RU2367696C2 - Металломатричный композит - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам, и может быть использовано в машино-, автомобилестроении и нефтехимической промышленности. Композит содержит олово, сурьму, медь и частицы карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: сурьма 10,0-12,0, медь 0,5-1,5, карбид кремния 1,0-15,0, олово остальное. Технический результат - повышение антифрикционных и механических свойств, повышение температурной стойкости материала. 2 табл.

Description

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металломатричным композитам. Может применяться в машино-, автомобилестроении, нефтехимической промышленности при производстве подшипников скольжения.

Известны металломатричные композиты, состоящие из алюминиевой матрицы и усиливающих элементов в виде порошка карбида кремния [Axel Kolsgaard, Stig Brusethaug Settling of SiC particles in an AlSi7Mg melt. Materials Science and Engineering, A 173 (1993), 213-219]. Такой металломатричный композит обладает хорошими антифрикционными свойствами, однако имеет низкую коррозионную стойкость.

Известен также металломатричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния (патент РФ №2017852, МПК C22C 32/00, опубл. 15.08.1994, 3 с.). Такой металломатричный композит обладает повышенной износостойкостью по сравнению с обычными бронзами, но нетехнологичен при изготовлении и ремонте оборудования.

Наиболее близкими к заявляемому металломатричному композиционному материалу по назначению и составу являются сплавы на основе олова - баббиты по ГОСТ 1320-74 (ИСО 4383-91) [1], содержащие в своем составе следующие основные элементы, мас.%: сурьма 10,0-12,0, медь 5,5-6,5, олово остальное.

Данные сплавы рекомендуется использовать при изготовлении подшипников скольжения, работающих в различных, в том числе и тяжелонагруженных, машинах и агрегатах в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Однако сплавы на основе олова обладают низкими механическими свойствами и невысокой допускаемой температурой при эксплуатации

Задачей настоящего изобретения является создание металломатричного композиционного материала, обладающего улучшенными антифрикционными и механическими свойствами и повышенной температурной стойкостью. Получение композиционного металломатричного сплава с более высоким уровнем изложенных свойств обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и общего ресурса работы машин и агрегатов, где используются подшипники скольжения.

Поставленная в заявке задача решается тем, что металломатричный композит, содержащий олово, сурьму, медь, дополнительно содержит частицы карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: сурьма 10,0-12,0, медь 0,5 - 1,5, карбид кремния 1,0-15,0, олово остальное.

Предложенный композиционный материал изготавливали следующим способом. Баббит Б83 расплавляли в печи сопротивления под слоем древесного угля. После достижения температуры 350-400°С снимали покровный слой древесного угля и затем вводили порошок карбида кремния. Ввод порошка карбида кремния в расплавленный баббит производился механическим замешиванием. Полученный композиционный сплав выливали в металлическую форму. Из полученных слитков вырезали образцы для определения твердости и антифрикционных свойств.

Поставленный технический результат достигается тем, что вводимые в матрицу дисперсные частицы карбида кремния являются дополнительными, кроме интер-металлидов SnSb, точками опоры, располагающимися в мягкой матрице. На трущейся поверхности подшипника формируется шероховатость, приводящая к созданию микроподшипников, которые образуют микроклинья из смазки, переводя работу подшипников из режима граничного трения в жидкостный или полужидкостный. Микроклинья смазки, а также выступающие из мягкой основы твердые интерметаллиды SnSb и дисперсные частицы карбида кремния способны воспринимать большие, чем в известном сплаве, нормальные давления трущейся пары и снижать коэффициент трения, т.е. улучшать антифрикционные свойства металломатричного композиционного материала. При всем этом представилась возможность снизить содержание меди в сплаве без ущерба служебным свойствам.

В таблице 1 приведены варианты предлагаемого композиционного сплава.

Таблица 1
Компоненты	Состав, мас.%				Прототип
№ сплава	1	2	3	4
сурьма	10,0	10,5	11,0	12,0	11,0
медь	0,5	0,6	0,8	1,5	6,0
карбид кремния	1,0	5	10,0	15,0	-
олово	остальное	остальное	остальное	остальное	остальное

Результаты проведенных сравнительных испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2
Состав	Твердость, НВ	Максимальная нагрузка при испытаниях, МПа	Коэффициент трения	Температура масла, °С
Состав 1	25	4,0	0,03	45
Состав 2	30	5,0	0,03	48
Состав 3	40	10,0	0,02	55
Состав 4	50	13,0	0,01	85
Прототип	20	2,0	0,04	45

Как следует из данных таблицы 2, предлагаемый металломатричный композиционный материал обладает более высокой твердостью, допускает более высокие нагрузки при трении и более высокую температуру и одновременно имеет более низкий коэффициент трения.

Содержание карбида кремния в композите менее 1% не дает существенного снижения коэффициента трения, а увеличение концентрации более 15% приводит к ухудшению технологических свойств. Уменьшить содержание меди в композиционном сплаве с добавками карбида кремния представляется возможным благодаря появлению дополнительных опорных поверхностей, что приводит к повышению несущей нагрузки композита при меньшем содержании меди.

Claims (1)

1. Металломатричный композит, содержащий олово, сурьму, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит частицы карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
   сурьма 10,0-12,0 медь 0,5-1,5 карбид кремния 1,0-15,0 олово остальное