专利名称：：摩擦部件的摩擦表面的处理方法
技术领域：
：本发明涉及摩擦部件的摩擦表面的处理方法，它用于减少内燃机、成套装置和传动组件、以及机器传动齿轮的摩擦部件由摩擦引起的机械损失，并延长它们的使用寿命。由于必须提高现有机器的质量、可靠性和使用寿命，增加摩擦副的抗磨性问题不失其现实性。已知大多数机器和机械因为滚动轴承、滑动装置，齿式传动装置、压紧件、花键组件、滑槽等的摩擦副零件的磨损而逐渐作废。已知在摩擦表面上制作耐磨层是提高零件的使用寿命的最广泛的方法之一，耐磨层可以急剧地增加在接触疲劳状态和摩擦下工作的材料的疲劳坚硬度、抗腐蚀性和抗磨损性。所制作的涂层厚度或强化层取决于摩擦部件的运行条件、其安装、主要磨损种类和磨损允许尺寸。涂层厚度能在广泛的范围内变化从用于抗磨损涂层的几分之几微米直到用于技术修复维护的几毫米。还知道，必须注意一系列附加的经济、工艺和结构因素(DrozdovU.N_PavlovV.G_PuchkovV.N.所著极端条件下的摩擦和磨损，一莫斯科机械制造出版社，1986年，P224页；KlamannD，润滑剂及相关产品、合成物、性质、应用、国际标准，一莫斯科化学出版社，1988年，P488页；摩擦学研究和归并美国经验和ISU，BeliyV.A_LudemaK_MishkinN.K.所著，一莫斯科机械制造出版社，纽约Allerton出版社，1993年，P454页)。因此，借助表面的涂敷沉积或化学热处理进行的覆盖保护涂层方法以达到给定的必要特性的应用在许多情况不能采用。借助对摩擦部件的摩擦表面进行化学机械或化学处理以形成抗磨损、抗摩擦涂层的方法和手段则更为合适。已知强化钢质零件表面的方法，此方法在于向表面进给含有MoS2的浸润物质，然后用研磨加以处理(对作者的1988年7月12日的苏联证书No.1627588的说明，IPCC10V129/04)。研磨使处理区域形成压力，从而使处理区域温度升高，形成给定厚度的扩散层。MoS2涂层提高由此种材料制成的涂层的摩擦特性的著名性能在目前被加以应用。虽然此方法以简单而著称，但它不能用于复杂结构的零件处理。此处，为制作具有高摩擦特性的MoS2涂层，必须具有较油脂着火温度更高的温度。MoS2涂层的另一缺陷是其对水的敏感性。存在水时，MoS2的摩擦系数和磨损增大。还知道一种处理摩擦部件的摩擦表面的方法，这种方法是在摩擦表面上覆盖厚度为10-15μm的固体润滑剂MoS2涂层，并对摩擦部件进给带有添加剂的矿物油(俄国专利说明书No.2049108，92年5月5日，IPCC10M129/40)。此种添加剂是钼酸铵与三油酸甘酯酸相互使用的产物。上述处理方法同时实现三种润滑作用机理，这导致它们在摩擦表面上和在润滑材料中的协同作用，并增加油的摩擦特性。但是，必须十分小心地应用此种添加剂，因为其进给超过一定数量将导致涂层的抗磨损特性的降低。此外，知道一种固体润滑涂层，它由粉末添加剂和偶联剂构成，其中带有不小于10μm的弥散相的天然矿物混合物用作粉末添加剂(俄国专利说明书No.2043393，91年9月25日，IPCC10M125/04)。所用天然矿物的成分能形成滑动镜面，并在上述弥散相下提供最终的抗摩擦修补。天然矿物混合物包括Ni、Ti、Cr、Cu、FeO、S、CaO、MgO、Al2O3，可能还有H2O。但是，由于这类涂层的厚度很小，存在大负载时会很快损坏。正如众所周知，在初始使用阶段能无磨损地工作的涂层在损坏之后，摩擦部件的摩擦特性基本降低，而且甚至在修补复原工序中也不能恢复，这对在复杂热化学条件下运行的摩擦副是不可避免的。按预定的技术本质及使用期间必须达到的要求，最近声称的解决方案是一种借助在工作条件下形成涂层对摩擦部件摩擦表面进行处理的方法，该方法包括向摩擦区域进给粉末，粉末由从一系列添加触媒剂的片状硅酸盐中挑选的天然矿物构成，触媒剂以次石墨(schungite)和稀土金属为基础，或此种粉末与工艺介质的混合物(乌克兰专利说明书No.24442A，97年4月22日，IPCC23C26/00；C10M125/40)。此方法的特征还在于，粉末由天然矿物或天然矿物的混合物制备而成，它包括非晶体二氧化硅。在粉末中弥散相约为10-30μm，其含量相对于工艺介质在0.15至20％的范围内选择。上述方法得以在一系列情况下恢复摩擦部件的工作能力，并同时改善抗摩擦和抗磨损性能。但是，尽管假设考虑摩擦表面的技术状态，但此方法的特性仅与工艺介质中的粉末浓度有关。这种解决问题的方法导致不合理的大量粉末消耗、形成涂层的不合理的长过程，以及在某些情况下，在处理之后没有积极结果，甚至导致摩擦部件状态降低。因此，建议的技术解决方案的目的是扩大其功能可能性，以及通过缩短处理持续时间和降低粉末消耗来降低摩擦部件的摩擦表面的处理费用。本发明的目的是改进摩擦部件的摩擦表面的处理方法，其中，由于处理不少于1-3个阶段，考虑摩擦部件的摩擦表面的处理的初始精度和光洁度，根据对摩擦部件和摩擦表面的技术状态的初步检查结果确定阶段的数量和所应用粉末的弥散相；以及通过改变包括被处理的摩擦部件的摩擦表面的机械的技术特性判断处理结果，它提出，对机械处理造成的表面凸凹不平的空穴底部和表面裂纹的底部用弥散粒子进行充填，在这些地方发生粉末粒子与表面材料间最为积极的相互作用，结果产生摩擦表面的改变，由于摩擦表面硬度增加以及摩擦系数降低，抗磨损特性得以改善。此外，由于表面改变与体积增加同时发生，结果，发生表面的复原及被处理摩擦部件在其中运转的机械的技术特性的复原。由于对摩擦表面使用具有合适弥散相的粉末，在初始处理期间或使用期间形成的空穴中实现了粉末材料与摩擦部件的摩擦表面的相互作用的最佳条件，结果，表面层改变的时间缩短、表面被固体粉末粒子损坏可被避免以及防止形成起毛。所提问题的解决在已知的摩擦部件的摩擦表面的处理方法中是通过在运行条件下形成覆盖层，它包括向摩擦区域进给粉末，粉末由从一系列添加触媒剂的片状硅酸盐中选择的天然矿物构成，触媒剂以次石墨和稀土金属为基础，或该粉末与工艺介质的混合物。根据本发明，处理在不少于1-3个阶段中完成；考虑被处理摩擦部件的摩擦表面的初始精度和光洁度、以及通过包括处理的摩擦部件的摩擦表面的机械的技术特征的变化判断的处理结果，根据对摩擦部件和摩擦表面的技术状态的初步检查结果确定阶段的数量和使用的粉末弥散相。根据本发明的优选实施例，对于按照摩擦表面的1-2级精度和8-13级光洁度处理的摩擦部件和摩擦表面，采用弥散相为0.3-5.0μm的粉末。根据本发明的优选实施例，对于按照摩擦表面的2a-3级精度和7-8级光洁度处理的摩擦部件和摩擦表面，采用弥散相为5.0-20.0μm的粉末。根据本发明的优选实施例，对于按照摩擦表面的3-4级精度和3-7级光洁度处理的摩擦部件和摩擦表面，采用弥散相为25.0-50.0μm的粉末。处理持续时间及处理阶段的数量取决于磨损程度。摩擦部件的制造精度决定可能的间隙大小，而摩擦表面的处理光洁度决定摩擦表面上空穴的大小。上述最后两个情况配合得以避免表面起毛并在改变物质粒子的最佳布置条件下开始进行摩擦表面改变，也即在摩擦表面的空穴和裂纹中开始进行摩擦表面的改变。由技术解决方案的说明可见该技术方案不同于现有技术，因此，它是新的。此技术方案也具有发明水平。已知应用具有晶格片状结构的固体润滑材料。如石墨和MoS2的这种固体润滑材料已得到广泛的应用。除指出的物质外，还知道某些氯化物、氮化物、碘化物以及重金属硫化物等也是具有片状结构的固体润滑材料。在大多数情况下，它们具有片状六角形结构、良好的抗氧化性和化学稳定性、导电性，并且它们被用作粉末、悬浮物及抗摩擦装饰料层。(KlamannD.所著，润滑剂及相关产品、合成物、性质、应用、国际标准，一莫斯科化学出版社，1988年，P488页；摩擦学研究和归并美国经验和ISU，BeliyV.A_LudemaK_MishkinN.K.所著，一莫斯科机械制造出版社，纽约Allerton出版社，1993年，P454页)。还知道，具有复杂晶格结构的固体润滑剂材料必须具有对金属表面的良好粘结力，且润滑涂层应足够抗磨损(或能不间断地被修复)，以提供令人满意的使用寿命。但是能否达到上述材料的最佳效率基本取决于摩擦部件的结构、其表面在形成涂层之前的准备工作、以及摩擦表面材料与固体润滑涂层材料的相容性，因为温度、湿度及其它使用条件，例如摩擦部件的摩擦表面在其中运行的介质腐蚀性、摩擦部件的运行工况等对上述材料的摩擦特性具有很大影响。显然，所提出的方法得以由上述组分的粉末实现这样的形成涂层的机理，该机理与由二硫化钼涂层涂敷时实现的机理相类似。已知厚度达0.1μm的二硫化钼涂层具有准非晶体结构。在厚度为0.1μm至0.15μm时，生成多晶体结构。在厚度为0.15μm时，始产生具有轴线(1010)的纹理，这表示六角形类型的晶格的形成，它在厚度为0.3μm时变得发亮明显。厚度的增加伴随着二硫化钼涂层的摩擦特性的提高(摩擦学研究和归并美国经验和ISU，BeliyV.A_LudemaK_MishkinN.K.所著，一莫斯科机械制造出版社，纽约Allerton出版社，1993年，P454页)。还知道，作为以天然矿物为基础制备的粉末应用的结果形成的某些涂层能形成滑移镜面，显然它们能提供无限制的工作能力，也能提供抗磨损性(俄国专利说明书No.2043393，91年9月25日，IPCC10M125/04)。而且，提出的方法与已知方法在原理上的差别不仅在于能在工作状态下对摩擦部件的摩擦表面进行处理，由于摩擦系数的降低和摩擦区域的修复确保提高摩擦部件的摩擦特性(乌克兰专利No.24442A，97年4月22日，IPCC23C26/00；C10M125/40)，还在于新方法在考虑摩擦部件的摩擦表面的处理的初始精度和光洁度的情况下形成改变的表面。这种方法得以扩大方法的功能可能性、缩短处理时间、降低粉末消耗及提高积极效果百分比的成果，即使此方法在经济上更为有利。这些情况对处理大批量的新设备以及尤其是使用过的设备更为重要。所建议的技术解决方案可用于工业之中，因为它既可广泛地用于不同的机械工程部门，也可用于维护修复系统及运行企业中的不同设备。所建议方法的效率通过已知方法和建议方法的比较已在不同类型的设备、不同使用期限上得到了比较。在进行对比时，选择同一类型的设备，并具有大致为相同的磨损水平。方法使用的结果显示在下述示例中。在所有情况中，使用的粉末含90-95％的辉绿岩、4.8-9.8％的次石墨、0.10-0.15％的稀土金属，其余为天然片状硅酸盐混合物。碱性油、或煤油(白色酒精)、或燃料(如在高压燃料泵(FPHP)中柱塞对处理的情况下)可作为工艺介质。在说明实现建议方法的示例时，仅应用了基本机理、摩擦部件的特性及表征使用效果。示例1，两台燃料泵已使用了很长时间，结果在处理时能产生10-12MPa的压力，该压力对应50-60％的磨损。该类设备的摩擦部件的摩擦表面在制造过程中按摩擦表面的处理的1-2级精度及8-9级光洁度进行处理。为处理第一台泵，所应用的粉末具有15-20μm的辉绿岩弥散相。粉末工艺介质中含量为0.8-0.85g/l。在其处理30小时后泵产生的压力不仅没有增加，甚至还降低至8MPa。为处理第二台泵，所应用的粉末具有0.5-3μm的辉绿岩弥散相。粉末在工艺介质中含量为0.015-0.016g/l。在泵送具有粉末添加剂的工艺介质8小时后，泵产生的压力升至30MPa。示例2，在应用已知方法处理高压泵的柱塞对时得到负面结果。按建议方法处理时，采用磨损约为70％左右的FPHP的柱塞对。在试验工作台上，这种柱塞对能提供的容器注入量的测量值平均速度为4-5ml/min。为处理此类柱塞对，采用粉末含量为0.015-0.016g/l的柴油燃料作为工艺介质。该类设备的摩擦表面在制造过程中按摩擦表面的处理的1-2级精度及8-9级光洁度进行处理。为进行处理，所应用的粉末具有0.5-3.0μm的辉绿岩弥散相。经8小时的处理后，注入速度为15-16ml/min，这对应此类设备的说明书数据。示例3，在包括型号K-500-61-1的涡轮式鼓风机的成套设备的润滑系统中，将具有5-10μm弥散相的上述组成分的粉末以0.03-0.04g/1加入工艺介质中。成套设备的整体磨损为70-80％并准备进行大修。此成套设备的摩擦部件的主要零件处理精度不低于2-3级，而摩擦表面的粗糙度不低于摩摩擦表面的处理的7-8级光洁度。处理分三个阶段进行，每阶段为8小时。由于处理，成套设备技术特性的改变显示在表1中。表1由表1可见，成套设备的技术状态得到改善，使它得以可继续使用。示例4，在表2和表3中是两台内燃机的比较试验结果，内燃机的工作汽缸容积为1500cm3。汽缸活塞组的技术状态及方法有效性通过测量内燃机中的压缩加以确定。检查结果显示发动机磨损约为65-70％。表2表示按已知方法进行处理的结果。表3表示按所建议方法以上述组分粉末进行处理的结果。表2<tablesid="table1"num="002"><table>粉末的弥散相(μm)工艺介质中粉末含量(g/l)运行行程的持续(km)达到的技术效率(kg/cm2)25-300.805005005005-66-76-7</table></tables>表3<tablesid="table2"num="003"><table>粉末的弥散相(μm)工艺介质中粉末含量(g/l)运行行程的持续(km)达到的技术效率(kg/cm2)5-100.030不大于400不大于400不大于4005-67-810之前11.5-12.5</table></tables>由表2和3可见，按所建议方法对汽缸活塞组进行处理可以降低处理时间和粉末消耗。同时，燃料消耗约降低15-20％，这表明摩擦部件的摩擦表面的摩擦特性改善。对此还应指出，按建议方法处理的发动机试验表明，其应用能提供油料泄漏或油料丧失润滑性能时的应急储备。形成的修正层提供了能在距离为300km及其以上的无润滑情况下应用汽缸活塞组及轴承。示例5，建议方法的应用目标是电动机车牵引马达减速齿轮箱的齿轮对，该减速齿轮箱包括大齿轮(LTW)和小齿轮(LP)。齿轮对由20HN3A钢锻造制成，然后进行碳氮共渗使表面硬化至HRC56-64的表面硬度。这样的表面处理以不低于3-4级的精度和不低于3-7级光洁度进行。为检验所建议方法，将上述齿轮对放置在试验台架上。表4表示方法的应用分类表。方法应用的结果按磨损改变大小加以确定，磨损改变大小可在对比测量装置的放置高度处的齿轮对中的大齿轮及小齿轮的厚度上观察到。在表4中，作为5对齿轮检验的结果而确定的平均尺寸减少。煤油被用作工艺介质。表4由于缺少此类设备应用已知方法的有关数据，因此不可能对建议方法和已知方法进行比较。但是，由于齿轮对摩擦表面的修复，应用建议方法无可争议的结果是磨损减少。示例6，考虑到示例4所示的应用建议方法的结果，即可能形成所谓的“应急储备”，建议方法被用于处理滚动轴承和滑动轴承，即在没有工艺介质时在试验工作台上于使用状态下对上述组分的粉末进行滚压以形成粉末薄覆盖层。在表5中展示了应用方法的结果。处理效率根据完全停止之前的轴承旋转时间的测量加以确定。众所周知，滚动轴承和滑动轴承的摩擦表面以摩擦表面的处理的不低于1-2级精度(S、SM、M)和不低于8-13级光洁度进行处理。表5所获得结果证实了摩擦系数由对应相当差的润滑的f=0.1-0.2至对应油脂润滑的f=0.001-0.01的改变。此外，经建议方法处理后，观察到间隙和粗糙度降低，并对应精度级别和光洁度水平的提高。最后的结果表明，建议的方法可用于提高新产品摩擦表面的精度级别和光洁度水平，并通过缩短处理时间大大降低它们的费用。因此，由建议方法的实施例可见，该方法具有实质上广阔的功能可能性，能通过缩短处理时间、减少粉末和工艺介质的消耗来降低用由天然矿物制成的粉末处理摩擦部件的摩擦表面的费用。权利要求1.一种通过在工作状态下形成覆盖层对摩擦部件的摩擦表面进行处理的方法，该方法包括向摩擦区域送进粉末，粉末由天然矿物制成，它选自一系列添加有以次石墨和稀土金属或该粉末与工艺介质的混合物为基础的触媒剂的片状硅酸盐，其特征在于，处理在不少于1-3个阶段中完成，考虑摩擦部件的摩擦表面的处理的初始精度和光洁度、以及通过包括被处理的摩擦部件的摩擦表面的机械的技术特征的变化判断的处理结果，根据对摩擦部件和摩擦表面的技术状态的初步检查结果确定阶段的数量和使用的粉末弥散相。2.如权利要求1的摩擦部件的摩擦表面的处理方法，其特征在于，对于按照摩擦表面的处理的1-2级精度和8-13级光洁度处理的摩擦部件和摩擦表面，采用弥散相为0.3-3.0μm的粉末。3.如权利要求1的摩擦部件的摩擦表面的处理方法，其特征在于，对于按照摩擦表面的处理的2-3级精度和7-8级光洁度处理的摩擦部件和摩擦表面，采用弥散相为5.0-20.0μm的粉末。4.如权利要求1的摩擦部件的摩擦表面的处理方法，其特征在于，对于按照摩擦表面的处理的3-4级精度和5-7级光洁度处理的摩擦部件和摩擦表面，采用弥散相为25.0-50.0μm的粉末。全文摘要本发明涉及摩擦部件的摩擦表面的处理方法,它用于减少内燃机、成套装置和传动组件、以及机器传动齿轮的摩擦部件由摩擦引起的机械损失并延长它们的使用寿命。通过在工作状态下形成覆盖层对摩擦表面处理的方法包括向摩擦区域送进粉末,粉末由天然矿物制成,它选自添加有触媒剂的片状硅酸盐。该方法具有广阔的功能可能性,能通过缩短处理时间、减少粉末和工艺介质消耗来降低用由天然矿物制成的粉末处理摩擦部件的摩擦表面的费用。文档编号C10M177/00GK1297065SQ0010275公开日2001年5月30日申请日期2000年2月23日优先权日1999年11月22日发明者谢尔盖·尼古拉耶维奇·亚历山德罗夫,弗拉基米尔·瓦连京诺奇·布佐夫,埃尔明·阿巴索奥格历·哈米德夫,弗拉基米尔·列昂尼多维奇·佐祖利亚,谢尔盖·列昂尼多维奇·佐祖利亚,伊戈尔·弗拉基米罗维奇·基尼京申请人:谢尔盖·尼古拉耶维奇·亚历山德罗夫,弗拉基米尔·瓦连京诺奇·布佐夫,埃尔明·阿巴索奥格历·哈米德夫,弗拉基米尔·列昂尼多维奇·佐祖利亚,谢尔盖·列昂尼多维奇·佐祖利亚,伊戈尔·弗拉基米罗维奇·基尼京