CN109937240A - 滑动部件、材料以及方法 - Google Patents

滑动部件、材料以及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109937240A
CN109937240A CN201780070188.9A CN201780070188A CN109937240A CN 109937240 A CN109937240 A CN 109937240A CN 201780070188 A CN201780070188 A CN 201780070188A CN 109937240 A CN109937240 A CN 109937240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
functionalization
coating
piece
slide unit
graphene film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780070188.9A
Other languages
English (en)
Inventor
伊恩·莱恩
戴维·莱瑟姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Mahle Engine Systems UK Ltd
Original Assignee
Mahle International GmbH
Mahle Engine Systems UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH, Mahle Engine Systems UK Ltd filed Critical Mahle International GmbH
Publication of CN109937240A publication Critical patent/CN109937240A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F16C33/201—Composition of the plastic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/70—Additives characterised by shape, e.g. fibres, flakes or microspheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M103/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being an inorganic material
    • C10M103/02—Carbon; Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C10M107/20—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound containing oxygen
    • C10M107/22—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M107/28—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to a carboxyl radical, e.g. acrylate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C10M107/20—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound containing oxygen
    • C10M107/30—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M107/32—Condensation polymers of aldehydes or ketones; Polyesters; Polyethers
    • C10M107/34—Polyoxyalkylenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C10M107/38—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound containing halogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C10M107/40—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound containing nitrogen
    • C10M107/44—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M111/00—Lubrication compositions characterised by the base-material being a mixture of two or more compounds covered by more than one of the main groups C10M101/00 - C10M109/00, each of these compounds being essential
    • C10M111/04—Lubrication compositions characterised by the base-material being a mixture of two or more compounds covered by more than one of the main groups C10M101/00 - C10M109/00, each of these compounds being essential at least one of them being a macromolecular organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M171/00—Lubricating compositions characterised by purely physical criteria, e.g. containing as base-material, thickener or additive, ingredients which are characterised exclusively by their numerically specified physical properties, i.e. containing ingredients which are physically well-defined but for which the chemical nature is either unspecified or only very vaguely indicated
    • C10M171/06—Particles of special shape or size
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/022—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with a pair of essentially semicircular bearing sleeves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/046—Brasses; Bushes; Linings divided or split, e.g. half-bearings or rolled sleeves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F16C33/122—Multilayer structures of sleeves, washers or liners
    • F16C33/124—Details of overlays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/02—Crankshaft bearings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/04—Elements
    • C10M2201/041—Carbon; Graphite; Carbon black
    • C10M2201/0413—Carbon; Graphite; Carbon black used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2209/02—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2209/08—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to a carboxyl radical, e.g. acrylate type
    • C10M2209/0806—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to a carboxyl radical, e.g. acrylate type used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2209/10—Macromolecular compoundss obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2209/103—Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups
    • C10M2209/1033—Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2213/00—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2213/06—Perfluoro polymers
    • C10M2213/0606—Perfluoro polymers used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2217/00—Organic macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2217/04—Macromolecular compounds from nitrogen-containing monomers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2217/044—Polyamides
    • C10M2217/0443—Polyamides used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/25—Internal-combustion engines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/023—Multi-layer lubricant coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2208/00—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers
    • F16C2208/02—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers comprising fillers, fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2208/00—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers
    • F16C2208/20—Thermoplastic resins
    • F16C2208/40—Imides, e.g. polyimide [PI], polyetherimide [PEI]
    • F16C2208/42—Polyamideimide [PAI]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings
    • F16C2240/64—Thickness, e.g. thickness of coatings in the nanometer range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/90—Surface areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F16C33/203—Multilayer structures, e.g. sleeves comprising a plastic lining
    • F16C33/206—Multilayer structures, e.g. sleeves comprising a plastic lining with three layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

一种滑动部件(100)，诸如用于发动机的滑动部件，具有覆盖层(106)，该覆盖层形成抵靠钢制轴颈等的轴承表面。覆盖层(106)由聚合材料的基体形成，并且用‑O和/或‑F基团功能化的石墨烯片分散在基体内。还提供了一种覆盖材料、一种石墨烯片填料和一种形成覆盖层的方法。

Description

滑动部件、材料以及方法
技术领域
本发明涉及具有覆盖层或滑动层的滑动部件、覆盖层材料以及形成覆盖层的方法。本发明尤其涉及用于滑动轴承组件(诸如轴承壳、套筒、曲柄轴的轴承表面、凸轮轴的轴承表面、连接杆的轴承表面、止推垫圈、凸缘、轴承块的轴承表面、轴承帽的轴承表面)以及活塞组件部件(诸如活塞圈、活塞裙以及气缸壁和气缸内衬)的滑动发动机部件。
背景技术
在内燃机中，主轴承组件典型地均包括一对半轴承，其保持绕轴线可旋转的曲柄轴。每个半轴承是大致半柱形轴承壳，并且典型地至少一个是在每个轴向端处设置有向外(径向)延伸的半环形止推垫圈的凸缘半轴承。
轴承壳的轴承表面通常具有层状构造，在该层状构造中，包括强背衬材料的基板涂覆有具有优选的摩擦学性能的一个或多个层以提供在使用中面向诸如曲柄轴颈的协作移动部分的轴承表面。在已知的轴承壳中，基板包括涂覆有内衬层的背衬，并且基板又涂覆有覆盖层。覆盖层典型地为6至25μm厚，并且可以由塑料聚合物基复合层或金属合金层(例如锡基合金覆盖层)形成。
覆盖层的功能是提供一种相对柔软的、适形的层，其可以适应较硬的钢制曲柄轴颈与轴承壳之间的任何小的未对准，并接收和嵌入可能在油供给中循环并进入轴承的污垢颗粒，以防止破坏或刻划轴颈。覆盖层的这些功能分别称为适形性(conformability)和嵌入性。
众所周知，覆盖层材料的磨损会导致覆盖层材料所施加至的内衬层的暴露。这可能由于咬死(seizure)而导致滑动部件发生故障。
近年来，聚合物基覆盖层已经变得流行，并且对滑动部件的研究已经产生了各种各样的聚合物覆盖层材料的组合物。一种特别受欢迎的聚合物基材是聚酰胺酰亚胺(PAI)。
已知将各种填料或添加剂掺入覆盖层的聚合物基体中以改变其性质。已知的填料包括诸如使聚合物基体稳定的硅烷材料；二甲苯；干式润滑剂颗粒；以及旨在增强聚合物基体的耐磨性的硬填料颗粒等材料。硬填料颗粒可以例如选自：铝粉、铝薄片、SiC、WC、c-BN和CaCO3。
例如，WO2010066396描述了一种作铜或者铝基内衬层上的覆盖层的塑料聚合物基复合材料，该铜或者铝基内衬层又粘合至钢背衬。所描述的覆盖层包括聚酰胺酰亚胺(PAI)聚合物材料的基体，遍及基体分布有(在聚合物已经固化之后，相对于覆盖层的含量指定vol％比例)：5至小于15vol％的金属粉末以及1至15vol％的含氟聚合物颗粒。这种类型的示例性层的厚度为12μm并且包括12.5vol％的Al、5.7vol％的PTFE颗粒、4.8vol％的硅烷、<0.1vol％的其它组分，以及余量的(约77vol％)聚酰胺酰亚胺树脂，除了附带的杂质。
申请人的早期专利申请WO2016008770描述了一种具有聚合物基覆盖层的滑动部件，其中功能化的石墨烯纳米片作为填料颗粒掺入聚合物基体中。WO2016008770的功能化石墨烯纳米片可以用-COOH和/或-NH2官能团功能化。
发明内容
本发明提供了一种滑动部件、一种覆盖层材料、一种用于覆盖层材料的石墨烯-片填料材料、一种用于形成覆盖层的方法以及一种包括滑动部件的发动机，如现在应参考的所附独立权利要求所限定的。发明的优选或有利特征在从属权利要求中列出。
根据本发明的第一方面，提供了一种包括覆盖层的滑动部件，其中覆盖层包括：在聚合的或塑料材料的基体内用-O和/或-F官能团功能化的石墨烯片。
石墨烯片可以被称为或可以包括片、石墨片、石墨烯纳米片或石墨纳米片。
在WO2016008770中详述的申请人的先前研究期间，发现石墨烯纳米片(GNP)与-NH2和-COOH基团在GNP的表面上的功能化有助于与聚合物基体的相互作用以增强基体。通过用氨处理使GNP功能化，以将NH3基团附接至片。当这些基团与聚合物基体共价键合时，它们变成NH2基团。与没有GNP的相同聚合物覆盖层相比，WO2016008770中描述的这种功能化在覆盖层的平均咬死负荷方面产生了大约20MPa的改善。这些益处被理解为可归因于GNP上的-COOH基团与聚合物基体中的-NH2基团之间以及GNP上的-NH2基团与聚合物基体中的-COOH基团之间的增强的键合。PAI是一种被发现通过这种方式被功能化GNP强化的优选聚合物。
相对于WO2016008770中描述的通过-NH2或-COOH功能化所实现的性能，本申请中的发明人已经解决了改善聚合物覆盖层的性能的问题。他们通过选择本申请中描述的石墨烯片的-O和-F功能化来实现这一点。
使用用-O和/或-F官能团功能化的石墨烯片是违反直觉的，因为它不遵循现有技术中教导的方法，诸如WO2016008770。在现有技术中，选择功能化基团以促进GNP与聚合物基体之间的键合，目的是增加覆盖层的强度(并因此增加耐磨性)。在本申请中，发明人采用了不同的方法，其使用小尺寸的功能化基团，以增加遍及聚合物基体的片的分散。
可以预期-O和-F官能团能产生的增强效果小于-COOH或NH2基团所带来的增强效果，因为-O和-F基团(与现有技术的-COOH和-NH2官能团不同)不对应于聚合物基体中的对应官能团。然而，令发明人惊讶的是，与WO2016008770的覆盖层相比，具有-O和/或-F官能团的片的功能化在聚合物覆盖层的咬死性能方面产生显著且意想不到的改善。
发明人的实验已经表明，在本发明的实施方案中存在-O和/或-F功能化的石墨烯片可以增加覆盖层的咬死负荷并且改善覆盖层的性能一致性。另外，含有-O和/或-F功能化石墨烯片的覆盖层可以在较大温度范围内表现出改善的抗咬死性。因此，体现本发明的覆盖层可以有利地改善在内燃机运行期间可能经历的整个轴承温度范围内的咬死性能。
-O和/或-F功能化片可以遍及整个覆盖层分布，或仅分布在覆盖层的一部分中。例如，片可以分布在多层覆盖层的一个或多个层内。然而，优选地，功能化片均匀地分布在聚合物基体中。
与许多非常小的颗粒类似，石墨烯纳米片倾向于聚集在一起并且可能难以在用于形成聚合物覆盖层的前体或沉积混合物中分散。沉积混合物通常包括稀释在溶剂中的覆盖层的组分，其可以被例如喷涂到轴承表面上并固化以形成覆盖层。如果石墨烯片彼此聚集，则它们不能有效地分散在沉积混合物中。发明人已经发现-O和-F功能化显著地改善了片的分散，并且导致片在覆盖层的聚合物基体中的更均匀分布。
可以预期，各个片与基体之间的键和不利地比WO2016008770中描述的-COOH和-NH2功能化片弱。然而，发明人已经发现，对于覆盖层性能，通过覆盖层的体积实现片的更均匀分布似乎比片与聚合物基体之间的键和更重要。
因此，用-O和/或-F官能团功能化的片可以用于形成覆盖层，该覆盖层具有比在WO2016008770中实现的性能大大改善的性能，如下面发明人的实验结果所示。
由于非常薄(通常小于50nm)，功能化片具有用于与基体相互作用的特别高的表面积(每单位质量)。在使用中，发现功能化片的层状形状可以对于复合层中的破裂散布提供增强的阻力。遍及本发明的实施方案中实现的覆盖层中的-O和-F功能化片的均匀分布增强了这种效果。还优选的是，片平行于覆盖层表面取向。与现有技术相比，改进的-O和-F功能化片的分散也可以改善片的这种取向。
发明人已经发现-O和-F功能化片在覆盖层抗咬死性方面产生非常显著的改善。由于片如此薄，给定重量百分比(wt％)或体积百分比(vol％)的-O和/或-F功能化片在复合层内提供大量片，从而在轴承组件内使用时，在与协作移动部件直接接触的事件中提供增强的润滑性能，如下所述。
发明人已经发现-O官能团可以有利地提供特别增强的抗咬死性。功能化片可以包括用-O官能团功能化的片，即通过共价键与石墨烯片连接的氧官能团。发明人认为这可能是因为-O官能团可以通过氢键键合到聚合物材料基体(例如聚酰胺酰亚胺树脂)中的官能团来增强复合层。
发明人还已经发现，-F官能团可以有利地提供特别增强的抗咬死性。功能化片可以包括用-F官能团功能化的片，即共价键合的氟官能团。发明人认为，这可能是因为-F官能团可以通过增强覆盖层材料的润滑性质来改善抗咬死性。
因此，尽管通过用-O或-F官能团对片进行功能化可以获得增强的性能，但是通过-O和-F官能团二者来功能化片可以获得更好的性能，以获得覆盖层的增强的协同效应以及增强的低摩擦或润滑效果。
如下面的详细描述所示，已发现，与不含GNP的PAI覆盖层相比，-COOH和-NH2功能化GNP在咬死负荷方面提供～20MPa(～17％)的增加。然而，已经发现，与不含GNP的相同PAI覆盖层相比，本发明的-O和-F功能化GNP在咬死负荷方面产生～40MPa(～33％)的增加。
有利地，功能化片上的-O和/或-F官能团很小，并且由于低的空间位阻，它们可以提供石墨烯片与聚合物基体之间增强的表面相互作用，
-O和/或-F官能团的存在还可以使片有效地分散在沉积混合物中，该沉积混合物在被固化以形成覆盖层之前沉积到基板上。由于附近片上的带负电的-O和/或-F官能团之间的静电排斥，片的-O或-F功能化可以有利地增强片在沉积混合物内的分散，并因此增强覆盖层。与现有技术的包括-COOH和-NH2功能化GNP的覆盖层相比，这种排斥可以减少团聚(agglomeration)并使沉积混合物内和沉积的覆盖层内的片更均匀地分散。
发明人还已经发现，-O和-F功能化片均可以改善聚合物覆盖层的可靠性，因为根据本发明的实施方案的-O和-F功能化覆盖层在咬死测试中表现出高度一致的、可重复的结果。这种性能的一致性对于实现例如包括滑动轴承的发动机的可靠性能尤其重要。在咬死测试期间，含有-O功能化片的PAI覆盖层显示标准偏差，该标准偏差约为不含片的PAI显示的标准偏差的一半，比含有-NH2的功能化片的PAI所显示的标准偏差的一半小，并且比含有-COOH功能化片的PAI表现出的标准偏差的三分之一小。在相同的咬死测试中，含有-F功能化片的PAI覆盖层显示标准偏差，该标准偏差比不含片的PAI所显示的标准偏差的一半小，约为含有-NH2功能化片的PAI所显示的标准偏差的三分之一，并且大约为含有-COOH功能化片的PAI所显示的标准偏差的四分之一。这些较小的标准偏差表明含有-O或-F功能化片的覆盖层提供比现有技术的覆盖层更可靠且可重复的咬死性能。这种改善的一致性可以归因于遍及覆盖层的片的优异分布。
功能化片可以包括用-O和-F官能团二者功能化的片。如果需要，-O和/或-F功能化片可以另外用其它基团诸如-COOH或-NH2官能团来功能化。
功能化片通常可以包括部分功能化片。这些片中的每个片的外表面上只有一部分活性位点被-O或-F官能团占据。本文件中提及的功能化片应酌情包括部分功能化片。
滑动部件的覆盖层可以包括0.01与4wt％之间的功能化片。优选地，覆盖层可以包括至少0.1，或0.25，或0.5，或0.75，或1wt％，以及小于或等于2，或2.5，或3，或3.5wt％的功能化片。
功能化片可以具有大于1μm且最高达10μm或20μm的最大平面尺寸。较小的平面尺寸可以有利地提供具有特别增强的分散性能的功能化片，不易在聚合物基体内团聚。较大的平面尺寸可以有利地提供聚合物基体中特别增强的强度。
功能化片可以具有小于50nm的厚度。
每个功能化的石墨烯片可以包括多个石墨烯层。优选地，功能化片包括最高达20层的平均原子层数。
功能化片可以包括平均最高达4层。有利地，具有最高达4层的功能化片在复合层强度方面提供最大增强。
功能化片可以包括平均至少11层并且最高达20层。有利地，在与协作移动部件(例如曲柄轴颈)直接接触的事件中，具有至少11层的功能化片在复合层的润滑性能方面提供最大增强。
功能化片可以包括平均至少5层并且最高达10层。在与协作移动部件(例如曲柄轴颈)直接接触的事件中，具有5层至10层的功能化片在由仅具有少量层的功能化片提供的复合层强度的增强与由更多数量的层提供的复合层的润滑性能方面的增强之间提供了有利的平衡。
因此，体现本发明的第一方面的覆盖层可以包括选自平均最高达4层的片的功能化片；具有平均至少5层并且最高达10层的片；以及平均至少11层并且最高达20层的片。
优选地，聚合物材料包括聚酰胺酰亚胺(PAI)。其它合适的聚合物基体包括：聚酰亚胺；聚酰胺；环氧基树脂；环氧树脂；酚醛或聚苯并咪唑(PBI)；丙烯酸树脂；含氟聚合物或这些材料的任意组合。这种聚合物材料可以有利地提供耐高温性、耐磨性和耐化学性。
优选地，覆盖层的总厚度在3μm与25μm之间。更优选地，覆盖层的总厚度在8μm与10μm之间。
除-O和/或-F功能化片之外，覆盖层可以包括已知的填料。
根据本发明的第二方面，提供了一种覆盖层材料，包括聚合物材料的基体，以及在基体内用-O和/或-F官能团功能化的片。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于覆盖层材料的石墨烯片填料，该填料包括用-O和/或-F官能团功能化的片。
根据本发明的第四方面，提供了一种形成用于滑动部件的覆盖层的方法，包括以下步骤：将聚合物材料与用-O和/或-F官能团功能化的片混合，以形成分散体；以及将分散体沉积到基板上。然后可以固化沉积的分散体。
覆盖层优选地作为沉积混合物沉积在滑动部件基板上。聚合物材料和石墨烯片的沉积混合物还可以包括溶剂，其可以促进沉积混合物的形成。溶剂可以以各种比例使用，以获得用于涂覆到基材上的特定所需粘度的混合物。沉积混合物可以是溶液、悬浮液或乳液或这些形式中的任意两种或更多种的混合物。
根据本发明的第五方面，提供了一种发动机，包括根据第一方面的滑动部件。
关于第一方面描述的本发明的特征同样适用于本发明的第二、第三、第四和第五方面的相应特征。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述本发明的特定实施方案，其中：
图1A示出了半圆柱形轴承壳的四分之三视图，其是体现本发明的滑动部件的实施方案；
图1B示出了穿过图1A的部分轴承壳的横截面图。
具体实施方式
图1A示意性地示出了半圆柱形轴承壳100，其通常也被称为半轴承，用于内燃机的用于保持曲轴的圆柱形轴颈的主轴承组件。图1B示出了穿过部分轴承壳的横截面图。
轴承壳100具有分层构造，该构造包括基板，该基板包括钢背衬102和包括铜-锡青铜层的内衬层104。通过在基板的内衬层上喷涂形成覆盖层106。
当组装在主轴承壳体中时，背衬102对轴承壳100的变形提供强度和阻力。
覆盖层106被构造成提供面向轴承组件中的协作运动部件的运行表面(或滑动表面)。在使用中，在组装的轴承内，轴承壳100的覆盖层106与带轴颈式轴利用润滑油的中间膜(优选地在正常运转期间提供液动润滑)相互协作。覆盖层106尤其适合适应轴承表面与轴颈之间的小的未对准(适形性)，并且能够接收和嵌入在润滑油供给中循环的粒子，以便防止因碎片而刻划或者破坏轴颈表面(污垢嵌入性)。如果中间油膜发生故障，覆盖层106还提供了轴承100与轴颈之间的合适的摩擦学性能。
覆盖层106包括聚酰胺酰亚胺(PAI)聚合材料的基体，2wt％的-O(氧)功能化的石墨烯片108遍及聚合材料的基体分布(wt％比例被在聚合材料固化之后，相对于所形成的覆盖层的含量指定)。覆盖层106还包括遍及塑料聚合物材料的基体分布的另一填充材料(未示出)，如本领域中已知的。
功能化片108是石墨烯的小片材，其具有从1至约20个原子层的平均原子层数。功能化片具有用于键合至基体材料的特别高的表面积，从而加强复合覆盖层。
片的平均厚度小于50nm。
片具有10μm的最大平面尺寸(即，片的平面中的最大尺寸)，这有利地在复合覆盖层中提供特别增强的强度。
功能化片108用-O官能团部分功能化(即每个片的外表面上只有一部分活性位点被氧官能团占据)。有利地，部分功能化提供了良好的片分散，同时还为基体材料提供了良好的键合性能。
-O功能化片的使用提供了显著的优点，包括如下。与包括-COOH和/或NH2功能化片的已知覆盖层相比，添加-O功能化片有利地增强了覆盖层的咬死性能。如果暴露在轴承表面处，-O功能化片通过提供增强的润滑功能而提供改善的咬死性能。在轴承表面处暴露的-O功能化片增加了自由表面的润滑性能，减少了覆盖层的摩擦。这在带轴颈式轴接触轴承表面的事件中是重要的，例如当轴承没有充分供应润滑油时，这可能在发动机启动时以及润滑油已经升高至工作压力之前发生。含有-O功能化片的覆盖层也可以有利地实现比现有技术所证明的咬死性能更一致的咬死性能。
-O功能化片还可以通过氢键合至PAI基体中的官能团来增强聚合物基体。此外，功能化片可以增强复合层的导热性，从而能够增强通过复合层的散热。此外，功能化片可以改善疲劳性能，阻碍复合覆盖层中的裂缝的传播，并且可以减少覆盖层的材料磨损。
特别地，发明人已经发现，与WO2016008770的-COOH或-NH2功能化的石墨烯覆盖层相比，包括-O功能化片的塑料聚合物基复合层可以实现增强的抗疲劳性和耐磨性，同时在使用中还允许润滑轴承的油携带的任何颗粒的良好嵌入性。
具体地，含有-O功能化片的覆盖层的测试使得通过磨损从覆盖层移除的材料的量平均减少19％，并且相对于现有技术的覆盖层产生统计上非常显著的改进。含有-F功能化片的覆盖层实现了5％的磨损减少。
替代地，或者另外，片可以用-F(氟)官能团功能化。发明人已经发现-F功能化片的使用可以提供优于现有技术的显著优点，类似于上文关于-O功能化片所述的那些。
如下面讨论的实验结果所示，与现有技术相比，-F功能化片实现了极大改善的咬死性能。特别地，与无片PAI覆盖层相比，虽然已发现-COOH和-NH2功能化片在咬死负荷方面提供～20MPa(～17％)的增加，但已经发现-O和-F功能化片在咬死负荷方面产生～40MPa(～33％)的增加。
如果-F功能化片暴露在轴承表面处，则-F功能化片可以通过提供增强的润滑功能而有利地抑制滑动部件的咬死。以与上述关于-O功能化片所描述的相同的方式，-F官能团也可以具有强化聚合物基体的有利效果。含有-F功能化片的覆盖层可以特别有利地实现比现有技术所证明的更一致的咬死性能。
咬死阻力
已经通过咬死测试证明了发明的实施方案的改进性能。使用测试台进行这些测试，其中向在测试轴承内旋转的钢制轴颈施加不断增加的横向(向下)负荷。向测试轴承施加润滑剂，但轴颈中的凹槽防止流体动力学运行，以便在具有挑战性的润滑条件下进行加速测试。测量旋转轴颈所需的扭矩，并测量轴承的温度。继续测试直到最大横向负荷(200MPa)施加至轴承，或者轴承故障(咬死)，因为测量的扭矩超过预定的最大扭矩，或者因为测量的温度超过预定的最大温度。如果达到扭矩或温度的阈值(截止)值，则测试自动停止。该咬死测试为比较不同的覆盖层提供了一组可重复的加速磨损条件。为了确保统计稳健性，至少测试每种轴承的六个轴承。
咬死测试测量覆盖层咬死的平均咬死负荷(Mpa)，以及故障模式，即咬死是否归因于测量扭矩增加还是测量温度的增加。
在相同条件下测试了五种类型的轴承，称为轴承A至E。
轴承A是根据现有技术的具有基于PAI的覆盖层的轴承，其中覆盖层不包括功能化的石墨烯片。
轴承B至E的覆盖层包括占PAI覆盖层2wt％的石墨烯片，因此轴承B至E仅根据其覆盖层的片中使用的官能团而不同。
在轴承B中，石墨烯片用-NH2官能团功能化，如WO2016008770中所描述的。
在轴承C中，石墨烯片用-COOH官能团功能化，如WO2016008770中所描述的。
在轴承D中，石墨烯片用-O官能团功能化。
在轴承E中，石墨烯片用-F官能团功能化。
在相同的咬死测试条件下测试每种轴承的六个样品，并获得以下结果：
轴承A显示的平均咬死负荷(恰好在轴承咬死前向测试轴颈施加的向下负荷)为116.5Mpa，标准偏差为12MPa；
轴承B显示的平均咬死负荷为142MPa，标准偏差为14MPa；
轴承C显示的平均咬死负荷为142MPa，标准偏差为20MPa；
轴承D显示的平均咬死负荷为160MPa，标准偏差为6MPa；以及
轴承E显示的平均咬死负荷为155MPa，标准偏差为5Mpa。
对轴承A至E的咬死模式的分析也表明：
在六次测试的每一次测试中，由于测量扭矩的增加超过预定的扭矩故障阈值(轴承咬死)，轴承A发生故障；
在六次测试的每一次测试中，由于测量扭矩的增加超过预定的扭矩故障阈值(轴承咬死)，轴承B发生故障；
由于测量扭矩的增加在六次测试的四次测试中超过预定的扭矩故障阈值(轴承咬死)，轴承C发生故障，并且在另外两次测试中达到测试的温度上限(200℃)而没有咬死；
由于测量扭矩的增加在六次测试中的两次测试中超过预定的扭矩故障阈值(轴承咬死)，轴承D发生故障，而在其它四次测试中达到测试的温度上限(200℃)而没有咬死；以及
在六次测试的每次测试中，轴承E达到了测试的温度上限(200℃)而没有咬死。
还测试了轴承的磨损等级(scuff rating)。磨损等级通过分析故障前轴承经历的恢复事件来确定咬死性能。随着轴承上的负荷增加，可能发生小型咬死事件，轴承可以从中恢复。可能发生恢复事件，其中覆盖层中的低熔点成分熔化并允许轴承摩擦减小，使得轴承继续起作用而不完全咬死。这些恢复事件的特征在于覆盖层温度的升高，然后再次下降。覆盖层的磨损等级作为覆盖层在故障之前可能经历的恢复事件的平均量而测量。
传统的金属轴承覆盖层通常表现出多个恢复事件，因此实现相对较高的磨损等级(诸如双金属或含铅电镀轴承发生故障前的3至5次磨损事件)。然而，传统的聚合物覆盖层倾向于在没有证明这些恢复事件的情况下咬死。
可能期望大于零的磨损等级，因为恢复事件可以在轴承的最终咬死之前用作警告。这可以有利地允许发动机在灾难性故障之前安全地关闭。
测量轴承A至E中的每种轴承的六个样品的磨损等级，并得到以下结果：
轴承A显示的磨损等级(在发生故障之前，由于测量扭矩的增加超过预定扭矩故障阈值而造成的恢复事件的平均量)为0.5；
轴承B显示的磨损等级为0.5；
轴承C显示的磨损等级为1.5；
轴承D显示的磨损等级为1；以及
轴承E显示的磨损等级为2.2。
因此，与不含石墨烯片的PAI覆盖层相比，-O和-F功能化片均显著提高了磨损等级。在所有测试的覆盖层中，包含-F功能化片(轴承E)的覆盖层目前提供了最高磨损等级。因此，氟功能化片可以特别有利于提高聚合物覆盖层的磨损等级，以便允许包含覆盖层的发动机在灾难性故障之前安全地关闭。
在所测试的五种轴承类型中，体现本发明的包括-O和-F功能化片的覆盖层产生最高的平均最终咬死负荷和最紧的咬死负荷(最低标准偏差)的扩散。此外，-O和-F功能化的GNP覆盖层达到了测试的温度极限，而不是在大多数情况下咬死。当轴承达到200℃时，测试停止，因为这远远超出内燃机的主轴承的工作温度范围。例如，轴承A的标准材料在六次测试中均咬死，而包括-F功能化GNP的六个覆盖层均达到测试的温度截止值而没有咬死。
总之，已发现-COOH和-NH2功能化片在咬死负荷方面提供～20MPa(～17％)的增加，而本发明的-O和-F功能化片在咬死负荷方面产生～40MPa(～33％)的增加。
形成覆盖层
在功能化之前，石墨烯片包括一个或多个单原子厚的碳原子平面层。每个碳原子是sp2杂化的，并且以三角形平面构型与三个相邻碳原子中的每一个形成键。一旦功能化，层通常变为非平面的(例如，通过周期性分布的官能团，层可以变成褶皱或起皱的)，尤其是在功能化所依附的层的那些区域中。通常，被功能化的晶格中的任何碳原子将是sp3杂化的，与三个相邻碳原子中的每一个形成键，并且另一个与官能团(例如，与-O或-F基团)键合，因此采用非平面四面体结构。
功能化的石墨烯片可以通过等离子体功能化而形成，其中平面表面和/或片的边缘上的活性位点填充有官能团，提供片外侧上的可获得活性位点的完全或者局部浸透。
体现发明的覆盖层可以使用现有技术中描述的用于形成包括聚合物基体中的填料的覆盖层的技术方便地制造。这些技术是技术人员公知的，但是为了完整性，下面列出了示例性评论。
通过沉积包括溶解在溶剂中的聚合PAI材料的沉积混合物形成覆盖层106，其中-O和/或-F功能化片(以及任何其它所需的覆盖层填料或颗粒)被悬浮。在所示的示例中，溶剂包括N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)和/或N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、少量二甲苯溶剂以及水。相对于塑料聚合物和功能化片(以及任何其它悬浮的固体颗粒)，可以以各种比例使用溶剂体系，以实现用于涂覆到基材上的沉积混合物的特定所需粘度。在沉积之前，优选地通过搅拌沉积混合物将功能化片(以及任何其它悬浮的固体颗粒)保持在悬浮液中。溶剂系统有助于形成和沉积混合物，并且选择混合物中溶剂与聚合物(以及任何颗粒)的比例以优化沉积性能。
在沉积聚合物材料之前，通过排斥附近片上的-O和/或-F官能团，片的-O和/或-F功能化可以有利地增强片在沉积混合物中的分散，并且因此降低片之间的吸引力。这减少了团聚并促进了片在沉积的覆盖层内的更均匀的分散。
可以通过从喷枪喷涂将覆盖层沉积到基板上。或者，可以通过丝网印刷(即通过掩模)，通过移印工艺(即间接胶印工艺，例如其中硅树脂垫将塑料聚合物复合材料的图案化层转移到滑动轴承基板上)，或通过转移轧制工艺来沉积覆盖层。
尽管可以在单个沉积步骤中沉积覆盖层，但是对于更大的厚度，可以通过沉积一系列子层来建立覆盖层，在连续沉积之间提供闪蒸阶段以从子层去除溶剂。
固化沉积的覆盖层诱导塑料聚合物中分子的分子交联。固化还从覆盖层中除去基本上所有溶剂，包括来自闪蒸的子层的任何残余溶剂。
固化的覆盖层106可以具有3至14μm的厚度，其中较厚的层由一系列子层形成。例如，可以通过沉积两个或三个子层来构建厚度为8至12μm的覆盖层106。
尽管结合半轴承壳在此进行描述并且在附图中示出，但是本发明同样可以应用于其它滑动发动机部件，包括半环形、环形或圆形止推垫圈和套筒以及包括这种滑动发动机部件的发动机。

Claims (15)

1.一种滑动部件，包括覆盖层，其中所述覆盖层包括：
在聚合或塑料材料的基体内用-O和/或-F官能团功能化的石墨烯片。
2.根据权利要求1所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片包括部分功能化的石墨烯片。
3.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其中所述覆盖层包括0.01wt％与4wt％之间的功能化的石墨烯片。
4.根据权利要求3所述的滑动部件，其中所述覆盖层包括0.1wt％与2wt％之间的功能化的石墨烯片。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片具有小于20μm的最大平面尺寸。
6.根据权利要求5所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片的厚度小于50nm。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片包括平均最高达20层。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片包括平均最高达4层。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片包括平均至少5层并且最高达10层。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的滑动部件，其中所述功能化的石墨烯片包括平均至少11层。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的滑动部件，其中所述聚合物材料选自由聚酰胺酰亚胺树脂、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、含氟聚合物和聚苯并咪唑组成的组。
12.一种覆盖层材料，包括聚合物材料的基体，以及在所述基体内用-O和/或-F功能化的石墨烯片。
13.一种用于覆盖层材料的石墨烯片填料，所述填料包括用-O和/或-F功能化的石墨烯片。
14.一种形成用于滑动部件的覆盖层的方法，包括以下步骤：将聚合材料与用-O和/或-F功能化的石墨烯片混合，以形成分散体；以及将所述分散体沉积到基板上。
15.一种发动机，包括根据权利要求1至11中的任一项所述的滑动部件。
CN201780070188.9A 2016-11-22 2017-11-09 滑动部件、材料以及方法 Pending CN109937240A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1619705.5 2016-11-22
GB1619705.5A GB2556879A (en) 2016-11-22 2016-11-22 Sliding component, material and method
PCT/EP2017/078805 WO2018095742A1 (en) 2016-11-22 2017-11-09 Sliding component, material and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109937240A true CN109937240A (zh) 2019-06-25

Family

ID=57993852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780070188.9A Pending CN109937240A (zh) 2016-11-22 2017-11-09 滑动部件、材料以及方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190376559A1 (zh)
CN (1) CN109937240A (zh)
BR (1) BR112019009413A2 (zh)
DE (1) DE112017005898T5 (zh)
GB (1) GB2556879A (zh)
WO (1) WO2018095742A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112058611A (zh) * 2020-09-08 2020-12-11 中国科学院兰州化学物理研究所 一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2570733B (en) * 2018-02-06 2022-11-02 Applied Graphene Mat Uk Ltd Corrosion protection for metallic substrates
CN110079209B (zh) * 2019-04-02 2021-09-21 曹均 宽温域内燃机轴瓦自润滑涂层及其喷涂方法
CN111363601B (zh) * 2020-03-13 2022-04-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂、制法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103476878A (zh) * 2010-12-08 2013-12-25 创新卡博有限公司 颗粒材料、包括颗粒材料的复合材料的制备及其应用
CN103992839A (zh) * 2014-05-19 2014-08-20 青岛大学 一种水基石墨烯-二硫化钼纳米管润滑添加剂的制备方法
CN105247230A (zh) * 2013-05-07 2016-01-13 马勒国际有限公司 滑动发动机部件
GB2528306A (en) * 2014-07-17 2016-01-20 Mahle Int Gmbh Sliding engine component

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2636697A (en) * 1996-04-16 1997-11-07 Novartis Ag Covalently immobilized fluoroionophores as optical ion sensors
DE19702588A1 (de) * 1997-01-24 1998-07-30 Basf Ag Thermoplastische Formmassen mit reduzierter Wasseraufnahme
US20100140792A1 (en) * 2006-10-31 2010-06-10 The Regents Of The University Of California Graphite nanoplatelets for thermal and electrical applications
DE102008010774A1 (de) * 2007-12-21 2009-06-25 Cam-D Technologies Gmbh Grenzflächenaktive Metallkomplexe zur Adsorption von Schadstoffen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
GB2465852A (en) 2008-12-08 2010-06-09 Mahle Engine Systems Uk Ltd Plastics polymer-based bearing material
GB201009718D0 (en) * 2010-06-10 2010-07-21 Univ Manchester Functionalised graphene
GB201021896D0 (en) * 2010-12-22 2011-02-02 Atlas Genetics Ltd Novel compounds and their use in analytical methods
GB2497725A (en) * 2011-12-08 2013-06-26 Mahle Int Gmbh A sliding bearing having a composite layer
GB2501926A (en) * 2012-05-11 2013-11-13 Mahle Int Gmbh A sliding bearing having a plastics polymer-based composite layer
DE102012215668B4 (de) * 2012-09-04 2019-03-28 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Gleitbelag, insbesondere für ein Lager
US9783647B2 (en) * 2014-05-20 2017-10-10 Empire Technology Development Llc Composite films and methods for their production
GB2527557A (en) * 2014-06-25 2015-12-30 Mahle Engine Systems Uk Ltd Bearing element and sliding layer material for a bearing element
CN104989729A (zh) * 2015-07-24 2015-10-21 南京信息工程大学 一种具有自润滑特性的轴承材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103476878A (zh) * 2010-12-08 2013-12-25 创新卡博有限公司 颗粒材料、包括颗粒材料的复合材料的制备及其应用
CN103476878B (zh) * 2010-12-08 2015-09-16 黑达乐格瑞菲工业有限公司 颗粒材料、包括颗粒材料的复合材料的制备及其应用
CN105247230A (zh) * 2013-05-07 2016-01-13 马勒国际有限公司 滑动发动机部件
CN103992839A (zh) * 2014-05-19 2014-08-20 青岛大学 一种水基石墨烯-二硫化钼纳米管润滑添加剂的制备方法
GB2528306A (en) * 2014-07-17 2016-01-20 Mahle Int Gmbh Sliding engine component

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112058611A (zh) * 2020-09-08 2020-12-11 中国科学院兰州化学物理研究所 一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190376559A1 (en) 2019-12-12
GB201619705D0 (en) 2017-01-04
GB2556879A (en) 2018-06-13
WO2018095742A1 (en) 2018-05-31
DE112017005898T5 (de) 2019-08-08
BR112019009413A2 (pt) 2019-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9982715B2 (en) Sliding engine component
US10550239B2 (en) Sliding engine component
US9562565B2 (en) Sliding bearing
JP6122488B2 (ja) 摺動部材
CN109937240A (zh) 滑动部件、材料以及方法
US10337558B2 (en) Sliding component and method
US11441609B2 (en) Bearing material, bearing element and method
JP2015200339A (ja) 摺動部材
JP5816121B2 (ja) すべり軸受とその製造方法
EP3495680B1 (en) Sliding element for an engine comprising surface treated metal particulate
GB2599119A (en) Bearing material with solid lubricant
BR112015027662B1 (pt) Componente de motor deslizante, elemento da chapa lisa e método de fabricação de um componente de motor deslizante

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190625