DE102008026519A1 - Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm und ein Gleit- bzw. Radiallager mit einer Gleitschicht unter Verwendung desselben - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung liefert ein Gleitlager mit verbesserten Lagereigenschaften, insbesondere Anti-Festfresseigenschaft, anfängliche Schmiegsamkeit und Kavitationswiderstand. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gleitschicht (2) auf einer Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht (1), bestehend aus einer kupferbasierten oder aluminiumbasierten Legierung, bereitgestellt, wobei ("thereby") die Gleitschicht (2) so strukturiert ist, dass zu einem Polyamid-Imid-Harz als Hauptbestandteil ein Polyamidharz zugegeben wird und unter einer hohen Scherkraft vermischt wird, wobei ein polymerlegiertes Harzbindemittel gebildet wird, in welchem 1 bis 75 Masse-% eines Festschmiermittels dispergiert sind. Die Gleitschicht (2) kann hohe Zähigkeit und Festigkeit aufweisen, ebenso wie verbesserte Anti und Kavitationswiderstand.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm und ein Gleit- bzw. Radiallager mit einer Gleitschicht unter Verwendung desselben.
  • Herkömmlicherweise wird ein Lager für Automobilmotoren hergestellt durch Binden bzw. Verkleben einer Rückseitenplatte bzw. Trägerplatte aus Stahl mit einer kupferbasierten oder aluminiumbasierten Lagerlegierung. Bei solchen Gleitlagern wird zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit („wear resistance"), der Antifestfresseigenschaft bzw. Antifresseigenschaft und der anfänglichen Schmiegsamkeit bzw. Anpassungsfähigkeit eine Gleitschicht gebildet durch Beschichten einer Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht mit einem hitzehärtenden Harz, wie z. B. einem Polyamid-Imid-Harz (PAI), einem Polyamidharz (PI) und einem Epoxyharz (EP), enthaltend ein Festschmiermittel und dergleichen, wie beschrieben in den Druckschriften JP-A-4-83914 (Patentdruckschrift 1), JP-A-9-79262 (Patentdruckschrift 2), etc. Um des Weiteren die anfängliche Verschleißbeständigkeit zu verbessern, während die Schmiegsamkeit aufrechterhalten wird, wird eine Schutzschicht aus einem Festschmiermittel und einem Bindemittel, bestehend aus einem thermoplastischen Harz und einem hitzehärtenden Harz, löslich in einem polaren Lösungsmittel, wie beschrieben in JP-A-2001-343022 (Patentdruckschrift 3), gebildet.
  • Es existiert das bekannte Phänomen, dass bei Verwendung eines Gleitlagers Kavitäten (Blasen) im Schmieröl gebildet werden, was im Ergebnis eine Erosion an der Lageroberfläche verursacht. Es handelt sich um das Phänomen, dass im Schmieröl erzeugte Kavitäten unter höherem Druck explodieren, und die Energie bei der Explosion die Lageroberfläche erosiv zerstört. Ein gewöhnliches Gegenmittel dagegen ist es bisher gewesen, die Materialfestigkeit einer Gleitschicht zu erhöhen, um den Kavitationswiderstand zu verstärken. Zum Beispiel wird eine Gleitschicht mit einem Polybenzoimidazolharz (PBI), welches ein Festschmiermittel enthält, um die Verschleißbeständigkeit, Antifestfresseigenschaft und den Kavitationswiderstand zu verbessern, gemäß der Druckschrift JP-A-2004-19758 (Patentdruckschrift 4) konstruiert. Die Verbesserung der Gleiteigenschaft wurde versucht durch eine Kombination aus einem Festschmiermittel, das Blei enthält, und einem Harzbindemittel, aus mindestens einem aus PAI, PI, EP und PBI, wie in der Druckschrift JP-A-2003-56566 (Patentdruckschrift 5) beschrieben.
    • Patentdruckschrift 1: JP-A-4-83914
    • Patentdruckschrift 2: JP-A-9-79262
    • Patentdruckschrift 3: JP-A-2001-343022 (Abschnitt 0007)
    • Patentdruckschrift 4: JP-A-2004-19785
    • Patentdruckschrift 5: JP-A-2003-56566 .
  • Die Offenbarungen der Patentdruckschriften 1 bis 5 sind nicht in vollem Maße zufrieden stellend bezüglich Lagerleistung (Antifestfresseigenschaft, anfängliche Schmiegsamkeit und Kavitationswiderstand) bei höherem Leistungsmaß bzw. Performance-Level („higher level of performance") und Last, wie gefordert durch neuere Hochleistungs-Hochgeschwindigkeits-Verbrennungsmotoren. Zum Beispiel dispergiert, obwohl Patentdruckschrift 5 ein Bindeharz, hergestellt durch Mischen von PAI, PI, EP und FBI, beschreibt, einfaches Polymer-Blending bzw. -Mischen Harze in Form von Clustern, mischt jedoch nicht die Harze in einer kompatiblen Weise miteinander. Folglich existiert der Nachteil, dass aufgrund der Nicht-Einheitlichkeit physikalischer Eigenschaften, die in einer Gleitschicht auftritt, ein genügendes Maß an Antifestfresseigenschaft und insbesondere Kavitationswiderstand nicht erreicht werden kann.
  • Die Patentdruckschrift 3 beschreibt, dass „ein hitzehärtendes Harz und ein thermoplastisches Harz, wenn sie in einem Lösungsmittel gelöst werden, miteinander kompatibel in einer ultrafeinen Einheit nahe an einem Molekül intermediäre Eigenschaften erreichen", wobei „miteinander kompatibel gemischt" bedeutet, dass ein hitzehärtendes Harz und ein thermoplastisches Harz Cluster in einem Lösungsmittel bilden, obwohl die Clustergrößen ultrafein sind (Mikrocluster). Das hitzehärtende Harz und das thermoplastische Harz werden daher nicht miteinander kompatibel gemischt, und das thermoplastische Harz wird mikroskopisch im hitzehärtenden Harz dispergiert, um intermediäre Eigenschaften zu zeigen. Es besitzt noch immer den Nachteil, dass, wenn es als Gleitschicht eines Gleitlagers unter der Bedingung verwendet wird, unter der das Kavitationsphänomen auftritt, sich die Belastung bzw. der Stress der Kavitation an der Grenzfläche zwischen den entsprechenden Harzphasen konzentriert, wobei die Kontinuität der physikalischen Eigenschaften verloren geht und der Kavitationswiderstand verschlechtert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter den zuvor erwähnten Umständen erreicht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm bereitzustellen, der in der Lage ist („cables of"), die Lagereigenschaften weiter zu verbessern, insbesondere Antifestfresseigenschaft, anfängliche Schmiegsamkeit und Kavitationswiderstand, sowie ein Gleitlager, welches die Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm als Gleitschicht verwendet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm und ein Gleitlager, wie im Folgenden beschrieben:
    • (1) Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm, umfassend ein polymerlegiertes Bindeharz, das hergestellt wird durch Zugabe eines Polyamidharzes zu einem Polyamid-Imid-Harz als Hauptbestandteil und Vermischen des Gemisches unter hoher Scherkraft, und mit 1 bis 75 Gew.-% eines darin dispergierten Festschmiermittels.
    • (2) Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß der obigen Form (1), wobei das Festschmiermittel mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Graphit und Wolframdisulfid.
    • (3) Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß obiger Form (1) oder (2), wobei der Gehalt des Polyamidharzes in 100 Gew.-Teilen polymerlegierten Harzes 3 bis 40 Gew.-Teile beträgt.
    • (4) Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einer beliebigen der Formen (1) bis (3) oben, wobei das Polyamidharz im polymerlegierten Harz ein beliebiges ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid, einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid-Copolymer und einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid mit endständiger funktioneller Gruppe.
    • (5) Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einer beliebigen der Formen (1) bis (4) oben, wobei die Glasübergangstemperatur des Polyamid-Imid-Harzes 150 bis 350°C beträgt.
    • (6) Gleitlager, wobei eine Gleitschicht auf einer Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht, umfassend eine kupferbasierte oder aluminiumbasierte Legierung, die Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einer beliebigen der Formen (1) bis (5) oben umfasst.
    • (7) Gleitlager gemäß obiger Form (6), wobei die Gleitschicht eine Gleitschichtoberflächenrauigkeit (Ra) von 0,5 μm oder niedriger besitzt.
    • (8) Gleitlager gemäß obiger Form (6) oder (7), wobei die Gleitschicht eine Gleitschichtdicke von 1 bis 30 μm besitzt.
  • Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, sind gemäß obigem Aspekt bzw. obiger Form (1) der vorliegenden Erfindung ein polymerlegiertes Harzbindemittel, welches hergestellt wird durch Zugeben eines Polyamidharzes zu einem Polyamid-Imid-Harz als Hauptbestandteil und Vermischen des Gemisches mit hoher Scherkraft, und 1 bis 75 Gew.-% eines darin dispergierten Festschmiermittels enthalten.
  • Im obigen Aspekt (2) der vorliegenden Erfindung ist das Festschmiermittel mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Graphit und Wolframdisulfid.
  • Im obigen Aspekt (3) der vorliegenden Erfindung ist der Gehalt des Polyamidharzes in 100 Gew.-Teilen des polymerlegierten Harzes 3 bis 40 Gew.-Teile.
  • Im obigen Aspekt (4) der vorliegenden Erfindung ist das Polyamidharz in dem polymerlegierten Harz ein beliebiges, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid, einem polymerisierte-Fettsäure- Polyamid-Copolymer und einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid mit endständiger funktioneller Gruppe.
  • Im obigen Aspekt (5) der vorliegenden Erfindung ist die Glasübergangstemperatur des Polyamid-Imid-Harzes 150 bis 350°C.
  • Der obige Aspekt (6) der vorliegenden Erfindung wird charakterisiert durch ein Gleitlager, wobei eine Gleitschicht auf der Oberfläche einer Lagerlegierungschicht, umfassend eine kupferbasierte oder aluminiumbasierte Legierung, die Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einem beliebigen der obigen Aspekte (1) bis (5) umfasst.
  • Im obigen Aspekt (7) der vorliegenden Erfindung besitzt die Gleitschicht eine Gleitschichtoberflächenrauigkeit (Ra) von 0,5 μm oder weniger.
  • Im obigen Aspekt (8) der vorliegenden Erfindung besitzt die Gleitschicht eine Gleitschichtdicke von 1 bis 30 μm.
  • Kurze Beschreibung einiger Ansichten der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Gleitlagers in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 1
    Lagerlegierungsschicht
    2
    Gleitschicht
    3
    Rückseitenplatte aus Stahl
  • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Das Polyamid-Imid-Harz (im Folgenden als „PAI" bezeichnet), welches ein Hauptbestandteil der Gleitschicht im Aspekt (1) der vorliegenden Erfindung ist, ist unter ver schiedenen hitzehärtenden Harzen bezüglich Wärmebeständigkeit und ebenso Materialfestigkeit überlegen, so dass die Verschleißbeständigkeit verbessert werden kann. Des Weiteren kann eine gute Verschleißbeständigkeit durch/bei Gleiten bei erhöhter Temperatur aufrechterhalten werden, da die Verschlechterung der Materialfestigkeit bzw. -stärke in einer Hochtemperaturatmosphäre oder durch aufgrund von Gleiten erzeugter Hitze minimal ist. Des Weiteren kann durch Zugabe eines Polyamidharzes (im Folgenden als „PA" bezeichnet) zu PAI und Mischen unter hoher Scherkraft zum Polymerlegieren die Zähigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit und Festigkeit der Gleitschicht intensiviert werden, und die verbesserte Gleiteigenschaft des Harzbindemittels selbst verringert die Hitzeerzeugung während des Gleitens, was die Antifestfresseigenschaft, anfängliche Schmiegsamkeit und den Kavitationswiderstand verbessert. Vor dem Polymerlegieren liegen Polymermoleküle von PAI und PA jeweils im Zustand der Verhakung vor („entangled state"). Durch ein gewöhnliches Mischverfahren kann eine solche Verhakung von Polymermolekülen nicht vollständig entwirrt werden, und die Harze werden nicht kompatibel miteinander vermischt. Die Harze können kompatibel vermischt werden durch Mischen unter hoher Scherkraft, was die Polymermolekül-Verhakung entwirrt.
  • Da die Gleitschicht ein Festschmiermittel enthält, kann deren Reibungskoeffizient verringert werden und die Antifestfresseigenschaft kann erhöht werden. In diesem Fall verbessert ein Gehalt des Festschmiermittels unterhalb 1 Massen-% die Schmierwirkung nicht wesentlich, und ein Gehalt jenseits 75 Massen-% verringert den Kavitationswiderstand. Folglich beträgt der bevorzugte Gehalt an Festschmiermittel 1 bis 75 Massen-%.
  • Wie in Aspekt (2) oben ist das Festschmiermittel mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe aus Molybdändisul fid, Polytetrafluorethylen (im Folgenden als „PTFE" bezeichnet), Graphit und Wolframdisulfid.
  • Da PA zur Verbesserung der Zähigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit der Gleitschicht beiträgt, kann die Zugabe von PA zur Gleitschicht die Schmiegsamkeit und den Kavitationswiderstand verbessern. Daher ist, wie im Aspekt (3) oben die Zunahme der anfänglichen Schmiegsamkeit und der bzw. des Kavitationswiderstand(s) deutlicher bei einem PA-Gehalt von 3 bis 40 Massen-%.
  • Wie im obigen Aspekt (4) wird ein beliebiges (Mitglied), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid, einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid-Copolymer und einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid mit endständiger funktioneller Gruppe vorzugsweise als PA verwendet. PA, auch Nylon genannt, ist ein generischer Name für Polymere, gebildet durch Amidbindungen, typischerweise mit geradkettiger aliphatischer Polyamidstruktur und hergestellt aus verschiedenen Monomeren. Zusätzlich zu einem geradkettigen aliphatischen Polyamid, welches durch Polymerisation von Lactam oder Aminocarbonsäuren bzw. Aminosäuren erhalten wird oder Polymerisation zwischen einem Diamin und einer Dicarbonsäure, sind ein amorphes transparentes bzw. durchsichtiges aromatisches Polyamid, eine Mischung mit einem modifizierten Polyolefin, ein Pfropfpolyamid und ein Polyamidelastomer mit einem weichen Segment aus Polyether oder Polyester bekannt.
  • Ein Polyamid besitzt eine Kristallstruktur mit Amidgruppen im Molekül bei konstantem Intervall, wobei Wasserstoffbrückenbindungen gebildet werden. Der Grad an Kristallinität und die Größe der Kristalle beeinflussen die mechanischen Eigenschaften stark, und eine Zunahme des Grads an Kristallinität neigt dazu, die Festigkeit und Steifigkeit zu erhöhen. Das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Polyamid ist vorzugsweise flexibel und es wird daher ein geradkettiges aliphatisches Polyamid mit niedriger Kristallinität bevorzugt, wie z. B. Nylon-12, Nylon-6 und Nylon-6,6. Weiter bevorzugt sind ein polymerisierte-Fettsäure-Polyamid, ein polymerisierte-Fettsäure-Polyamid-Copolymer und ein polymerisierte-Fettsäure-Polyamid mit endständiger funktioneller Gruppe, die hohe Zähigkeit/Härte und Flexibilität aufgrund niedriger Kristallinität besitzen. Beispiele für in der vorliegenden Erfindung zu verwendende PA umfassen: Feinharz bzw. Fine Resin FR-101, 104, 105 und 301 (Namariichi Co., Ltd.) und Rheomide S-2310, 2600, 4500, 6500 und 6800 (Kao Corp.).
  • Wie im obigen Aspekt (5) beträgt die Glasübergangstemperatur von PAI vorzugsweise 150 bis 350°C. PAI ist ein Polymer mit Amidbindungen, eingeführt in die Hauptkette eines Polyimidharzes, besitzt eine hohe Wärmebeständigkeit nahe an Polyamid („next to polyimide"), ist thermisch formbar („thermoformable"), und ist überlegen bezüglich mechanischer Festigkeit, chemischer Widerstandsfähigkeit, elektrischen Eigenschaften und Gleiteigenschaften. Es ist daher ein Harz, das als Formmaterial bzw. Molding-Material und hitzebeständige Farbe („heat resistant paint") verwendet wird. Das für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugte Polyamid-Imid-Harz ist ein Harz mit geringer Abnahme in der Materialfestigkeit bei hohen Temperaturen und mit einer Glasübergangstemperatur von 150 bis 350°C, stärker bevorzugt 250 bis 350°C. Beispiele für in der vorliegenden Erfindung zu verwendende PAI umfassen: Vylomax HR11NN, HR12N2, HR13NX, HR14ET, HR15ET und HR16NN (Toyobo Co., Ltd.).
  • Wie im obigen Aspekt (6) werden durch Ausstatten der Oberfläche eines Gleitlagers mit einer Gleitschicht, umfassend die zuvor erwähnte Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm, die anfängliche Schmiegsamkeit und die Antifestfresseigenschaft des Gleitlagers weiter verbessert.
  • Des Weiteren kann, wenn die Oberflächenrauigkeit der Gleitschicht („gliding surface layer roughness of the sliding layer") hoch ist, das Versagen eines Ölfilms leicht eintreten, was leicht zu direktem Kontakt der Gleitschichtoberfläche mit einer entsprechenden Welle bzw. einem entsprechenden Schaft und Festfressen bzw. Fressen durch Erzeugung von Reibungswärme („seizure by friction heat generation") führt. Wenn die Oberflächenrauigkeit der Gleitschicht (Ra) in einem Anfangsgleitzustand nicht 0,5 μm oder weniger, wie im obigen Aspekt (7) beträgt, tritt, wenn das Versagen eines Ölfilms auftritt, der direkte Kontakt der Gleitschichtoberfläche mit einer entsprechenden Welle ein und die Gleitschichtoberfläche wird unmittelbar zu einer glatteren Oberfläche abgerieben. Dies wird Öl an die Gleitschichtoberfläche liefern, so dass ein Ölfilm gebildet wird, der leicht das Festfressen unterdrückt. Ist die Oberflächenrauigkeit der Gleitschicht (Ra) unterhalb 0,5 μm im Anfangszustand des Gleitens, so werden, wenn direkter Kontakt der Gleitschichtoberfläche mit einer entsprechenden Welle auftritt, Spitzen bzw. höchste Punkte („apices") der rauen Oberfläche der Gleitschicht abgerieben. Jedoch bleibt die Rauigkeit der Gleitschicht wie sie ist, selbst nach einem solchen Abrieb aufgrund hoher anfänglicher Rauigkeit, und die Schwierigkeit in der Ölzufuhr dauert an, ohne dass die Antifestfresseigenschaft verbessert wird.
  • Wie im Fall eines Gleitlagers für einen Verbrennungsmotor kann, wenn eine Biegung („flexion") oder Erschütterung („vibration") der entsprechenden Welle auftreten kann, der örtliche Kontakt der Gleitschicht mit der korrespondierenden Welle leicht stattfinden. In einem solchen Fall wird die plastische Deformation bzw. Verformung, die elastische Verformung oder die Abrasion der Gleitschicht bei einem lokalen Kontakt die Zunahme einer lokalen Last unterdrücken, und daher wird die Abnahme der Materialfestigkeit der Gleitschicht aufgrund der Wärmerzeugung unterdrückt, wobei dem Festfressen bzw. Fressen vorgebeugt wird. Die Dicke der Gleitschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 30 μm, wie im obigen Aspekt (8), um die Zunahme einer lokalen Last zu unterdrücken. Im Fall einer herkömmlichen Gleitschicht ist die Abnahme der Materialfestigkeit durch Hitzeerzeugung aufgrund von Reibung schwerwiegend, und die Gleitschicht selbst neigt dazu, von der Gleitoberfläche zu verschwinden, und es ist daher schwierig, die Dicke der Gleitschicht 3 μm oder dünner zu machen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gleiteigenschaft des Harzbindemittels durch Polymerlegieren von PAI und PA verbessert, die Wärmeerzeugung ist geringer als diejenige des Grundharzes aus PAI allein, und die Gleitschicht wird nicht leicht von der Gleitoberfläche verschwinden, selbst bei einer Dicke von 1 bis 3 μm, und die Zunahme einer lokalen Last wird in genügendem Maße unterdrückt, wodurch dem Nachlassen der Antifestfresseigenschaft vorgebeugt wird.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben werden. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Gleitlagers, die schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Gleitlager ist so konstruiert, dass auf der Oberfläche einer Rückenplatte aus Stahl 3 eine Lagerlegierungsschicht 1, bestehend aus einer kupferbasierten oder aluminiumbasierten Legierung, aufgezogen wird („is lined"), deren Oberfläche mit einer Gleitschicht 2 versehen wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Gleitschicht 2 eine Gleitschicht, die ein Harzbindemittel, gebildet durch Polymerlegieren der Mischung aus PAI als dem Hauptbestandteil des Harzbindemittels und PA, und 1 bis 75 Massen-% eines Festschmiermittels enthält. Beispiele des verwendbaren Festschmiermittels umfassen Molybdändisulfid (MoS2), Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit (Gr), Wolframdisulfid (WS2) und Bornitrid (BN). Die Gleitschicht kann des Weiteren harte Partikel und ein weiches Metall je nach Erfordernis enthalten. Beispiele der verwendbaren harten Partikel umfas sen ein Nitrid, wie z. B. Siliciumnitrid (Si3N4), ein Oxid, wie z. B. Aluminiumoxid (Al2O3), Siliciumoxid (SiO2) und Titanoxid (TiO2), ein Carbid, wie z. B. Siliciumcarbid (SiC). Beispiele des verwendbaren weichen Metalls umfassen: Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Zinn, Zink, Wismut und eine Legierung davon.
  • Ein Festfress-Test („seizure test") und ein Kavitationswiderstandstest wurden an Beispiel-Proben mit einer Gleitschicht gemäß den vorliegenden Beispiels- und Vergleichsbeispiels-Proben mit einer herkömmlichen Gleitschicht ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Um eine Beispiels-gemäße Probe herzustellen, wurde eine kupferbasierte Lagerlegierungsschicht auf einer Rückseitenplatte aus Stahl verklebt bzw. gebunden, die Probe zu einer flachen Platte verarbeitet, entfettet, und die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht wurde durch Strahlen („blasting") aufgeraut. Die Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 11, aufgeführt in Tabelle 1, wurden durch organische Lösungsmittel verdünnt (N-Methyl-2-pyrrolidon, Xylol und Ethanol), worauf eine hohe Scherkraft durch einen Homogenisator für einen langen Zeitraum (1 Stunde oder länger) ausgeübt wurde, um kompatibel gemischte und homogenisierte Zusammensetzungen herzustellen. Die Probe wurde mit einer Säure gewaschen, mit warmem Wasser gewaschen, getrocknet und die hergestellte Zusammensetzung wurde über die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht mit Luft gesprüht. Die Probe wurde getrocknet, um die organischen Lösungsmittel zu entfernen, und bei 250°C für 60 min gehärtet. Die Dicke einer Gleitschicht war sowohl für den Festfress-Test als auch den Kavitationswiderstandstest 5 μm bei den Beispielen 1 bis 8 und 2 μm bei den Beispielen 9 bis 11. Die Zusammensetzungen wurden durch Anwendung einer hohen Scherkraft mit einem Homogenisator polymerlegiert. Um das Polymerlegieren zu verifizieren, wurde die Probe nach dem Beschichten präpariert, so dass ein Abschnitt zur Beobachtung freilag, anschließend mit einem Lösungsmittel (z. B. Ethanol) gewaschen, das lediglich Cluster von PA löst, und auf das Vorhandensein von Hohlräumen, gebildet durch Auflösung, mit einem Elektronenmikroskop (SEM) mit einer Vergrößerung von 1000-fach untersucht.
  • Andererseits wurde, um eine Probe gemäß einem Vergleichsbeispiel herzustellen, auf einer Rückseitenplatte aus Stahl eine kupferbasierte Lagerlegierungsschicht gebunden, die Probe zu einer flachen Platte verarbeitet und entfettet, und anschließend wurde die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht durch Strahlen aufgeraut. Die Zusammensetzungen aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 6, aufgeführt in Tabelle 1, wurden mit organischen Lösungsmitteln (N-Methyl-2-pyrrolidon und Xylol) verdünnt, worauf eine hohe Scherkraft durch einen Homogenisator angelegt wurde, um kompatibel gemischte und homogenisierte Zusammensetzungen herzustellen. Die Probe wurde mit einer Säure gewaschen, mit warmem Wasser gewaschen und getrocknet und die hergestellten Zusammensetzungen wurden mit Luft auf die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht gesprüht. Die Probe wurde getrocknet, um die organischen Lösungsmittel zu entfernen, und bei 250°C für 60 min gehärtet. Die Dicke der Gleitschicht war sowohl für den Festfress-Test als auch den Kavitationswiderstandstest 5 μm. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden die Zusammensetzungen durch Anwendung einer hohen Scherkraft mit dem Homogenisator polymerlegiert. In Vergleichsbeispiel 7 wurde eine Zusammensetzung, die derjenigen aus Beispiel 6 äquivalent ist, mit einem Ultraschallmischer („ultrasonic mixer") gemischt, und anschließend auf die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht mit Luft gesprüht. Die Probe wurde getrocknet, um die organischen Lösungsmittel zu entfernen, und bei 250°C für 60 min gehärtet. Die Dicke der Gleitschicht war für sowohl den Festfress-Test als auch den Kavitationswiderstandstest 5 μm.
    Figure 00140001
  • Der Festfress-Test wurde mit einem Ring-an-disk-Testgerät unter den Testbedingungen von Tabelle 2 ausgeführt durch Erhöhen des Drucks an der Lageroberfläche um 3 MPa bei 30-min-Intervallen, und das Reibungsdrehmoment und die Festfresslast wurden gemessen. Die Festfresslast wurde bestimmt als der Kontaktdruck, bei dem die Rückseitentemperatur des Lagers 200°C überschritt, oder das Reibungsdrehmoment 392 N·m oder höher war. Der Kavitationswiderstandstest wurde mit einem Testgerät unter Verwendung von Ultraschallwellen unter den Testbedingungen von Tabelle 3 ausgeführt, um den Gewichtsverlust der Gleitschicht zu messen. Der Gewichtsverlust wurde in Volumen umgerechnet, um den Volumenverlust zu erhalten. Tabelle 2 Bedingungen für den Festfress-Test
    Element Testbedingungen Einheit
    Probengröße Äußerer Durchmesser 27,3 × innerer Durchmesser 22,0 × Dicke 1,6 mm
    Umfangsgeschwindigkeit 2 m/s
    Anpressdruck Zunahme um 3 MPa in 30 min-Intervallen -
    Schmiermittel SAE#30 -
    Schmiermitteltemperatur 60 °C
    Schmierverfahren Öltropfen -
    Achsenmaterial S55C -
    Rauigkeit 0,25 Ra μm
    Härte 500~700 Hv10
    Tabelle 3 Bedingungen für den Kavitations-Test
    Element Testbedingungen Einheit
    Probengröße 50 × 50 mm
    Ultraschalloszillator
    1. Frequenz 19.000 Hz
    2. Leistung 600 W
    3. Schmiermittel Wasser -
    4. Schmiermitteltemperatur Raumtemperatur -
    5. Abstand ("clearance") 0,5 mm
    6. Lautsprecherdurchmesser 20 mm
    7. Testdauer 2 min
  • In Tabelle 1 sind die Zahlenwerte für die entsprechenden Komponenten der Gleitschicht in Massen-% ausgedrückt. In Vergleichsbeispiel 2 bestand das Basisharz für die Gleitschicht nur aus PAI allein, was von denjenigen der Beispiele 1, 2, 3 und 4, wobei PAI und PA die Polymerlegierung bildeten, verschieden ist. Gemäß den Testergebnissen waren die Festfresslast und der Kavitationswiderstand in den Beispielen 1, 2, 3 und 4 überlegen. Dies wird der Tatsache zugeschrieben, dass durch Mischen von PA mit PAI zur Bildung einer Polymerlegierung die Zähigkeit zunimmt, was die anfängliche Schmiegsamkeit und Antifestfresseigenschaft verbessert, und die Erosion, verursacht durch Kavitation, unterdrückt.
  • Der Vergleich von Vergleichsbeispiel 3 mit Beispiel 3 zeigt, dass Beispiel 3 bezüglich Festfresslast und Volumenverlust überlegen ist. Dies wird der Tatsache zugeschrieben, dass in Vergleichsbeispiel 3 die Festigkeit der Gleitschicht aufgrund des zu hohen Gehalts an Festschmiermittel von mehr als 75 Massen-% erniedrigt wird, was die Verschlechterung der Festfresslast und des Kavitationswiderstands verursacht.
  • Ein Vergleich von Vergleichsbeispiel 6 mit Beispiel 5 zeigt, dass während die Voluminaverluste im Wesentlichen dieselben sind, Beispiel 5 bezüglich Festfresslast überlegen ist. Dies wird der Tatsache zugeschrieben, dass in Vergleichsbeispiel 6 die Gleiteigenschaft aufgrund des niedrigen Gehalts an Festschmiermittel unterhalb 1 Massen-% nicht gut genug ist, und die anfängliche Schmiegsamkeit ist aufgrund ungenügender Zähigkeit der Gleitschicht unzureichend verfügbar. Folglich liegt der Gehalt an Festschmiermittel vorzugsweise im Bereich von 1 bis 75 Massen-%.
  • Ein Vergleich von Vergleichsbeispiel 7 mit Beispiel 6 zeigt, dass Beispiel 6 bezüglich Festfresslast und Volumenverlust überlegen ist. Dies wird der Tatsache zugeschrieben, dass in Vergleichsbeispiel 7 die Harze Mikro-Cluster anstelle von gleichmäßigem Material bilden, obwohl die Harze in einem Lösungsmittel gelöst werden und in mikroskopischen Einheiten von fast molekularer Größe gemischt werden, und der Stress bzw. die Belastung, verursacht durch Kavitation, konzentriert sich an der Grenzoberfläche zwischen den Harzphasen, an denen die physikalischen Eigenschaften aufhören („discontinue") (oder die Festigkeit nimmt ab), wobei der Kavitationswiderstand abnimmt.
  • Im Gegensatz dazu wird in Beispiel 6 eine hohe Scherkraft während des Mischens angelegt, so dass PAI und PA als einzelne Moleküle vorliegen, so dass die Harze miteinander kompatibel gemischt werden, um ein einziges Material aus einer Polymerlegierung zu machen, ohne eine Diskontinuität im Harzbindemittel zu bilden, wodurch der Kavitationswiderstand erhöht wird.
  • In den Beispielen 2 und 3, in welchen der Gehalt von PA in dem polymerlegierten Harzbindemittel 3 bis 40 Massen-% beträgt, ist die Antifestfresseigenschaft besonders gut.
  • Vergleiche von Beispiel 3 mit Beispiel 9, von Beispiel 5 mit Beispiel 10, und von Beispiel 8 mit Beispiel 11 zeigen, dass Beispiele 9, 10 und 11 überlegen sind bezüglich Festfresslast und Volumenverlust. Dies wird der Tatsache zugeschrieben, dass aufgrund der Verbesserung der Gleiteigenschaft des Harzbindemittels durch Polymerlegieren des PAI und PA die Wärmeerzeugung geringer ist als diejenige mit einem Basisharz, hergestellt aus PAI allein, und die Dicke der Gleitschicht kann 1 bis 3 μm dünn sein, ohne das Risiko des leichten Verschwindens von der Gleitoberfläche, was die Dissipation bzw. Ableitung der Wärme erhöht. Auch die Antifestfresseigenschaft wird verbessert. Obwohl die Testergebnisse bezüglich der Gleitschicht, die dispergiertes Wolframdisulfid als Festschmiermittel enthält, nicht in Tabelle 1 gezeigt sind, haben die Erfinder ähnliche Tests für die Gleitschicht, die dispergiertes Wolframdisulfid enthält, ausgeführt und im Wesentlichen dieselben Ergebnisse wie in den Beispielen 1 bis 11 bestätigt.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die, wie zuvor beschrieben oder in der Figur illustriert, Beispiele beschränkt und kann, wie im Folgenden beschrieben, modifiziert oder erweitert werden. Die Apparatur bzw. Vorrichtung zum Anlegen einer Scherkraft an eine Harzzusammensetzung ist nicht auf einen Homogenisator beschränkt, sondern es kann auch ein Hochdruck-Strahlmischer etc. verwendet werden. Als ein Verfahren zum Aufrauen der Oberfläche der Lagerlegierungsschicht kann Ätzen, Thermospray („thermal spraying") und chemische Umwandlungsbeschichtung („chemical conversion coating") ebenso zusätzlich zu Strahlen verwendet werden. Als ein Verfahren zum Aufbringen einer Harzoberflächenschicht oder einer Adhäsivschicht kann Tampondruck, Siebdruck und Walzenbeschichten zusätzlich zum Besprühen mit Luft ebenso verwendet werden. Des Weiteren kann das Gleitlager durch Fabrikation in die Form eines Gleitlagers nach dem Bereitstellen der Gleitschicht 2 auf der Lagerlegierungsschicht 1 hergestellt werden. Das Gleitlager gemäß der vorliegenden Erfindung kann für eine Verwendung außerhalb von Automobilmotoren verwendet werden, nämlich mit einer Lagerlegierung außer einer kupferbasierten oder aluminiumbasierten Legierung. Z. B. kann sie für einen Kompressor verwendet werden. Des Weiteren kann das Gleitlager gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur unter Flüssigfilmschmierung („fluid film lubrication") verwendet werden, sondern auch unter Grenzflächenschmierung oder ohne Schmierung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 4-83914 A [0002, 0003]
    • - JP 9-79262 A [0002, 0003]
    • - JP 2001-343022 A [0002, 0003]
    • - JP 2004-19758 A [0003]
    • - JP 2003-56566 A [0003, 0003]
    • - JP 2004-19785 A [0003]

Claims (8)

  1. Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm, dadurch charakterisiert, dass er umfasst: ein polymerlegiertes Harzbindemittel, welches hergestellt wird durch Zugeben eines Polyamidharzes zu einem Polyamid-Imid-Harz als Hauptbestandteil und Vermischen des Gemenges unter hoher Scherkraft, wobei 1 bis 75 Massen-% eines darin dispergierten Festschmiermittels enthalten sind.
  2. Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass das Festschmiermittel mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Graphit und Wolframdisulfid.
  3. Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch charakterisiert, dass der Gehalt des Polyamidharzes in 100 Gew.-Teilen des polymerlegierten Harzes 3 bis 40 Gew.-Teile beträgt.
  4. Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch charakterisiert, dass das Polyamidharz in dem polymerlegierten Harz ein beliebiges ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid, einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid-Copolymer und einem polymerisierte-Fettsäure-Polyamid mit endständiger funktioneller Gruppe.
  5. Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch charakterisiert, dass die Glasübergangstemperatur des Polyamid-Imid-Harzes 150 bis 350°C beträgt.
  6. Gleitlager, dadurch charakterisiert, dass eine Gleitschicht auf der Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht, umfassend eine kupferbasierte oder aluminiumbasierte Legierung, die Zusammensetzung für einen Trockenschmierfilm gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
  7. Gleitlager gemäß Anspruch 6, dadurch charakterisiert, dass die Gleitschicht eine Gleitschichtoberflächenrauigkeit (Ra) von 0,5 μm oder weniger besitzt.
  8. Gleitlager gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch charakterisiert, dass die Gleitschicht eine Gleitschichtdicke von 1 bis 30 μm aufweist.
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