Антифрикционные покрытия с высокой износостойкостью

Антифрикционные покрытия с высокой износостойкостью – АИС-2  – материалы и покрытия на их основе занимают превалирующее значение, так как используются в качестве твердо смазочных на подшипники, в частности — лепестковые газодинамические подшипники.

Одним из главных факторов, обеспечивающих высокую надежность и работоспособность машин с газовыми подшипниками, являются антифрикционные твердо смазочные покрытия (ТСП), наносимые на рабочие поверхности опорных элементов – лепестков.

К материалам и ТСП пар трения лепестковых опор предъявляются следующие требования : высокая износостойкость при пусках, остановках и кратковременных высокоскоростных контактах; отсутствие задиров; схватывания; вырывов; залипания; способность к самозалечиванию дефектов; длительная теплостойкость; стабильность в условиях тепловых вспышек на микровыступах; коррозионная стойкость; адгезионная прочность к основе; отсутствие набухания; технологичность при нанесении композиции; экологическая безопасность, определяющими из которых являются: высокая адгезия к металлической подложке; малый износ и малый коэффициент трения; высокая термо- и теплостойкость, прирабатываемость.

В результате испытаний различных вариантов ТСП ряда ведущих в стране НИИ, указанным требованиям в качестве твердо-смазочного покрытия отвечал только АИС-2 (антифрикционный износостойкий состав) — жидкая тонко-дисперсная композиция на основе фторопласта, наносится на поверхность газодинамических опор методом пневматического распыления, после соответствующей термообработки, на поверхности лепестков образуется тонкослойное покрытие с низким коэффициентом трения, обладающее «смазывающими» и «самозалечивающимися» свойствами.

В состав композиции «АИС-2» входит следующее сырье: минеральные наполнители, органические пленкообразующие, растворители, поверхностноактивные вещества (ПАВ), суспензии фторопласта. Каждый компонент выполняет определенную роль, как в композиции, так и в покрытии, например, антифрикционную функцию выполняет фторопласт (политетрафторэтилен, ПТФЭ ).

Особенности исполнения покрытия «АИС-2»:

• сочетание различных по природе исходных компонентов;
• использование неизвестных ранее аппретирующих смесей для различных наполнителей и добавок;
• новые технологии введения составляющих в многокомпонентные системы для тонкослойных покрытий;
• введение в материалы для покрытий инновационных экологически чистых компонентов;
• применение ноу-хау технологий моделирования систем для покрытий и режимы термообработки покрытий;
• применение химического способа подготовки поверхности изделий из металлов (ноу-хау), в том числе, - для лепестковых газодинамических подшипников;
• новые технологии многослойного покрытия и режимы термообработки покрытия;
• использование в составах композиций исключительно отечественного сырья.

Особенность и достоинство разработанного состава и покрытия «АИС-2»:

• высокая износостойкость и теплостойкость;
• отсутствие задиров, схватывания;
• стабильность в условиях тепловых вспышек на микровыступах;
• коррозионная стойкость; низкий коэффициент трения;
• самозалечивание;
• адгезионная прочность, отсутствие набухания;
• технологичность при нанесении композиции;
• длительный срок хранения композиций (более 4-х лет);
• экологическая безопасность.

1 – Эпоксидная матрица (ВАП-2); 2. – Фторопластовая основа (АИС-2);

С 1993 года по настоящее время твердосмазочное покрытие «АИС-2» используется в выпускаемых турбомашин с лепестковыми газодинамическими подшипниками.

Ускоренные ресурсные испытания на режиме «пуск-останов» показали, что лепестковые подшипники с диаметром цапфы 40; 50 и 67 мм и покрытием «АИС-2» остались в работоспособном состоянии после 50000; 30000 и 10000 циклов соответственно. С покрытием «АИС-2» удалось достичь максимального удельного значения статической нагрузки 30 кПа.

В лепестковых газодинамических подшипниках для роторов весом от 0,1 до 40 кг, созданных сотрудниками кафедры ЭКАО МЭИ, в качестве антифрикционного покрытия используется современное усовершенствованное покрытие АИС-3, что позволило повысить удельную несущую способность, теплостойкость и увеличить срок службы.

Прогнозируемые сроки службы турбомашин приближаются к 300 тыс. часов.

Подшипники с покрытием серии «АИС-2» эксплуатируются при температурах до 280…300°С.

В настоящее время перед лабораторией ЭКАОиЭТ поставлена задача усовершенствовать покрытие АИС, разработать состав с повышенной теплостойкостью, работоспособностью опор до 400…450°С.

Работа в этом направлении проводится активно - подготовлена к испытаниям на специальной установке серия лепестковых подшипников с покрытием  «АИС-Т», отработана методика исследования систем для покрытий в жидком состоянии и отвержденного покрытия с целью оптимизации его толщины и температуры отверждения.

Ускоренные ресурсные испытания на режиме «пуск-останов» показали, что лепестковые газодинамические подшипники с диаметром цапфы 40; 50 и 67 мм с покрытием АИС-2 остались в работоспособном состоянии после 50000; 30000 и 10000 циклов соответственно. С покрытием АИС-2 удалось достичь максимального удельного значения статической нагрузки 30 кПа на радиальный подшипник.