Влияние антифрикционных компонентов-добавок на трение и износ многокомпонентных материалов, содержащих фторопласт
Для выявления оптимальных количеств антифрикционных компонентов-добавок, при которых достигаются наименьшие значения коэффициентов трения и износа многокомпонентных бронзофторопластовых материалов, были изготовлены образцы с фиксированными близкими к оптимальным значениями количественного содержания компонентов основ материалов и переменными количественными соотношениями остальных, входящих в состав композиций, порошковых компонентов. В качестве компонентов - добавок использовали свинец порошковый (ГОСТ 16138-78), графит марки С-1 (ГОСТ 5261-50) и дисульфид молибдена (ТУ 48-19133-75). При изготовлении образцов материалов последовательностью смешивания компонентов обеспечивались наиболее выгодные условия для формирования трехкомпонентных композиций. Горячее прессование осуществляли при оптимальных давлениях, соответствующих количеству фторопласта в композициях. Для материалов каркасного типа в состав смесей включали 50 % порошка бронзы Бр ОС 6-6 с размерами частиц 1—10 мкм, дисульфид молибдена или графит в количестве 3; 6; 9 % и фторопласт 4ДПТ (ос
Тальное). Смеси материалов наполненного типа готовили из порошков фторопласта 4ДПТ с размерами частиц 1-15 мкм (85 %), бронзы с размерами частиц 30-160 мкм (6; 9; и 12 %) и одного из компонентов: графита, дисульфида молибдена или свинца с размерами частиц 2-8 мкм, а также из порошков фторопласта-4ДІ1Т с размерами частиц 30-160 мкм (80 %), бронзы с размерами частиц 1-10 мкм (11; 14 и 17 %) и одного из указанных компонентов.
В табл. 4.6 приведены средние значения коэффициентов трения и интенсивностей изнашивания, определенные по четырем образцам каркасных материалов каждого состава, испытанным на трение по втулкам из стали 40Х.
Таблица 4.6
Износостойкость и антифрикционные свойства каркасных материалов на основе бронзы
|
Состав материала (объемное содержание компонентов, %) |
Значения характеристик |
|||
|
И = 1м/с; рк = 1 МПа |
И = 2м/с; рк = 0,5 МПа |
|||
|
/ |
4 х 10-9 |
/ |
4 х 10-9 |
|
|
1. Бронза (50) + фторопласт (47) + С (3) |
0,141 |
0,92 |
0,163 |
0,83 |
|
2. Бронза (50) + фторопласт (44) + С (6) |
0,158 |
0,52 |
0,169 |
0,46 |
|
3. Бронза (50) + фторопласт (41) + С (9) |
0,184 |
0,69 |
0,192 |
0,44 |
|
4. Бронза (50) + фторопласт (47) + Мо 82 (3) |
0,122 |
0,84 |
0,158 |
0,77 |
|
5. Бронза (50) + фторопласт (44) + Мо 82 (6) |
0,152 |
0,48 |
0,162 |
0,38 |
|
6. Бронза (50) + фторопласт (41) + Мо 82 (9) |
0,178 |
0,61 |
0,176 |
0,37 |
|
7. Бронза (50) + фторопласт (50) |
0,21 |
1,08 |
0,24 |
0,88 |
Коэффициент трения и износостойкость материалов зависят от количественных соотношений фторопласта с другими компонентами (графитом, Мо82) введенными в материал, и режимов трения. В
106
Любом случае, как уже отмечалось, введение графита и Мо82 улучшает антифрикционные характеристики материалов, содержащих фторопласт. Оптимальное количество компонентов-добавок находится в пределах 5—8 % (при приведенных режимах трения).
|
Характеристики трения наполненных фторопластов |
Для улучшения характеристик материалов наполненного типа при суммарном содержании наполнителей в количествах, близких к оптимальным, в зависимости от соотношений размеров частиц порошков фторопласта и бронзы достаточно введение компонентов-добавок в пределах 4—8 % (табл. 4.7).
|
Состав материалов (объемное содержание компонентов, %) |
Значения характеристик |
|||
|
И = 1 м/с; рк = 1 МПа |
И = 2 м/с; рк = 0,5 МПа |
|||
|
/ |
4 х 10-9 |
/ |
Л, х 10-9 |
|
|
Фторопласт й = 1—15 мкм (85) + бронза (6) + РЬ (9) |
0,126 |
0,23 |
0,142 |
0,14 |
|
Фторопласт й = 1—15 мкм (85) + бронза (9) + РЬ (6) |
0,125 |
0,20 |
0,144 |
0,10 |
|
Фторопласт й = 1—15 мкм (85) + бронза (12) + РЬ (3) |
0,132 |
0,28 |
0,141 |
0,015 |
|
Фторопласт й = 30—160 мкм (80) + бронза (11) + РЬ (9) |
0,134 |
0,21 |
0,147 |
0,15 |
|
Фторопласт й = 30—160 мкм (80) + бронза (14) + РЬ (6) |
0,132 |
0,18 |
0,145 |
0,11 |
|
Фторопласт й = 30—160 мкм (80) + бронза (17) + РЬ (3) |
0,138 |
0,26 |
0,153 |
0,16 |
|
Фторопласт й = 30—160 мкм (80) + бронза (11) + Мо82 (9) |
0,147 |
0,28 |
0,156 |
0,21 |
|
Фторопласт й = 30—160 мкм (80) + бронза (14) + Мо82 (6) |
0,142 |
0,25 |
0,155 |
0,18 |
|
Фторопласт й = 30—160 мкм (80) + бронза (17) + Мо82 (3) |
0,152 |
0,34 |
0,162 |
0,22 |
|
Таблица 4.7 |
Применение антифрикционных и уплотнительных материалов в условиях радиационного излучения требует использования в качестве основы материалов с повышенной стойкостью в радиацион
ном поле. Наиболее подходящими материалами основ являются фторопласт-4МБ (ТУ П-207-68) и фторопласт-40 (МРТУ 6-05-81768), выпускаемые в виде гранул или некомкующихся тонкодисперсных порошков и обладающие высокой стойкостью к радиации. Введение фторопласта-4ДПТ в эти сополимеры снижает коэффициент трения. Износостойкость в большей степени повышается введением бронзы, свинца, графита, дисульфида молибдена.
Для приближения к оптимальным количественным соотношениям компонентов в композициях смеси готовили из порошков фто - ропласта-4ДПТ с размерами частиц 30-160 мкм, бронзы с размерами частиц 1-10 мкм и фторопласта-40 или -4МБ с размерами частиц менее 1 мкм. Применение порошков компонентов с такими размерами частиц обеспечивало наиболее выгодные условия формирования структуры наполненных материалов. При подготовке смесей сначала смешивали порошки фторопласта-4ДПТ и бронзы. При этом формировались гранулы с ядрами из частиц фторопласта - 4 ДПТ и оболочками из частиц бронзы. Последующее смешивание полученной смеси с порошком фторопласта-40 или -4МБ обеспечивало образование еще одной оболочки из частиц тонкодисперсных порошков сополимеров. При прессовании таких смесей формируется структура материала, основа которого образуется спеканием порошковых компонентов наружных оболочек. Гранулы из фторопласта-4ДПТ и бронзы упорядоченно распределяются в основе-матрице.
Горячее прессование образцов материалов осуществляли при давлениях 30 МПа и температурах 565 ± 5 К с выдержкой в течение 90 мин.
В табл. 4.8 приведены средние значения коэффициентов трения и интенсивностей изнашивания, полученные при испытаниях по четырем образцам каждого состава материалов на основе фторопласта-40 по радиальной схеме трения.
При трении фторопласта-40, наполненного фторопластом-4ДПТ (образцы 1 и 2), как и при трении фторопласта-40 без наполнителя, на поверхности втулки не образуется защитная пленка, но снижается его коэффициент трения и незначительно (в 1,5-2,5 раза) повышается износостойкость.
|
Содержание наполнителя, % |
Значения характеристик |
|||
|
И = 1 м/с; рк = 1 МПа |
И = 2 м/с; рк = 0,5 МПа |
|||
|
/ |
4, х 10-9 |
/ |
4, х 10-9 |
|
|
1. Фторопласт-4 ДПТ (50) |
0,24 |
118,8 |
0,21 |
44,2 |
|
2. Фторопласт-4ДПТ (20) |
0,26 |
67,1 |
0,25 |
37,8 |
|
3. Фторопласт-4 ДПТ (20) + бронза БР ОС 6-6 (10) |
0,14 |
3,3 |
0,16 |
2,1 |
|
4. Фторопласт-4ДПТ (20) + бронза БР ОС 6-6 (20) |
0,15 |
1,2 |
0,18 |
0,18 |
|
5. Без наполнителя |
0,37 |
142 |
0,33 |
93 |
Трение образцов композиций с фторопластом-4ДПТ и бронзой на основе фторопласта-40 сопровождается формированием пленки на поверхности втулки. При увеличении количества бронзы в композициях от 10 до 20 % износ уменьшается в 2,5—12 раз (образцы 3 и 4) и 60-200 раз в сравнении с композицией, содержащей только фторопласт-4 ДПТ (образец 2). Состав композиции 4, износостойкость которой в 120—500 раз выше износостойкости фторопласта - 40 (образец 5) можно принять близким к оптимальному для планирования эксперимента по оптимизации факторов, влияющих на свойства материалов.
