CN113366231A - 滑动构件 - Google Patents
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Abstract
提供了一种滑动构件，其包括具有成形为支持配合件的表面的基部。金属烧结层不暴露在所述表面上。在所述表面上形成厚度大于20μm的树脂涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑动构件。
相关技术
已知在滑动构件的滑动表面上提供树脂涂层改善了滑动表面的特性。例如，专利文献1公开了一种滑动构件，其具有作为粘合剂树脂的PAI树脂和作为固体润滑剂的石墨。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]US 5,683,571 B
发明内容
要解决的问题
在专利文献1的滑动构件中，在底层的表面上形成金属烧结层以改善树脂涂层和底层(或背面金属)之间的粘附性。然而，在这种滑动部件中，应力集中在金属烧结层的上端部。结果，出现树脂涂层的抗疲劳性降低的问题。已知使用薄的树脂涂层来提高抗疲劳性。然而，如果树脂涂层太薄，则出现树脂涂层随使用而磨耗且底层暴露的问题。
本发明提供了一种同时提高滑动构件的抗疲劳性和耐磨性的技术。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种滑动构件，该滑动构件包括：基部，该基部具有成形为支持配合件的表面，在该表面上不暴露金属烧结层；以及树脂涂层，其形成于所述表面上且厚度大于20μm。
树脂涂层的厚度可以大于50μm。
树脂涂层的厚度可以为300μm以下。
该表面的表面粗糙度可以是60μmRzJIS以下。
该配合件可以是杆，并且基部构件可以是圆柱形的并且具有用于支持所述杆的内周面。
在内周面中，配合杆的轴向上的表面粗糙度可以大于配合杆的周向上的表面粗糙度。
树脂涂层的抗疲劳性可为50MPa以上。
树脂涂层的抗疲劳性可为80MPa以上。
发明效果
本发明的一个方面提高了滑动构件的抗疲劳性和耐磨性。
附图说明
图1示出了一个实施方式的套管1的外观。
图2示出了套管3的示例性截面结构。
图3示出了主体11和树脂层13的表面结构。
图4示出了磨耗测试的结果。
附图标记列表
1…套管，11…主体，13…树脂层，131…粘合剂树脂，132…添加剂
具体实施方式
1.构造
图1示出了一个实施方式的套管1。套管1是本实施方式的滑动构件的示例。套管1例如用在燃料喷射泵中。套管1具有主体11。主体11为圆柱形，并且具有用于支持配合杆9(其为配合件的示例)的内周面。为了确保部件所需的强度和可靠性，主体11例如由金属(特别是钢、铸铁、铝合金或铜合金等)制成。主体11可由单层金属或多个金属层(例如背层和衬层)形成。
图2示出了套管1的截面结构。图2示出了垂直于滑动表面的截面。套管1具有主体11(其为基部或背面金属的示例)和树脂层13(其为树脂涂层的示例)。在一些类型的套管中，由金属(例如，铜或铜合金)粉末形成的烧结层被施加到用作树脂层基部的基部表面。然而，本实施方式的套管1不具有烧结层(金属烧结层不暴露)。通过省略烧结层，可以减小树脂层的烧结层的上端部处的应力集中，因此可以提高抗疲劳性。
代替具有烧结层，其上形成有树脂层13的主体11的表面经受粗糙化处理。为了减轻表面形状内的应力集中，形成有树脂层13的表面的表面粗糙度例如小于或等于60μmRzJIS，优选小于或等于30μmRzJIS，更优选大于或等于5μmRzJIS且小于或等于10μmRzJIS。
当配合杆9部分地接触套管(换言之，配合杆9以相对于滑动表面倾斜的状态接触滑动表面)时，配合杆9的轴向上的表面粗糙度优选地大于周向上的表面粗糙度，从而抑制树脂层13在剪切应力下从主体11剥离。
树脂层13由适合于滑动部件的树脂材料形成。树脂材料包括粘合剂树脂131和分散在粘合剂树脂131中的添加剂132。热固性树脂，更具体地例如聚酰亚胺(PI)树脂和聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂中的至少一种被用作粘合剂树脂131。为了提高抗疲劳性，优选使用PI树脂而不是PAI树脂。在PI树脂中，优选使用具有高强度的PI树脂(在此，“高强度PI树脂”是指具有大于或等于150MPa的拉伸强度的PI树脂)。为了提高抗疲劳性，树脂层13中的粘合剂树脂的含量优选大于或等于80体积％，更优选大于或等于83体积％，还更优选大于或等于85体积％，还更优选大于或等于90体积％。
添加剂132是用于改善树脂层13的特性的物质，并且包括例如固体润滑剂1321、硬物质(硬颗粒)1322和硅烷偶联剂(图中未示出硅烷偶联剂)中的至少一种。固体润滑剂1321是用于降低树脂层13的摩擦系数的添加剂，并且包括例如石墨和MoS2中的至少一种。由于MoS2在某些情况下容易在树脂层中聚集，因此优选使用石墨作为固体润滑剂1321，而不是MoS2。当石墨用作固体润滑剂1321时，石墨化程度优选较高，例如大于或等于95％，更优选大于或等于99％，以降低摩擦系数。硬物质1322是用于提高树脂层13的抗咬合性和耐磨性的材料，并且包括例如粘土、莫来石和滑石中的至少一种。硅烷偶联剂是用于增强粘合剂树脂131和固体润滑剂1321之间的结合的物质。
为了提高抗疲劳性，添加剂的含量优选较低，例如，总共小于或等于20体积％，更优选小于或等于17体积％，还更优选小于或等于15体积％，并且还更优选小于或等于10体积％。为了降低摩擦系数，固体润滑剂的含量优选较高，例如大于或等于9体积％。为了减少添加剂的总量，固体润滑剂的含量优选较低，例如小于或等于18体积％。为了提高抗咬合性和耐磨性，硬物质的含量优选较高，例如大于或等于0.5体积％。为了减少添加剂的总量，固体润滑剂的含量优选较低，例如小于或等于3体积％。在同时添加固体润滑剂和硬物质时，固体润滑剂的含量优选大于或等于9体积％且小于或等于17体积％，更优选小于或等于14体积％。硬物质的含量优选大于或等于0.5体积％且小于或等于3体积％。基于粘合剂树脂，硅烷偶联剂的含量优选为例如大于或等于0.1重量％，更优选大于或等于0.2重量％。从降低成本的观点出发，硅烷偶联剂的含量相对于粘合剂树脂优选为例如5重量％以下，更优选为3重量％以下。
为了减小切割工序后的表面粗糙度，优选添加剂132的粒径较小。例如，优选添加剂132的平均粒径小于用于烧结层12的金属粉末的平均粒径。此外，固体润滑剂1321和硬物质1322的平均粒径都优选地小于或等于5μm，并且更优选地小于或等于3μm。
由于树脂层13用于滑动构件，因此抗疲劳强度，即疲劳表面压力优选大于或等于50MPa，更优选大于或等于80MPa，还更优选大于或等于90MPa。稍后将描述测量疲劳表面压力的方法。为了提高树脂层13的抗疲劳性，用作材料的固体润滑剂1321的平均粒径优选较小，例如优选为硬物质1322的平均粒径的两倍以下，更优选小于硬物质1322的平均粒径。
当添加剂132的含量增加时，树脂层13的抗疲劳性趋于降低。在该实施方式中，通过抑制添加剂的含量来提高抗疲劳性。
图3示意性地示出了主体11和树脂层13的表面结构。图3以与图2相同的方式示出了垂直于滑动表面的截面。为了抑制树脂层13由于使用套管1而磨耗并暴露基层11，树脂层13的厚度优选地大于20μm，更优选地大于50μm，并且还更优选地大于100μm。树脂层13的厚度优选为300μm以下，以提高抗疲劳性和抗咬合性。注意，如图3所示，树脂层13的膜厚T是指从主体11表面的凹凸中的最高位置到树脂层13的表面的最高位置的长度。
2.实验例
本发明的发明人在各种条件下制造了滑动构件的试件，并评价了树脂层13相对于这些试件的特性。
2-1.试件的制备
使用厚度为1.5mm的钢板(SPCC)作为基部。在实验例1中，通过砂磨使基材表面粗糙化。粗糙化后的表面粗糙度为20至60μmRzJIS。在实验例2和3中，将平均粒径为100μm的铜合金粉末喷涂在基部上至100μm的厚度，然后通过在不减压的还原气氛中加热至930℃进行烧结。对于这些试件，制备具有表1的组成的树脂层形成用前体溶液，并且通过刮涂法将该前体溶液施加到烧结层的顶部上。施加后，将其在室温至约200℃的范围内干燥约60至90分钟。此后，将温度升高至约300℃并烘烤约30至90分钟。
[表1]
在实验例1和2中，使用平均粒径(基于体积的d50)为1.5μm且石墨化程度为99％的石墨。作为高强度PI树脂，使用具有195MPa的拉伸强度、90％的伸长率、38GPa的弹性模量和285℃的玻璃化转变温度Tg的高强度PI树脂。在实验例3中，使用平均粒径为12.5μm且石墨化程度为90％的石墨和平均粒径为1.5μm的MoS2。此外，使用具有119MPa的拉伸强度、47％的伸长率和360℃的玻璃化转变温度Tg的PI树脂，并且使用具有112MPa的拉伸强度、17％的伸长率、2.7GPa的弹性模量和288℃的玻璃化转变温度Tg的PAI树脂。在实验例1和2中，使用化学式3(H3CO)SiC3H6-NH-C3H6Si(OCH3)3作为硅烷偶联剂。在表1中，硅烷偶联剂的含量由相对于高强度PI树脂的重量比表示。在实验例1-3中，使用具有Al2O3·2SiO2的结构表达式且平均粒径为3μm的粘土。
在实验例1和2中，仅使用石墨作为固体润滑剂(即，没有其它固体润滑剂如MoS2等)作为固体润滑剂。此外，不包括表1中所示的固体润滑剂、硬物质和硅烷偶联剂以外的添加剂。添加剂各自具有3μm以下的平均粒径。
2-2.磨耗试验
对实验例1至3的试件进行磨耗试验。在以下条件下进行磨耗测试，并记录测试后的磨耗深度。
·测试仪：箱式套管测试仪
·表面压力：1.8MPa
·测试模式：运行和停止(100,000次循环)
·润滑油：煤油(在室温下)
图4示出了磨耗测试的结果。与实验例3相比，在实验例1和2中磨耗深度减小到小于一半。即，与实验例3相比，在实验例1和2中耐磨性提高。
2-3.疲劳试验
对实验例1至3的试件进行疲劳试验。在以下条件下进行疲劳测试，在树脂层中没有发生最大表面压力疲劳(测试机的最大表面压力为100MPa)为疲劳表面压力。
·测试仪：往复载荷测试仪
·转速：3000rpm
·重复次量：105
·试验温度：100℃(润滑油供给温度)
·相反材料：S 45C
·润滑油：发动机油
实验例3的疲劳表面压力为20MPa，实验例1的疲劳表面压力大于或等于110MPa，实验例2的疲劳表面压力为80MPa。相比于实验例3，在实验例1和2中，抗疲劳表面压力得到改善。并且，与实验例2相比，实验例1中提高了抗疲劳表面压力。
2-4.咬粘试验
对实验例1和实验例2的试件进行咬粘试验。在以下条件下进行咬合测试，当发生咬合时，将表面压力作为咬合表面压力。
·测试仪：静载咬粘测试仪
·负载：升压1kN/5min
·转速：6000rpm
·润滑油：石蜡油
作为该试验的结果，实验例1中的咬粘表面压力为40MPa，实验例2中的咬粘表面压力为32MPa。如上所述，与实验例2相比，实验例1中提高了抗咬合性。关于试验后滑动表面的状态，树脂层被损坏，但背面金属没有暴露。换言之，即使在实验例1中，树脂层也没有剥离并且没有露出背面金属。
此外，在实验例1和实验例2中，测试了主体和树脂层之间的粘合力，各粘合力皆等于或高于试验中使用的粘合剂的强度，并且粘合力在试验条件的范围内没有差异。
3.变型
注意，上述实施例中使用的各种材料和它们的组合物仅仅是示例，本发明不限于此。本发明的树脂材料可以含有无意的杂质。套管1不限于用在燃料喷射泵中，并且可以用在各种类型的轴承或压缩机等中。本发明的滑动构件不限于套管1，并且本发明可以应用于其他滑动构件，例如半轴承或旋转斜盘。
Claims (8)
1.一种滑动构件，其包括：
基部，所述基部被成形为具有支持配合件的表面，在所述表面上不暴露金属烧结层；以及
在所述表面上形成的且厚度大于20μm的树脂涂层。
2.如权利要求1所述的滑动构件，其中
所述树脂涂层的厚度大于50μm。
3.如权利要求1或2所述的滑动构件，其中
所述树脂涂层的厚度为300μm以下。
4.如权利要求1至3中任一项所述的滑动构件，其中
所述表面的表面粗糙度为60μmRzJIS以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的滑动构件，其中
所述配合件是杆，并且
所述基部为圆柱形，并具有用于支持所述杆的内周面。
6.如权利要求5所述的滑动构件，其中
在所述内周面中，在所述杆的轴向上的表面粗糙度大于在所述杆的周向上的表面粗糙度。
7.如权利要求1至6中任一项所述的滑动构件，其中
所述树脂涂层的抗疲劳性大于或等于50MPa。
8.如权利要求7所述的滑动构件，其中
所述树脂涂层的抗疲劳性大于或等于80MPa。
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