DE102016212401A1

DE102016212401A1 - Verfahren zum Anbringen einer PTFE-Beschichtungslösung und Fahrzeugteil, das mit einer PTFE-Beschichtungslösung beschichtet ist

Info

Publication number: DE102016212401A1
Application number: DE102016212401.3A
Authority: DE
Inventors: Yool Koo Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: US20170166773A1; US10717891B2; US10301499B2; KR101766085B1; DE102016212401B4; KR20170069373A; US20190241760A1; CN106870197A

Abstract

Ein Verfahren zum Anbringen einer PTFE-Lösung (Polytetrafluorethylen), umfasst einen Verteilungsschritt, bei dem ein Diamantpulver in einem organischen Lösungsmittel verwendend eine Kugelmühlenbehandlung verteilt wird, um eine Dispersionslösung herzustellen, einen Mischschritt, bei dem eine Silanlösung mit der Dispersionslösung gemischt wird, um eine Mischungslösung herzustellen, einen Hinzugabeschritt, bei dem die PTFE-Lösung umfassend PTFE-Partikel mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm zu der Mischungslösung hinzugegeben wird, um eine Beschichtungslösung auszugeben, einen Beschichtungsschritt, bei dem die hergestellte Beschichtungslösung an einer Oberfläche eines Kolbenschaftes angebracht wird, um eine beschichtete Schicht umfassend eine Vielzahl Vertiefungen, die darauf verteilt sind, auszubilden; und einen Aushärtschritt, bei dem die beschichtete Schicht getrocknet und wärmebehandelt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer PTFE-Beschichtungslösung, bei dem eine Partikelgröße der PTFE-Lösung gesteuert wird, um eine beschichtete Schicht auszubilden, wobei die Schicht eine Vielzahl Vertiefungen (auch bezeichnet als leicht eingedrückte Stellen, Grübchen, Kräuselungen, Krater) umfasst, die an einer Oberfläche davon ausgebildet sind, wobei die Vertiefungen als Öltaschen wirken.
STAND DER TECHNIK
Kolben sind Bauteile, welche bei Reibung anfällig sind und rufen 30 bis 50% von Motorreibungsenergieverlusten hervor. Im Speziellen erwirkt die Hin- und Herbewegung des Kolbens eine Reibung innerhalb der inneren Oberfläche des Zylinders bei einem Druck von 30 bis 40 MPa während eines Verbrennungshubs des Motors. Harz umfassend ein festes Schmiermittel, wie beispielsweise Graphit und MoS₂, kann an der Oberfläche des Kolbenschaftes angewendet werden, um Reibungsverluste zu minimieren.
Eine PTFE-Beschichtung wurde als ein Beschichtungsmittel oder ein Schmiermittel in der Industrie verwendet. Bei der PTFE-Beschichtungslösung wird Diamantpulver einer Behandlung in einer Kugelmühle ausgesetzt, in einer organischen Lösung verteilt und mit einer Silanlösung gemischt, um die Diamantpulverpartikel mit der Silanlösung zu umgeben, um eine Mischungslösung umfassend die Diamantpulverpartikel auszubilden. In solch einer Lösung sammeln sich die Diamantpulverpartikel nicht (haufenweise) an, sondern werden verteilt, um eine Nanogröße innerhalb der Lösung aufzuweisen und eine PTFE(Polytetrafluorethylen)-Lösung mit einer exzellenten Reibungseigenschaft wird anschließend zu der Mischungslösung hinzugegeben, um die PTFE-Beschichtungslösung zu erhalten.
Die obige Information, die in diesem Abschnitt zum Stand der Technik offenbart wird, dient nur zur Verbesserungen des Verständnis des Hintergrundes der Offenbarung und kann daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der bereits dem Fachmann in diesem Land bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER VERÖFFENTLICHUNG
Demgemäß wurde die vorliegende Erfindung in Anbetracht der obigen Probleme, die im Stand der Technik auftreten, gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Anbringen einer PTFE-Beschichtungslösung zur Verfügung zu stellen, um eine Partikelgröße der PTFE-Lösung, zu steuern, um eine beschichtete Schicht umfassend eine Vielzahl Vertiefungen auszubilden, die an einer Oberfläche davon ausgebildet sind, wobei die Vertiefungen als Öltaschen wirken, um dadurch einen Reibungsreduziereffekt zu maximieren.
Um die obige Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Anwenden einer PTFE-Lösung (Polytetrafluorethylen) zur Verfügung umfassend einen Dispersionsschritt, bei dem ein Diamantpulver in einem organischen Lösungsmittel unter Anwendung einer Behandlung mit einer Kugelmühle (engl.: bead milling) verteilt wird, um eine Dispersionslösung herzustellen, einen Mischschritt, bei dem eine Silanlösung mit der Dispersionslösung gemischt wird, um eine Mischungslösung herzustellen, einen Hinzugabeschritt, bei dem die PTFE-Lösung umfassend die PTFE-Partikel mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm zu der Mischungslösung hinzugegeben werden, um eine Beschichtungslösung herzustellen, einen Beschichtungsschritt des Anwendens der hergestellten Beschichtungslösung an einer Oberfläche eines Kolbenschaftes (engl.: piston skirt), um eine beschichtete Schicht auszubilden, und einen Aushärtungsschritt bei dem die beschichtete Schicht getrocknet und anschließend wärmebehandelt wird.
Die Vielzahl der Vertiefungen kann jeweils einen Durchmesser von 50 bis 350 µm aufweisen.
Eine Partikelgröße des Diamantpulvers, das in der organischen Lösung unter Verwendung der Kugelmühlenbehandlung verteilt wird, kann 100 bis 400 nm während des Dispersionsschrittes betragen.
100 Gewichtsteile der organischen Lösung und 5 bis 10 Gewichtsteile des Diamantpulvers können gemischt werden, um die Dispersionslösung während des Dispersionsschrittes auszubilden.
Die Silanlösung kann eine funktionalisierte Aminogruppe während des Mischschrittes aufweisen.
100 Gewichtsteile des Diamantpulvers und 2 bis 6 Gewichtsteile der Silanlösung können gemischt werden, um die Mischungslösung während des Mischschrittes herzustellen.
Die Beschichtungslösung, die während des Hinzugabeschrittes hergestellt wurde, kann eine Viskosität von 20000 bis 26000 cps aufweisen.
Die Wärmebehandlung kann bei 200 bis 220°C für 10 bis 20 min. während des Aushärtungsschrittes durchgeführt werden.
Um die obige Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Offenbarung ein Fahrzeugteil zur Verfügung, das mit einer PTFE-Beschichtungslösung beschichtet wurde. Das Fahrzeugteil umfasst einen Kolbenschaft und eine beschichtete Schicht, die an einer Oberfläche des Kolbenschaftes ausgebildet wird, verwendend eine Beschichtungslösung, die eine Dispersionslösung umfassend Diamantpulver, das in einem organischen Lösungsmittel verteilt wurde, eine Silanlösung, und eine PTFE-Lösung umfassend PTFE-Partikel mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm, umfasst.
Die Vielzahl Vertiefungen, die jeweils einen Durchmesser von 50 bis 350 µm aufweisen, können an einer Oberfläche der beschichteten Schicht verteilt sein.
Die Dichte der Vielzahl verteilter Vertiefungen kann 0,5 bis 10 Vertiefungen/mm² betragen.
Gemäß dem Verfahren zum Anbringen der PTFE-Beschichtungslösung der vorliegenden Offenbarung kann die Vielzahl Vertiefungen, die als die Öltaschen wirken, an der Oberfläche der beschichteten Schicht des Kolbenschaftes ausgebildet werden, um eine Reduzierung der Reibung zu maximieren.
Der Reibungskoeffizient des Kolbenschaftes ist ungefähr 33 % geringer als der einer bekannten Substanz und demgemäß wird ein Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges um ungefähr 0,3 % verbessert. Es kann erwartet werden, dass der Kraftstoffverbrauch nur durch Ersetzen der Beschichtungslösung, ohne dass eine Reduzierung des Gewichtes einer Fahrzeugkarosserie notwendig ist, verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden einfacher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden, wobei:
1 eine vergrößerte Ansicht ist, die eine unbeschichtete Seite und eine beschichtete Seite einer Oberfläche eines Kolbenschaftes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine vergrößerte Ansicht ist, die eine Oberfläche einer beschichteten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 eine Ansicht ist, die eine Verteilung von PTFE-Partikeln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ein Graph ist, der Reibungskoeffizienten einer bekannten Substanz, eines Vergleichsbeispiels und eines Beispiels bei einem trockenen Zustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vergleicht;
5 ein Graph ist, der Reibungskoeffizienten eines bekannten Materials, eines Vergleichsbeispiels und eines Beispiels bei einem Schmierzustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vergleicht; und
6 ein Graph ist, der eine Veränderung eines Reibungskoeffizienten als eine Funktion der Zeit einer bekannten Substanz und eines Beispiels gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden erfolgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ein Verfahren zum Anbringen einer PTFE-Beschichtungslösung (Polytetrafluorethylen) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann umfassen: einen Dispersionsschritt, bei dem ein Diamantpulver in einem organischen Lösungsmittel unter Anwendung einer Kugelmühlenbehandlung verteilt wird, um eine Dispersionslösung auszubilden, einen Mischschritt, bei dem eine Silanlösung mit der Dispersionslösung gemischt wird, um eine Mischungslösung auszubilden, und einen Hinzugabeschritt, bei dem die PTFE-Lösung umfassend PTFE-Partikel mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm zu der Mischungslösung hinzugegeben werden, um eine Beschichtungslösung herzustellen, einen Beschichtungsschritt, bei dem die hergestellte Beschichtungslösung an einer Oberfläche eines Kolbenschaftes angewendet wird, um eine beschichtete Schicht umfassend eine Vielzahl Vertiefungen, die darauf verteilt sind, auszubilden und einen Aushärteschritt bei dem die beschichtete Schicht ausgehärtet und anschließend getrocknet wird.
Wenn die Beschichtungslösung umfassend das Diamantpulver, das organische Lösungsmittel, die Silanlösung und die PTFE-Lösung an der Oberfläche des Kolbenschaftes angewendet wird, um die beschichtete Schicht auszubilden, kann die Größe der PTFE-Partikel der PTFE-Lösung gesteuert werden, um willentlich Bläschenmarkierungen (engl.: bubble marks) auszubilden, die durch einen Orangenhauteffekt an der Oberfläche der beschichteten Schicht hervorgerufen werden, wodurch im Gegensatz zum Stand der Technik die Vielzahl Vertiefungen aufweisend eine Mikroeinheitsgröße zufällig verteilt werden. Die Vielzahl Vertiefungen aufweisend die Mikroeinheitsgröße kann an der Oberfläche der beschichteten Schicht verteilt werden, um einen Texturierungseffekt, der durch die Bläschen hervorgerufen wird, zu einem Reibungsreduzierungseffekt des PTFEs hinzuzufügen, wodurch eine Reduzierung der Reibung des Kolbenschaftes maximiert wird. Das Verfahren zum Anwenden der PTFE-Beschichtungslösung gemäß der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden schrittweise beschrieben.
Das Diamantpulver kann in dem organischen Lösungsmittel während des Dispersionsschrittes verteilt werden. Bevorzugt kann Pulver umfassend Partikel mit einem Durchmesser von 10 bis 100 nm, die darin als das Diamantpulver verteilt sind, verwendet werden und bevorzugt kann NMP (N-Methylpyrrolidon), welches ein polares, organisches Lösungsmittel ist, als das organische Lösungsmittel verwendet werden. NMP ist kompatibel mit der PTFE-Lösung, weist einen hohen Siedepunkt (204°C) auf, verflüchtigt sich während der Kugelmühlenbehandlung nicht leicht und verteilt und entzündet sich nicht bei 60 bis 70°C und, welches eine Silanbehandlungstemperatur ist und wird folglich anderen organischen Lösungsmitteln vorgezogen.
Ferner kann das organische Lösungsmittel zur Verfügung gestellt werden, um die Viskosität gemäß einer Veränderung der Größe der PTFE-Partikel einzustellen. Daher kann die Viskosität unabhängig von der Größe der PTFE-Partikel reduziert werden, wenn das organische Lösungsmittel umfassend NMP, MIBK (Methylisobutylketon) und Xylen, die miteinander gemischt wurden, verwendet wird. Demgemäß kann das organsiche Lösungsmittel umfassend NMP und MIBK, die miteinander vermischt wurden, bevorzugt verwendet werden und nur NMP kann noch bevorzugter verwendet werden, um die Viskosität sicherzustellen, bei der die beschichtete Schicht mit einer ausreichenden Dicke an der Oberfläche des Kolbenschaftes ausgebildet wird.
Das Diamantpulver, das in der organischen Lösung unter Anwendung der Kugelmühlenbehandlung verteilt wird, kann bevorzugt mit einem Anteil von 5 bis 10 Gewichtsteilen basierend auf 100 Gewichtsteilen des organischen Lösungsmittels hinzugefügt werden. Wenn der Anteil des Diamantpulvers weniger als 5 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen des organischen Lösungsmittels ist, kann die Mahleffizienz gering sein und wenn der Anteil mehr als 10 Gewichtsprozent beträgt, kann die Viskosität erhöht sein, um es zu erschweren, dass sich das Diamantpulver von den Kugeln nach dem Mahlen trennt. Daher kann der Anteil des Diamantpulvers auf 5 bis 10 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen des organischen Lösungsmittel beschränkt sein.
Bevorzugt ist der Durchmesser der Kugeln, die während dem Mahlen verwendet werden, in dem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. Dies begründet sich damit, da, wenn der Durchmesser der Kugeln geringer als 0,1 ist, die Mahleffizienz gut sein kann, es jedoch schwierig sein kann, das Pulver nach dem Mahlen zu trennen, was zu einem signifikanten Verlust führt und, wenn der Durchmesser mehr als 0,5 mm beträgt, kann die Mahleffizienz reduziert sein, um Nanopartikel daran zu hindern erhalten zu werden. Das Material der Kugeln ist nicht speziell eingeschränkt, jedoch können beispielsweise Zirkoniumkugeln verwendet werde.
Als Nächstes kann die Dispersionslösung, die während dem Dispersionsschritt ausgebildet wurde, mit der Silanlösung während des Mischschrittes gemischt werde. Bei dem Verfahren zum Anwenden der PTFE-Beschichtungslösung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt eine Lösung mit einer Aminogruppe als einer funktionalen, organischen Gruppe als die Silanlösung verwendet werden. Bevorzugt kann Aminopropyltrimethoxylan (ATS) verwendet werden. Die Silanlösung kann eine Methoxygruppe umfassen, welche eine exzellente Bindekraft mit dem Diamantpulver aufweist, welches eine inorganische funktionale Gruppe ist, um an der Oberfläche der Diamantpartikel zu haften. Folglich kann eine Ansammlung der Diamantpartikel verhindert werden, um die Dispersionsfestigkeit zu verbessern.
Die funktionale, organische Gruppenbindungen PTFE und PAI (Bindemittel), wie weiter unten beschrieben wird, dienen dazu, um die Abriebfestigkeit zu verbessern. Ungeteilte Elektronenpaare, die in der N-H-Verbindung in der Aminogruppe des ATS auftreten, weisen eine exzellente Verbindungseigenschaft mit PTFE auf und können die Verteilungsfähigkeit des Diamantpulvers verbessern und die Anhaftung von PTFE und PAI maximieren.
In dem Verfahren zum Anwenden der PTFE-Beschichtungslösung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, kann bevorzugt die Silanlösung mit einem Anteil von 2 bis 6 Gewichtsprozent mit der Dispersionslösung basierend auf 100 Gewichtsprozent des Diamantpulvers gemischt werden. Die Mischungslösung kann anschließend bei 60 bis 70°C für 5 bis 7 Stunden gerührt werden. Der Beigabeanteil der Silanlösung hängt im Wesentlichen von der Oberflächenfläche gemäß der Partikelgröße der Diamantpulverpartikel ab, jedoch kann ein Anteil von 2 bis 6 Gewichtsteilen genug sein, um eine Monoschicht auf den meisten Oberflächen der Diamantpulverpartikel basierend auf 100 Gewichtsteilen des Diamantpulvers auszubilden. Jedoch muss der Fall, bei dem der Anteil mehr als 6 Gewichtsprozent beträgt dahingehend nicht bevorzugt werden, dass die Silanlösung mit einem übermäßigen Anteil verbleibt.
Der Grund warum die Temperatur der Mischungslösung bei 60 bis 70°C gehalten wird ist, dass eine Hydrolysereaktion der Silanlösung hervorgerufen werden kann, um effektiv die Diamantpulverpartikel zu umgeben. Wenn die Temperatur geringer als 60°C ist, kann eine Reaktivität gering sein und wenn eine Temperatur größer als 70°C ist, kann die Flüchtigkeit des organischen Lösungsmittels erhöht werden. Wenn weiterhin die Rühr-/Agitations-Zeit weniger als 5 Stunden beträgt, kann die Hydrolysereaktion unzureichend sein und wenn die rührzeit mehr als 7 Stunden beträgt, kann sich das organische Lösungsmittel mit einem überschüssigen Betrag verflüchtigen, um signifikant ein Anteilsverhältnis des Diamantpulvers zu dem organischen Lösungsmittel zu verändern. Demgemäß kann es bevorzugt werden, die Mischungslösung für 5 bis 7 Stunden zu rphren.
Die Mischungslösung umfassend die Dispersionslösung und die Silanlösung, die miteinander vermischt wurden, kann zu der PTFE-Lösung hinzugegeben werden, um die Beschichtungslösung herzustellen. Die Beschichtungslösung kann verwendend einen Siebdruckvorgang an einem Kolbenschaft eines Motors angewendet werden, wodurch eine maximale Reibungsreduzierung hervorgerufen wird. Die Größe der PTFE-Partikel der PTFE-Lösung, die zu der Mischungslösung hinzugegeben wurden, kann auf einen Bereich von 0,1 bis 6 µm beschränkt werden. Der Bereich kann beschränkt werden, um eine Vielzahl Vertiefungen an der Oberfläche der beschichteten Schicht auszubilden, wenn die Beschichtungslösung an der Oberfläche des Kolbenschaftes angewendet wird.
Die Beschichtungslösung kann zum Zwecke der Reibungsreduzierung an der Oberfläche des Kolbenschaftes angewendet werden, um Energieverluste, die durch Reibung des Motors hervorgerufen werden, zu verhindern und die Größe der PTFE-Partikel kann gesteuert werden, um eine Bläschenadsorptionseigenschaft der PTFE-Partikel zu verwenden, wodurch die Vielzahl Vertiefungen an der Oberfläche der beschichteten Schicht ausgebildet wird.
Wenn die Vielzahl Vertiefunen an der Oberfläche der beschichteten Schicht ausgebildet wird, können die Vertiefungen als eine Öltasche wirken, um es der beschichteten Schicht zu gestatten, ein Schmiermittel aufzuweisen, wodurch eine Reduzierung der Reibung maximiert wird. Wenn die Größe der PTFE-Partikel weniger als 0,1 µm beträgt, kann es schwierig sein, die PTFE-Partikel herzustellen und wenn die Größe der PTFE-Partikel mehr als 6 µm beträgt, kann es schwierig sein, die Vielzahl Vertiefungen an der Oberfläche des beschichteten Schicht auszubilden. Folglich kann es bevorzugt sein, die Größe der PTFE-Partikel auf den Bereich von 0,1 bis 6 µm zu beschränken. Aus 1, welches ein Bild ist, das eine unbeschichtete Seite und eine beschichtete Schicht einer Oberfläche des Kolbenschaftes vergleicht, kann bestätigt werden, dass die Größe der PTFE-Partikel gesteuert wird, um die Vielzahl Vertiefungen an der Oberfläche der beschichteten Schicht auszubilden. Das Ausbilden der Vertiefungen kann sogar aus 2 bestätigt werden, welches eine vergrößerte Ansicht ist, die eine Oberfläche einer beschichteten Schicht zeigt und auf einer gleichmäßigen Verteilung der PTFE-Partikel basiert (siehe 3).
Eine Reduzierung der Reibung des Kolbenschaftes um die Größe der PTFE-Partikel zu steuern, kann aus 4 und 5 gefolgert werden, welche Graphen zeigen, die Testergebnisse verwendend TE77 zeigen, welches ein Testgerät für den Reibungskoeffizient ist.
4 ist ein Graph, der Reibungskoeffizienten einer bekannten Substanz MoS₂ als einem Festschmiermittel, ein Vergleichsbeispiel umfassend PTFE mit einer Partikelgröße von 8 µm als dem Festschmiermittel und ein Beispiel umfassend PTFE mit einer Partikelgröße von 1 µm als dem Festschmiermittel bei einem trockenen Zustand, bei dem Öl nicht vorhanden ist, vergleicht. Es kann bestätigt werden, dass die Reibungskoeffizienten des Vergleichsbeispiels und des Beispiels geringer sind als bei der bekannten Substanz und dass der Reibungskoeffizienz ist geringer als der des Vergleichsbeispiels bei allen Lasten, obwohl ein Unterschied zwischen dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel nicht signifikant ist.
5 ist ein Graph, der die Reibungskoeffizienten einer bekannten Sustanz umfassend MoS₂ als dem Festschmiermittel, ein Vergleichsbeispiel umfassend PTFE mit der Partikelgröße von 8 µm als dem Festschmiermittel und ein Beispiel umfassend PTFE mit der Partikelgröße von 1 µm als dem Festschmiermittel bei einem Schmierzustand bei dem Öl vorhanden ist, vergleicht. Es kann bestätigt werden, dass im Vergleich zu dem trockenen Zustand der Reibungskoeffizient des Beispiels noch geringer als der der bekannten Substanz und der des Vergleichsbeispiels ist. Dies begründet sich damit, dass die Größe der PTFE-Partikel gesteuert wird, um die Vielzahl Vertiefungen an der Oberfläche der beschichteten Schicht auszubilden, wodurch es den Vertiefungen gestattet wird, wie oben beschrieben wurde, als Öltaschen zu wirken.
Wie aus dem Graph von 6 hervorgeht, ist der Reibungskoeffizient des Fahrzeuges umfassend den Kolbenschaft, der mit einer PTFE-Beschichtungslösung gemäß der vorliegenden Offenbarung beschichtet ist, ungefähr 33 % geringer als der einer bekannten Substanz und demgemäß wird ein Kraftstoffverbrauch um ungefähr 0,3 % verbessert. Es kann erwartet werden, dass der Kraftstoffverbrauch nur durch Ersetzen der Beschichtungslösung verbessert wird, ohne dass es erforderlich ist das Gewicht einer Fahrzeugkarosserie zu reduzeiren.
Wie aus 2 bestätigt wurde, kann die Vielzahl Vertiefungen, die an der beschichteten Schicht ausgebildet ist, einen Durchmesser von 50 bis 300 µm aufweisen und die Dichte der verteilten Partikel kann 0,5 bis 10 Vertiefungen/mm² betragen. Wenn der Durchmesser der Vertiefungen weniger als 50 µm beträgt, können die Vertiefungen nicht auf sanfte Weise als die Öltaschen wirken, die Öl aufweisen, und wenn der Durchmesser der Vertiefung mehr als 350 µm bträgt, kann die Tiefe der Vertiefung größer sein als die Dicke der beschichteten Schicht und demgemäß wird der Durchmesser der Vertiefung auf 50 bis 350 µm beschränkt. Wenn die Dichte der verteilten Partikel weniger als 0,5 Vertiefungen/mm² ist, können die Vertiefungen einen unzureichenden Betrag an Öl aufweisen, um die Reibung zu reduzieren und wenn die Anzahl der verteilten Vertiefungen mehr als 10 Vertiefungen/mm² beträgt, kann eine Haltbarkeit der beschichteten Schicht reduziert sein. Demgemäß kann die Dichte der verteilten Vertiefungen auf 0,5 bis 10 Vertiefungen/mm² beschränkt werden.
Im Übrigen kann die Viskosität der Beschichtungslösung bei ungefähr zwischen 15.000 bis 35.000 cps ermittelt werden und kann bevorzugt auf 20.000 bis 26.000 cps beschränkt werden, um eine minimale Beschichtung auszubilden. Ferner kann der feste Anteil der Beschichtungslösung 30 bis 50 % betragen, um die vorgenannte Bedingung zu erfüllen. Wenn die Viskosität der Beschichtungslösung weniger als 20.000 cps ist, kann es schwierig sein, die ausreichende Beschichtungsdicke zu erhalten und wenn die Viskosität mehr als 26.000 cps beträgt, kann das Netz der Beschichtung verstopfen. Daher wird es bevorzugt, dass die Viskosität der Beschichtungslösung auf 20.000 bis 26.000 cps beschränkt wird.
Der Kolbenschaftabschnitt kann einem alkalischen Ätzen vor dem Beschichten ausgesetzt werden. Natronlauge (Natriumhydroxid, NaOH) kann während dem alkalischen Ätzen verwendet werden. Insbesondere kann der Kolbenschaftabschnitt verwendend eine Natriumhydroxidlösung mit 10 Gew.-% für 9 bis 10s geätzt werden und anschließend verwendend Ultraschallwellen in einer Salpetersäure (HNO₃) mit 50 Gewichtsprozent für 50 bis 70 s gewaschen werden. Die zu beschichtende Oberfläche kann rau gestaltet werden verwendend alkalisches Ätzen, um die Adhäsionsfestigkeit zwischen der Beschichtungslösung und der Oberfläche des Kolbenschaftes zu verbessern. Wenn die Ätzzeitdauer weniger als 9 Sekunden beträgt, kann das Ätzen unzureichend durchgeführt werden, wodurch es verhindert wird, dass eine ausreichende Oberflächenrauigkeit erhalten wird und wenn die Ätzzeitdauer mehr als 11 Sekunden beträgt, kann das Ätzen exzessiv durchgeführt werden, um die physikalischen Eigenschaften der beschichteten Oberfläche nach dem Beschichten zu reduzieren. Eine bevorzugte Netzgröße beträgt ungefähr 150 bis 180 Maschen während dem Siebdruck.
Nach dem Beschichtungsschritt während dem die beschichtete Schicht an der Oberfläche des Kolbenschaftes ausgebildet werden kann, kann die beschichtete Schicht verwendend ein Trocknen mit natürlichem Luftzug oder ein heißes Trocknen stabilisiert werden und kalziniert werden, also wärmebehandelt werden, um bei 200 bis 220°C für 10 bis 20 min ausgehärtet zu werden. Wenn eine Wärmebehandlungstemperatur weniger als 200°C beträgt, kann die Beschichtungslösung unzureichend ausgehärtet werden, um die Abnutzungsfestigkeit zu reduzieren und wenn die Wärmebehandlungstemperatur mehr als 220°C beträgt, kann der Kolbenschaft durch Wärme deformiert werden. Daher wird es bevorzugt, dass die Wärmebehandlungstemperatur auf 200 bis 220°C beschränkt wird.
Ein Fahrzeugteil, das mit einer PTFE-Beschichtungslösung gemäß der vorliegenden Offenbarung beschichtet wurde, umfasst einen Kolbenschaft und eine beschichtete Schicht, die an einer Oberfläche des Kolbenschaftes ausgebildet ist, verwendend eine Beschichtungslösung, die eine Dispersionslösung aufweist, umfassend ein Diamantpulver, das in einem organischen Lösungsmittel, einer Silanlösung und einer PTFE-Lösung, umfassend PTFE Partikel (Polytetrafluorethylen) mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm, verteilt ist. Eine Vielzahl Vertiefungen aufweisend jeweils einen Durchmesser von 50 bis 350 µm kann an der Oberfläche der beschichteten Schicht verteilt sein und die Dichte der Vielzahl verteilter Vertiefungen kann 0,5 bis 10 Vertiefungen/mm² betragen.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zum Zwecke der Darstellung offenbart wurden, erkennt der Fachmann dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne von dem Schutzumfang und dem Grundgedanken der Offenbarung, sowie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Anbringen einer PTFE-Lösung (Polytetrafluorethylen), umfassend: einen Dispersionsschritt, bei dem ein Diamantpulver in einem organischen Lösungsmittel unter Anwendung einer Kugelmühle verteilt wird, um eine Dispersionslösung herzustellen; einen Mischschritt, bei dem eine Silanlösung mit der Dispersionslösung gemischt wird, um eine Mischungslösung herzustellen; einen Hinzugabeschritt, bei dem die PTFE-Lösung umfassend die PTFE-Partikel mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm zu der Mischungslösung hinzugegeben wird, um eine Beschichtungslösung auszubilden; einen Beschichtungsschritt, bei dem die hergestellte Beschichtungslösung an einer Oberfläche eines Kolbenschaftes angebracht wird, um eine beschichtete Schicht umfassend eine Vielzahl Vertiefungen, die darauf verteilt sind, auszubilden; und einen Aushärtschritt, bei dem die beschichtete Schicht getrocknet und wärmebehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede der Vertiefungen einen Durchmesser von 50 bis 350 µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Partikelgröße des Diamantpulvers, das in dem organischen Lösungsmittel während des Dispersionsschrittes verteilt wird, 100 bis 400 nm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 100 Gewichtsteile des organischen Lösungsmittels und 5 bis 10 Gewichtsteile des Diamantpulvers gemischt werden, um die Dispersionslösung während des Dispersionsschrittes herzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Silanlösung eine funktionelle Aminogruppe aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 100 Gewichtsteile des Diamantpulvers und 2 bis 6 Gewichtsteile der Silanlösung gemischt werden, um die Mischungslösung während des Mischschrittes auszubilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtungslösung, die während des Hinzugabeschrittes hergestellt wird, eine Viskosität von 20.000 bis 26.000 cps aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wärmebehandlung bei 200 bis 220°C für eine Zeitdauer von 10 bis 20 min während des Aushärtschrittes durchgeführt wird.
Fahrzeugteil, das mit einer PTFE-Beschichtungslösung beschichtet wird, wobei das Fahrzeugteil umfasst: einen Kolbenschaft; und eine beschichtete Schicht, die an einer Oberfläche des Kolbenschaftes ausgebildet ist, verwendend eine Beschichtungslösung, die eine Dispersionslösung umfassend Diamantpulver, das in einem organischen Lösungsmittel verteilt ist, eine Silanlösung und eine PTFE-Lösung, umfassend PTFE-Partikel (Polytetrafluorethylen) mit einer Größe von 0,1 bis 6 µm, umfasst.
Fahrzeugteil nach Anspruch 9, bei dem eine Vielzahl Vertiefungen aufweisend jeweils einen Durchmesser von 50 bis 350 µm an einer Oberfläche der beschichteten Schicht verteilt ist.
Fahrzeugteil nach Anspruch 9 oder 10, bei dem eine Dichte der Vielzahl verteilter Vertiefungen 0,5 bis 10 Vertiefungen/mm² beträgt.