CN115413312A - 滑动构件 - Google Patents

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Abstract

本发明的滑动构件(10)具备基材(12)、设于基材(12)上的多孔质烧结层(14)、以及含浸于多孔质烧结层(14)且设于多孔质烧结层(14)上的树脂层(16)。就多孔质烧结层(14)而言，在厚度方向上的两端面之间，空隙率从与基材侧的第一面(S1)对置的第二面(S2)朝向第一面(S1)而降低，从第二面(S2)朝向第一面(S1)且多孔质烧结层(14)的厚度50％以上的第一区域(E1)的厚度方向(Z)上的空隙率的降低率大于多孔质烧结层(14)的所述第一区域(E1)以外的第二区域(E2)的厚度方向(Z)上的空隙率的降低率。

Description

滑动构件
技术领域
本发明涉及一种滑动构件。
背景技术
以往已知在滑动构件的树脂层与基材之间设置多孔质层的构成。
例如作为多孔质层，公开了层叠有多个粒状无机填料的构成、用焊料使多个金属粒结合而成的构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－327750号公报
专利文献2：日本特开2016－108600号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，现有技术中，难以谋求兼顾树脂层向多孔质层的含浸容易性和提高树脂层相对于基材的耐剥离性。
本发明的目的在于，提供一种能谋求兼顾树脂层向多孔质烧结层的含浸容易性和提高树脂层相对于基材的耐剥离性的的滑动构件。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题、实现目的，本发明的滑动构件具备基材、设于所述基材上的多孔质烧结层、以及含浸于所述多孔质烧结层并设于所述多孔质烧结层上的树脂层，就所述多孔质烧结层而言，在厚度方向上的两端面之间，空隙率从与所述基材侧的第一面对置的第二面朝向所述第一面而降低，从所述第二面朝向所述第一面且所述多孔质烧结层的厚度50％以上的第一区域的所述厚度方向上的空隙率的降低率大于所述多孔质烧结层的所述第一区域以外的第二区域的所述厚度方向上的空隙率的降低率。
发明效果
根据本发明，能谋求兼顾树脂层向多孔质烧结层的含浸容易性和提高树脂层相对于基材的耐剥离性。
附图说明
图1是示出实施方式的滑动构件的一个例子的示意图。
图2是示出实施方式的多孔质烧结层的空隙率与厚度方向上的位置的关系的一个例子的图。
图3是示出比较多孔质层的空隙率与厚度方向上的位置的关系的测定结果的图。
图4是示出比较多孔质层的空隙率与厚度方向上的位置的关系的测定结果的图。
图5是示出试样的剖面观察侧的图。
具体实施方式
以下，参照附图并对本发明的滑动构件的实施方式进行详细说明。
本实施方式的滑动构件具备基材、设于基材上的多孔质烧结层、以及含浸于多孔质烧结层并设于多孔质烧结层上的树脂层。就多孔质烧结层而言，在厚度方向上的两端面之间，空隙率从与基材侧的第一面对置的第二面朝向第一面而降低，从第二面朝向第一面且多孔质烧结层的厚度50％以上的第一区域的厚度方向上的空隙率的降低率大于多孔质烧结层的该第一区域以外的第二区域的厚度方向上的空隙率的降低率。
因此，本实施方式的滑动构件能兼顾树脂层向多孔质烧结层的含浸容易性和提高树脂层相对于基材的耐剥离性。
取得上述效果的理由尚不明确，但推测如下。然而本发明不由下述推测限定。
就本实施方式的滑动构件的多孔质烧结层而言，在厚度方向上的两端面之间，空隙率从与基材侧的第一面对置的第二面朝向第一面而降低。因此可推测为，通过使构成树脂层的树脂材料含浸于多孔质烧结层而形成树脂层时，所述树脂材料可有效地含浸于多孔质烧结层的孔中。此外，可推测为，不拘于所述树脂材料的粘度的大小，树脂层可有效地含浸于多孔质烧结层的孔中。
此外，就本实施方式的滑动构件的多孔质烧结层而言，从第二面向第一面且多孔质烧结层的厚度50％以上的第一区域的厚度方向上的空隙率的降低率大于多孔质烧结层的该第一区域以外的第二区域的厚度方向上的空隙率的降低率。因此可推测为，与空隙率的降低率不满足上述关系的情况相比，能谋求提高多孔质烧结层整体与树脂层的密合力、减少多孔质烧结层内与树脂层的密合力的不均。因此，树脂层可以通过多孔质烧结层牢固地保持在基材上，能谋求提高树脂层相对于基材的耐剥离性。
以下，对本实施方式的滑动构件进行详细说明。
图1是示出本实施方式的滑动构件10的一个例子的示意图。图1中，示意性地示出了滑动构件10的剖面结构的一个例子。
滑动构件10具备基材12、多孔质烧结层14、以及树脂层16。滑动构件10是基材12、形成于基材12上的多孔质烧结层14以及含浸于多孔质烧结层14且设于多孔质烧结层14上的树脂层16的层叠体。
基材12是用于给滑动构件10提供机械强度的层。基材12有时称为背衬金属或背衬金属层。基材12例如可以使用Fe合金、Cu、Cu合金等的金属板。
多孔质烧结层14是通过烧结而制作出的多孔质的层。
就本实施方式的多孔质烧结层14而言，在厚度方向Z上的两端面(第一面S1、第二面S2)之间，从与基材12侧的第一面S1对置的第二面S2朝向第一面S1，空隙率沿厚度方向Z(具体而言，箭头Z1方向)降低。即，就多孔质烧结层14而言，最远离基材12的第二面S2的空隙率最大，越接近基材12，则空隙率越小，最接近基材12的第一面S1的空隙率最小。
此外，就多孔质烧结层14而言，第一区域E1的厚度方向Z(具体而言，箭头Z1方向)上的空隙率的降低率大于第二区域E2的厚度方向Z(具体而言，箭头Z1方向)上的空隙率的降低率。
厚度方向Z是指多孔质烧结层14的层厚度方向，与基材12、多孔质烧结层14以及树脂层16的层叠方向一致。
空隙率表示孔部的总面积相对于多孔质烧结层14的截面积的比例。具体而言，空隙率通过以下方法测定。首先，将滑动构件10在与滑动构件10的厚度方向Z正交的方向切断。然后，使用电子显微镜以任意的倍率(例如，100倍)拍摄切断后的切断面，而得到该切断面的拍摄图像。然后，使用公知的图像分析方法对该拍摄图像进行二值化处理，确定多孔质烧结层14的孔部的区域。然后，计算出该拍摄图像所示的孔部的区域的总面积相对于该切断面的总面积的比例作为空隙率即可。然后，变更滑动构件10的厚度方向Z上的切断位置，从各切断位置的切断面通过上述方法计算出空隙率，由此测定厚度方向Z上的各位置的空隙率即可。
第一面S1是指多孔质烧结层14的厚度方向Z上的两端面之中，基材12侧的端面。具体而言，第一面S1是多孔质烧结层14的与基材12的接触面。
第二面S2是指多孔质烧结层14的厚度方向Z上的两端面之中与第一面S1对置的端面，是与基材12相反侧的端面。具体而言，第二面S2包含多孔质烧结层14中的、存在于最远离基材12的位置的一个或多个无机粒子18的表面的距离基材12最远的点，且是与基材12的表面平行的面。基材12的表面是指，基材12的厚度方向Z上的两端面中的多孔质烧结层14和树脂层16侧的端面。
多孔质烧结层14的厚度是多孔质烧结层14的厚度方向Z上的长度。具体而言，多孔质烧结层14的厚度是多孔质烧结层14中的、第一面S1与第二面S2之间的距离(图1中，参照距离L1)。
就多孔质烧结层14的空隙率而言，空隙率从第二面S2朝向第一面S1沿着厚度方向Z(即，沿着箭头Z1方向)降低即可，空隙率的降低可以是阶段性降低和连续性降低中的任意。
第一区域E1是从第二面S2朝向第一面S1(箭头Z1方向)且多孔质烧结层14的厚度50％以上的厚度的区域。换言之，第一区域E1包含多孔质烧结层14中的第二面S2，是从所述第二面S2朝向第一面S1且多孔质烧结层14的厚度50％以上的厚度的区域。
需要说明的是，第一区域E1是从第二面S2朝向第一面S1且多孔质烧结层14的50％以上的厚度的区域即可，但优选为50％以上且70％以下的区域，进一步优选为55％以上且65％以下的区域。
若第一区域E1为多孔质烧结层14中的上述范围的区域，则能有效地谋求提高树脂层16相对于基材12的耐剥离性。
第二区域E2是多孔质烧结层14中的第一区域E1以外的区域。具体而言，第二区域E2是多孔质烧结层14中的、从第一区域E1的基材12侧端面至第一面S1的区域。
如上所述，第一区域E1的厚度方向Z上的空隙率的降低率大于第二区域E2的厚度方向Z上的空隙率的降低率。空隙率的降低率表示，相对于多孔质烧结层14的单位厚度，从第二面S2朝向第二面S2的厚度方向Z(具体而言，箭头Z1方向)上的空隙率的降低率。
若第一区域E1的厚度方向Z上的空隙率的降低率大于第二区域E2的厚度方向Z上的空隙率的降低率，则能维持树脂层16相对于基材12的耐剥离性，并且能实现树脂层16向多孔质烧结层14的含浸容易性。
图2是示出本实施方式的滑动构件10的多孔质烧结层14的空隙率与厚度方向Z上的位置的关系的一个例子的图。图2中，纵轴表示多孔质烧结层14的空隙率。横轴表示多孔质烧结层14的厚度方向Z上的位置。此外，就横轴的厚度方向上的位置而言，多孔质烧结层14的厚度为150μm，将第二面S2的位置表示为0μm，将第一面S1的位置表示为150μm。
在图2所示的例子的情况下，多孔质烧结层14的空隙率的变化例如由线图40表示。线图40由空隙率的降低率不同的线图40A和线图40B表示。由线图40A表示的空隙率的降低率大于由线图40B表示的空隙率的降低率。因此，在图2所示的例子的情况下，第一区域E1是多孔质烧结层14中的从第二面S2朝向第一面S1至厚度大致80μm的位置为止的厚度的区域。第二区域E2是多孔质烧结层14中的从第二面S2朝向第一面S1厚度大致80μm的位置至作为第一面S1的150μm的位置为止的厚度的区域。
返回图1继续说明。多孔质烧结层14的厚度方向Z上的中央部P的空隙率优选为30％以上且小于50％。
多孔质烧结层14的厚度方向Z的中央部P的空隙率表示，由穿过多孔质烧结层14的厚度方向Z的中央的线切断多孔质烧结层14而成的切断面的空隙率。
多孔质烧结层14的厚度方向Z的中央部P的空隙率优选为30％以上且小于50％，进一步优选为35％以上且45％以下。
此外，多孔质烧结层14的第二面S2的空隙率是比中央部P高的空隙率。具体而言，第二面S2的空隙率优选为30％以上。
此外，多孔质烧结层14的第一面S1的空隙率是低于中央部P的空隙率。具体而言，第一面S1的空隙率优选为15％以上且40％以下，更优选为20％以上且35％以下。
若多孔质烧结层14的厚度方向Z上的中央部P、第一面S1、以及第二面S2的空隙率为上述范围，则维持树脂层16相对于基材12的耐剥离性，并且能实现树脂层16向多孔质烧结层14的含浸容易性。
多孔质烧结层14只要满足上述空隙率的关系即可，其构成材料不受限定。例如，多孔质烧结层14由多个无机粒子18的烧结层构成即可。
多孔质烧结层14例如通过使多个无机粒子18烧结来制作。无机粒子18是能通过烧结形成多孔质烧结层14的粒子即可，无机粒子18的构成材料不受限定。无机粒子18是铜系合金。例如无机粒子18是纯铜、或者青铜、铅青铜、磷青铜等Cu合金、或者在这些纯铜或铜合金中分散有FeP、Al2O3等粉末的复合材料。
无机粒子18的平均粒径优选为75μm以上且150μm以下，进一步优选为80μm以上且125μm以下。
无机粒子18的平均粒径表示体积平均粒径。具体而言，无机粒子18的平均粒径是指使用激光衍射/散射式粒度分布测定装置(LS Particle Size Analyzer：LS13 320，BECKMAN COULTER公司制)而测定出的值。对于将所得到的粒度分布分割而得的粒度范围(通道：channel)，从小粒径侧描绘体积累积分布，将累积为50％的粒径作为无机粒子18的平均粒径(体积平均粒径)D50v。
此外，就多孔质烧结层14而言，构成多孔质烧结层14的无机粒子18的平均粒径在上述范围内，并且，多孔质烧结层14的厚度与无机粒子18的平均粒径之比优选为1.1倍以上且2.2倍以下。
需要说明的是，上述多孔质烧结层14的厚度与平均粒径范围的无机粒子18之比优选为1.1倍以上且2.2倍以下，进一步优选为1.3倍以上且1.8倍以下。
若上述多孔质烧结层14的厚度与平均粒径范围的无机粒子18之比在上述范围，则能进一步有效地实现兼顾树脂层16相对于基材12的耐剥离性的提高、树脂层16向多孔质烧结层14的含浸容易性。
此外，多孔质烧结层14优选为使无机粒子18层叠1.1层以上且2.2层以下而成的层叠体，进一步优选为使无机粒子18层叠1.3层以上且1.8层以下而成的层叠体。
若多孔质烧结层14中的无机粒子18的层叠状态为上述状态，则能进一步有效地实现兼顾提高树脂层16相对于基材12的耐剥离性、树脂层16向多孔质烧结层14的含浸容易性。
构成多孔质烧结层14的无机粒子18的大小(粒径)可以大致相同，也可以不同。大致相同是指，一方粒径相对于另一方粒径在±10％的范围内。需要说明的是，优选构成多孔质烧结层14的无机粒子18的大小大致相同。
无机粒子18的形状不受限定。无机粒子18的形状可以是球状、无锋利边缘的大致球状、其他异形(片状、树枝状、链状、不等边多面体等)中的任意。
构成多孔质烧结层14的无机粒子18的形状可以为全部相同形状，也可以混合存在不同形状的粒子。
在将多孔质烧结层14设为混合存在不同形状的无机粒子18的形态的情况下，构成多孔质烧结层14的全部无机粒子18之中，短径/长径之比在0.2以上且0.7以下的范围内的无机粒子18的比例优选为50％以上，进一步优选为70％以上。此外，构成多孔质烧结层14的全部无机粒子18之中，短径/长径之比为0.2以下的范围的无机粒子18的比例优选为30％以下，进一步优选为10％以下。
需要说明的是，多孔质烧结层14的厚度具体而言，优选为0.11mm以上且0.22mm以下的厚度，进一步优选为1.3mm以上且1.8mm以下。
接着，对树脂层16进行说明。树脂层16是由树脂材料构成的层。树脂材料由合成树脂和分散在合成树脂中的添加剂构成。
合成树脂主要使用PTFE(聚四氟乙烯)。还可以添加PFA(四氟乙烯/全氟烷氧基乙烯共聚物)、FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)、低分子PTFE等。
合成树脂可以为不仅包含PTFE，还可以包含为选自PI(聚酰亚胺)、PAI(聚酰胺酰亚胺)、PBI(聚苯并咪唑)、PA(聚酰胺)、酚醛树脂、环氧树脂、POM(聚缩醛)、PEEK(聚醚醚酮)、PE(聚乙烯)、PPS(聚苯硫醚)以及PEI(聚醚酰亚胺)中的一种和两种以上的合成树脂。
为了降低合成树脂的摩擦系数、使摩擦稳定化，可以加入添加材料。作为这样的添加材料，例如可以加入选自石墨、二硫化钼、二硫化钨、CF2、CaF2、BN等固体润滑剂、Pb、Bi、Sn等软质金属中的添加材料。
此外，为了提高合成树脂的耐摩耗性，可以加入添加材料。作为这样的添加材料，可以加入选自BaSO4、CaSO4、磷酸钙、磷酸镁、硅酸镁等盐；芳香族聚酯、聚酰亚胺、PEEK等树脂；Al2O3、FeO3、TiO2等氧化物；ZnS等硫化物、TiC等碳化物、玻璃纤维、碳纤维、碳等中的一种或两种以上的添加材料。
实施例
以下列举实施例对本发明进行具体说明，但本发明不由这些实施例限制。
制作以下的具有多孔质烧结层14及比较多孔质层、以及树脂层16的试验片，关于这些试验片，分别评价了树脂层16分别向多孔质烧结层14和比较多孔质层的含浸容易性、树脂层16的耐剥离性。
－试验片的制作－
工序1：作为基材12准备了厚度1.32mm的钢板(SPCC(JIS))。
工序2：在上述基材12上散布了磷青铜(Cu，6％Sn，0.1％P)的粉末。
工序3：在900℃～950℃下对上述工序2的粉末进行烧结，制作出多孔质烧结层。
工序4：接着，混合PTFE粉末和添加材料，添加了助剂而准备出混合粉末。
工序5：利用辊使作为上述混合粉末的合成树脂向多孔质烧结层含浸。
工序6：将上述工序5中得到的含浸件在150℃～200℃下干燥约10min。
工序7：然后，在380℃～400℃下进行约10min烧成。
通过上述工序1～工序7，制作出实施例1～实施例3的具有多孔质烧结层的试验片和比较例1～比较例2的具有比较多孔质层的试验片。需要说明的是，通过调整上述工序2中散布的粉末的粒径，对多孔质烧结层的空隙率进行了调整。
图2是表示实施例1的试验片的、多孔质烧结层14的空隙率与厚度方向Z上的位置的关系的测定结果的图。图2中，纵轴表示多孔质烧结层14的空隙率。横轴表示多孔质烧结层14的厚度方向Z上的位置。此外，关于横轴的厚度方向，多孔质烧结层14的厚度为150μm，将第二面S2的位置表示为0μm，将第一面S1的位置表示为150μm。
如图2所示，在实施例1中，多孔质烧结层14的空隙率的变化由线图40表示。线图40由线图40A和线图40B表示。线图40A表示第一区域E1的空隙率的降低率，线图40B表示第二区域E2的空隙率的降低。如图2所示，实施例1的多孔质烧结层14的第一区域E1是从第二面S2起多孔质烧结层14的厚度的80％的区域。此外，第一区域E1的空隙率的降低率大于第二区域E2的空隙率的降低率。此外，多孔质烧结层14的中央部P的空隙率为40％。
图3是表示比较例1的试验片的、比较多孔质层的空隙率与厚度方向Z上的位置的关系的测定结果的图。图3中，纵轴表示比较多孔质层的空隙率。横轴表示比较多孔质层的厚度方向Z上的位置。此外，关于横轴的厚度方向上的位置，比较多孔质层的厚度为250μm，将第二面S2的位置表示为0μm，将第一面S1的位置表示为250μm。
如图3所示，在比较例1中，比较多孔质层的空隙率的变化由线图42表示。线图42由线图42A和线图42B表示。线图42A表示第一区域E1的空隙率的降低率，线图42B表示第二区域E2的空隙率的降低。如图3所示，比较例1的比较多孔质层的第一区域E1是从第二面S2起比较多孔质层的厚度的20％的区域。此外，第一区域E1的空隙率的降低率大于第二区域E2的空隙率的降低率。此外，比较多孔质层的中央部P的空隙率为25％。
图4是表示比较例2的试验片的、比较多孔质层的空隙率与厚度方向Z上的位置的关系的测定结果的图。图4中，纵轴表示比较多孔质层的空隙率。横轴表示比较多孔质层的厚度方向Z上的位置。此外，关于横轴的厚度方向上的位置，比较多孔质层的厚度为150μm，将第二面S2的位置表示为0μm，将第一面S1的位置表示为150μm。
如图4所示，在比较例2中，比较多孔质层的空隙率的变化由线图44表示。线图44由线图44A和线图44B表示。线图44A表示第一区域E1的空隙率的降低率。另一方面，如线图44B所示，线图44B示出了空隙率为大致恒定。因此，比较例2中，第二区域E2不存在。未显示空隙率的降低。
此外，比较例2的比较多孔质层的第一区域E1是从第二面S2起比较多孔质层的厚度的40％的区域。此外，比较多孔质层的中央部P的空隙率为50％。
―评价―
―向多孔质烧结层(或比较多孔质层)的含浸容易性―
对实施例和比较例的试验片的制作时的上述树脂材料的多孔质烧结层14和比较多孔质层中的含浸缺陷进行评价，将评价结果示于表1。表1中，“含浸缺陷的产生的难度”栏所示的值越小，表示含浸缺陷的发生越多。此外，表1中，“含浸缺陷的产生的难度”栏所示的值越大，表示含浸缺陷的产生越少。在表1中，“含浸缺陷的产生的难度”栏所示的值为“1”的情况是指产生了含浸缺陷，“2”的情况是指部分产生了含浸缺陷，“3”的情况是指几乎未产生含浸缺陷。
关于含浸缺陷的产生，能通过试样的剖面观察而发现。不过，若为PTFE的材料则在剖面研磨时会发生树脂的流动，因此仔细地研磨后，进行剖面抛光加工，用电子显微镜进行观察(参照图5)。
―树脂层的耐剥离性―
对实施例和比较例的试验片中的树脂层16的耐剥离性进行了评价。
就耐剥离性而言，将基材12固定，以使与树脂层16的厚度方向Z正交的方向的端部朝向相对于基材12远离基材12的方向的方式在厚度方向Z上施加载荷，测定出发生撕裂时的载荷作为剥离强度。将测定结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0003871384960000111
如表1所示，空隙率从第二面朝向第一面S1而降低，从第二面S2朝向第一面S1且多孔质烧结层14的厚度的50％以上的第一区域E1的厚度方向Z上的空隙率的降低率大于第二区域E2的厚度方向Z上的空隙率的降低率，在实施例中，与不满足该条件的比较例相比，树脂层16容易向多孔质烧结层14含浸，且树脂层16的耐剥离性提高。
另一方面，在比较例中，关于树脂层16向比较多孔质层的含浸容易性和树脂层16的耐剥离性中至少一方，得到了比实施例低的结果。
因此，使用了实施例所示的多孔质烧结层14的情况与比较例相比，可得到如下评价结果：能谋求兼顾树脂层16向多孔质烧结层14的含浸容易性、树脂层16相对于基材12的耐剥离性的提高。
需要说明的是，在上述的实施例中，所使用的各种材料和其组成仅为示例，本发明不限定于此。本发明的树脂层16可以包含不可避免的杂质。此外，滑动构件10的具体的结构不限于图1所举例示出的结构。
附图标记说明
10：滑动构件；12：基材；14：多孔质烧结层；16：树脂层；18：无机粒子；S1：第一面；S2：第二面。

Claims (6)

1.一种滑动构件，其具备：
基材；
设于所述基材上的多孔质烧结层；以及
含浸于所述多孔质烧结层并设于所述多孔质烧结层上的树脂层，
就所述多孔质烧结层而言，
在厚度方向上的两端面之间，空隙率从与所述基材侧的第一面对置的第二面朝向所述第一面而降低，从所述第二面朝向所述第一面且所述多孔质烧结层的厚度50％以上的第一区域的所述厚度方向上的空隙率的降低率大于所述多孔质烧结层的所述第一区域以外的第二区域的所述厚度方向上的空隙率的降低率。
2.根据权利要求1所述的滑动构件，其中，
所述多孔质烧结层的所述厚度方向上的中央部的空隙率为30％以上且小于50％。
3.根据权利要求1所述的滑动构件，其中，
所述多孔质烧结层由平均粒径为75μm以上且150μm以下的多个无机粒子构成，
所述多孔质烧结层的厚度与所述无机粒子的平均粒径之比为1.1倍以上且2.2倍以下。
4.根据权利要求3所述的滑动构件，其中，
所述多孔质烧结层是使所述无机粒子层叠1.1层以上且2.2层以下而成的层叠体。
5.根据权利要求3所述的滑动构件，其中，
所述多孔质烧结层是0.11mm以上且0.22mm以下的厚度。
6.根据权利要求3所述的滑动构件，其中，
所述无机粒子是铜系合金。
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