DE102006003906A1 - Coating to improve the lubrication, wear resistance or adhesion in a contacting bearing in a machine comprises a base material and a nano-material - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtung auf vorbestimmten Flächen von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen, insbesondere von Gleitlagern.The The present invention relates to a coating on predetermined surfaces from a rubbing contact exposed machine parts, in particular of plain bearings.
Es ist der Anmelderin bekannt, Gleitbeläge für beispielsweise Gleitlager oder Reib- und Bremsbeläge aus Harz mit unterschiedlichen Stoffen zu füllen. Beispielsweise werden einem flüssigen Harz Füllungen mit Mikropulvern oder Faserverstärkungen für eine Verbesserung der Gleiteigenschaften, der Verschleiß- und Korrosionsfestigkeiten oder der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beigemischt.It is the applicant known sliding coatings for example, plain bearings or friction and brake pads made of resin with different materials to fill. For example a liquid Resin fillings with micropowder or fiber reinforcements for one Improvement of sliding properties, wear and corrosion resistance or to improve the mechanical properties.
An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass derartige Füllstoffe im Mikrometerbereich zwar lokal auf Mikroebene die mechanischen und physikalischen Eigenschaften verbessern, jedoch eine Ungleichmäßigkeit auf Mikroebene bestehen bleibt. Daraus können nachteilig ungünstige Reibwerte, ein höherer Verschleiß und eine niedrigere Dauerfestigkeit resultieren, da Mikrofüllung oft mechanische Risse verursachen, da sie als sogenannte Risskeime auftreten können.At However, this approach has proved to be disadvantageous that such fillers in the micrometer range locally on the micro level the mechanical and physical properties, but improve unevenness Micro level persists. This can disadvantageously unfavorable friction coefficients, a higher one Wear and tear a lower fatigue strength result because microfilling often cause mechanical cracks, as they can occur as so-called crack germs.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtung auf vorbestimmten Flächen von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen anzugeben, wobei die Beschichtung eine verbesserte Gleiteigenschaft, eine verbesserte Verschleißfestigkeit, eine verbesserte Dauerfestigkeit und/oder eine verbesserte Haftfestigkeit aufweist.It is therefore an object of the present invention, a coating on predetermined areas of indicate machine parts subject to rubbing contact, wherein the coating has an improved sliding property, improved Wear resistance, an improved fatigue strength and / or improved adhesion having.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Beschichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention this Task by a coating with the features of the claim 1 solved.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass die Beschichtung aus einem Grundmaterial und aus mindestens einem, in Abhängigkeit der gewünschten Verschleiß-, Gleit- und/oder Hafteigenschaften der Beschichtung ausgewähltem Nanomaterial besteht.The The idea underlying the present invention is that that the coating consists of a base material and at least one, depending the desired Wear-, Slip and / or adhesive properties of the coating of selected nanomaterial consists.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen den Vorteil auf, dass sich durch das bzw. die hinzugefügten Nanomaterialien die Homogenität der Gleitlager über die Lebensdauer verbessert einstellen lässt. Die Nanomaterialien weisen zumindest teilweise vollständig andere mechanische und physikalische Eigenschaften als die üblichen Materialien mit der gleichen chemischen Zusammensetzung auf. Dadurch lassen sich durch das Hinzufügen des bzw. der Nanomaterialien vollständig neue Eigenschaften an dem Gleit- bzw. Reibkontakt einstellen. Außerdem lässt sich auf Grund des vergrößerten Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen bei Nanomaterialien die Masse der hinzugefügten Partikel erheblich reduzieren.Consequently the present invention over the known approaches the Advantage that, by the or the added nanomaterials the homogeneity the plain bearing over the lifetime can be improved. The nanomaterials point at least partially complete other mechanical and physical properties than the usual ones Materials with the same chemical composition. Thereby can be added by adding of the nanomaterial (s) completely new properties adjust the sliding or frictional contact. In addition, due to the increased ratio from surface to nanomaterial volume, the mass of added particles reduce considerably.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine verbesserte Gleichmäßigkeit auf der mikroskopischen Ebene durch das Hinzufügen des bzw. der Nanomaterialien erreicht wird. Eine wesentliche höhere makroskopische Verschleißbeständigkeit, niedrigere oder gezielt höhere Reibung in Gleitbelägen, längere Lebensdauer, eine Vermeidung von Stick-Slip-Effekten, oder dergleichen können gezielt durch geeignete Auswahl des oder der Nanomaterialien erreicht werden. Auch physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise die thermische oder elektrische Leitfähigkeit, optische und magnetische Eigenschaften, oder dergleichen, lassen sich auf analoge Weise durch eine geeignete Auswahl des oder der Nanomaterialien gezielt einstellen.One Another advantage of the present invention is that an improved uniformity at the microscopic level by adding the nanomaterial (s) is reached. A significantly higher macroscopic wear resistance, lower or deliberately higher friction in sliding linings, longer Lifespan, avoiding stick-slip effects, or the like can be targeted can be achieved by suitable selection of the nanomaterial (s). Also physical properties, such as the thermal or electrical conductivity, optical and magnetic properties, or the like in an analogous way by a suitable choice of the one or the other Targeting nanomaterials.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Beschichtung.In the dependent claims find advantageous embodiments and improvements of specified in claim 1 coating.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Grundmaterial aus einem Kunststoff, beispielsweise aus einem Harz. Als besonders geeignetes Harzmaterial hat sich Epoxidharz herausgestellt. Auch andere Harzarten, wie beispielsweise Phenolharze haben sich als besonders geeignet erwiesen. Das Harz liegt vorzugsweise in flüssiger Form vor, sodass das bzw. die ausgewählten Nanomaterialien dem flüssigen Harz beigemischt werden können.According to one preferred development, the base material consists of a plastic, for example, from a resin. As a particularly suitable resin material has turned out epoxy resin. Other types of resins, such as Phenolic resins have proven to be particularly suitable. The resin is preferably in liquid So that the selected nanomaterial (s) belong to the liquid resin can be added.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht das mindestens eine Nanomaterial aus Graphit, Molybdändisulfid und/oder aus einem organischen Stoff, wie beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Beschichtung. Das Nanomaterial wird vorzugsweise wiederum dem flüssigen Kunststoff bzw. dem flüssigen Harz beigemischt.According to one Another preferred embodiment is the at least one nanomaterial Graphite, molybdenum disulfide and / or an organic material such as polytetrafluoroethylene, to improve the sliding properties of the coating. The nanomaterial is preferably in turn the liquid plastic or the liquid Resin mixed.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das mindestens eine Nanomaterial aus mindestens einer Keramik zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften der Beschichtung. Die ausgewählte bzw. ausgewählten Keramiken werden beispielsweise als Nanopulver einem flüssigen Grundmaterial, beispielsweise einem flüssigen Harz, beigemischt.According to one another preferred embodiment the at least one nanomaterial consists of at least one ceramic to improve the wear characteristics the coating. The selected or selected Ceramics are used, for example, as nanopowders a liquid base material, for example, a liquid Resin, mixed.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Beschichtung in unterschiedlichen Schichttiefen unterschiedliche Nanomaterialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften auf. Dadurch weist beispielsweise die Beschichtung an der Oberfläche ein Nanomaterial mit besonders geeigneten Gleiteigenschaften und in einer darunter liegenden Schichttiefe ein Nanomaterial mit besonders geeigneten Verschleißbeständigkeiten zum Erzielen einer hohen Dauerfestigkeit der Beschichtung auf. Die einzelnen Materialien und Schichttiefen sowie Zusammensetzungen und Materialverhältnisse sind an die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung in den unterschiedlichen Schichttiefen anzupassen.According to a further preferred development, the coating has different nanomaterials with different material properties at different layer depths. As a result, for example, the coating on the Surface a nanomaterial with particularly suitable sliding properties and in an underlying layer depth on a nanomaterial with particularly suitable wear resistance to achieve a high fatigue strength of the coating. The individual materials and layer depths as well as compositions and material ratios are to be adapted to the desired properties of the coating in the different layer depths.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das mindestens eine Nanomaterial aus einem chemisch und/oder physikalische behandelbaren Nanomaterial zur Veränderung beispielsweise der Bindungseigenschaften, der Oberflächeneigenschaften oder dergleichen. Dadurch können die einzelnen Nanomaterialien vor einem Hinzufügen zu dem Grundmaterial mit den gewünschten Eigenschaften ausgebildet werden, wodurch nach Einbringung der Nanomaterialien in die vorgesehenen Schichttiefen diese speziell ausgewählte Eigenschaften vorteilhaft aufweisen.According to one another preferred embodiment If the at least one nanomaterial consists of a chemical and / or physical treatable nanomaterials for modification of, for example, the Binding properties, surface properties or the like. Thereby can the individual nanomaterials before adding to the base material with the desired properties be formed, whereby after introduction of the nanomaterials in the provided layer depths these specially selected properties have advantageous.
Die Beschichtung weist beispielsweise zusätzlich mindestens ein ausgewähltes Mikropulver auf. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich, sondern kann bei bestimmten gewünschten Eigenschaften nützlich sein.The Coating additionally has, for example, at least one selected micropowder. However, this is not mandatory, but can at certain desired Properties useful be.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert, obwohl es für einen Fachmann offensichtlich ist, dass der vorliegende Erfindungsgedanke nicht auf die wiedergegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern durch den Schutzumfang der Patentansprüche bestimmt ist.in the Below are embodiments of the present invention closer explains although it is for a person skilled in the art will appreciate that the present inventive concept is not limited to the reproduced embodiments, but is determined by the scope of the claims.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Grundmaterial ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, in flüssiger Form verwendet.According to one first preferred embodiment According to the present invention, the base material is a resin, for example an epoxy resin, in liquid Form used.
Dem flüssigen Harz werden anschließend ein oder mehrere Nanomaterialien derart beigemischt, dass die Beschichtung bestehend aus dem Grundmaterial Harz und dem bzw. den beigemischten Nanomaterialien vorbestimmte Gleiteigenschaften, Verschleißeigenschaften und/oder Haftfestigkeitseigenschaften aufweist. Die beigemischten Nanomaterialien können ganz unterschiedliche chemische und werkstoffliche Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise sind für die Verbesserungen der Gleiteigenschaften Nanomaterialien aus Graphit, Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen oder andere chemische Zusammensetzungen vorteilhaft. Zum Verbessern der Verschleißbeständigkeit können beispielsweise Nanomaterialien aus Keramiken verwendet werden. Metallische Nanomaterialien, wie beispielsweise Metalloxide werden vorteilhaft dem flüssigen Harz beigemischt, um die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die elektrische und thermische Leitfähigkeit, optische oder magnetische Eigenschaften, Klebefestigkeiten, Oberflächenaffinitäten oder dergleichen gezielt einzustellen.the liquid Resin then enter or more nanomaterials admixed such that the coating consisting of the base resin and the admixed Nanomaterials predetermined slip characteristics, wear characteristics and / or adhesive properties. The blended Nanomaterials can very different chemical and mechanical compositions exhibit. For example, are for Improvements in sliding properties Nanomaterials made of graphite, molybdenum disulfide or polytetrafluoroethylene or other chemical compositions advantageous. To improve wear resistance, for example, nanomaterials made of ceramics. Metallic nanomaterials, such as Metal oxides are advantageously admixed with the liquid resin in order to the physical properties, such as the electrical and thermal conductivity, optical or magnetic properties, adhesive strengths, surface affinities or to set the like targeted.
Die beigemischten Nanomaterialien können beispielsweise vor der Beimischung mittels geeigneter Verfahren vorbehandelt werden. Dadurch können neben dem Einsatz von chemisch reinen Nanomaterialien auch chemisch und/oder physikalisch modifizierte Materialien eingesetzt werden. Vorteilhaft werden die Nanomaterialien chemisch, beispielsweise mittels Säuren, Laugen, Salzen oder dergleichen, oder physikalisch, beispielsweise mittels einer radioaktiven Bestrahlung, einer Magnetisierung oder dergleichen, vor der Beimischung geeignet behandelt. Dadurch können beispielsweise gezielte chemische Bindungen zwischen den Nanoteilchen und dem Grundmaterial, hydrophobe oder hydrophile Oberflächen für eine entsprechende Benetzbarkeit mit einem etwaigen Schmierstoff oder andere Effekte erzielt werden.The For example, mixed nanomaterials can be added be pretreated prior to admixture by means of suitable methods. This can be next to the use of chemically pure nanomaterials also chemically and / or physically modified materials are used. Advantageous are the nanomaterials chemically, for example by means of acids, alkalis, Salts or the like, or physically, for example by means of radioactive radiation, magnetization or the like, treated appropriately before admixture. This can, for example targeted chemical bonds between the nanoparticles and the base material, hydrophobic or hydrophilic surfaces for a corresponding wettability be achieved with any lubricant or other effects.
Des Weiteren können zusätzlich zu dem oder den Nanomaterialien auch geeignete Mikromaterialien, insbesondere Mikropulver, dem flüssigen Harz beigemischt werden, um speziell gewünschte Materialeigenschaften der Beschichtung zu erreichen.Of Further can additionally micromaterials suitable for the nanomaterial (s), in particular micropowder, the liquid resin be mixed to specially desired material properties to achieve the coating.
Die oben genannten Nanomaterialien können entweder alleine oder in vorbestimmten Mischverhältnissen zusammen oder in jeglicher erdenkbaren Kombination dem Grundmaterial beigemischt werden, in Abhängigkeit von den jeweils gewünschten Eigenschaften der hergestellten Beschichtung.The above nanomaterials can either alone or in predetermined mixing ratios together or in any imaginable combination be admixed to the base material, in dependence from the respectively desired Properties of the coating produced.
Insbesondere bei Beschichtungen von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen bzw. bei Gleitlagern sind Beschichtungen vorteilhaft, welche in verschiedenen Schichttiefen unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Beispielsweise ist für die Oberflächenschicht eine hohe Verschleißbeständigkeit mit einem geringen Abrieb gewünscht, sodass mittels mehrerer aufeinander folgender Verfahren dem Grundmaterial in der oberen Schichttiefe beispielsweise ein Nanokeramikpulver hinzugefügt wird, welches eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist. Ferner kann der Schichtoberfläche auch ein Nanopulver bestehend aus Graphit, Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen beigemischt werden, um die Gleiteigenschaften der oberen Schicht der Beschichtung zu verbessern.Especially in the case of coatings of machine components subjected to rubbing contact or in plain bearings coatings are advantageous, which in different layer depths different material properties exhibit. For example, for the surface layer a high wear resistance desired with a low abrasion, so that by means of several successive procedures the base material in the upper layer depth, for example, a nanoceramic powder is added, which a high wear resistance having. Furthermore, the layer surface may also comprise a nanopowder graphite, molybdenum disulfide or polytetrafluoroethylene are admixed to the sliding properties to improve the upper layer of the coating.
Dies ist lediglich als exemplarische Ausführung zu verstehen, wobei für einen Fachmann offensichtlich ist, dass verschiedene Nanomaterialien mittels verschiedener Verfahren in die einzelnen Schichttiefen der Beschichtung zum Erzielen vorbestimmter Materialeigenschaften dieser Schichttiefen einbringbar sind.This is only to be understood as an exemplary embodiment, it being obvious to a person skilled in the art that different nanomaterials are brought into the individual layer depths of the coating by means of different methods in order to achieve predetermined material properties of these layer depths can be introduced.
Somit schafft die vorliegende Erfindung eine Beschichtung, welche eine gegenüber den bekannten Ansätzen verbesserte Gleichmäßigkeit auf mikroskopischer Ebene aufweist. Ferner wird eine Beschichtung mit einer wesentlich höheren mikroskopischen Verschleißbeständigkeit, mit einer niedrigeren oder gezielt höheren Reibung in Reib- und Bremsbelägen, mit einer längeren Lebensdauer und ohne Stick-Slip-Effekten erreicht. Die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die thermische und elektrische Leitfähigkeit, optische und magnetische Eigenschaften, oder dergleichen, lassen sich auf die oben beschriebene Weise gezielt einstellen. Insbesondere können auch verschiedenen Schichttiefen der Beschichtung durch gezieltes Einbringen von vorbestimmten Nanomaterialien mit bestimmten Eigenschaften in diese Schichttiefen mit vorbestimmten Eigenschaften ausgeildet werden.Consequently the present invention provides a coating comprising a across from the known approaches improved uniformity at the microscopic level. Further, a coating with a much higher one microscopic wear resistance, with a lower or deliberately higher friction in friction and brake pads, with a longer one Lifetime and achieved without stick-slip effects. The physical Properties, such as the thermal and electrical Conductivity, optical and magnetic properties, or the like Set yourself in the manner described above. Especially can also different layer depths of the coating through targeted Introduction of predetermined nanomaterials with specific properties formed in these layer depths with predetermined properties become.
Zudem lässt sich mit Hilfe von Nanofüllstoffen auch die Homogenität von Gleitlagern über die Lebensdauer besser steuern, wobei die Menge an Füllstoffen reduziert werden kann.moreover let yourself with the help of nanofillers also the homogeneity from plain bearings over to better control the life, reducing the amount of fillers can be reduced.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention based on preferred embodiment As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.
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