[0001] Diese Erfindung betrifft ein mehrere Schichten umfassendes Gleitlagermaterial mit einer Gleitfläche, die mit einer Schutzschicht versehen ist, die ein festes Schmiermittel enthält.
[0002] Ein Gleitlager wird üblicherweise eingesetzt als Lager für eine Kurbelwelle eines Boots- oder Kraftfahrzeugmotors. Das Gleitlager umfasst ein unterliegendes Stahlstück, mit dem eine Kupferlagerlegierung oder eine Aluminiumlagerlegierung gebondet ist. Eine Schutzschicht ist üblicherweise auf einer Oberfläche des Gleitlagers zur Verbesserung des Formanpassungsvermögens und des Abnutzungswiderstandes beschichtet.
[0003] Die JP-A-2000-27 868 beschreibt ein Gleitlager eines Bootsmotors mit einer Oberfläche, die beispielsweise mit selbstschmierenden Tetrafluoräthylen beschichtet ist.
Weiterhin beschreibt JP-A-58-108 299 ein Gleitlager eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Oberfläche, die mit einer Schutzschicht beschichtet ist, die ein festes Schmiermittel umfasst, wie Graphit oder Molybdän-Disulfid, und ein Bindemittel, wie ein phenolisches Harz oder Epoxidharz.
[0004] Ein jedes der phenolischen Harze und Epoxidharze weist ein unzureichendes Formanpassungsvermögen auf, da jedes Harz, welches ein heissfixierendes Harz ist, eine grosse Härte aufweist. Fast kein Schmiermittel wird einem Motor zugeführt, wenn der Motor gestartet wird.
Insbesondere unter diesen Betriebsbedingungen beschädigen Abnutzungsstücke von der Gleitabnutzung zwischen dem Harz und einer Kurbelwelle die Schutzschicht, woraufhin die Schutzschicht bereits in einem frühen Stadium der veranschlagten Lebenszeit abgetragen ist.
[0005] Um die oben genannte Gleitabnutzung zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, dass die Schutzschicht ein weiches thermoplastisches Harz wie Tetrafluoräthylen umfasst. Jedoch weist das weiche thermoplastische Harz einen unzureichenden Abnutzungswiderstand auf. Weiterhin wird ein Kontaktabschnitt des thermoplastischen Harzes mit einer Dicke von ungefähr 10 Microm weiter ausgedünnt, wenn die Welle gebogen wird, um diese in lokalen Kontakt mit einem Ende des Lagers zu bringen, so dass die Schutzschicht zu einem frühen Stadium ihres Lebens verschlissen wird.
Im Ergebnis kommt die Lagerlegierung und die Welle in einen Metall-Metall-Kontakt zueinander, was zu einem Festfressen führen kann.
[0006] Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein mehrschichtiges Gleitlagermaterial anzugeben, welches verhindern kann, dass die Schutzschicht in einem frühen Stadium aufgrund von Abnutzungsstücken abgetragen wird und sich nicht aufgrund des lokalen Kontaktes mit einem zugeordneten gegenüberliegenden Element festfressen kann.
[0007] Die vorliegende Erfindung schafft ein mehrschichtiges Gleitlagermaterial mit einer Schutzschicht, die eine Oberfläche mit einer Lagerlegierungsschicht abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht ein Feststoffschmiermittel und einen Binder umfasst, welcher ein thermoplastisches Harz und ein heissfixierendes Harz umfasst,
welche beide in einem polaren Lösungsmittel löslich sind.
[0008] Wenn diese Harze in dem Lösungsmittel aufgelöst werden, wird das thermoplastische Harz und das heissfixierende Harz in vollständiger Weise miteinander in einer kleinen Einheit als ein Molekül vermischt. Der resultierende Binder weist eine zwischen dem thermoplastischen und dem heissfixierenden Harz dazwischenliegende Charakteristik auf. Daher ist die Schutzschicht schwer zu deformieren und weist eine relativ hohe Stärke auf, selbst wenn sie mit einem gegenüberliegenden Element in lokalen Kontakt gebracht wird. Daher kann für die Schutzschicht vermieden werden, dass diese früh abnutzt, und ferner kann ein Metall-Metall-Kontakt zwischen der Lagerlegierungsschicht und dem gegenüberliegenden Element vermieden werden.
Des Weiteren kann, da der Binder eine geeignete Härte aufweist, ein gewünschtes Formanpassungsvermögen erhalten werden. Selbst wenn der Binder durch das Gleiten gegen das gegenüberliegende Element abgenützt ist, kann für die Oberfläche der Schutzschicht verhindert werden, dass sie zu einem frühen Zustand ihrer veranschlagten Lebensdauer beschädigt wird.
[0009] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die thermoplastischen Harze einen Bereich zwischen 1 und 100 Volumenteilen, wenn das heissfixierende Harz bei 100 Volumenteilen ist. Wenn das thermoplastische Harz weniger als 1 Volumenteil ausmacht, hat der Binder Eigenschaften, die nahe dem des heissfixierenden Harzes liegen. Demgemäss weist der Binder dann ein niedriges Formanpassungsvermögen auf und wird aufgrund von Abnutzungsstücken, die auftreten, früh abgenutzt werden.
Weiterhin, wenn das thermoplastische Harz 100 Volumenteile übersteigt, weist der Binder Eigenschaften auf, die sehr ähnlich sind zu dem eines thermoplastischen Harzes. Da die Härte der Schutzschicht vermindert ist, wird der Widerstand gegenüber der Abnutzung vermindert und der Metall-Metall-Kontakt aufgrund des lokalen Kontaktes mit dem gegenüberliegenden Element findet dann eher statt.
[0010] Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schutzschicht nicht mehr als 80 Volumenprozent eines festen Schmiermittels. Das feste Schmiermittel vermindert den Reibungskoeffizienten der Schutzschicht.
Wenn das feste Schmiermittel 80 Volumenprozent übersteigt, werden die Prozente der heissfixierenden und thermoplastischen Harze in solch einer Weise reduziert, dass die festen Schmierstoffe nicht zurückgehalten werden können, womit die Stärke der Schutzschicht und demgemäss der Widerstand gegen Abnutzung der Schutzschicht vermindert werden.
[0011] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schutzschicht nicht mehr als 5 Volumenprozent harter Partikel. Die harten Partikel verbessern die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der Schutzschicht.
Wenn die harten Partikel 5 Volumenprozent übersteigen, werden die aggressiven Eigenschaften in solch einer Weise erhöht, dass das gegenüberliegende Element beschädigt wird oder die Schutzschicht durch den Schaden an dem gegenüberliegenden Element abgenutzt wird.
[0012] Die Erfindung wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
[0013]
Fig. 1 : eine Querschnittsansicht durch ein Gleitlager gemäss einem Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 : eine perspektivische Ansicht des Gleitlagers;
Fig. 3 : einen teilweisen Querschnitt durch eine Welle eines Bootsmotors; und
Fig. 4 : zeigt die Ergebnisse des Reibungstests, des Abnutzungstests und von einem Test bezüglich des Festfressens in Bezug auf das Gleitlager mit der Schutzschicht 10 des Ausführungsbeispiels und einem Gleitlager mit einer üblichen Schutzschicht.
[0014] Ein Ausführungsbeispiel gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung auf ein Gleitlager für eine Kurbelwelle eines Bootsmotors angewandt.
[0015] Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird ein Kurbelzapfenlager 1 für eine Welle des Bootsmotors dargestellt. Das Wellenlager 1 umfasst ein Lagergehäuse 2 und ein Gleitlager 3, welches im Lagergehäuse angeordnet ist. Das Lagergehäuse 2 umfasst einen Wellenstab 4, ein oberes Gehäuse 5, welches auf dem Wellenstab angeordnet ist, und ein unteres Gehäuse 6, welches auf einem unteren Abschnitt des oberen Gehäuses aufgesetzt ist. Das Gleitlager 3 umfasst zwei halbzylindrische Gleitlager 7, die oben und unten gegeneinander anstossen. Eines der halbzylindrischen Gleitlager 7 ist in der Fig. 2 dargestellt und jedes Gleitlager 7 wird im Folgenden als "halbes Gleitlager" bezeichnet.
Jedes Halblager 7 umfasst ein zugrunde liegendes Metallstück 8 aus einer Stahlplatte, eine Legierungsschicht 9 mit einer Aluminiumlagerlegierung, die mit dem Metallstück verbunden ist, und eine Schutzschicht 10, die auf einer Oberfläche (einer Lagerfläche), der Legierungsschicht, beschichtet ist, wie in der Fig. 1 dargestellt. Die Schutzschicht 10 wird mit einem geeigneten Beschichtungsmittel beschichtet, wie Sprayen, Abrollen oder Sprühen.
[0016] Die Schutzschicht 10 umfasst ein festes Schmiermittel und einen Binder, der weiterhin ein thermoplastisches Harz und ein heissfixierendes Harz umfasst. Die Dicke der Schutzschicht 10 beträgt zwischen 5 und 40 Microm und vorzugsweise zwischen 10 und 30 Microm. Das feste Schmiermittel der Schutzschicht 10 umfasst Polytetrafluoräthylen (PTFE), Molybdän-Disulfid (MoS2), Wolfram-Disulfid (WS2) oder Graphit (Gr).
Polyäthersulfon (PES), das in einem polaren Lösungsmittel löslich ist, wie Dimethylazetamid (DMAC), N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), wird als thermoplastisches Harz verwendet. Polyamidimidharz (PAI) oder Epoxidharz (EP), die in einem polaren Lösungsmittel löslich sind, werden als das heissfixierende Harz eingesetzt.
[0017] In der Folge wird ein Verfahren zum Herstellen des Halblagers 7 beschrieben. Zuerst wird die Aluminiumlegierung zum Bonden an die Stahlplatte und die Aluminiumlagerlegierungsplatte aufeinander auf der Stahlplatte angeordnet, um in das zugrunde liegende Metallstück 8 ausgebildet zu werden, und dann durch Rollen in die Legierungsschicht 9 gepresst zu werden, wodurch ein Bimetall entsteht, welches die an der Stahlplatte fixierte Legierungsschicht umfasst. Ein kleines Stück mit vorbestimmten Dimensionen wird aus dem Bimetall erhalten.
Dieses Stück wird in ein unbeschichtetes Zwischenprodukt gefaltet. Nachfolgend wird ein vorbestimmter Bearbeitungsschritt auf das Zwischenprodukt angewandt und danach eine erste vorläufige Behandlung durchgeführt, die ein Entfetten und Entgraten oder Säurereinigen auf dem Zwischenprodukt bewirkt.
[0018] Auf der anderen Seite wird das feste Schmiermittel wie PTFE, MoS2, WS2, oder Gr zu dem polaren Lösungsmittel wie DMAC oder NMP hinzugefügt. Weiterhin wird ein Hartpartikelstoff wie TiO2 etc., ein thermoplastisches Harz wie PES und ein heissfixierendes Harz wie PAI oder EP zu dem polaren Lösungsmittel hinzugefügt, falls notwendig. Diese Materialien werden zusammen gemischt und verrührt, so dass eine Dispersionsflüssigkeit hergestellt wird.
Das thermoplastische Harz und das heissfixierende Harz werden in dem Lösungsmittel aufgelöst, um vollständig miteinander vermischt zu werden, um ein einziges Molekül zu bilden. In diesem Falle ist es bevorzugt, dass die Schutzschicht nicht mehr als 80 Volumenprozent des festen Schmiermittels enthalten soll. Es ist weiterhin bevorzugt, dass das thermoplastische Harz zwischen 1 und 100 Volumenteile aufweist, wenn das heissfixierende Harz 100 Volumenteile umfasst, insbesondere das heissfixierende Harz in der aus thermoplastischem Harz und heissfixierendem Harz bestehenden Dispersionsflüssigkeit diese auf 100 Volumenteile ergänzt.
Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die harten Partikel hinzuzufügen sind, dass die Schutzschicht nicht mehr als 5 Volumenprozent harte Partikel umfassen soll.
[0019] Das Zwischenprodukt, auf welchem die vorläufige Behandlung durchgeführt worden ist, wird auf 120 deg. C aufgeheizt. Die Dispersionsflüssigkeit wird auf eine Oberfläche der Legierungsschicht 9 des Zwischenproduktes aufgesprüht. Nachfolgend wird das Zwischenprodukt auf 180 deg. C aufgeheizt, so dass die Dispersionsflüssigkeit getrocknet und das Zwischenprodukt wärmebehandelt wird. Als Ergebnis der Wärmebehandlung verflüchtigt sich das Lösungsmittel und das Halblager 7 wird erhalten. Das erhaltene Halblager 7 umfasst die Schutzschicht 10, die in fester Weise an der Oberfläche der Legierungsschicht 9 befestigt ist.
Die Schutzschicht 10 umfasst einen Binder, der das thermoplastische Harz und das heissfixierende Harz, den festen Schmierstoff und die harten Partikel umfasst. Die Schutzschicht 10 hat eine Dicke von 20 Microm.
[0020] Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der Messungen des Reibungskoeffizienten, der Reibung- und Abnutzungstests und der Test auf Festfressen in Bezug auf das Gleitlager mit der Schutzschicht 10 nach dem Ausführungsbeispiel und einem Gleitlager mit einer üblichen Schutzschicht. Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen in einer Binderspalte der Fig. 4 sind Volumenverhältnisse des thermoplastischen Harzes, wenn das heissfixierende Harz 100 Volumenteile umfasst. Die TABELLE 1 zeigt die Bedingungen, unter denen die Reibungs- und Abnutzungstests unter Einsatz einer Stosstestmaschine durchgeführt worden sind.
Ein Grad der Abnutzung wurde nach 2 Stunden nach dem Start der Stosstestmaschine gemessen. Reibungskoeffizienten, wie sie in der Fig. 4 dargestellt sind, sind gemessen worden, als der Test beendet war. Die TABELLE 2 zeigt die Bedingungen, unter denen der Test auf ein Festfressen ausgeführt worden ist, auch unter Einsatz der Stosstestmaschine. Der auf die Oberfläche des Lagers ausgeübte Druck wurde jeweils um je 3 MPa erhöht, nachdem die Lageroberfläche bei einem bestimmten Druck für eine halbe Stunde betrieben gewesen ist. Eine bestimmte Belastung des Festfressens ist eine bestimmte Belastung des Lagers, welche gemessen worden ist, wenn für das zugrunde liegende Metallstück rückwärtig eine Temperatur des Lagers von 200 deg.
C überschritten wird oder wenn ein abnormaler Wert gemessen worden ist in Bezug auf einen Strom, der in einen Elektromotor fliesst, der eine Welle antreibt.
[0021]
<tb>Testbedingungen
Reibungs- und Abnutzungstest
<tb>Dimension des Teststückes<sep>phi 22 X phi 27.2 mm
<tb>Oberflächendruck<sep>5 Mpa
<tb>Umdrehungen<sep>4 Umdrehungen je Minute
<tb>Umkreisgeschwindigkeit<sep>0.005 m/Sek.
<tb>Schmierung<sep>Keine Schmierung
<tb>Zeit<sep>2 Stunden
<tb>Temperatur<sep>übliche Temperatur
<tb>Wellenmaterial<sep>S55C
Rauheit 1.0 Rmax Microm
180 bis 220 Hv 10 Kg
[0022]
<tb>Testbedingungen
Test bezüglich Heisslaufen/Festfressen
<tb>Dimension des Teststückes<sep>phi 22 X phi 27.2 mm
<tb>Oberflächendruck<sep>Erhöhung um jeweils 3 Mpa
<tb>Umdrehungen<sep>1500 Umdrehungen je Minute
<tb>Umkreisgeschwindigkeit<sep>2 m/Sek.
<tb>Schmierung<sep>SAE#30
<tb>Zeit<sep>0.5 Stunden Druck je Oberflächendruck
<tb>Temperatur<sep>60 deg. C
<tb>Wellenmaterial<sep>S55C
Rauheit 1.0 Rmax Microm
500 bis 700 Hv10 Kg
[0023] Wie aus der Fig. 4 in klarer Weise hervorgeht, sind die Produkte nach den Ausführungsbeispielen im Vergleich zu Vergleichsprodukten höherwertig im Wert des Reibungskoeffizienten, des Abnutzungswiderstandes und den Heisslaufeigenschaften. Jedes der Vergleichsprodukte 2, 4, 5 und 7 umfasst 40 Volumenprozent Harz, welches als Binder dient, welcher Wert gleich ist zu dem in den Ausführungsprodukten 9 und 10. Dennoch enthält jedes der Vergleichsprodukte 2, 4 und 7 nur 40 Volumenprozent heissfixierendes Harz und das Vergleichsprodukt 5 umfasst nur 40 Volumenprozent thermoplastisches Harz.
Auf der anderen Seite umfasst jedes der Ausführungsbeispielprodukte 9 und 10 20 Volumenprozent heissfixierendes Harz und 20 Volumenprozent thermoplastisches Harz, insgesamt 40 Volumenprozent Harz.
[0024] Die Vergleichsprodukte 2, 4, 5 und 7 haben jeweilige Grössen an Abnutzungsgraden zwischen 16 und 18 Microm, wohingegen Ausführungsbeispielsprodukte 9 und 10 jeweilige Grössen der Abnutzung zwischen 10 und 14 Microm aufweisen. Weiter haben die Vergleichsprodukte 2, 4, 5 und 7 jeweilige Heisslaufwerte, die zwischen 9 und 15 Mpa betragen, wohingegen die Ausführungsbeispielsprodukte 9 und 10 jeweilige Heisslaufwerte zwischen 18 und 21 Mpa aufweisen.
Daher sind die Ausführungsbeispielsprodukte höherwertig in Bezug auf die Vergleichsprodukte.
[0025] Weiterhin, wenn das Vergleichsprodukt 1 und das Ausführungsbeispielsprodukt 8 miteinander verglichen werden, umfasst jedes Produkt 80 Volumenprozent Harz. Allerdings umfasst das Vergleichsprodukt 1 80 Volumenprozent des heissfixierenden Harzes, wohingegen das Ausführungsbeispielsprodukt 8 60 Volumenprozent heissfixierendes Harz und 20 Volumenprozent thermoplastisches Harz aufweist. Das Ausführungsbeispielsprodukt 8 ist im Vergleich zum Vergleichsprodukt 1 höherwertig in Bezug auf die Nicht-Heisslaufeigenschaften, obwohl die Abnutzungseigenschaften des zuerst genannten gleich zu denen des letztgenannten ist.
[0026] In Bezug auf einen Gehalt an Harz, der als Binder dient, verfügt das Vergleichsprodukt 3 über 90 Volumenprozent eines festen Schmierstoffs.
Demgemäss umfasst das Vergleichsprodukt 3 nur 10 Volumenprozent Binder. Als Ergebnis ist die Bindungseigenschaft des festen Schmiermittels durch den Binder schlechter und das Vergleichsprodukt 3 weist eine unzureichende Stärke auf, so dass die Abnutzung von diesem über 20 Microm liegt. Auf der anderen Seite umfasst keines der Ausführungsbeispielsprodukte 8 bis 11 mehr als 80 Volumenprozent festen Schmierstoffs. Demgemäss, da die Bindung des festen Schmierstoffs vorzugsweise ausserhalb des Binders ausgeführt wird, ist der Grad der Abnutzung gering.
[0027] Weiterhin liegt in jedem der Ausführungsbeispielsprodukte 8 bis 11 das thermoplastische Harz (PES) zwischen 2,6 und 100 Volumenteilen, wenn das heissfixierende Harz (PAI oder EP) bei 100 Volumenteilen liegt.
Daher werden gute Ergebnisse der Abnutzungseigenschaften und der Nicht-Heisslaufeigenschaften bei jedem der Ausführungsbeispielsprodukte 8 bis 11 erhalten. Zusätzlich können ein gewünschter Abnutzungswiderstand und Nicht-Heisslaufeigenschaften erhalten werden, wenn der Bereich des thermoplastischen Harzes zwischen 1 und 100 Volumenteilen liegt, wenn das heissfixierende Harz bei 100 Volumenteilen ist.
[0028] Der Vergleich der Vergleichsprodukte 2 und 6 zeigt, dass das Hinzufügen von harten Partikeln den Abnutzungswiderstand und die Nicht-Heisslaufeigenschaften verbessert.
Weiterhin zeigt ein Vergleich des Vergleichsproduktes 6 mit dem des Ausführungsbeispielsprodukts 11, dass der Abnutzungswiderstand und die Nicht-Heisslaufeigenschaften weiter verbessert werden können, wenn der Binder das thermoplastische Harz und das heissfixierende Harz unter Hinzufügung der harten Partikel umfasst.
[0029] Der feste Schmierstoff sollte nicht auf PTFE, MoS2, WS2 oder Gr begrenzt sein. Das thermoplastische Harz sollte nicht auf PES begrenzt sein. Das heissfixierende Harz sollte nicht auf PAI oder EP beschränkt sein. Der Binder kann ein Polyesterharz oder ein Vinylharz umfassen. Obwohl TiO2 in den oben genannten Ausführungsbeispielen als Lieferant harter Partikel eingesetzt worden ist, können auch anstelle Al2O3, BN oder SiO2 eingesetzt werden.
Obwohl die Erfindung hier auf einen Bootsmotor in dem oben genannten Ausführungsbeispiel eingesetzt worden ist, kann die Erfindung in gleicher Weise auf Kraftfahrzeuge oder andere Motoren umgesetzt werden.
[0030] Die oben stehende Beschreibung und die Zeichnungen sind nur eine illustrative Darstellung des Prinzips der vorliegenden Erfindung und sind nicht in begrenzender Weise gedacht. Verschiedene Änderungen und Erweiterungen werden dem Fachmann geläufig sein.
Alle solche Änderungen und Erweiterungen fallen in den Rahmen der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen niedergelegt ist.
[0031] Bei einem mehrschichtigen Gleitlagermaterial, bei dem angegeben, ist, dass das thermoplastische Harz zwischen 1 und 100 Volumenteilen liegt, wenn das heissfixierende Harz bei 100 Volumenteilen liegt, bedeutet dies, dass der Anteil an thermoplastischem Harz in Bezug auf den Anteil an heissfixierendem Harz definiert wird und nicht an dessen Anteil in dem Binder.
This invention relates to a multilayer slide bearing material having a sliding surface provided with a protective layer containing a solid lubricant.
A sliding bearing is usually used as a bearing for a crankshaft of a boat or motor vehicle engine. The sliding bearing comprises an underlying steel piece to which a copper bearing alloy or an aluminum bearing alloy is bonded. A protective layer is usually coated on a surface of the sliding bearing to improve the conformability and the wear resistance.
JP-A-2000-27 868 describes a sliding bearing of a boat engine having a surface coated, for example, with self-lubricating tetrafluoroethylene.
Further, JP-A-58-108299 discloses a sliding bearing of an automotive engine having a surface coated with a protective layer comprising a solid lubricant such as graphite or molybdenum disulfide, and a binder such as a phenolic resin or epoxy resin.
Each of the phenolic resins and epoxy resins has an insufficient conformability because any resin which is a heat-fixing resin has a high hardness. Almost no lubricant is supplied to a motor when the engine is started.
Especially under these operating conditions, wear pieces from the sliding wear between the resin and a crankshaft damage the protective layer, whereupon the protective layer is worn away at an early stage of the estimated life.
In order to avoid the above sliding wear, it has been proposed that the protective layer comprises a soft thermoplastic resin such as tetrafluoroethylene. However, the soft thermoplastic resin has insufficient wear resistance. Further, a contact portion of the thermoplastic resin having a thickness of about 10 microns is further thinned when the shaft is bent to bring it into local contact with one end of the bearing, so that the protective layer is worn at an early stage of its life.
As a result, the bearing alloy and the shaft come into metal-to-metal contact with each other, which can lead to seizure.
Therefore, it is an object of the present invention to provide a multilayer plain bearing material which can prevent the protective layer from being worn away at an early stage due to scuffing and can not seize due to local contact with an associated facing element.
The present invention provides a multilayer plain bearing material having a protective layer covering a surface with a bearing alloy layer, characterized in that the protective layer comprises a solid lubricant and a binder comprising a thermoplastic resin and a heat-fixing resin,
which are both soluble in a polar solvent.
When these resins are dissolved in the solvent, the thermoplastic resin and the heat-fixing resin are completely mixed together in a small unit as a molecule. The resulting binder has a characteristic interposed between the thermoplastic and the heat-fixing resin. Therefore, the protective layer is difficult to deform and has a relatively high strength even when brought into local contact with an opposing member. Therefore, it can be avoided for the protective layer to wear early, and further, metal-metal contact between the bearing alloy layer and the opposing element can be avoided.
Furthermore, since the binder has a suitable hardness, a desired conformability can be obtained. Even if the binder is worn by sliding against the opposing member, the surface of the protective layer can be prevented from being damaged to an early state of its estimated life.
In a preferred embodiment, the thermoplastic resins range between 1 and 100 parts by volume when the heat-setting resin is 100 parts by volume. When the thermoplastic resin is less than 1 part by volume, the binder has properties close to that of the heat-fixing resin. Accordingly, the binder will then have a low conformability and will wear out prematurely due to wear and tear that occurs.
Further, when the thermoplastic resin exceeds 100 parts by volume, the binder has properties very similar to those of a thermoplastic resin. As the hardness of the protective layer is reduced, the resistance to wear is reduced and the metal-to-metal contact due to the local contact with the facing element then takes place.
In another preferred embodiment, the protective layer comprises not more than 80% by volume of a solid lubricant. The solid lubricant reduces the friction coefficient of the protective layer.
When the solid lubricant exceeds 80% by volume, the percentages of the heat-setting and thermoplastic resins are reduced in such a manner that the solid lubricants can not be retained, thus decreasing the thickness of the protective layer and, accordingly, the resistance to wear of the protective layer.
In a further preferred embodiment, the protective layer comprises not more than 5% by volume of hard particles. The hard particles improve the wear resistance of the protective layer.
When the hard particles exceed 5% by volume, the aggressive properties are increased in such a manner that the opposing member is damaged or the protective layer is worn by the damage to the opposing member.
The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
Show it:
[0013]
1 shows a cross-sectional view through a sliding bearing according to an embodiment in accordance with the present invention;
Fig. 2: a perspective view of the sliding bearing;
3 shows a partial cross section through a shaft of a boat engine; and
Fig. 4: shows the results of the friction test, the wear test and a seizure test with respect to the sliding bearing with the protective layer 10 of the embodiment and a plain bearing having a conventional protective layer.
An embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In this embodiment, the invention is applied to a plain bearing for a crankshaft of a boat engine.
Referring to Fig. 3, a crankpin bearing 1 for a shaft of the boat engine is shown. The shaft bearing 1 comprises a bearing housing 2 and a sliding bearing 3, which is arranged in the bearing housing. The bearing housing 2 comprises a shaft rod 4, an upper housing 5, which is arranged on the shaft rod, and a lower housing 6, which is placed on a lower portion of the upper housing. The sliding bearing 3 comprises two semi-cylindrical sliding bearing 7, which abut against each other at the top and bottom. One of the semi-cylindrical sliding bearing 7 is shown in FIG. 2 and each sliding bearing 7 is hereinafter referred to as "half slide bearing".
Each half bearing 7 comprises an underlying metal piece 8 made of a steel plate, an alloy layer 9 with an aluminum bearing alloy bonded to the metal piece, and a protective layer 10 coated on a surface (a bearing surface), the alloy layer, as in FIG Fig. 1 shown. The protective layer 10 is coated with a suitable coating agent, such as spraying, unrolling or spraying.
The protective layer 10 comprises a solid lubricant and a binder further comprising a thermoplastic resin and a heat-fixing resin. The thickness of the protective layer 10 is between 5 and 40 microns, and preferably between 10 and 30 microns. The solid lubricant of the protective layer 10 includes polytetrafluoroethylene (PTFE), molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2) or graphite (Gr).
Polyethersulfone (PES) which is soluble in a polar solvent, such as dimethylacetamide (DMAC), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), is used as the thermoplastic resin. Polyamideimide resin (PAI) or epoxy resin (EP) which are soluble in a polar solvent are used as the heat-fixing resin.
In the following, a method for producing the half-bearing 7 will be described. First, the aluminum alloy for bonding to the steel plate and the aluminum bearing alloy plate is placed on each other on the steel plate to be formed in the underlying metal piece 8, and then pressed by rolling into the alloy layer 9, whereby a bimetal is formed, which at the Steel plate fixed alloy layer includes. A small piece of predetermined dimensions is obtained from the bimetal.
This piece is folded into an uncoated intermediate. Subsequently, a predetermined processing step is applied to the intermediate product and thereafter a first preliminary treatment is performed which effects degreasing and deburring or acid cleaning on the intermediate product.
On the other hand, the solid lubricant such as PTFE, MoS2, WS2, or Gr is added to the polar solvent such as DMAC or NMP. Further, a hard particle substance such as TiO 2, etc., a thermoplastic resin such as PES and a heat-fixing resin such as PAI or EP are added to the polar solvent if necessary. These materials are mixed together and stirred to prepare a dispersion liquid.
The thermoplastic resin and the heat-fixing resin are dissolved in the solvent to be completely mixed with each other to form a single molecule. In this case, it is preferable that the protective layer should not contain more than 80% by volume of the solid lubricant. It is further preferable that the thermoplastic resin has between 1 and 100 parts by volume when the heat-fixing resin comprises 100 parts by volume, in particular, the heat-fixing resin in the thermoplastic resin and heat-fixing resin dispersion liquid supplements it to 100 parts by volume.
In addition, when the hard particles are to be added, it is preferable that the protective layer should not contain more than 5% by volume of hard particles.
The intermediate on which the preliminary treatment has been carried out is set to 120 ° C. C heated up. The dispersion liquid is sprayed on a surface of the alloy layer 9 of the intermediate. Subsequently, the intermediate product to 180 deg. C heated so that the dispersion liquid is dried and the intermediate product is heat treated. As a result of the heat treatment, the solvent volatilizes and the half-bearing 7 is obtained. The obtained half bearing 7 comprises the protective layer 10 fixedly attached to the surface of the alloy layer 9.
The protective layer 10 comprises a binder comprising the thermoplastic resin and the heat-fixing resin, the solid lubricant and the hard particles. The protective layer 10 has a thickness of 20 microns.
Fig. 4 shows the results of the measurements of the friction coefficient, the friction and wear tests and the seizure test with respect to the sliding bearing with the protective layer 10 according to the embodiment and a sliding bearing with a conventional protective layer. The parenthesized reference numerals in a tie nip of Fig. 4 are volume ratios of the thermoplastic resin when the heat-setting resin comprises 100 parts by volume. TABLE 1 shows the conditions under which the friction and wear tests were performed using a shock test machine.
A degree of wear was measured after 2 hours from the start of the shock test machine. Coefficients of friction, as shown in Fig. 4, were measured when the test was completed. TABLE 2 shows the conditions under which the seizure test was carried out, also using the shock test machine. The pressure applied to the surface of the bearing was increased by 3 MPa each after the bearing surface was operated at a certain pressure for half an hour. A certain seizure stress is a certain load on the bearing which has been measured when for the underlying piece of metal a temperature of the bearing of 200 deg.
C is exceeded or when an abnormal value has been measured with respect to a current flowing in an electric motor that drives a shaft.
[0021]
<Tb> Test Conditions
Friction and wear test
<tb> Dimension of the test piece <sep> phi 22 X phi 27.2 mm
<tb> surface pressure <sep> 5 Mpa
<tb> revolutions <sep> 4 revolutions per minute
<tb> Perimeter speed <sep> 0.005 m / sec.
<tb> Lubrication <sep> No lubrication
<tb> time <sep> 2 hours
<tb> temperature <sep> usual temperature
<Tb> Wave Material <sep> S55C
Roughness 1.0 Rmax Microm
180 to 220 Hv 10 Kg
[0022]
<Tb> Test Conditions
Test for hot running / seizing
<tb> Dimension of the test piece <sep> phi 22 X phi 27.2 mm
<tb> surface pressure <sep> increase by 3 Mpa each
<tb> revolutions <sep> 1500 revolutions per minute
<tb> peripheral speed <sep> 2 m / sec.
<Tb> Lubrication <sep> SAE # 30
<tb> time <sep> 0.5 hours pressure per surface pressure
<tb> temperature <sep> 60 deg. C
<Tb> Wave Material <sep> S55C
Roughness 1.0 Rmax Microm
500 to 700 Hv10 Kg
As is clear from Fig. 4, the products according to the embodiments in comparison to comparative products are superior in the value of the coefficient of friction, the wear resistance and the hot running properties. Each of Comparative Products 2, 4, 5 and 7 comprises 40% by volume of resin serving as a binder, which is equal to that in Runes 9 and 10. However, each of Comparative Products 2, 4 and 7 contains only 40% by volume of heat-fixing resin and the like Comparative product 5 comprises only 40% by volume of thermoplastic resin.
On the other hand, each of the embodiment products 9 and 10 comprises 20% by volume of heat-fixing resin and 20% by volume of thermoplastic resin, totaling 40% by volume of resin.
Comparative products 2, 4, 5, and 7 have respective degrees of wear between 16 and 18 microns, whereas embodiment products 9 and 10 have respective amounts of wear between 10 and 14 microns. Further, the comparative products 2, 4, 5 and 7 have respective hot running values ranging between 9 and 15 MPa, whereas the embodiment products 9 and 10 have respective hotness values between 18 and 21 MPa.
Therefore, the embodiment products are superior in the comparison products.
Furthermore, when the comparative product 1 and the embodiment product 8 are compared with each other, each product comprises 80% by volume of resin. However, Comparative Product 1 comprises 80% by volume of the heat-setting resin, whereas Embodiment Product 8 comprises 60% by volume of heat-fixing resin and 20% by volume of thermoplastic resin. The embodiment product 8 is superior to the comparative product 1 in terms of non-hot running properties, although the wear characteristics of the former are equal to those of the latter.
With respect to a content of resin serving as a binder, Comparative Product 3 has 90 volume percent of a solid lubricant.
Accordingly, Comparative Product 3 comprises only 10% by volume binder. As a result, the binding property of the solid lubricant by the binder is inferior and the comparative product 3 has insufficient strength such that the wear thereof exceeds 20 microns. On the other hand, none of the embodiment products 8 to 11 comprises more than 80 volume percent of solid lubricant. Accordingly, since the bonding of the solid lubricant is preferably carried out outside the binder, the degree of wear is low.
Further, in each of the embodiment products 8 to 11, the thermoplastic resin (PES) is between 2.6 and 100 parts by volume when the heat-fixing resin (PAI or EP) is 100 parts by volume.
Therefore, good results of the wear characteristics and the non-hot running properties are obtained in each of the embodiment products 8 to 11. In addition, a desired abrasion resistance and non-hot running property can be obtained when the range of the thermoplastic resin is between 1 and 100 parts by volume when the heat-fixing resin is 100 parts by volume.
The comparison of the comparative products 2 and 6 shows that the addition of hard particles improves the wear resistance and the non-hot running properties.
Further, a comparison of the comparative product 6 with that of the embodiment product 11 shows that the wear resistance and the non-hot running property can be further improved when the binder comprises the thermoplastic resin and the heat-fixing resin with the addition of the hard particles.
The solid lubricant should not be limited to PTFE, MoS2, WS2 or Gr. The thermoplastic resin should not be limited to PES. The heat-setting resin should not be limited to PAI or EP. The binder may comprise a polyester resin or a vinyl resin. Although TiO 2 has been used as a hard particle supplier in the above embodiments, Al 2 O 3, BN or SiO 2 may also be used instead.
Although the invention has been applied to a marine engine in the above embodiment, the invention can be equally applied to automobiles or other engines.
The above description and the drawings are only an illustrative representation of the principle of the present invention and are not intended to be limiting. Various changes and extensions will be apparent to those skilled in the art.
All such changes and extensions are within the scope of the invention as defined by the appended claims.
In a multilayer plain bearing material in which it is stated that the thermoplastic resin is between 1 and 100 parts by volume, when the heat-fixing resin is 100 parts by volume, it means that the content of the thermoplastic resin in relation to the amount of heat-fixing Resin is defined and not on its share in the binder.