной основы. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4