DE102005009552B4

DE102005009552B4 - Gegenstand mit reibungsvermindernder Beschichtung und dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung

Info

Publication number: DE102005009552B4
Application number: DE102005009552.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Stecher Christoph
Original assignee: ACS Coating Systems GmbH
Current assignee: ACS Coating Systems GmbH
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: WO2006092126A1; DE102005009552A1; US8119577B2; US20080247687A1

Abstract

Gegenstand mit einer Auflagestelle, an der der Gegenstand bestimmungsgemäß in Kontakt mit einem Gegenstück tritt,- bei dem die Auflagestelle eine Verschleiß und Reibung mindernde Beschichtung einer Dicke von 10-50µm aufweist, wobei die Reibung auf der Reibung mindernden Beschichtung vermindert ist,- wobei die Beschichtung ein mit festen feinteiligen Füllstoffen gefülltes thermoplastisches Polymer umfasst, welches ausgewählt ist aus der Familie der Polyaryletherketone wie PEEK oder PEK aus LCP oder aus Mischungen von PEEK und PEK,- wobei die Füllstoffe ausgewählt sind aus Mikrofasern wie Kohlenstofffasern oder Aramidfasern, (nano)keramischen Partikeln, metallischen Partikeln, Kieselerde, Quarz, Aluminiumoxid, Eisenoxid oder Diamant, wobei die Verschleiß und Reibung mindernde Beschichtung aus mindestens 65 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymers, maximal 30 Gewichtsprozent oder 50 Volumenprozent Füllstoff und 0 bis 5 Gewichtsprozent Trockenschmierstoff besteht,- wobei der optionale Trockenschmierstoff ausgewählt ist aus Graphit oder PTFE,- wobei die Beschichtung mittels Pulver- oder Dispersionsbeschichtung aufgebracht und anschließend einer thermischen Behandlung über dem Schmelzpunkt des Polymers unterzogen wurde,- und wobei die Beschichtung optional einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen kann, wobei als unterste Schicht eine Haftschicht vorgesehen ist, in der neben dem genannten thermoplastischen Polymer bis 90 Gewichtsprozent feinteilige metallische Partikel enthalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gegenstand mit einer Auflagestelle, an der der Gegenstand bestimmungsgemäß in reibendem Kontakt mit einem Widerpart oder Gegenstück tritt. Ein solcher Gegenstand kann ein Gleit- oder Reiblager sein, an dem sich verschiedene Teile einer oder mehrerer Vorrichtungen unter Druck gegeneinander bewegen, insbesondere bewegliche Teile einer Maschine oder einer sonstigen mechanischen Vorrichtung.
Die an der Auflagestelle aneinanderreibenden Oberflächen von Gegenstand und entsprechendem Gegenstück können aus Metall, Keramik oder einem beliebigen anderen festen Werkstoff bestehen. Reiben diese Materialien direkt gegeneinander, so kann sich die Auflagestelle infolge der Reibung erhitzen, wobei eine Verformung der Auflagestelle und ein erhöhter Verschleiß auftreten können. Durch die Reibung und infolge thermischer Ausdehnung kann sogar die ungestörte Bewegung von Gegenstand und Gegenstück gegeneinander behindert werden.
Üblicherweise weisen bekannte Gegenstände mit Auflagestellen daher entweder ein separates Gleit- oder Reiblager auf oder sind an der kritischen Stelle mit einer reibungsvermindernden Beschichtung zu versehen. Bekannt ist es beispielsweise, solche massiven Gleit- und Reiblager aus Teflon, Silikon, PEEK, PA, PI, PA/PI oder einem natürlichen oder künstlichen Hartgummi zu fertigen. Bekannt ist es auch, bei aneinanderreihenden Gegenständen, die unter geringem Druck gegeneinander drücken, eine reibungsvermindernde Beschichtung aus Teflon, Po-lyimid und/oder Polyamid aufzubringen. Auch sind zu diesem Zweck Beschichtungen aus Sintermetall bekannt.
So ist aus der DE 199 41 410 A1 eine mehrschichtige Dichtung bekannt, deren Einzelschichten aus thermoplastischen Polymeren noch fluorierte Polymere und Trockenschmierstoff wie z.B. Graphit enthalten. Aus der DE 195 06 684 A1 ist ein selbstschmierendes Gleitlager bekannt, das eine PTFE-Matrix mit Bleioxid als Trockenschmierstoff umfasst. Aus der DE 102 26 266 A1 ist eine PEEK-Matrix mit Zinksulfid als Trockenschmierstoff bekannt. Aus der DE 103 29 228 A1 ist es bekannt, die Abriebfestigkeit von Polymeren durch Zugabe von Nanopartikeln zu erhöhen. Weiteren Stand der Technik stellen die Druckschriften DE 44 30 474 C1 , DE 42 00 385 A1 , DE 101 47 292 A1 , DE 196 13 979 A1 , DE 197 34 480 A1 und DE 295 22 175 U1 dar.
Nachteilig an den bekannten Gegenständen mit reibender Auflagestelle ist, dass damit zwar die Reibung an der Auflagestelle gegenüber einer Auflagestelle ohne Beschichtung vermindert ist, dass jedoch der Verschleiß, insbesondere des reibungsvermindernden Einsatzes oder der reibungsvermindernden Schicht, immer noch zu hoch ist, und dass die bekannten reibungsvermindernden Beschichtungen und Einlagen nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit und eine begrenzte mechanische Festigkeit aufweisen. Der hohe Verschleiß führt zu einer geringeren Lebensdauer oder erfordert ein häufiges Auswechseln der reibungsvermindernden Einsätze oder Beschichtungen.
Beispielsweise sind metallische Gleitbeschichtungen für hohe Lasten bezüglich Druck und Geschwindigkeit bekannt, weisen aber schlechte Trockenlaufeigenschaften auf.
Für niedrige Lasten sind Kunststoffe als Gleitlacke oder massive Vollkunststofflager bekannt, die zwar gute Trockenlaufeigenschaften besitzen, für hohe Lasten aber ungeeignet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gegenstand mit einer eingangs genannten gleitenden oder reibenden Auflagestelle anzugeben, der bezüglich Reibung und/oder Verschleiß verbessert und vielseitig einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung und eine Verwendung eines Gegenstandes sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfinder haben gefunden, dass die Reibung und/oder der Verschleiß an der Auflagestelle mit einer Beschichtung reduziert werden kann, die einen Hochleistungsthermoplasten umfasst. Dieses thermoplastische Polymer kann ausgewählt sein aus der Familie der Polyaryletherketone (PAEK) wie z.B aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyetherketonetherketon (PEKKEK) und Mischungen daraus. Das Polymer kann auch ein flüssigkristallines Polymer (LCP) umfassen. Mit leichten Einschränkungen aber immer noch sehr guten Ergebnissen kann auch PPS eingesetzt werden (PPS ist nicht erfindungsgemäß). Diese Polymere zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine höhere mechanische Festigkeit bei gleichzeitig gegebener hoher Temperaturbeständigkeit aufweisen. Überraschend zeigt sich, dass mit diesen Polymeren auch die Reibung auf einer solchen Beschichtung vermindert werden kann.
Auch für die neue Beschichtung gilt, dass mit einer einzigen Beschichtungszusammensetzung nicht alle möglichen Aufgabenstellungen bezüglich reibender und gleitender Auflagestellen verbessert werden können. Dennoch werden die meisten Aufgabenstellungen mit Beschichtungen verbessert, die erfindungsgemäß eines oder mehrere der genannten Polymere umfassen.
Eine bezüglich Reibung und Verschleiß verbesserte Beschichtung wird mit einem System erhalten, welches mindestens 65 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymers enthält. Auch fast vollständig aus dem thermoplastischen Polymer bestehende Beschichtungen zeigen sehr gute Verschleißeigenschaften. Es werden homogene und mechanisch hoch belastbare Beschichtungen erhalten, die einen wesentlich niedrigeren Verschleiß bei gleichzeitig niedriger Reibung aufweisen.
Neben den thermoplastischen Polymeren enthält die Beschichtung noch feste feinteilige Füllstoffe in einem Anteil bis maximal 50 Volumenprozent, z.B. 2 bis 40 Volumenprozent oder 5 bis 30 Volumenprozent. Die Füllstoffe sind dabei so ausgewählt, dass sie zum einen die Temperaturbeständigkeit der Beschichtung nicht reduzieren und zum anderen auch die Reibung nicht erhöhen, dabei aber dennoch eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Geeignete Füllstoffe sind ausgewählt aus aus entsprechend temperaturbeständigen Mikrofasern, z. B. Kohlenstofffasern oder Aramidfasern, aus (nano)keramischen Partikeln, metallischen Partikeln oder aus Kieselerde. Gut geeignet sind auch Quarz oder Diamant. Überraschend wurde gefunden, dass diese Füllstoffe die Reibung der Beschichtung nicht wesentlich erhöhen, dafür aber die Verschleißfestigkeit der Beschichtung noch weiter erhöhen können. Darüber hinaus kann mit einem entsprechenden Gewichtsanteil an Füllstoffen eine kostengünstigere Beschichtung als mit dem relativ teuren reinen Hochleistungspolymer erzielt werden.
In der Beschichtung können auch feinteilige metallische Partikel oder Eisenoxid enthalten sein, wobei die metallischen Partikel z. B. aus Aluminium, Bronze, Kupfer, Zinn und Chrom ausgewählt sind.
Allgemein gilt, dass partikelförmige Füllstoffe vorzugsweise abgerundet und nicht scharfkantig oder eckig sind. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Partikelgröße der Füllstoffe bzw. der Faserdurchmesser der als Füllstoffe eingesetzten Fasern maximal der gewünschten Schichtdicke für die Beschichtung entspricht. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die entsprechenden Partikel und Fasern in einer nur eng bemessenen Größenverteilung enthalten sind, sodass sich eine beispielsweise auf den d₅₀-Wert bezogene Partikelgröße sich in nur engen Größen bewegt.
Neben dem Füllstoff kann eine reibungsvermindernde Beschichtung außerdem einen Trockenschmierstoff in einem Anteil bis maximal 5 Gewichtsprozent enthalten, wobei ein solcher Trockenschmierstoff ausgewählt ist aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Graphit.
Die reibungsvermindernde Beschichtung eines Gegenstands besteht aus folgenden Komponenten: A) mindestens 65 Gewichtsprozent thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus der Familie der Polyaryletherketone wie PEEK oder PEK, LCP und Mischungen aus PEEK und PEK, B) maximal 30 Gewichtsprozent feinteiliger Füllstoff sowie C) 0 bis 5 Gewichtsprozent Trockenschmierstoff.
Eine vorteilhafte reibungsvermindernde und/oder verschleißvermindernde Beschichtung für einen Gegenstand mit einer Auflagestelle kann auch mit einer Beschichtung erhalten werden, die einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Insbesondere kann der Mehrschichtaufbau als unterste Schicht eine Haftschicht umfassen, in der neben dem genannten thermoplastischen Hochleistungspolymer 30 bis 90 Gewichtsprozent feinteilige metallische Partikel enthalten sind. Mit solchen metallhaltigen Haftschichten ergibt sich über die allen Teilschichten gemeine thermoplastische Komponente ein stabiler Mehrschichtaufbau der gesamten Beschichtung, der außerdem eine wesentlich verbesserte Haftung auf insbesondere metallischen Oberflächen aufweist. Vorteilhaft ist es auch, dass eine solche Haftschicht die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung nicht verschlechtert. Bezüglich der metallischen Partikel in der Haftschicht ist die Metallauswahl wesentlich weniger Beschränkungen ausgesetzt, da diese Partikel nicht zur Verminderung der Reibung der gesamten Beschichtung beitragen müssen. Gut geeignet sind daher beispielsweise eisenhaltige Partikel oder solche aus Leicht- oder Buntmetall.
Erfindungsgemäße Gegenstände mit einer reibungs- und/oder verschleißvermindernden Beschichtung weisen eine Beschichtungsstärke auf, die den gewünschten Einsatz bezüglich Auflagekraft, Umgebungstemperatur, chemische Umgebung und Relativgeschwindigkeit der gegeneinander gleitenden oder reibenden Oberflächen angepasst ist. Eine für nicht zu hohe chemische Anforderungen ausgelegte Beschichtung kann bereits mit einer Schichtdicke von 10 µm verwirklicht werden. Für hohe mechanische Belastungen ist es erfindungsgemäß, die Schichtdicke der Beschichtung entsprechend bis auf 50 µm zu erhöhen, um einem entsprechend hohen Grundverschleiß entgegenzuwirken.
Insbesondere bei hohen Schichtdicken zeigt sich die Überlegenheit der erfindungsgemäß aufgebrachten Beschichtung, die auch bei hohen Schichtdicken elastisch und plastisch bleibt und dabei eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit beibehält, die dem mechanischen Verschleiß der Beschichtung selbst entgegenwirkt. Mit bekannten Beschichtungen werden eher plastische Verformungen erzielt, die zum einen die Präzision der sich gegeneinander bewegenden Gegenstände und Gegenstücke an der Auflagestelle vermindern und zum anderen die Schichtstabilität und insbesondere die Haftung der Beschichtung reduzieren. Durch die elastischen Eigenschaften der vorgeschlagenen Beschichtung gelingt es außerdem, Schwingungen und Vibrationen der beiden sich gegeneinander bewegenden Gegenstände/Gegenstücke, die aus variierenden Auflagedrucken oder Richtungswechseln herrühren, zu reduzieren. Damit wird zum einen der Verschleiß der Beschichtung reduziert und zum anderen die Präzision der Relativbewegung erhöht und die Beständigkeit der gesamten aus Gegenstand und Gegenstück bestehenden Vorrichtung verbessert.
Zum Aufbringen der die Reibung oder den Verschleiß vermindernden Beschichtung bieten sich prinzipiell zwei Verfahren an. Möglich ist es beispielsweise, die Beschichtung trocken in Form einer Pulverbeschichtung aufzubringen und die primär aufgebrachte Pulverschicht in einem zweiten thermischen Schritt in eine homogene Beschichtung zu überführen. Die Pulverbeschichtung kann elektrostatisch unterstützt werden, indem das aufzubringende Pulver elektrisch aufgeladen wird, der zu beschichtende Gegenstand dagegen geerdet oder gegenpolig angeschlossen wird. Möglich ist es auch, die Beschichtung auf einer vorgeheizten Oberfläche des Gegenstands durchzuführen, an der die Partikel durch Aufschmelzen von Bestandteilen anhaften können.
Die Pulverpartikel können aufgesprüht, aufgestreut oder anderweitig aufgebracht werden. Anschließend erfolgt die Verdichtung der Schicht. Dazu kann der Gegenstand mitsamt der aufgebrachten Pulverschicht in einem Ofen auf eine Temperatur gebracht werden, die zumindest oberhalb des Schmelzpunktes der in der Pulverschicht enthaltenen Polymeren liegt. Dazu kann es vorteilhaft sein, den Gegenstand mit der Pulverschicht einem Temperaturprogramm auszusetzen, welches bestimmte Haltezeiten bei bestimmten Temperaturen vorsieht und entsprechend eine geeignete Abkühlung mit einschließt. Möglich ist es auch, die Temperaturbehandlung in einem Tunnelofen durchzuführen, der verschieden temperierte Zonen aufweist, durch die der Gegenstand mit entsprechenden Verweilzeiten hindurchgeführt wird.
Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung einer Beschichtung besteht darin, zunächst eine Dispersion, die sämtliche Bestandteile der Beschichtung in feinteiliger Form in einem z.B. wäßrigen, oder Wasser und/oder Alkoholisch umfassenden Lösungsmittel und Lösungsmittelgemischen dispergiert enthält, auf den Gegenstand aufzutragen, die Beschichtung zu trocknen und anschließend der bereits bei der Pulverbeschichtung eingesetzten thermischen Behandlung zu unterziehen.
Die Dispersion kann dazu durch Tauchen, Aufstreichen, Aufsprühen oder anderweitig aufgebracht werden. Zum Erzielen höherer Schichtdicken kann es vorteilhaft sein, die Beschichtung in Form mehrerer sich hintereinander anschließender Schritte durchzuführen. Nach jedem Schritt kann beispielsweise das Lösungsmittel aus der aufgebrachten Dispersionsschicht abgedampft werden. Möglich ist es auch, nach jedem Einzelschritt eine Temperaturbehandlung zum Aufschmelzen oder zumindest ein Vorverdichten der Dispersionsschicht durchzuführen. Die Anzahl der durchzuführenden Beschichtungsschritte wird im Hinblick auf die gewünschte Schichtdicke und in Abhängigkeit von der Partikelgröße des in der Dispersion enthaltenen Feststoffs (Thermoplast und Füllstoff) sowie durch das gewählte Aufbringverfahren bestimmt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung und sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Die Erfindung soll auch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt einen Gegenstand mit einer aufgebrachten Dispersionsschicht im schematischen Querschnitt,
2 zeigt einen Gegenstand mit erfindungsgemäß aufgebrachter Beschichtung,
3 zeigt eine Verfahrensfolge bei der Beschichtung anhand verschiedener Verfahrensstufen,
4 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Beschichtung mittels Dispersionsverfahren.

Ein zu beschichtender Gegenstand bzw. ein zu beschichtender Bereich des Gegenstands stellt das zu beschichtende Substrat SU dar. Die zu beschichtende Oberfläche kann zunächst einer chemischen und/oder mechanischen Aktivierungsbehandlung unterzogen werden. Dazu kann eine mechanische Aufrauung, beispielsweise mittels Sandstrahlgebläse, oder ein Ätzen mit Säuren, Laugen oder eine Plasmabehandlung eingesetzt werden. Eine entsprechend vorbehandelte Oberfläche weist zusätzliche chemisch/physikalische Bindungsstellen auf, ist sauber und fettfrei und besitzt im Falle einer Aufrauung eine größere Oberfläche, was zu einer besseren Haftung der aufzubringenden Beschichtung führt.
Auf diese Oberfläche wird anschließend eine Schicht DS einer Dispersion aufgebracht, die in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch dispergiert sämtliche Komponenten der Beschichtung in feinteiliger und möglichst homogener Partikelgrößenverteilung enthält. Es wird ein Aufbringverfahren gewählt, welches zum Herstellen einer gewünschten Schichtdicke geeignet ist. Die Partikelgrößen der in der Dispersion enthaltenen Feststoffe entspricht maximal der gewünschten Schichtdicke für die Beschichtung, ist vorzugsweise jedoch geringer gewählt. 1 zeigt ein dermaßen beschichtetes Substrat SU mit einer aufgebrachten Dispersionsschicht DS.
Nach Durchführen eines Temperaturprogramms, während dem das mit der Dispersionsschicht DS versehene Substrat bzw. der Gegenstand auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des in der Dispersion enthaltenen Thermoplasten erhitzt wird, wird eine homogene Beschichtung BS erhalten, die porenfrei und damit dicht ist und einen guten mechanischen Zusammenhalt sowie eine gute Haftung auf dem Substrat SU aufweist. 2 zeigt den fertigen Gegenstand.
Dabei ist es möglich, die Beschichtung nur auf einem Teilbereich der Oberfläche durchzuführen. Der übrige, nicht zu beschichtende Bereich kann dabei abgedeckt werden oder es wird ein Aufbringverfahren für die Dispersion gewählt, welches zwischen verschiedenen Oberflächenbereichen differenzieren kann, beispielsweise Aufstreichen oder Aufdrucken. Die Abdeckung kann auch mit einer Schattenmaske während des Aufsprühens der Dispersion erfolgen. Diese Schattenmaske kann auch in Form einer Folie ausgebildet sein, die auf der Oberfläche des Substrats SU aufgebracht wird und die zu beschichtenden Bereiche der Oberfläche ausspart. Nach dem Aufbringen der Dispersionsschicht DS kann die Folie entfernt und z.B. abgezogen werden, wobei die darüber aufgebrachten Bereiche der Dispersionsschicht DS mit abgezogen werden.
3 zeigt eine Variante des Verfahrens, mit dem trotz eines kleiner gewählten Partikeldurchmessers der in der Dispersion enthaltenen Feststoffe dennoch eine höhere Schichtdicke erzielt werden kann. Dazu wird nach dem Aufbringen der ersten Dispersionsschicht DS1, wie in 3a dargestellt, zumindest das Lösungsmittel entfernt, alternativ zusätzlich noch die erste Dispersionsschicht durch eine Temperaturbehandlung entsprechend vorverdichtet. In einem zweiten Schritt wird die Dispersionsbeschichtung wiederholt und eine zweite Dispersionsschicht DS2 aufgebracht. Gegebenenfalls kann auch diese Schicht vorverdichtet und der Beschichtungsschritt erneut wiederholt werden. Abschließend, wie in 3c dargestellt, wird der aus mehreren Teilschichten bestehende Aufbau an Dispersionsschichten in einem abschließenden Schritt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Thermoplasten gebracht, wobei eine vollständig verdichtete, porenfreie geschlossene Beschichtung BS auf dem Substrat SU erhalten wird.
Eine für die Aufbringung mittels Dispersionsverfahren geeignete reibungsverminderte Zusammensetzung enthält z.B. Feststoffe in folgenden Gewichtsanteilen:

90 Gewichtsprozent PEEK
05 Gewichtsprozent Al₂O₃
05 Gewichtsprozent PTFE

In 4 ist der eben beschriebene Verfahrensablauf anhand eines Ablaufdiagramms noch einmal deutlicher dargestellt. Das Verfahren umfasst als Schritt 1 ein Herstellen und Vorbereiten der Pulvermischung. Dazu werden die Inhaltsstoffe, die ausgewählt sind aus thermoplastischem Polymer, Füllstoff und Trockenschmierstoff entweder auf eine geeignete Partikelgröße gebracht, vorzugsweise durch Mahlen und/oder durch anschließendes Sortieren nach der Korngröße gemäß einer gewünschten möglichst engen Korngrößenverteilung.
Parallel dazu wird im Schritt 2 das Lösungsmittel vorbereitet, welches vorzugsweise umwelttechnisch und gesundheitlich unbedenklich ist, vorzugsweise auf wässeriger Basis und insbesondere aus einer Mischung aus Alkohol und Wasser, z.B. aus Isopropanol und Wasser besteht. Eine vorteilhafte Lösungsmittelzusammensetzung enthält beispielsweise 25 bis 75 Gewichtsprozent Isopropanol in Wasser. Besonders bevorzugt ist ein Lösungsmittel mit ca. 75 Gewichtsprozent Isopropanol in Wasser.
Im Schritt 3 wird die Dispersion hergestellt, indem die vorbereitete Pulvermischung mit dem Lösungsmittel versetzt wird, wobei ein Feststoffanteil von vorzugsweise 30 bis 50 Gewichtsprozent eingehalten wird. Zur Verbesserung der Dispersionsstabilität können in geringen Anteilen an sich bekannte Dispersionshilfsmittel zugesetzt werden.
In Schritt 4 wird die Oberfläche des Gegenstands beschichtet, beispielsweise durch Besprühen, Tauchen, Bestreichen, Bedrucken oder durch Aufschleudern. Dabei wird eine möglichst homogene Schichtdicke der Dispersionsschicht angestrebt und gegebenenfalls nicht zu beschichtende Bereiche der Oberfläche von der Beschichtung ausgespart.
In Schritt 5 wird das Lösungsmittel entfernt, vorzugsweise durch Abdampfen, was gegebenenfalls durch Unterdruck unterstützt werden kann.
Im nächsten Schritt 6 wird der Gegenstand mit der aufgebrachten getrockneten Dispersionsschicht durch Erhitzen und Aufschmelzen der Thermoplasten in eine homogene Beschichtung überführt und anschließend der Gegenstand wieder abgekühlt.
Im Anschluss an diesen Schritt 6 kann am Punkt 7 eine fertige Beschichtung erhalten werden.
Gemäß einer Variante V1 des Verfahrens ist es möglich, direkt nach Schritt 5 die Schritte 4 bis 7 nochmals durchzuführen.
Eine zweite Variante V2 schließt sich an den Schritt 6 an, wobei nach dem Aufschmelzen der ersten Dispersionsschicht eine neue Dispersionsschicht aufgebracht (Schritt 4) und entsprechend verdichtet wird (Schritte 5 bis 7).
Gemäß einer dritten Variante V3 des Verfahrens wird nach dem Herstellen einer ersten Beschichtung nach Schritt 6 eine zweite, von der ersten Beschichtung verschiedene zweite Teilschicht der Beschichtung aufgebracht. Dazu wird gemäß der Verfahrensschritte 1 bis 3 eine weitere Dispersion hergestellt und damit der Gegenstand gemäß der Schritte 4 bis 6 beschichtet. Auch hier kann das Verfahren gemäß der Varianten V1 und V2 durch Wiederholung einzelner Verfahrensschritte oder einzelner Verfahrensschrittfolgen abgewandelt werden, um eine gewünschte Schichtdicke zu erzielen.
Insbesondere bei der Verwendung feinteiliger Partikel für die Dispersion kann eine besonders homogene Beschichtung erhalten werden, die aufgrund der geringen Partikeldurchmesser eine Mehrfachbeschichtung vorteilhaft bzw. erforderlich macht.
Mit einer erfindungsgemäß erzeugten Beschichtung wird ein Verschleißversuch durchgeführt und mit einer herkömmlichen, aus einem Sintermetall bestehenden Beschichtung verglichen. Während sich unter gegebener Belastung und Anfangsschichtdicke mit der herkömmlichen Beschichtung nach einer gegebenen Zeit ein Verschleiß von 15 µm Schichtdickenreduktion ergibt, wird mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten Beschichtung unter gleicher Belastung bei gleicher Anfangsschichtdicke ein reduzierter Verschleiß in Form einer Schichtdickenreduzierung von nur 2 µm beobachtet. Dies zeigt die Überlegenheit der neuen Beschichtung und die verbesserte Verschleißfestigkeit.
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele erläutert wurde, ist sie nicht auf dieses beschränkt. Mögliche Variationen ergeben sich insbesondere durch geeignete Auswahl an Füllstoffen und gegebenenfalls durch Mischungen unterschiedlicher Füllstoffe. Die eingesetzten Mengenverhältnisse der Bestandteile der Beschichtung werden in Abhängigkeit von der gewünschten Belastung der Beschichtung gewählt. Ebenso die Schichtdicken, die nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt sind. Vorteilhaft wird die Beschichtung auf metallischen Oberflächen aufgebracht, wobei die Beschichtung jedoch auch auf anderen Oberflächen wie beispielsweise Keramik, Glas oder geeignetem Kunststoff erfolgen kann.
Eine vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung bei einem Gegenstand, dessen Auflagestelle als Gleitlager ausgebildet ist. Ein solches Gleitlager kann zum Aufnehmen einer rotierenden Welle geeignet sein oder nur im bestimmungsgemäßen Betrieb einer aus Gegenstand und Gegenstück bestehenden Vorrichtung auftretende Translationsbewegungen durch verminderte Reibung bei verbessertem Verschleißverhalten zu erleichtern. Erfindungsgemäß aufgebrachte Beschichtungen können auch die Rollreibung reduzieren und daher in Rollenlagern eingesetzt werden. Möglich ist natürlich auch, die Erfindung in den verschiedensten Lagern einzusetzen, auch wenn die Auflagestelle keiner Reibung mit dem Gegenstück ausgesetzt ist. Sie kann also für statische und dynamische Lager und Maschinenteile eingesetzt werden und dabei auch noch Dichtungsfunktionen erfüllen, wobei sie stets einen nur geringen Verschleiß aufweist. Anwendungsgebiete finden sich in mechanischen und elektromechanischen Vorrichtungen, in Maschinen sowie in Verbrennungsmotoren. Konkrete nicht abschließende Beispiele für mögliche weitere Anwendungen sind daher Pleuellager, Kolben, Kolbenstangen, Kolbenringe und Kolbendichtungen in Verbrennungsmotoren, Pumpen und Kompressoren, dynamische Dichtungen oder auch Radaufhängungen.

Claims

Gegenstand mit einer Auflagestelle, an der der Gegenstand bestimmungsgemäß in Kontakt mit einem Gegenstück tritt, - bei dem die Auflagestelle eine Verschleiß und Reibung mindernde Beschichtung einer Dicke von 10-50µm aufweist, wobei die Reibung auf der Reibung mindernden Beschichtung vermindert ist, - wobei die Beschichtung ein mit festen feinteiligen Füllstoffen gefülltes thermoplastisches Polymer umfasst, welches ausgewählt ist aus der Familie der Polyaryletherketone wie PEEK oder PEK aus LCP oder aus Mischungen von PEEK und PEK, - wobei die Füllstoffe ausgewählt sind aus Mikrofasern wie Kohlenstofffasern oder Aramidfasern, (nano)keramischen Partikeln, metallischen Partikeln, Kieselerde, Quarz, Aluminiumoxid, Eisenoxid oder Diamant, wobei die Verschleiß und Reibung mindernde Beschichtung aus mindestens 65 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymers, maximal 30 Gewichtsprozent oder 50 Volumenprozent Füllstoff und 0 bis 5 Gewichtsprozent Trockenschmierstoff besteht, - wobei der optionale Trockenschmierstoff ausgewählt ist aus Graphit oder PTFE, - wobei die Beschichtung mittels Pulver- oder Dispersionsbeschichtung aufgebracht und anschließend einer thermischen Behandlung über dem Schmelzpunkt des Polymers unterzogen wurde, - und wobei die Beschichtung optional einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen kann, wobei als unterste Schicht eine Haftschicht vorgesehen ist, in der neben dem genannten thermoplastischen Polymer bis 90 Gewichtsprozent feinteilige metallische Partikel enthalten sind.
Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die festen, feinteiligen Füllstoffe in einem Anteil von 2 bis 40 Volumenprozent in der Beschichtung enthalten sind.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die metallischen Partikel aus Aluminium, Bronze, Kupfer, Zinn und Chrom ausgewählt sind.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Beschichtung umfassend A) mindestens 70 Gewichtsprozent thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus PEEK, PEK, LCP oder Mischungen aus PEEK und PEK,B) maximal 30 Gewichtsprozent feinteiliger Füllstoff.
Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 4 hinsichtlich Dicke und Zusammensetzung im Einzelnen definiert ist, auf einen Gegenstand, bei dem eine Dispersion verwendet wird, die die vorgesehenen Komponenten der Beschichtung in feinteiliger Form in einem Lösungsmittel dispergiert enthält, bei dem die Dispersion in einer gegebenen Schichtdicke auf den Gegenstand aufgebracht wird, bei dem der Gegenstand vorübergehend auf eine Temperatur gebracht wird, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers liegt, wobei eine homogene dichte Beschichtung erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem für die Dispersion ein Lösungsmittel auf der Basis von Isopropanol und Wasser verwendet wird, das neben Wasser 25 bis 75 Gewichtsprozent Isopropanol enthält.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Gegenstand partiell beschichtet wird.
Verwendung eines Gegenstands nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Gleitlager.