BR102017017653A2 - Componente deslizante e método - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se a um componente deslizante (2), tal como um componente deslizante para um motor, que compreende uma sobreposição (12) que forma a superfície de apoio contra um munhão de aço ou semelhante. a sobreposição (12) compreende um material polimérico e um óxido de metal, em que o óxido de metal tem uma condutividade térmica superior a cerca de 1,5 wm-1k-1 e uma dureza mohs entre cerca de 5 e cerca de 7. a sobreposição é formada por mistura de um material polimérico com partículas do óxido de metal para formar uma dispersão e deposição da dispersão sobre um substrato 6, 4.

Description

(54) Título: COMPONENTE DESLIZANTE E MÉTODO (51) Int. Cl.: F16C 33/20; F16C 33/12; B32B 27/08 (30) Prioridade Unionista: 19/08/2016 GB 1614192.1 (73) Titular(es): MAHLE INTERNATIONAL GMBH, MAHLE ENGINE SYSTEMS UK LIMITED, MAHLE COMPOSANTS MOTEUR FRANCE SAS (72) Inventor(es): OLIVIER BEAUREPAIRE; KAYLEIGH MCEWAN (74) Procurador(es): DANNEMANN, SIEMSEN, BIGLER & IPANEMA MOREIRA (57) Resumo: A presente invenção refere-se a um componente deslizante (2), tal como um componente deslizante para um motor, que compreende uma sobreposição (12) que forma a superfície de apoio contra um munhão de aço ou semelhante. A sobreposição (12) compreende um material polimérico e um óxido de metal, em que o óxido de metal tem uma condutividade térmica superior a cerca de 1,5 Wm-1K-1 e uma dureza Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7. A sobreposição é formada por mistura de um material polimérico com partículas do óxido de metal para formar uma dispersão e deposição da dispersão sobre um substrato 6. 4.
Figure BR102017017653A2_D0001
g
1/21
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPONENTE DESLIZANTE E MÉTODO.
[001] A invenção refere-se a um componente deslizante e a um método para fazer um componente deslizante. Em particular, a invenção refere-se a uma sobreposição de um componente deslizante e a um método para formar a sobreposição. O componente de deslizamento pode ser um componente deslizante para um motor, como um rolamento, um casquilho de mancal, um mancal, uma arruela de impulso, um rolamento ou semelhante.
Antecedentes [002] Em um motor de combustão interna, cada conjunto de suporte principal tipicamente compreende um par de meio-rolamentos que retém um munhão cilíndrico de um eixo de manivela. Cada meiorolamento compreende uma concha de rolamento semicilíndrica. As conchas de rolamento geralmente possuem uma construção em camadas para fornecer o desempenho mecânico exigido. Um material de suporte forte proporciona resistência estrutural e é revestido com uma ou mais camadas possuindo propriedades tribológicas preferidas para proporcionar uma superfície de apoio que reveste e suporta o munhão do eixo de manivela cooperante. O suporte é geralmente de aço, de espessura igual ou superior a 1mm, e está revestido ou ligado a uma camada de revestimento (que pode compreender mais de uma camada individual) e uma sobreposição que está voltada para o munhão do eixo de manivela.
[003] A função da sobreposição é fornecer uma camada relativamente suave e conformável que pode acomodar pequenos desalinhamentos entre o munhão do eixo da manivela de aço mais resistente e as conchas dos rolamentos, e receber e incorporar partículas de sujeira que possam circular no fornecimento de óleo e entrar no rolamento, de modo a evitar danos ao munhão. Essas funções da sobrePetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 7/56
2/21 posição são designadas como conformabilidade e capacidade de incorporação.
[004] Estas funções exigem que a sobreposição seja relativamente macia e deformável, mas ao mesmo tempo suficientemente forte para proporcionar uma superfície de apoio com uma longa vida útil, sem quebrar devido à sobrecarga ou à fadiga e sem desgaste inaceitável.
[005] A sobreposição é feita a partir de um material de sobreposição, que pode ser uma camada de metal, que compreende, por exemplo, chumbo, estanho, bismuto, prata, ligas de cobre ou ligas de alumínio. A sobreposição pode ser aplicada a um substrato por processos galvânicos, pulverização ou galvanoplastia. Alternativamente, o material de sobreposição pode ser um material não metálico que compreende uma base de resina artificial ou matriz e um aditivo para aumentar a capacidade de carga e/ou a resistência ao desgaste do componente deslizante.
[006] Sabe-se geralmente que o desgaste do material de sobreposição pode levar à exposição da camada de revestimento a qual o material de sobreposição é aplicado. Isso pode levar à falha do componente deslizante devido à captura [007] As tendências nos modernos motores diesel de alta velocidade para saídas de potência mais elevadas com sistemas de motores reduzidos levaram ainda ao aumento das pressões de pico do cilindro, torques mais altos e temperaturas mais elevadas. Esses fatores significam que os materiais de rolamento, a haste superior e o mancal principal inferior, em particular, são necessários para funcionar sob cargas aumentadas com uma redução na espessura e viscosidade da película de óleo.
[008] Um desafio particular para o desempenho das sobreposições surgiu nos últimos anos a partir da configuração de economia de
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3/21 combustível dos motores de veículos modernos para a operação de parada-partida (stop-start). Embora os rolamentos do motor sejam convencionalmente lubrificados hidrodinamicamente durante o uso, pouca ou nenhuma lubrificação pode ser fornecida aos rolamentos quando se dá a partida do motor. Por conseguinte, a operação de parada-partida de um motor coloca demandas acrescidas sobre o desempenho dos rolamentos e, em particular, o desempenho de sobreposições.
[009] A pesquisa no campo de componentes deslizantes resultou no uso de uma ampla gama de composições de materiais de sobreposição, algumas incorporando partículas relativamente mais pesadas, particularmente onde a maior parte do material de sobreposição é uma base ou matriz de resina artificial, com a intenção de fornecer um componente deslizante com maior resistência ao desgaste. Houve algum interesse no uso de óxidos de ferro em materiais de sobreposição, por exemplo, na técnica anterior seguinte.
[0010] O pedido de patente internacional publicado WO2010076306 em nome da Federal-Mogul Wiesbaden GmbH descreve um elemento deslizante com um substrato e um material de camada deslizante aplicado ao substrato. O material da camada deslizante compreende pelo menos um aglutinante reticulável ou pelo menos um material termoplástico de alta fusão ou é de um material que contém uma matriz de pelo menos um material termoplástico de alto ponto de fusão ou pelo menos um material Duroplast. O material da camada deslizante contém Fe2O3 com uma fração de porcentagem de volume preferida de 0,1 a 15% em volume.
[0011] A Federal-Mogul Wiesbaden GmbH vende rolamentos e juntas de eixo de manivela sob o nome comercial IROX (RTM), que compreende um substrato e uma sobreposição consistindo em partículas de poliamida imida (PAI) e Fe2O3.
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4/21 [0012] Embora tentativas tenham sido feitas para melhorar o desempenho das sobreposições para componentes deslizantes, ainda há uma demanda significativa para um melhor desempenho da sobreposição.
Sumário da invenção [0013] A invenção proporciona um componente deslizante e um método para formar uma sobreposição de um componente deslizante como definido nas reivindicações independentes anexadas, às quais referência agora deve ser feita. Características vantajosas ou preferidas da invenção são apresentadas em sub-reivindicações dependentes [0014] Em um primeiro aspecto, a invenção pode assim proporcionar um componente deslizante que compreende uma sobreposição. A sobreposição compreende vantajosamente um material polimérico e um óxido de metal, em que o óxido de metal tem uma condutividade térmica superior a cerca de 1,5 Wm-1K-1 e uma dureza Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7.
[0015] Ao utilizar um material polimérico, a presente invenção proporciona um componente deslizante que pode ter vantajosamente as propriedades antifricção das sobreposições de polímero conhecidas. A presença de óxidos de metal com uma condutividade térmica superior a 1,5 Wm-1K-1 e uma dureza de Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7, podem vantajosamente proporcionar um efeito de supressão do desgaste que reduz significativamente o desgaste dos componentes deslizantes, enquanto exibe excelente resistência à fadiga. Os inventores descobriram que um componente deslizante que compreende uma sobreposição de acordo com a presente invenção pode exibir até 90% de redução de desgaste em comparação com as sobreposições de polímero convencionais.
[0016] Os componentes deslizantes que incorporam a invenção
Petição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 10/56
5/21 podem ser particularmente adequados para utilização em aplicações lubrificadas com fluidos. Aplicações particularmente vantajosas para os componentes deslizantes são como rolamentos deslizantes em motores de combustão, por exemplo, rolamentos de eixo de manivela e/ou eixos de cames, rolamentos de extremidade grande e buchas de extremidade pequena. Os componentes deslizantes que incorporam a invenção são particularmente adequados para utilização em motores de veículos, incluindo os equipados com tecnologia de motor de parada-partida em que o motor é submetido a um número substancialmente maior de arranques durante a vida útil do motor do que em motores convencionais e em que o eixo de manivela é acelerado regularmente do repouso antes que uma película hidrodinâmica uniforme de lubrificante seja estabelecida na superfície de rolamento/corrida.
[0017] Os componentes deslizantes que incorporam a invenção também podem ser usados para formar qualquer uma das várias superfícies deslizantes nos componentes do motor, incluindo buchas, saias de pistão, anéis de pistão, forros, eixos de cames e bielas. Eles também podem ser usados como, ou como parte de, componentes como arruelas de encosto, flanges e meio revestimentos. São previstas outras aplicações adequadas e serão facilmente evidentes para o versado na técnica.
[0018] Um componente deslizante que incorpora a presente invenção pode proporcionar vantajosamente uma elevada capacidade de carga e uma maior resistência ao desgaste, tornando-o adequado para aplicações que envolvem altas temperaturas e movimento ou rotação de componentes a altas velocidades, entre outros.
[0019] De preferência, a sobreposição pode compreender um óxido de metal com uma maior condutividade térmica de pelo menos 15 Wm-1K-1, ou pelo menos 20 Wm-1K-1, ou pelo menos 30 Wm-1K-1.
[0020] O uso de óxidos de metal que têm uma condutividade térPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 11/56
6/21 mica superior a 1,5 Wm'1K'1 pode aumentar vantajosamente a condutividade térmica da sobreposição. Em aplicações de alta velocidade que envolvem altas temperaturas, isso pode permitir que a sobreposição dissipe o calor de sua superfície o mais rápido possível, de modo a reduzir a probabilidade de captura devido ao superaquecimento. Isto pode proporcionar uma vantagem em relação às sobreposições da técnica anterior, particularmente aquelas que incluem óxido de ferro, Fe2O3, que tem uma baixa condutividade térmica de apenas 0,37 Wm1K-1.
[0021] Em um aspecto alternativo da invenção, a sobreposição pode compreender um óxido de metal que tem uma condutividade térmica um tanto menor de pelo menos 0,5 Wm-1K-1 ou, de preferência, pelo menos 2 Wm-1K-1, embora o desempenho da sobreposição a altas temperaturas de operação possa ser menor do que no primeiro aspecto da invenção descrito acima.
[0022] A sobreposição pode compreender um óxido de metal com uma dureza de Mohs superior a 3, ou 4, ou 5 e / ou menor que 6, ou 7 ou 8, de preferência entre 5 e 7. Os inventores descobriram que os óxidos de metal com uma dureza Mohs superior a cerca de 8, como Al2O3 que possui uma dureza Mohs de 9, são indesejavelmente abrasivos para uso em uma sobreposição para aplicações deslizantes. A presença desses óxidos em uma sobreposição pode levar ao aumento do desgaste do componente deslizante ou de um componente cooperante. As partículas com dureza de Mohs superior a cerca de 8 também podem formar desvantajosamente pontos de iniciação para fendas de fadiga na sobreposição, reduzindo a resistência à fadiga da sobreposição. Os óxidos de metal com uma dureza de Mohs inferior a cerca de 3, ou 4, ou 4,5, por outro lado, podem ser insuficientemente difíceis de produzir a redução de desgaste desejada na sobreposição, dependendo da carga aplicada na sobreposição durante o uso. Os inPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 12/56
7/21 ventores descobriram que os óxidos de metal com dureza Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7 proporcionam a melhor redução de desgaste, mantendo alta resistência à fadiga.
[0023] O óxido de metal utilizado na sobreposição pode compreender vantajosamente um ou mais de óxido de cério, óxido de estanho, dióxido de titânio ou dióxido de zircônio. De preferência, o óxido de metal pode ser um ou mais de CeO2, SnO, SnO2, TiO2 ou ZrO2. [0024] Particularmente, de preferência, o uso de óxido de cério, ou CeO2, na sobreposição pode permitir que um usuário monitore o desgaste da sobreposição através da medida do acumulado de cério no óleo de um motor. Ao contrário do ferro ou de outros metais, é pouco provável que o óxido de cério seja usado em outro lugar no sistema do motor. Portanto, o cério no óleo poderia ser originário do desgaste da sobreposição. A presença de óxido de cério na sobreposição pode, portanto, ser vantajosamente usada para medir o desgaste do rolamento sem a necessidade de verificações visuais e uma reconstrução do motor.
[0025] O uso de óxido de cério na sobreposição pode proporcionar a vantagem adicional de melhorar a umidificação do componente deslizante em relação aos óleos lubrificantes, devido à alta energia superficial das partículas de óxido de cério. Além disso, as propriedades catalíticas do CeO2 podem ajudar a prevenir deposições de fuligem ou outros acúmulos baseados em carbono em um motor de combustão interna.
[0026] O componente deslizante compreende, de preferência, um suporte ou substrato, geralmente formado a partir de aço, de espessura de 1 mm ou mais, que pode ser revestido ou ligado a uma camada de revestimento (que pode compreender mais de uma camada individual) e uma sobreposição. A camada de revestimento compreende tipicamente um material à base de cobre (por exemplo, bronze de coPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 13/56
8/21 bre-estanho) ou um material à base de alumínio (como alumínio ou uma liga de alumínio e estanho) aderido ao suporte, quer diretamente, quer através de uma camada intermediária, e é de espessura de cerca de 0,05 a 0,5 mm. A sobreposição pode ser separada da camada de revestimento por uma barreira de difusão na forma de uma camada intercalar, por exemplo, de níquel. A sobreposição é de preferência revestida sobre a camada de revestimento (ou a intercamada, se presente) em uma ou mais camadas. De preferência, a sobreposição é aplicada em pelo menos três camadas de modo a proporcionar um bom controle da espessura e uma espessura uniforme da sobreposição sobre a superfície do substrato.
[0027] De preferência, o substrato do componente deslizante compreende uma liga de ferro, alumínio ou cobre, como bronze ou latão. Esses materiais de substrato de componentes deslizantes podem fornecer boas superfícies de corrida em uma situação de emergência, de modo que, por exemplo, se a sobreposição se desgastasse rapidamente, o componente deslizante não pode aproveitar imediatamente.
[0028] A sobreposição pode compreender o óxido de metal em forma de partículas ou em pó. Neste caso, a sobreposição compreende preferencialmente partículas de óxido de metal com um tamanho médio de partícula (ou d50) entre 0,5 pm e 10 pm. Particularmente, de preferência, a sobreposição compreende partículas de óxido de metal com um tamanho médio de partícula (ou d50) superior a 0,5 pm ou 1 pm ou 2 pm, e/ou menos de 3 pm ou 4 pm ou 5 pm ou 6 pm.
[0029] Os inventores descobriram que as partículas de óxido de metal esférico são particularmente preferidas porque podem ser mais eficazes do que outras formas de partículas na introdução de menos tensão na matriz de polímero durante o uso, evitando assim a introdução de pontos de iniciação para a fissuração por fadiga da matriz poliPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 14/56
9/21 mérica.
[0030] A sobreposição compreende de preferência um dispersante, que pode ser um dispersante polimérico, particularmente quando a sobreposição compreende partículas de óxido de metal com um tamanho médio de partícula (ou d50) inferior a 2 pm.
[0031] A sobreposição pode, alternativamente, compreender óxido de metal na forma não esférica, tal como na forma laminar ou na placa, ou em forma de flocos. Neste caso, a sobreposição compreende preferencialmente partículas de óxido de metal com uma relação de aspecto média entre 1: 2 e 1: 4, tal como cerca de 1: 3.
[0032] Em cada caso, a dimensão máxima da partícula de óxido de metal medida paralelamente à espessura da sobreposição deve ser inferior a 14 pm, ou 10 pm, ou 5 pm, ou 3 pm, ou menor que a espessura da camada de sobreposição em que o material é depositado e a dimensão mínima da partícula de óxido de metal pode ser vantajosamente superior a 0,1 pm, ou 0,5 pm ou 1 pm.
[0033] De preferência, a sobreposição compreende entre cerca de 0,5% em peso e cerca de 8% em peso de óxido de metal. Particularmente, de preferência, a sobreposição compreende cerca de 4% em peso de óxido de metal. Abaixo de 0,5% em peso, os inventores descobriram que a redução de desgaste proporcionada pelo óxido de metal diminui substancialmente, enquanto que entre 0,5% em peso e cerca de 8% em peso de conteúdo de óxido de metal proporciona uma redução substancial do desgaste sem comprometer a resistência à fadiga do componente deslizante. Mais de 8% em peso podem desvantajosamente reduzir a integridade da matriz polimérica e assim reduzir a sua resistência.
[0034] É possível que a composição de sobreposição varie através da sua espessura. Por exemplo, se a sobreposição for depositada em três camadas como descrito acima, cada camada pode ter uma comPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 15/56
10/21 posição diferente. Em tal caso, o % em peso desejado do óxido de metal pode ser medido em uma camada da sobreposição de multicamadas, ou pode ser um valor médio como medido na sobreposição na sua totalidade.
[0035] De preferência, a espessura total da sobreposição está entre 3 pm e 14 pm. Mais preferencialmente, a espessura total da sobreposição está entre 8 pm e 10 pm.
[0036] De preferência, o material polimérico compreende poliamida imida (PAI). Outras bases poliméricas adequadas incluem: poliimidas; poliamidas; epóxi; resinas epóxi; fenólica ou polibenzimidazol (PBI); ou uma combinação de qualquer destes materiais. Tais materiais poliméricos podem vantajosamente fornecer alta temperatura, desgaste e resistência química.
[0037] Em uma modalidade preferida da presente invenção, a sobreposição pode ser formada a partir de material polimérico de poliamida imida (PAI) em que são dispersas partículas de óxido de cério, CeO2. O óxido de cério tem uma condutividade térmica de 12 Wm-1K-1 e uma dureza de Mohs de 6. A sobreposição tem uma espessura de aproximadamente 10 pm e compreende 4% em peso de partículas esféricas de óxido de cério com um tamanho médio de partícula (d50) de 2 pm.
[0038] Uma sobreposição que incorpora a presente invenção pode compreender um ou mais de um número de óxidos de metal com condutividade térmica superior a 1,5 Wm-1K-1 e dureza Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7, de modo a proporcionar propriedades superiores de redução do desgaste. A escolha do(s) óxido(s) de metal para uso pode ser feita com base em uma série de fatores, como custo, disponibilidade, cor e fatores de saúde e segurança, bem como a combinação de condutividade térmica e dureza Mohs fornecida por um dado óxido de metal. De preferência, o óxido de metal é escolhido para ser um ou
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11/21 mais de óxido de cério, óxido de estanho, dióxido de titânio ou dióxido de zircônio.
[0039] As partículas de óxido de metal são preferencialmente de forma geralmente esférica e são preferencialmente selecionadas para ter um tamanho médio de partícula entre 0,5 e 2 micrômetros de diâmetro. Em modalidades preferidas, as partículas podem estar entre 0,5 e 10 micrômetros de diâmetro, ou de preferência entre 0,1 e 5 micrômetros de diâmetro, e em particular preferencialmente entre 0,5 e 2 micrômetros de diâmetro. Partículas fora destas faixas podem estar presentes, mas partículas maiores do que a espessura da sobreposição desejada devem ser evitadas uma vez que elas podem se projetar inaceitavelmente da sobreposição e partículas muito menores do que 0,5 micrômetro podem ser difíceis de manusear em um processo industrial. Por exemplo, pequenas partículas podem ser pirofóricas. [0040] As partículas de óxido de metal podem, portanto, ter d90, ou mesmo d95 ou d100, inferior a 6 pm ou 8 pm ou 10 pm ou 12 pm, e d10, ou mesmo d5 ou d0, superior a 0,1 pm ou 0,2 pm ou 0,3 pm ou 0,5 pm.
[0041] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção pode proporcionar um material de sobreposição para um componente deslizante, em que o material de sobreposição compreende um material polimérico e um óxido de metal, em que o óxido de metal tem uma condutividade térmica superior a 1,5 Wm-1K-1, e uma dureza de Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7. As características preferidas ou vantajosas do material de sobreposição discutido em relação a outros aspectos da invenção também se aplicam ao material de sobreposição do segundo aspecto.
[0042] De acordo com um terceiro aspecto, a invenção pode proporcionar um método para formar uma sobreposição de um componente deslizante, compreendendo as etapas de misturar um material
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12/21 polimérico com partículas de um óxido de metal com uma condutividade térmica superior a cerca de 1,5 Wm-1K-1, e uma dureza de Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7, para formar uma dispersão; e depositar a dispersão sobre um substrato.
[0043] De preferência, o método de acordo com o terceiro aspecto pode ser um método para formar o componente deslizante do primeiro aspecto da invenção, em que a dispersão do terceiro aspecto corresponde substancialmente ao material da sobreposição descrito em relação aos primeiro e segundo aspectos da invenção. As características preferidas ou vantajosas da sobreposição discutidas em relação a outros aspectos da invenção também se aplicam ao método do terceiro aspecto.
[0044] O óxido de metal e o material polimérico são de preferência como descrito em relação ao primeiro aspecto da invenção. O material polimérico é de preferência mantido em estado líquido durante o presente método, por exemplo, por dissolução em um solvente ou outro processo como é conhecido na técnica. Após a deposição sobre o substrato, a dispersão é permitida solidificar, formando uma ou mais camadas de sobreposição no substrato.
[0045] O método pode compreender a etapa adicional de adicionar um dispersante, ou agente de dispersão, na mistura de material polimérico e óxido de metal. De preferência, o dispersante pode ser um dispersante polimérico, ou um dispersante polimérico ativo, por exemplo, um alcoxilato polimérico. Isto pode melhorar, vantajosamente, a dispersão de partículas de óxido de metal dentro do material polimérico e evitar a aglomeração do óxido de metal. Isto pode ser particularmente vantajoso quando usado com óxidos de metal de pequenas partículas, que são propensos à aglomeração. De um modo particularmente preferido, adiciona-se um dispersante à mistura de material polimérico e óxido de metal quando o óxido de metal tem um tamanho
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13/21 médio de partícula (ou d50) de 2 pm ou menos.
[0046] O óxido de metal é de preferência adicionado ao material polimérico em uma quantidade que se forma entre 0,5% em peso e 8% em peso da dispersão, particularmente, de preferencia, entre 2% em peso e 4% em peso da dispersão. Entre 0,5% em peso e 8% em peso de conteúdo de óxido de metal, verificou-se que proporciona uma redução substancial do desgaste sem comprometer a resistência à fadiga do componente deslizante, enquanto que menos de 0,5% em peso exibe uma resistência ao desgaste mais fraca e mais de 8% em peso podem reduzir, desvantajosamente, a integridade da matriz de polímero e, assim, reduzir sua resistência.
[0047] A quantidade de óxido de metal disperso no material polimérico também pode ser selecionada a fim de proporcionar qualidades desejadas ou atender a uma demanda específica para o desempenho de sobreposição.
[0048] A quantidade de dispersante adicionada ao material de sobreposição pode ser escolhida através de referência à quantidade de óxido de metal no material de sobreposição. De preferência, o material de sobreposição compreende dispersante em uma quantidade que é superior a 2% em peso, ou 3% em peso, ou 4% em peso, e/ou menos do que 7% em peso, ou 8% em peso, ou 10% em peso do óxido de metal no material de sobreposição. Particularmente, preferencialmente, o dispersante pode ser adicionado em uma quantidade que é cerca de 8% em peso do óxido de metal no material de sobreposição.
[0049] O método pode compreender etapas adicionais de ajuste da composição e viscosidade da mistura através da adição de qualquer um dentre solvente, material de pigmento, material de enchimento, niveladores e diluentes. De preferência, os componentes que são capazes de suportar tensões de alto cisalhamento são adicionados à mistura antes da combinação, e a mistura é misturada sob alto cisaPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 19/56
14/21 lhamento e misturada em baixa velocidade até a dispersão total na mistura.
[0050] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o óxido de metal, e opcionalmente, dispersante, são adicionados ao revestimento polimérico pré-preparado, tal como um material de revestimento baseado em PAI, comercialmente disponível.
Descrição das Modalidades Específicas da Invenção [0051] As modalidades específicas da invenção serão agora descritas, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos nos quais:
[0052] a Figura 1 é uma vista de três quartos de um invólucro de rolamento semicilíndrico, incorporando uma sobreposição que incorpora a invenção;
[0053] a Figura 2 é um gráfico que mostra a perda de volume de material (desgaste) em testes de sete sobreposições diferentes, incluindo seis sobreposições que incorporam a invenção.
[0054] A Figura 1 mostra um meio-rolamento ou invólucro de rolamento semicilíndrico 2 para um conjunto de rolamento principal de um motor de combustão interna, para retenção de um munhão cilíndrico de um eixo de manivela. Este meio-rolamento compreende um invólucro de rolamento semicilíndrico. O invólucro de rolamento tem uma construção em camadas que incorpora um suporte de aço 4. O suporte é revestido ou ligado a uma camada de revestimento 6 compreendendo uma camada 8 de cobre, estanho e bronze e uma barreira de difusão de níquel ou camada intercalada 10. É formada uma sobreposição 12 através de revestimento por pulverização na camada intercalada.
[0055] Os resultados de testes de desgaste de um número de rolamentos do tipo mostrado na Figura 1, revestidos em uma variedade de sobreposições que incorporam a presente invenção, são mostrados
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15/21 na Figura 2.
[0056] De acordo com uma primeira modalidade, o material de sobreposição é formado por adição de poliamida imida (PAI) a um solvente juntamente com partículas de óxido de metal, agente de dispersão e enchimentos e mistura sob alto cisalhamento. Todos os enchimentos que não são capazes de suportar a mistura de alto cisalhamento são então adicionados com niveladores e mais solvente, e a mistura é misturada a uma baixa velocidade até todos os componentes serem incorporados e misturados uniformemente.
[0057] Antes da aplicação da mistura, ou dispersão, sobre um substrato, a viscosidade da mistura é ajustada à viscosidade de pulverização adicionando diluentes apropriados.
[0058] A pessoa versada compreenderá que uma variedade de solventes, enchimentos, niveladores e diluentes são apropriados para utilização no método da presente invenção. Por exemplo, solventes, enchimentos, niveladores e diluentes adequados podem incluir os utilizados para formar as sobreposições baseadas em polímeros da técnica anterior.
[0059] De acordo com uma segunda modalidade alternativa do método, o material de sobreposição é formado misturando junto partículas de óxido de metal, dispersante e diluente e adicionando a mistura resultante a um material de revestimento pré-preparado à base de PAI. A mistura combinada é então misturada em conjunto sob baixo cisalhamento até se dispersar.
Exemplo 1: Formulação de um revestimento de polímero de óxido de cério (8% em peso, 2 mícrons) [0060] Um primeiro método exemplificativo de formação de uma sobreposição compreende as seguintes etapas.
[0061] Adiciona-se poliamida imida (PAI) a um vaso de mistura, juntamente, com uma primeira porção de mistura de solvente de NPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 21/56
16/21
Etilpirrolidona (NEP)/acetato de butila, juntamente, com partículas de dispersante polimérico, PTFE micronizado e óxido de cério (CeO2) de um tamanho médio de 2 mícrons. A quantidade de óxido de cério adicionada é igual a cerca de 8% em peso do peso total da dispersão final. Um nivelador e aproximadamente 24% em peso de flocos de alumínio também são adicionados. A mistura continua até os aditivos serem totalmente dispersos na mistura para formar uma dispersão de material de sobreposição.
[0062] A viscosidade do material de sobreposição é ajustada com uma mistura de diluentes para obter uma viscosidade apropriada para pulverização ou impressão em tela.
[0063] Uma sobreposição formada por este primeiro método exemplar compreende os seguintes materiais:
Nome % em peso para sólidos
Poliamida imida(PAI) 54
Óxido de cério 8
Terefetalato de polietileno (PTFE) 9
Floco de Alumínio 24
Outro* 5
*Nivelador, dispersante, outros enchimentos
Exemplo 2: Formulação de um revestimento de polímero (0,5% em peso, 0,5 mícron) de óxido de estanho (IV) [0064] Um segundo método exemplificativo de formação de uma sobreposição compreende as seguintes etapas:
[0065] Adiciona-se poliamida imida (PAI) a um vaso de mistura, juntamente, com uma primeira porção de mistura de solvente de NEtilpirrolidona (NEP)/butil-acetato, juntamente com um dispersante polimérico, PTFE micronizado e óxido de estanho (SnO2), partículas de tamanho médio de 0,5 mícron. A quantidade de óxido de estanho adicionada é igual a cerca de 0,5% em peso do peso total da dispersão final. Um nivelador e, aproximadamente, 26% em peso de flocos de
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17/21 alumínio também são adicionados. A mistura continua até os aditivos serem, totalmente, dispersos na mistura para formar uma dispersão de material de sobreposição.
[0066] A viscosidade do material de sobreposição é ajustada com uma mistura de diluentes para obter uma viscosidade apropriada para pulverização ou serigrafia.
[0067] Uma sobreposição formada por este segundo método exemplar compreende os seguintes materiais:
Nome % em peso para sólidos
Poliamida imida(PAI) 58
Óxido de estanho (IV) 0,5
Terefetalato de polietileno (PTFE) 9
Floco de Alumínio 26
Outro* 6,5
*Nivelador, dispersante, outros enchimentos [0068] O substrato é de preferência preaquecido antes da aplicação do material de sobreposição. Isso pode ajudar a evitar flacidez do material de sobreposição em relação ao substrato. O substrato pode ser preaquecido a uma temperatura superficial entre cerca de 30 e cerca de 100 graus C, de preferência entre cerca de 40 e cerca de 85 graus C.
[0069] Opcionalmente, antes do material de sobreposição ser aplicado ao substrato, o material de sobreposição pode ser preaquecido. O material de sobreposição pode ser preaquecido entre 40 e 70 graus, de preferência entre 40 e 60 graus C. Isto pode ser feito apenas antes da aplicação da primeira camada do material de sobreposição ou antes da aplicação de mais de um, ou cada uma, das camadas do material de sobreposição.
[0070] Combinar a temperatura do material de sobreposição à temperatura do substrato antes da aplicação do material de sobreposição e/ou manter o material de sobreposição a uma temperatura consPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 23/56
18/21 tante durante a aplicação do material de sobreposição ao substrato pode ajudar a garantir a uniformidade do material de sobreposição no substrato. Também pode ajudar a manter uma viscosidade constante do material de sobreposição e, assim, garantir que as características do processo de aplicação de cada camada do material de sobreposição e a espessura resultante da camada aplicada do material de sobreposição sejam consistentes e reproduzíveis.
[0071] O material de sobreposição pode ser aplicado ao substrato em uma das várias maneiras que serão conhecidas pelo versado na técnica. Um método preferido de aplicação do material de sobreposição sobre o substrato para formar um componente deslizante que incorpora a presente invenção é pulverizar o material de sobreposição em forma líquida sobre um substrato. O material de sobreposição é de preferência aplicado por uma lança ou bico de pulverização.
[0072] Após a pulverização do material de sobreposição e a secagem do material de sobreposição, o material de sobreposição é curado. A cura endurece o material polimérico e provoca a reticulação das cadeias de polímero. A cura fornece ao material de sobreposição as propriedades de deslizamento ou de corrida desejadas.
[0073] O desempenho melhorado das modalidades da invenção foi demonstrado por teste de desgaste acelerado, como ilustrado na figura 2. Estes testes foram realizados utilizando uma plataforma de teste na qual um único meio-rolamento está disposto voltado para cima e um rolamento de teste excêntrico rotativo conduzido eletricamente é carregado para baixo no meio-rolamento. O munhão montado, excentricamente, é deslocado do seu eixo de rotação em cerca de 1,8 mm, para atingir o TIR de 3,64 mm (leitura total do indicador) e é, nominalmente, 6,7 mm menor do que o furo do suporte de teste, para gerar uma grande folga para que a excentricidade do eixo seja acomodado dentro do meio-rolamento. O rolamento é lubrificado por uma barra de
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19/21 pulverização localizada acima do lado principal da folga do rolamento. Este teste de desgaste fornece um conjunto repetido de condições para comparar diferentes sobreposições, e para garantir robustez estatística, pelo menos seis de cada tipo de rolamento são testados.
[0074] A perda de volume do material na sobreposição é uma medida do desgaste da sobreposição.
[0075] Sete tipos de rolamentos foram testados nas mesmas condições, denominados rolamentos A a G na figura 2.
[0076] O rolamento A era um rolamento que tem uma sobreposição formada pela segunda modalidade do método descrito acima, compreendendo PAI e 4% em peso de partículas de CeO2 esféricas com um tamanho médio de partícula (d50) de 2,554 mícrons, um tamanho de partícula d5 de 0,889 mícron e um tamanho de partícula d95 de 4,666 mícrons. O óxido de cério tem uma condutividade térmica de 12 Wm-1K-1 e uma dureza Mohs de 6.
[0077] O rolamento B era um rolamento compreendendo uma sobreposição formada pela segunda modalidade do método descrito acima, compreendendo, PAI e 8% em peso de partículas esféricas de CeO2 com um tamanho médio de partícula (d50) de 2,554 mícrons, um tamanho de partícula d5 de 0,889 mícron e um tamanho de partícula d95 de 4,666 mícrons.
[0078] O rolamento C era um rolamento que tem uma sobreposição formada pela segunda modalidade do método descrito acima, compreendendo PAI e 4% em peso de partículas SnO2 esféricas com um tamanho médio de partícula de 0,5 mícron. O óxido de estanho (SnO2) tem uma condutividade térmica de 40 Wm-1K-1 e uma dureza Mohs de aproximadamente 6,5.
[0079] O rolamento D era um rolamento tendo uma sobreposição formada pela segunda modalidade do método descrito acima, compreendendo PAI e 4% em peso de partículas de SnO2 esféricas com um
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20/21 tamanho de partícula d10 de 0,2-0,3 mícron, um tamanho de partícula d50 de 0,5-0,8 mícron, e um tamanho de partícula d90 de 1,6-1,9 mícron.
[0080] O rolamento E era um rolamento com uma sobreposição formada pela primeira modalidade do método descrito acima, compreendendo PAI e 8% em peso de partículas de CeO2 esféricas com um tamanho médio de partícula (d50) de 2,554 mícrons, um tamanho de partícula d5 de 0,889 mícron e um tamanho de partícula d95 de 4,666 mícrons.
[0081] O rolamento F era um rolamento com uma sobreposição formada pela primeira modalidade do método descrito acima, compreendendo PAI e 4% em peso de partículas de SnO2 esféricas com um tamanho médio de partícula de 0,5 mícron.
[0082] O rolamento G era um rolamento com uma sobreposição baseada em PAI de acordo com a técnica anterior, na qual a sobreposição não contém partículas de óxido de metal.
[0083] Sob as mesmas condições de teste de desgaste, o rolamento A perdeu aproximadamente 0,3 mm3 do material de sobreposição devido ao desgaste; o rolamento B perdeu 0,25 mm3; o rolamento C perdeu 0,2 mm3; o rolamento D perdeu 0,25 mm3; o rolamento E perdeu 0,7 mm3; o rolamento F perdeu 0,4 mm3; enquanto o rolamento G da técnica anterior perdeu, aproximadamente, 3,6 mm3. Todos os rolamentos que representam a presente invenção apresentam, portanto, uma resistência de desgaste significativamente melhor que o rolamento de referência da técnica anterior.
[0084] Os rolamentos A, B, C e D exibiram uma redução de desgaste superior a 90% em comparação com o rolamento de referência, com o rolamento de pior desempenho da invenção, o rolamento E, exibindo ainda mais de 80% de redução no desgaste sobre o suporte de referência. A redução de desgaste apresentada por todos os revesPetição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 26/56
21/21 timentos A a F também se verificou ser, significativamente, maior do que a apresentada pelas sobreposições da técnica anterior compreendendo partículas de óxido de metal na forma de óxido de ferro.
[0085] Embora, aqui descrito e ilustrado nos desenhos em relação a um invólucro de meio-rolamento, a presente invenção pode, igualmente, se aplicar a outros componentes deslizantes do motor, incluindo arruelas de impulso semianulares, anulares ou circulares e buchas, e motores que compreendem tais componentes deslizantes de motor.
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Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Componente deslizante, que compreende uma sobreposição, caracterizado pelo fato de a sobreposição compreender:
    um material polimérico; e um óxido de metal;
    em que o óxido de metal tem uma condutividade térmica superior a cerca de 1,5 Wm-1K-1 e uma dureza de Mohs de entre cerca de 5 e cerca de 7.
  2. 2. Componente deslizante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o óxido de metal ser um ou mais dentre óxido de cério, óxido de estanho, dióxido de titânio ou dióxido de zircónio.
  3. 3. Componente deslizante, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a sobreposição compreender um dispersante.
  4. 4. Componente deslizante, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de a sobreposição compreender o óxido de metal na forma de partículas.
  5. 5. Componente deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a sobreposição compreender partículas de óxido de metal que têm um tamanho médio de partícula entre 0,5 pm e 10 pm.
  6. 6. Componente deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a sobreposição compreender entre cerca de 0,5% em peso e cerca de 8% em peso de óxido de metal.
  7. 7. Componente deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o material polimérico compreender poliamida imida (PAI).
  8. 8. Componente deslizante, de acordo com qualquer uma
    Petição 870170059720, de 17/08/2017, pág. 28/56
    2/2 das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a espessura total da sobreposição estar entre cerca de 3 pm e cerca de 12 pm.
  9. 9. Método de formação de uma sobreposição de um componente deslizante, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
    misturar um material polimérico com partículas de um óxido de metal tendo uma condutividade térmica superior a cerca de 1,5 Wm-1K-1 e uma dureza de Mohs entre cerca de 5 e cerca de 7, para formar uma dispersão;
    e depositar a dispersão sobre um substrato.
  10. 10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o óxido de metal ser um ou mais de óxido de cério, óxido de estanho, dióxido de titânio ou dióxido de zircônio.
  11. 11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de adicionar um dispersante na mistura de material polimérico e óxido de metal.
  12. 12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de o óxido de metal ser adicionado em uma quantidade que se forma entre cerca de 0,5% em peso e cerca de 8% em peso da dispersão.
  13. 13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de o material polimérico compreender poliamida imida (PAI).
  14. 14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de a dispersão ser depositada sobre o substrato por pulverização.
  15. 15. Componente deslizante, caracterizado pelo fato de ser substancialmente como aqui descrito com referência aos desenhos.
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BR102017017653-3A 2016-08-19 2017-08-17 Componente deslizante e método BR102017017653B1 (pt)

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