Article autolubrifiant et procédé pour sa fabrication L'invention comprend un article autolubrifiant et un procédé de fabrication de cet article. Ce der nier peut être par exemple un support métallique fritté auto-lubrifiant. L'article que comprend l'inven tion est caractérisé en ce qu'il comprend un métal fritté dans les interstices duquel se-trouve du poly- tétrafiluoro6thyllène cireux.
Son procédé de fabrica- tion est caractérisé en ce que l'on mélange intime ment du polytétrafluoroéthylène dégradé avec un métal finement divisé, en ce que l'on agglomère le mélange en un article conformé, et en ce que l'on chauffe ledit article pendant un temps et à une tem pérature suffisante pour fritter le composant métal Tique dudit article.
On peut chauffer le polytétrafluoroéthylène à une température comprise entre. 535 et 568 C pendant une période suffisante pour provoquer la dégradation du polytétrafluoroéthylèrne de l'état de gel en un liquide par refroidissement dudit polytétrafluoro- éthylène thermiquement dégradé à moins de 3150 C et ;le broyage d'une telle matière refroidie en une poudre fine.
Dans ale cas d'un support métallique fritté conte nant dans ses interstices du polytétrafluoroéthylène, on obtient un lubrifiant utilisable à des températures élevées et possédant un faible coefficient de friction et des coefficients de conductibilité électrique et ther mique élevés.
Les métaux qui peuvent être utilisés. dans ce pro cédé sont particulièrement ceux qui se frittent à des ,températures relativement basses (par exemple, au-:dessous de 5350 C) et qui sont thermo-conduc- teurs et électro-conducteurs. Le cuivre et l'argent sont deux exemples de tels métaux, l'argent étant spécialement utilisable. Le lubrifiant polymère est notamment une forme de polytétrafluoroéthylène - (PTFE)
généralement connue sous .le nom de PTFE cireux . La prépa ration du PTFE cireux est décrite ci-dessous et ce corps, peut être considéré comme une forme ther- miquement dégradée .de PFTE. E se distingue du PTFE par son point de fusion quelque peu plus net, mais par ailleurs il est semblable au PTFE, en parti culier en ce qui concerne son faible coefficient de friction.
On prépare le PTFE dégradé thermiquement en exposant une résine PTFE commerciale (par exem ple le produit (@Teflon ) à des températures élevées, supérieures à .1a température de transition du PTFE, durant un laps de temps suffisant pour dégrader le PTFE d'un état gélatineux en un fluide mobile.
Par exemple, ce but est réalisé convenablement en chauf fant ale PTFE entre 535o C et 8650 C environ pen dant une période de temps généralement inférieure à une demi-heure.
II est avantageux d'agiter doucement le PTFE pendant sa dégradation thermique. Il est également important d'effectuer une telle opération dans un four parfaitement ventilé afin de chasser certains produits de décomposition qui contiennent des com posés fluorés indésirables.
Après la dégradation du PTFE en un liquide, on peut le refroidir à ila température ambiante. Cette matière peut être un tant soit peu colorée en gris sale, probablement en raison de la présence de ma tière charbonneuse libre. Dans cette matière, sont aussi présentes . certaines matières polymères à bas point d'ébullition qui, de préférence, seront volati- Rsées par évaporation.
En conséquence, dans le pro- cédé décrit, le PTFE dégradé thermiquement est broyé pour obvenir une grosseur de :particules con venable et glacé -dans un. four à température élevée (par exemple environ 315-425 C) afin d'oxyder toute matière charbonneuse libre et de volatiliser toutes les matières dé bas point d'ébülhtion- qu'il contient. On dénomme :cette opération stabilisation par chauffage .
Le déroulement de cette stabilisation par, chauffage peut être observé visiblement car le PTFE dégradé thermiquement passe d'une coloration gris sale à un blanc presque pur.
D'autre part, au lieu de refroidir le PTFE thermiquement dégradé à la température ordinaire, de le moudre et de le réchauffer, on peut -refroidir. la matière dégradée des - températures de dégradation à environ 315 - 4250 :C et la maintenir suffisamment :longtemps à ces températures pour stabiliser par chauffage cette ma tière.
Le PTFE cireux ainsi préparé possède un point de fusion comparativement net entre 3100 et 315o C environ. Au-,dessous de cette ,température le PTFE cireux se présente à la vue et au toucher -comme une cire dure et au-dessus de cette température, il se change brusquement-- en un fluide d'assez faible vis cosité.
En raison de sa faible viscosité, le PTFE cireux est capable de couler dans les interstices d'un article métagique à des :températures supérieures à son point de fusion.
En ce qui concerne d'opération du frittage décrite ci-dessous, cette faible viscosité per met le frittage sans élévation de pression de l'article non fritté et ainsi l'a structure interne de l'article non fritté n'est pas détruite (comme ce serait<B>le</B> cas si on utilisait <B>dû</B> PTFE) bien que les températures de frittage dépassent considérablement la température de transition du PTFE cireux. Aussi, en ce qui con- cerne cette faible viscosité,
le PTFE peut suinter de 1'article-métallique à de hautes -températures et sous pression. Comme tel, le PTFE cireux sert en tant que dubrifiant temporaire, étant libéré sur Ses sur faces supports comme on le désire, parles pressions et des températures imposées de- l'opération.
<I>Exemple</I> On prépare le PTFE cireux en chargeant un plateau d'évaporation avec environ 200g de PTFE. On le- place dans un four - électrique et élève la température aux environs de 590 C durant vingt minutes environ. Pendant ce temps; @on agite de temps en temps la matière et on ventile continuelle- ment le four:
Au bout de vingt minutes, la structure d'aspect gélatineux du PTFE a disparu et celui-ci se présente comme un liquide. On sort .du four le réci pient d'évaporation contenant le PTFË dégradé et on 1e_ laisse refroidir à la température ambiante.
Cette matière est ensuite broyée dans un mélangeur de façon qu'elle passe-- au travers d'un tamis d'une finesse de 1,2 maille par cm2 (soit environ 8 mesh) et est ensuite pulvérisée en fine couche et chauffée à 3800 C pendant environ 3 heures. Pendant cette stabilisation par chauffage, le PTFE .cireux passe d'une coloration gris sale à une couleur blanc pur.
Après cette stabilisation par chauffage, le PTFE est refroidi à température ambiante et haché dans un mélangeur et ensuite broyé pour le réduire de manière à ce qu'il passe à travers un tamis d'une finesse de 12,40 mailles par cm2 (soit environ:
80 mesh). On lui ajoute de l'argent finement divisé (50,48 mailles par cm2, soit environ 325 mesh) et de l'oxyde de cadmium finement divisé (50,48 mailles par cm2, soit environ 325 mesh), ce dernier étant un additif connu pour durcir l'argent.
Les proportions des composants à ajouter .sont les suivantes
EMI0002.0124
Matière <SEP> Poids <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> volume
<tb> Argent <SEP> 10,59 <SEP> g <SEP> 79,5
<tb> PTFE <SEP> cireux <SEP> 2,2 <SEP> g <SEP> 9,6
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> cadmium <SEP> 8,5 <SEP> g <SEP> 10;
9 Ce mélange est ensuite chargé dans un moulin à galets et moulu .pendant 3 heures- environ en utilisant une charge- de 225 g de galets. Après cette période de 3 heures, cette matière- est passée à travers un tamis d'une finesse de 50,48 mailles par cm2 (soit environ 325 mesh). On presse des lingots de cette matière de 6,35 m/,m de diamètre et 6,65 m/m de ,longueur.
On effectue la .compression sous une pres sion de 3,95 tonnes/cm2. Les lingots non frittés ainsi préparés sont frittés pendant deux heures -à 3850 C.
Les échantillons ainsi préparés se trouvent possé der d'excellentes caractéristiques comme supports, le coefficient de friction étant faible et les cônducti- bilités thermique et électrique élevées.
Outre les structures-supports, les articles préparés suivant le présent procédé peuvent être aussi em ployés comme contacts électriques, tels que collec teurs pour moteurs et générateurs, appareils pour le contrôle électrique, tops que interrupteurs, régula teurs de tension et contrôleurs de moteurs.
En plus de leur faible coefficient .de friction et- de leurs bonnes propriétés électriques, on a trouvé que les articles métalliques enrobés de PTFE sont moins sujets à R'érosion par l'arc dans !les appareils de contact élec triques probablement en raison d'un écran protecteur de PTFE. Aussi, les supports faits selon la pré sente invention sont -particulièrement appropriés pour une application spatiale et à haute altitude.
On a trouvé que de nombreux lubrifiants n'agissent pas efficacement à moins qu'une centaine quantité d'humidité ne soit retenue sur ,la surface. C'est pour quoi quand au-dessus de l'atmosphère terrestre, des lubrifiants solides usuels, tds que le graphite, ne peuvent plus fournir une bonne lubrification, le PTFE cireux n'est pas soumis à cet inconvénient.
On .doit mentionner que les températures de frit toge notées ici sont considérablement inférieures à celles communément utilisées pour les métaux frittés et la résistance -limite qui peut être obtenue par chauffage de métaux pulvérisés à de hautes tem pératures de frittage n'est pas atteinte. Néanmoins, les températures de frittage .sont suffisamment élevées pour obtenir :un article épais utilisable et pour assu rer un frittage du métal en .phase continue.
Self-lubricating article and method of making the same The invention includes a self-lubricating article and a method of making the article. This latter may for example be a self-lubricating sintered metal support. The article which the invention comprises is characterized in that it comprises a sintered metal in the interstices of which there is waxy polytetrafiluoro6thyllene.
Its manufacturing process is characterized in that degraded polytetrafluoroethylene is intimately mixed with a finely divided metal, the mixture is agglomerated into a shaped article, and said article is heated. for a time and at a temperature sufficient to sinter the tick metal component of said article.
Polytetrafluoroethylene can be heated to a temperature between. 535 and 568 C for a period sufficient to cause degradation of the polytetrafluoroethylene from the gel state to a liquid by cooling said thermally degraded polytetrafluoroethylene to below 3150 C and grinding such cooled material into a fine powder .
In the case of a sintered metal support containing polytetrafluoroethylene in its interstices, a lubricant is obtained which can be used at high temperatures and has a low coefficient of friction and high coefficients of electrical and thermal conductivity.
Metals that can be used. particularly in this process are those which sinter at relatively low temperatures (eg, below 5350 ° C.) and which are thermally conductive and electrically conductive. Copper and silver are two examples of such metals, silver being especially useful. The polymer lubricant is in particular a form of polytetrafluoroethylene - (PTFE)
generally known as waxy PTFE. The preparation of waxy PTFE is described below and this body can be considered a thermally degraded form of PFTE. E differs from PTFE by its somewhat sharper melting point, but otherwise it is similar to PTFE, in particular with regard to its low coefficient of friction.
Thermally degraded PTFE is prepared by exposing a commercial PTFE resin (e.g. the product (@Teflon) to elevated temperatures, above the transition temperature of PTFE, for a period of time sufficient to degrade the PTFE of a. gelatinous state in a mobile fluid.
For example, this goal is suitably achieved by heating PTFE between 535 ° C and 8650 C for a period of time generally less than half an hour.
It is advantageous to gently agitate the PTFE during its thermal degradation. It is also important to carry out such an operation in a perfectly ventilated oven in order to drive out certain decomposition products which contain unwanted fluorinated compounds.
After the PTFE has degraded to a liquid, it can be cooled to room temperature. This material may be somewhat dirty gray colored, probably due to the presence of free carbonaceous matter. In this matter, are also present. certain low boiling point polymeric materials which will preferably be volatilized by evaporation.
Accordingly, in the described process, the thermally degraded PTFE is ground to a suitable particle size and glazed in one. oven at high temperature (eg about 315-425 C) in order to oxidize any free carbonaceous material and volatilize any low boiling point material therein. We call: this operation stabilization by heating.
The progress of this stabilization by heating can be visibly observed because the thermally degraded PTFE changes from a dirty gray color to an almost pure white.
On the other hand, instead of cooling the thermally degraded PTFE to room temperature, grinding it and reheating it, it is possible to cool it. the material degraded from - degradation temperatures to about 315 - 4250: C and maintain it long enough at these temperatures to stabilize this material by heating.
The waxy PTFE thus prepared has a comparatively sharp melting point of about 3100 to 315o C. Below this temperature the waxy PTFE appears to the sight and to the touch - like a hard wax and above this temperature, it changes suddenly - into a fluid of rather weak viscosity.
Due to its low viscosity, waxy PTFE is able to flow into the interstices of a metagic article at temperatures above its melting point.
With regard to the sintering operation described below, this low viscosity allows the sintering without pressure rise of the unsintered article and thus the internal structure of the unsintered article is not destroyed ( as would <B> be </B> the case if <B> due </B> PTFE were used) although the sintering temperatures considerably exceed the transition temperature of waxy PTFE. Also, with regard to this low viscosity,
PTFE can ooze from the metallic article at high temperatures and under pressure. As such, the waxy PTFE serves as a temporary lubricant, being released on its carrier faces as desired, by the pressures and temperatures imposed by the operation.
<I> Example </I> The waxy PTFE is prepared by loading an evaporation tray with approximately 200g of PTFE. It is placed in an electric oven and the temperature is raised to around 590 C for about twenty minutes. Meanwhile; @ the material is stirred from time to time and the oven is continuously ventilated:
After twenty minutes, the gelatinous structure of the PTFE has disappeared and it appears as a liquid. The evaporating vessel containing the degraded PTFE was taken out of the oven and allowed to cool to room temperature.
This material is then ground in a mixer so that it passes - through a sieve of a fineness of 1.2 mesh per cm2 (or about 8 mesh) and is then pulverized into a thin layer and heated to 3800 C for about 3 hours. During this stabilization by heating, the waxed PTFE changes from a dirty gray color to a pure white color.
After this stabilization by heating, the PTFE is cooled to room temperature and chopped in a mixer and then ground to reduce it so that it passes through a sieve with a fineness of 12.40 meshes per cm2 (i.e. approximately :
80 mesh). Finely divided silver (50.48 mesh per cm2, or approximately 325 mesh) and finely divided cadmium oxide (50.48 mesh per cm2, or approximately 325 mesh) are added to it, the latter being an additive. known to harden money.
The proportions of the components to be added are as follows
EMI0002.0124
Material <SEP> Weight <SEP> Percentage <SEP> in <SEP> volume
<tb> Silver <SEP> 10.59 <SEP> g <SEP> 79.5
<tb> PTFE <SEP> waxy <SEP> 2.2 <SEP> g <SEP> 9.6
<tb> Cadmium <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 8.5 <SEP> g <SEP> 10;
This mixture is then loaded into a pebble mill and ground for about 3 hours using a 225g load of pebbles. After this 3 hour period, this material is passed through a 50.48 mesh per cm 2 (approximately 325 mesh) sieve. Ingots of this material 6.35 m / m in diameter and 6.65 m / m in length are pressed.
The compression is carried out under a pressure of 3.95 tons / cm2. The unsintered ingots thus prepared are sintered for two hours at 3850 C.
The samples thus prepared are found to have excellent characteristics as supports, the coefficient of friction being low and the thermal and electrical conductivity high.
In addition to supporting structures, articles prepared according to the present process can also be employed as electrical contacts, such as manifolds for motors and generators, apparatus for electrical control, tops as switches, voltage regulators and motor controllers.
In addition to their low coefficient of friction and good electrical properties, it has been found that PTFE coated metal articles are less prone to arc erosion in electrical contact devices possibly due to 'a protective screen of PTFE. Also, the supports made according to the present invention are particularly suitable for space and high altitude application.
It has been found that many lubricants do not work effectively unless a hundred or so amount of moisture is retained on the surface. This is why when, above the Earth's atmosphere, usual solid lubricants, such as graphite, can no longer provide good lubrication, waxy PTFE is not subject to this drawback.
It should be mentioned that the frying temperatures noted herein are considerably lower than those commonly used for sintered metals and the limit strength which can be obtained by heating sputtered metals to high sintering temperatures is not achieved. Nevertheless, the sintering temperatures are high enough to obtain a thick usable article and to ensure continuous sintering of the metal.