CN101903666A - 推力轴承用滑动构件 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供高耐热性的推力轴承用滑动构件，其可以通过转化处理法形成中间层以降低成本，从而以低成本制造，其包括形成在铁基构件上的化学转化涂层和形成在所述化学转化涂层上的包括热固性树脂和固体润滑剂的树脂膜，并且可以耐受200℃或更高的高温。同时本发明涉及推力轴承用滑动构件，其特征在于包括进行喷丸处理的铁基构件，其上形成磷酸锌钙的化学转化涂层，并且还形成树脂膜，所述树脂膜包含需要在200℃或更高的温度下烘烤的热固性树脂和固体润滑剂。

Description

推力轴承用滑动构件
技术领域
本发明涉及一种推力轴承用滑动构件。更具体地，本发明涉及这样的推力轴承用滑动构件，其具有形成在铁基构件上的磷酸锌钙的化学转化涂层、热固性树脂和固体润滑剂。因而，所述铁基构件和所述树脂膜之间的粘合性能是优异的，并且推力轴承用滑动构件的耐热性也是优异的。
背景技术
通常，与径向轴承相比，推力轴承难以形成楔形油膜(其通过轴的旋转而形成)，并且难以提供滑动表面足够程度的润滑油，因此推力轴承通常在边界润滑条件下使用。即，与径向轴承的滑动条件相比，推力轴承的滑动条件更为苛刻，因而推力轴承用滑动构件基本上具有含有热固性树脂和固体润滑剂的树脂膜(所述树脂膜形成在金属基构件上，例如铁基构件)以承受这种苛刻的滑动条件。
例如，这种推力轴承用滑动构件用于斜板式压缩器的斜板。斜板式压缩器通过活塞在汽缸中往复运动、同时跟随斜板的旋转运动而在汽缸中压缩气体，并且斜板向位于斜板和活塞之间的、起配对构件作用的底托滑动。斜板式压缩器的斜板适用于来自底托的高压力和高速旋转。
因此，由于存在下列一些情况：滑动构件的温度因为滑动而达到约200℃的高温，所以用于斜板式压缩器的斜板的推力轴承用滑动构件需要具有高的耐热性。因此，推力轴承用滑动构件上形成的树脂膜需要具有足以耐受约200℃的高温的高耐热性，因而，通常具有高耐热性的热固性树脂被用作树脂成分。因此，当制造推力轴承用滑动构件时，在形成树脂膜后的最终加工步骤中在200℃或更高的温度下进行固化。
对于镀覆树脂膜的推力轴承用滑动构件，在金属基构件和树脂膜之间提供中间层，以改善金属基构件和树脂膜之间粘附性能并防止金属基构件由于暴露而咬粘(seizure)。此时中间层通常根据金属喷射法或金属烧结法来形成。然而，由于金属喷射法和金属烧结法需要高的成本，因此作为以更低成本形成中间层的方法，使用磷酸锰钙或磷酸锌钙的溶液通过转化处理法形成磷酸锰钙和磷酸锌钙的化学转化涂层正在引起注意(例如参见专利文献1)。
专利文献1：日本专利未审查申请公开No.JP-A-58-081220
发明内容
本发明所要解决的问题
在常规推力轴承用滑动构件中，当通过金属喷射法或金属烧结法形成中间层时，尽管这些方法需要高的成本，但是容易获得具有足以耐受200℃或更高的高温的高耐热性的中间层，并且即使树脂膜在最终加工步骤中在200℃或更高的温度下固化时中间层也不产生起泡。相反，当通过转化处理法形成中间层以降低成本时，无法获得具有能够耐受200℃或更高的高温的高耐热性的滑动构件。这是由于在最终加工步骤中在200℃或更高的温度下固化时，由于化学转化涂层破裂而产生气体，因此树脂膜发生起泡。
因此，本发明的目的是提供这样的推力轴承用滑动构件，其具有能够耐受200℃或更高的高温的高耐热性。推力轴承用滑动构件具有铁基构件上的化学转化涂层以及含有热固性树脂和固体润滑剂的树脂膜。另外，中间层可通过转化处理法形成以降低成本。
解决问题的手段
作为我们研究以获得所述目的的结果，本发明人发现磷酸锌钙的化学转化涂层具有高的耐热性，并且不会由于化学转化涂层的破裂而产生气体，以及在最终加工步骤中在200℃或更高的温度下树脂膜不产生起泡等。本发明人还发现铁基构件通过所述化学转化涂层可以牢固地粘附到所述树脂膜。因此，完成了本发明。
即，为了实现上述目的，根据本发明提供下列方面。
(1)一种推力轴承用滑动构件，其中磷酸锌钙的化学转化涂层形成在通过喷丸处理法处理的铁基构件上，以及
形成树脂膜，所述树脂膜包含需要在200℃或更高的温度下烘烤的热固性树脂和固体润滑剂。
(2)如(1)所阐述的推力轴承用滑动构件，其中所述热固性树脂是聚酰胺树脂或聚酰胺酰亚胺树脂。
(3)如(1)或(2)所阐述的推力轴承用滑动构件，其中所述固体润滑剂是选自氟碳聚合物、石墨和二硫化钼中的至少一种物质。
发明的优点
根据本发明，提供这样的推力轴承用滑动构件，其具有能够耐受200℃或更高的高温的优异耐热性，原因在于当树脂膜在200℃或更高的温度下固化时，不会发生由于中间层的化学转化涂层的破裂而产生的气体。
另外，通过在化学转化涂覆处理前进行喷丸处理，基材的表面积增加，因而铁基构件和化学转化涂层之间的粘附性能得到改善。
另外，即使当滑动构件的底层由于在长时间使用中滑动而暴露时，由于化学转化涂层和树脂膜处于混合条件下，因此与配对构件主要由铁构成的情况相比，滑动构件难以发生咬粘。即，即使当铁基构件由于树脂膜和化学转化涂层磨耗而暴露在通过喷丸处理而粗糙化的铁基构件表面的凸出区域中时，化学转化涂层或树脂膜、或者两者全部保留在粗糙化的铁基构件表面的凹陷区域中，因此，与在不进行喷丸处理的条件下暴露的具有光滑表面的铁基构件的情况相比，滑动构件难以发生和配对构件的咬粘
附图简要说明
图1示出磷酸锌钙的差热分析结果。
图2示出磷酸锰的差热分析结果。
图3示出磷酸锌的差热分析结果。
图4示出实施例1中形成的斜板的外观。
图5示出比较例1中形成的斜板的外观。
图6示出实施例1和比较例2中形成的用于测试各斜板的高压大气摩擦磨耗试验用高压大气摩擦磨耗试验装置的示意图。
图7示出在高压大气摩擦磨耗测试中与实施例1和比较例2中形成的各斜板接触的底托背面的随时间变化的温度的图，和测试中各斜板的随时间变化的摩擦系数的图。
图8示出实施例1中形成的斜板在高压大气摩擦磨耗试验后的外观。
图9(a)和9(b)示出比较例2中形成的斜板在高压大气摩擦磨耗试验后的外观。
图10(a)至10(e)示出实施例1中形成的斜板在高压大气摩擦磨耗试验后的外观，和通过扫描电子显微镜放大的一部分斜板的外观。
附图标记说明
1 旋转轴
2 斜板
3 底托
4 接收治具
5 固定轴
本发明的最佳实施方式
本发明的推力轴承用滑动构件中使用的铁基构件可以合适地选自目前用作推力轴承用滑动构件的铁基构件的材料，例如碳钢。在本发明中，在铁基构件通过喷丸处理法处理后，在其上形成化学转化涂层。所述喷丸处理法可以根据用于喷丸处理的熟知方法来进行，其中基材表面在高压下喷射丸材料的微细颗粒。另外，铁基构件的表面粗糙度Rz优选通过喷丸处理法被控制为在1至15μm的范围内。另外，喷丸处理法使铁基构件的表面积增大，并且使铁基构件和化学转化涂层之间的粘附性能得到改善。此外，化学转化涂层的表面积也增大，并且化学转化涂层和树脂膜之间的粘附性能得到改善。
通过使用用于形成磷酸锌钙的化学转化涂层的水溶液，在本发明中作为铁基构件上的中间层的磷酸锌钙的化学转化涂层得以形成。例如，水溶液含有锌离子、钙离子和磷酸离子。此时，化学转化涂层通过下列方式形成：将通过喷丸处理法处理的铁基构件浸入用于形成化学转化涂层的水溶液中，然后对其干燥，对于其形成方法并不限定。另外，根据需要，可适当地调节形成的磷酸锌钙的化学转化涂层的厚度，特别地，优选厚度为10μm或更薄(除了0μm)。
在本发明中，在形成为铁基构件上的中间层的磷酸锌钙的化学转化涂层上，形成树脂膜，所述树脂膜含有需要在200℃或更高的温度下固化的热固性树脂和固体润滑剂。此时，作为树脂膜的树脂成分，可使用在推力轴承用滑动构件中使用的具有优异耐热性的各种热固性树脂，例如聚酰亚胺树脂和聚酰胺酰亚胺树脂，特别地，优选使用聚酰亚胺树脂和聚酰胺酰亚胺树脂，另外，从滑动特性的角度来看，聚酰亚胺树脂是更特别优选使用的，在低摩擦和高温下尤其是如此。对于热固性树脂，可以单独地使用一种热固性树脂，或如果需要可以使用混合状态下的两种或多种热固性树脂。具体而言，可以优选使用这样的热固性树脂，例如由TORAY INDUSTRIES，INC.生产的TORENIECE(商标)和由UBE INDUSTRIES，LTD.，生产的U-VARNISH。如果需要，树脂膜中树脂成分的含量可合适地调节，通常所述含量优选为30体积％至80体积％，特别地，更优选为40体积％至70体积％
另一方面，作为树脂膜中的固体润滑剂，可以使用推力轴承用滑动构件中使用的各种固体润滑剂。例如，可以使用氟碳聚合物(例如聚四氟乙烯)、石墨、二硫化钼、二硫化钨和氮化硼，特别地，优选使用氟碳聚合物、石墨和二硫化钼。对于固体润滑剂，可以单独地使用一种固体润滑剂，或如果需要可以使用两种或多种固体润滑剂的混合物。另外，优选的是，固体润滑剂的平均粒径为0.1至45μm。另外，可以加入氧化钛颗粒、氧化铜颗粒、氧化铝颗粒等作为摩擦控制剂。这些摩擦控制剂的平均粒径优选为1nm至10μm。树脂膜中的固体润滑剂的含量优选为20体积％至70体积％，特别优选为30体积％至60体积％，尽管如果需要其可合适地调节。
可以根据在推力轴承用滑动构件中形成树脂膜的传统方法来进行树脂膜的形成。通常，用于形成树脂膜的涂料组合物初始通过使用Henschel混合器、高速混合器、球磨机、转鼓混合器、砂磨机、捏合器等将预定量的热固性树脂和固体润滑剂、以及合适量的有机溶剂混合来制备。本文中，取决于使用的热固性树脂的种类，可使用能够溶解使用的热固性树脂的有机溶剂，例如可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲苯、醇等。根据需要的树脂膜涂料的粘度，使用的有机溶剂的量可以调节以获得合适的值。
随后，通过喷射法、辊涂法、浸渍法、筛网印刷法、丝印法等，用于形成树脂膜的制备的涂料组合物被涂覆在形成为铁基构件上的中间层的磷酸锌钙的化学转化涂层上，然后将用于形成树脂膜的涂料组合物的涂覆膜干燥和固化。这样，可以形成树脂膜。
本文中，用于形成树脂膜的涂料组合物的涂覆膜的干燥可以使用干燥烘箱来进行，固化可以使用惰性炉、在为200℃或更高但低于树脂成分和固体润滑剂成分的分解点的温度下进行。另外，树脂膜的厚度优选为2至50μm，尽管如果需要其可合适地调节。固化时间优选为10分钟至2小时，尽管其取决于固化温度。本发明的推力轴承用滑动构件在200℃或更高的温度下进行固化。
本发明的推力轴承用滑动构件适于广泛应用于斜板式压缩器的斜板和多种机器的滑动构件，更具体地，其适用于推力滑动轴承(如垫圈)的滑动构件。
实施例
现在通过参照实施例来更详细地描述本发明，但本发明不应该被理解为以任何方式受限于下列实施例。
(差热分析)
分别对磷酸锌钙、磷酸锰和磷酸锌在氮气气氛中、在设定为26℃至350℃的温度范围内、升温速率为15cel/min的条件下进行差热分析。对磷酸锌钙进行差热分析的结果进行作图，如图1所示，对磷酸锰进行差热分析的结果进行作图，如图2所示，以及对磷酸锌进行差热分析的结果进行作图，如图3所示
由这些差热分析结果的图可见，发现在使用磷酸锌钙时不产生破裂，即使当其温度达到350℃时也是如此，而在使用磷酸锰时在约200℃的温度下产生破裂，在使用磷酸锌时在约170℃的温度下产生破裂。
<实施例1>
将表面粗糙度Rz在1至10μm的范围内的喷丸处理的斜板铁基构件浸入磷酸锌钙的水溶液中，此后在干燥烘箱中进行干燥。这样，在基材上形成作为中间层的3μm厚的磷酸锌钙的化学转化涂层。然后，通过捏合机将60体积％的聚酰胺酰亚胺树脂(由Hitachi Chemical Co.，Ltd.，生产)、20体积％的聚四氟乙烯(由KITAMURA LIMITED生产)和20体积％的石墨(由Nippon Graphite Industries，Ltd.，生产，其平均粒径为1μm)以及合适量的作为有机溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮混合，从而制得用于形成树脂膜的涂料组合物。用于形成树脂膜的涂料组合物通过辊涂法涂覆在形成为斜板铁基构件上的中间层的磷酸锌钙的化学转化涂层上。然后，将用于形成树脂膜的涂料组合物的涂覆膜在干燥烘箱中干燥。此后，将涂覆膜在惰性炉中在270℃下固化1小时。通过车床对固化后获得的树脂膜进行旋盘加工，以在树脂膜表面中形成预定数量的同心布置的凹槽，其深度为1至10μm，间距为0.05至0.20mm，从而制得斜板式压缩器的斜板。
在这样制备的斜板中，树脂膜通过磷酸锌钙的化学转化涂层牢固地粘附到斜板铁基构件。获得的斜板的外观的照片示于图4中。此外，如此后描述的，检测获得的斜板高压大气摩擦磨耗试验。
<比较例1>
按照与实施例1相同的方式制备斜板，不同之处在于通过使用磷酸锰来代替实施例1中的磷酸锌钙，形成磷酸锰的化学转化涂层作为中间层。
这样获得的斜板的树脂膜起泡，并且树脂膜和斜板铁基构件的粘附性较差。获得的斜板的外观的照片示于图5中。
<比较例2>
按照与实施例1相同的方式制备斜板，不同之处在于不形成在实施例1中形成为中间层的磷酸锌钙的化学转化涂层。如此后描述的，检测这样获得的斜板旋转负荷试验。
<粘附强度试验>
通过使用Shimadzu Autograph(由SHIMADZU Corporation制造)，分别对实施例1和比较例2中获得的斜板进行粘附强度试验。
测试条件：治具使用粘附剂粘附至斜板的树脂膜表面，并且治具沿着斜板的径向向外拉引。
(试验结果)
获得的试验结果示于表1中。
表1
Figure BPA00001161101200091
由表1示出的结果清晰可见，本发明的推力轴承用滑动构件在粘附性方面是优异的。
(高压大气摩擦磨耗试验)
通过使用图6示出的高压大气摩擦磨耗试验装置1，在下列条件下对实施例1和比较例2中获得的各斜板进行高压大气摩擦磨耗试验。所述测试装置装配有固定于旋转轴1的底部的斜板2，此外，三个底托3位于接收治具4的上面，从而被构造为由固定轴5来施加向上负荷。并且，斜板2被设计为当旋转轴1旋转时相对底托3旋转。
测试条件：转速保持恒定为1,000rpm。负荷保持为7.5MPa。测试时间设定为360分钟。
润滑条件：冷冻剂大气干燥条件。
(评价标准和试验结果)
评价标准：以1,000rpm在7.5MPa下完全运行360分钟被认为是合格线。
试验结果：实施例1中制得的斜板通过合格线。
在持续运行68分钟时，比较例2中制得的斜板发生咬粘。
在高压大气摩擦磨耗测试中与斜板2接触的底托3背面的随时间变化的温度的图、和斜板2的随时间变化的摩擦系数的图示于图7中。由图7示出的图清晰可见，与比较例2中获得的斜板相比，实施例1中获得的斜板在长期的时间流逝的情况下引起底托背面的温度和斜板的摩擦系数较小的变化，并且明显地，实施例1中获得的斜板可以稳定地使用较长时间。
另外，实施例1中获得的斜板在旋转负荷试验结束后的外观示于图8中，比较例2中获得的斜板在旋转负荷试验结束后的外观示于图9中。图9(a)是斜板的整个外观，并且(b)是放大的部分外观。根据这些图，比较例2中获得的斜板的铁基构件表面暴露，从而发生咬粘。因此，明显的是，与比较例2中获得的斜板在使用后经历的树脂膜的损坏相比，实施例1中获得的斜板在使用后经历的树脂膜的损坏更为轻微，即，由这些图还清晰可见，实施例1中获得的斜板可稳定地使用较长时间。
另外，实施例1中获得的斜板在旋转负荷试验结束后的外观示于图10中。在图10中，图10(a)是如图8中所示的整体形式的整个外观，图10(b)是使用扫描电子显微镜放大100倍的一部分斜板的外观，图10(c)是使用扫描电子显微镜放大500倍的一部分斜板的外观，图10(d)是通过EDX分析斜板中的C成分的结果，以及图10(e)是通过EDX分析斜板中的Zn成分的结果。由图10清晰可见，实施例1中获得的斜板的中的磷酸锌钙的化学转化涂层暴露，然而，明显的是，这种条件对于滑动性能的影响不大于诸如比较例2之类的铁基构件暴露的情况。
尽管已经参照其具体例子详细地说明了本发明，但对本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改和改变。本申请基于2007年12月21日提交的日本专利申请(申请No.2007-330698)，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
工业实用性
根据本发明，即使当树脂膜在200℃或更高的高温下固化时，形成为中间层的化学转化涂层也不会通过破裂而产生气体，结果，可以提供具有足以耐受200℃或更高的高温的优异耐热性的推力轴承用滑动构件。
另外，通过在化学转化涂覆处理前进行喷丸处理，基材的表面积增加，因而铁基构件和化学转化涂层之间的粘附性得到改善。
另外，即使当滑动构件的底层由于在长时间使用中滑动而暴露时，由于化学转化涂层和树脂膜处于混合条件下，因此与配对构件主要由铁构成的情况相比，本发明的滑动构件难以发生咬粘。更具体地，即使当树脂膜和化学转化涂层磨耗、并且铁基构件暴露在通过喷丸处理而粗糙化的铁基构件表面的凸出区域中时，化学转化涂层或树脂膜、或者两者全部保留在粗糙化的基材表面的凹陷区域中，结果，与在不进行喷丸处理的条件下暴露的具有光滑表面的铁基构件的情况相比，本发明的滑动构件难以发生和配对构件的咬粘。

Claims (3)

1.一种推力轴承用滑动构件，其中：
磷酸锌钙的化学转化涂层形成在通过喷丸处理法处理的铁基构件上，以及
形成树脂膜，所述树脂膜包含需要在200℃或更高的温度下固化的热固性树脂和固体润滑剂。
2.如权利要求1所阐述的推力轴承用滑动构件，其中：
所述热固性树脂是聚酰胺树脂或聚酰胺酰亚胺树脂。
3.如权利要求1或2所阐述的推力轴承用滑动构件，其中：
所述固体润滑剂是选自氟碳聚合物、石墨和二硫化钼中的至少一种物质。
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