Способ получения гранул для производства антифрикционного материала

Классификация по МПК: C01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2320537
Дата публикации: 
Четверг, Март 27, 2008
Начало действия патента: 
Вторник, Июль 22, 2003

Изобретение относится к способам получения антифрикционных материалов, изготавливаемых методом порошковой металлургии. Способ получения гранул включает получение шихты смешиванием графита с упрочняюще-легирующими порошкообразными компонентами в присутствии увлажнителя, при следующем соотношении, мас.%: упрочняюще-легирующие компоненты - 20,0-90,0, увлажнитель - 0,01-8,0, графит - остальное, в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы медь, железо, бронза, дисульфид молибдена, молибден, кобальт, алюминий, свинец, олово, вольфрам, серебро, а в качестве увлажнителя выбирают по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы жидких углеводородов с температурой кипения выше 40°С. Изобретение позволяет получать гранулы высокой механической прочности с большим процентным содержанием графита и прочным металлическим каркасом, который обеспечивает надежное закрепление гранул в антифрикционном материале. 5 з.п. ф-лы.


Изобретение относится к способам получения антифрикционных материалов, изготавливаемых методом порошковой металлургии, а именно к способу получения гранул для производства антифрикционных материалов, используемых при производстве подшипников скольжения для различных отраслей промышленности.

Анализ научно-технической информации показал, что несмотря на большое количество антифрикционных материалов их ресурс не обеспечивает срок службы между средними и капитальными ремонтами машин, механизмов и оборудования.

Нормальная эксплуатация антифрикционных материалов в узлах трения-скольжения, особенно тяжело нагруженных и при высоких скоростях скольжения, возможна в случае нанесения и сохранения на сопрягаемых поверхностях прочной разделительной пленки твердой смазки, резко снижающей коэффициент трения, предотвращающей схватывание и износ сопрягаемых поверхностей. Твердые смазки должны обладать достаточной прочностью и должны прочно закрепляться в антифрикционном материале.

Анализ научно-технической информации показал, что идеальным материалом для твердой смазки является графит. Графит резко снижает износ материалов, способствует снижению и стабилизации коэффициента трения за счет разделительной пленки, образующейся на поверхности контактирующей пары. Введение в материал свободно распределенного графита в количестве более 5 мас.% резко разупрочняет материал и он становится не пригодным для промышленного использования. Однако общее количество графита в материале менее 5,4 мас.% не способствует образованию достаточной разделительной пленки.

Одним из решений этой проблемы является нанесение на графитовые порошки химическим и электрохимическим методами различных покрытий.

Известен способ меднения графитовых порошков химическим и электрохимическим методами (Павленко В.И., Ясь Д.С. - Исследование процесса меднения порошков графита при производстве медно-графитовых материалов. - Порошковая металлургия, 1976, №2, с.9-13. и Mikulek I., Hromek E., Patent №148332 (ЧССР) Kovokeramicke treci materiali. - Опубл. 15.04.73). Недостатком этого способа является поверхностное покрытие частиц графита медью и как результат этого низкая прочность закрепления графита в материале и, следовательно, низкая эффективность его введения в материал, высокая вредность производства, загрязнение окружающей среды отходами гальванического производства, а также высокая стоимость данного способа. По этой причине этот способ не нашел практического применения.

Известен способ никелирования графитовых порошков химическим и электрохимическим методами (Ясь Д.С., Павленко В.И., Подмоков В.Б Металлографитовые материалы с высоким содержанием графита и некоторые методы их получения. - Порошковая металлургия, 1976, №1, с.31-34). Недостатком этого способа является поверхностное покрытие частиц графита никелем и как результат этого низкая прочность закрепления графита в материале и, следовательно, низкая эффективность его введения в материал, высокая вредность производства, загрязнение окружающей среды отходами гальванического производства и высокая стоимость данного способа. По этой причине этот способ не нашел практического применения.

Известен способ плакирования неметаллических частиц путем осаждения на их поверхность металла из водных растворов в присутствии водорода при высоких температурах и давлениях (Kunda W. New developments in the preparation of composite powders - High Temp. - High Pressur 1971, 3, №5, p.593-612). Таким способом могут быть получены неметаллические порошки с оболочкой из меди, никеля, кобальта, молибдена и серебра. Недостатком этого способа является поверхностное покрытие частиц графита медью, никелем, кобальтом, молибденом и серебром и как результат этого низкая прочность закрепления графита в материале и, следовательно, низкая эффективность его введения в материал, высокая вредность производства, загрязнение окружающей среды отходами производства и высокая стоимость данного способа. По этой причине этот способ не нашел практического применения.

Другое решение известно из патента Японии №1042 от 18.01.65 г., где описан способ плакирования частиц графита путем диспергирования расплавленного металла в струе нейтрального газа, в которую вводят порошок графита. Недостатком этого способа является только поверхностное покрытие частиц графита металлом и как результат этого низкая прочность закрепления графита в материале и, следовательно, низкая эффективность его введения в материал, высокая вредность производства, загрязнение окружающей среды отходами производства и высокая стоимость данного способа. По этой причине этот способ не нашел практического применения.

Наиболее близкое решение известно из патента Украины №UA 42952 А от 15.11.2001, где предлагается вводить графит в антифрикционный материал в виде металлизированных гранул, прочно закрепляемых в антифрикционных материалах в результате образования металлического каркаса гранул. При этом описанный способ получения гранул для производства антифрикционного материала включает получение сухой шихты смешиванием графита с упрочняюще-легирующими порошкообразными компонентами и формование гранул прессованием в профилированных валках прокатного стана.

Однако получение гранул подобным способом вызывает трудности из-за разной насыпной плотности порошкообразных компонентов гранул, вследствие чего после прекращения смешивания наблюдается сегрегация порошкообразных компонентов. Порошкообразный компонент с более низкой насыпной плотностью всплывает над порошкообразным компонентом с более высокой насыпной плотностью, что при последующем формовании ведет к неоднородности гранул и их низкой механической прочности.

В основу изобретения поставлена задача создать способ получения гранул для производства антифрикционного материала, который позволяет получить гранулы с большим процентным содержанием графита и высокой механической прочностью.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения гранул для производства антифрикционного материала, включающем получение шихты смешиванием графита с упрочняюще-легирующими порошкообразными компонентами и формование гранул прессованием, шихту получают смешиванием графита с упрочняюще-легирующими порошкообразными компонентами в присутствии увлажнителя при следующем соотношении, мас.%:




Упрочняюще-легирующие компоненты 20,0-90,0
Увлажнитель 0,01-8,0
Графит остальное,

в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы медь, железо, бронза, дисульфид молибдена, молибден, кобальт, алюминий, свинец, олово, вольфрам, серебро, а в качестве увлажнителя выбирают по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы жидких углеводородов с температурой кипения выше 40°С.

Выбор меди, железа, бронзы, дисульфида молибдена, молибдена, кобальта, алюминия, свинца, олова, вольфрама, серебра в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов для образования металлического каркаса твердой смазки - гранул на основе графита - обусловлен тем, что эти материалы обладают хорошей прессуемостью, спекаемостью, обеспечивают прочное закрепление гранул в матрице антифрикционного материала, см. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - К.: Наукова думка, 1980. - 404 с. Соотношение графита и металлических порошков определялось экспериментально. Введение графита в гранулы менее 10 мас.% является нецелесообразным, так как это не обеспечит повышение смазочных свойств антифрикционных материалов при введении в них гранул с таким процентным содержанием графита. Максимально возможное введение графита в гранулы равно 80 мас.%, что является пределом при получении гранул графита, обладающих достаточной прочностью.

Так как шихта содержит более 10 мас.% графита, удельная масса которого значительно отличается от удельной массы упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов, ее смешивание производится в смесителях типа конусных с эксцентричными осями, исключающих намазывание графита на частицы упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов. Для обеспечения возможности прокатки гранул, уменьшения сегрегации и увеличения равномерности смешивания в шихту добавляется углеродсодержащий увлажнитель, выбранный из группы жидких углеводородов с температурой кипения выше 40°С. Выбор данного увлажнителя обусловлен тем, что по Б.Я.Питеру термодинамическая связь двух взаимно нерастворимых частиц определяется неравенством:

т.е. поверхностная энергия образовавшейся межфазной границы АВ при прессовании должна быть меньше, чем сумма поверхностных энергий частиц прессуемых компонентов гранул, в нашем случае частиц порошка графита и частиц упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов. Это условие выполнимо только при наличии описанного выше увлажнителя, связывающего компоненты гранул. Использование увлажнителя позволяет уменьшить сегрегацию и увеличивает равномерности смешивания компонентов шихты. Кроме того, во время термообработки гранул или спекании гранул при производстве антифрикционного материала наблюдается частичное сгорание углеродсодержащего увлажнителя, при котором часть углерода остается в материале, в результате чего происходит дополнительное насыщение гранул углеродом и сопутствующее этому процессу уменьшение пористости гранул.

При этом шихта смешивается в смесителе в течение 15-120 минут в зависимости от вводимого упрочняюще-легирующего порошкообразного компонента.

Гранулы получают путем непрерывной прокатки в профилированных валках гранулятора.

Сформованные гранулы разделяют на вибросите и грохоте на фракцию 0,1-5,0 мм и предпочтительно, подвергают термообработке при температуре 400-1150°С в зависимости от вводимого упрочняюще-легирующего порошкообразного компонента.

Размер гранул должен быть не менее 0,1 мм. При меньшем размере гранул уменьшается матричность металлического каркаса, что приводит к резкому снижению прочности антифрикционных материалов, в которые вводятся гранулы, уменьшению его несущей способности и износостойкости. Гранулы размером более 5,0 мм, как области с пониженной плотностью, могут рассматриваться как концентраторы напряжений, значительно снижающие механические свойства антифрикционных материалов, в которые вводятся эти гранулы, что особенно влияет на ударную вязкость. При эксплуатации таких материалов могут наблюдаться механические сколы.

Гранулы для производства антифрикционного материала изготавливают в следующей последовательности. Шихту получают смешиванием графита с упрочняюще-легирующими компонентами в присутствии увлажнителя при следующем соотношении, мас.%:




Упрочняюще-легирующие компоненты 20,0-90,0
Увлажнитель 0,01-8,0
Графит остальное,

в качестве упрочняюще-легирующих порошкообразных компонентов выбирают по меньшей мере один материал, выбранный из группы медь, железо, дисульфид молибдена, молибден, кобальт, алюминий, свинец, олово, вольфрам, серебро. Шихта засыпается в смеситель и после добавления увлажнителя смешивается в течение 15-120 минут в зависимости от вводимого упрочняюще-легирующего порошкообразного компонента.

Для приготовления шихты могут использоваться любые типы смесителей: барабанные, конусные, шнековые и другие типы смесителей. После смешивания полученная шихта высыпается в кюбель и засыпается в гранулятор (прокатный стан). Гранулы формуют путем непрерывной прокатки в профилированных валках гранулятора (прокатного стана). Затем полученные гранулы разделяются на вибросите или грохоте на фракцию 0,1-5,0 мм.

Изобретение позволяет получать гранулы высокой механической прочности с большим процентным содержанием графита и прочным металлическим каркасом, который обеспечивает надежное закрепление гранул в антифрикционном материале.