DE102017216068B4

DE102017216068B4 - Gleitelement

Info

Publication number: DE102017216068B4
Application number: DE102017216068.3A
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Yamauchi
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: JP6298132B1; DE102017216068A1; CN108300278A; CN108300278B; GB201715224D0; US10422380B2; GB2556184A; GB2556184B; JP2018048725A; US20180087574A1

Abstract

Gleitelement (1), umfassend:eine Stützmetallschicht (2); undeine Gleitschicht (3) auf der Stützmetallschicht (2), wobei die Gleitschicht (3) umfasst: eine synthetische Harzmatrix (4) und Graphitteilchen (5), die in der synthetischen Harzmatrix (4) dispergiert sind, wobei die Graphitteilchen (5) ein Volumenverhältnis von 5% bis 50% des Volumens der Gleitschicht (3) aufweisen,wobei die Graphitteilchen (5) bestehen aus: sphäroidalen Graphitteilchen (51) mit einem Graphitisierungsgrad K1 und dünnen plattenförmigen schuppenartigen Graphitteilchen (52), die einen Graphitisierungsgrad K2 aufweisen, wobei die schuppenartigen Graphitteilchen (52) ein Volumenverhältnis von mehr als 10% bis 40% bezüglich des Gesamtvolumens der Graphitteilchen (5) aufweisen,wobei die sphäroidalen Graphitteilchen (51) eine Querschnittsstruktur aufweisen, wobei eine Mehrzahl der AB-Ebenen eines Graphitkristalls laminiert sind, von einer Teilchenoberfläche hin zu einer Zentralrichtung, um eine gekrümmte Form entlang der sphärischen Teilchenoberfläche aufzuweisen,wobei die schuppenartigen Graphitteilchen (52) eine Querschnittsstruktur aufweisen, wobei die Mehrzahl der AB-Ebenen eines Graphitkristalls laminiert sind in einer Dickerichtung der dünnen Plattenform,wobei die sphäroidalen Graphitteilchen (51) eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 bis 50 µm aufweisen und die schuppenartigen Graphitteilchen (52) eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 25 µm aufweisen, undwobei der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen (51) 0,80 bis 0,97 beträgt und der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen (52) größer ist als der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen (51), wobei die Differenz K2 - K1 zwischen dem Graphitisierungsgrad K2 und dem Graphitisierungsgrad K1 0,03 bis 0,15 beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement und betrifft insbesondere ein Gleitelement, umfassend eine Stützmetallschicht und eine Gleitschicht, enthaltend synthetisches Harz und Graphit.
Beschreibung des Stands der Technik
Herkömmlicherweise ist ein Gleitelement verwendet worden, das eine Harzzusammensetzung enthält, zu der Graphitschuppen als fester Schmierstoff zugegeben worden sind, und zwar in einer synthetischen Harzmatrix (siehe JP 2005 - 89 514 A ). Im Allgemeinen wird natürlicher Graphit eingeteilt in Schuppengraphit, Adergraphit und amorphen Graphit, je nach den Eigenschaften. Adergraphit hat den höchsten Graphitisierungsgrad von 100%. Schuppengraphit hat einen Graphitisierungsgrad von 99,9% und amorpher Graphit hat einen niedrigen Graphitisierungsgrad von 28%. Herkömmlicherweise ist natürlicher Graphit aus Ader- oder Schuppengraphit mit hohem Graphitisierungsgrad mechanisch vermahlen worden, um schuppenartige Teilchen herzustellen, zur Verwendung als festen Schmierstoff eines Gleitelements.
Schuppenartig geformter Graphit hat eine Kristallstruktur, enthaltend eine große Anzahl von laminierten AB-Ebenen (hexagonalen Netzebenen oder basalen Oberflächen), wobei Kohlenstoffatome in regelmäßiger Weise eine Netzstruktur bilden und sich in einer planaren Form erstrecken, wobei die Dicke definiert ist in der C-Achsenrichtung, die senkrecht zu der AB-Ebene liegt. Die Bindungsstärke durch Van-der-Waals-Kräfte ist viel schwächer zwischen den laminierten AB-Ebenen, verglichen mit einer Richtung in der Ebene der AB-Ebene. Somit kommt es leicht zu einer Scherung zwischen den AB-Ebenen. Demgemäß weist dieser Graphit eine kleinere Dicke der Laminierung auf im Vergleich mit der Ausdehnung der AB-Ebene, und somit weist der Graphit im Allgemeinen eine dünne Plattenform auf. Die schuppenartigen Graphitteilchen fungieren als ein fester Schmierstoff, da die Scherung auftritt zwischen den AB-Ebenen, wenn darauf eine externe Kraft einwirkt.
In den letzten Jahren besteht ein Problem, dass schuppenartige Graphitteilchen brechen und abfallen von einem Gleitelement mit einer Harzzusammensetzung, enthaltend die schuppenartigen Graphitteilchen, wenn eine Oberfläche der Harzzusammensetzung, die eine Gleitoberfläche bildet, einer Bearbeitung unterworfen wird, da die schuppenartigen Graphitteilchen eine dünne Plattenform aufweisen und brüchig sind. In diesem Fall weist die Gleitoberfläche eine hohe Oberflächenrauigkeit auf, was zu einer Verschlechterung der Beständigkeit gegenüber Reibverschweißung führt. Um das Problem zu lösen, schlägt zum Beispiel die WO 2012 / 074 107 A1 ein Gleitmaterial vor, welches sphärische natürliche Graphitteilchen in einem synthetischen Harz enthält, um die Oberflächenrauigkeit nach der Bearbeitung zu verbessern.
Die sphärischen Graphitteilchen werden hergestellt durch wiederholtes Einwirkenlassen einer geringen Last auf die natürlichen Schuppengraphitteilchen als Ausgangsmaterial, um sie zu verbiegen und dadurch zu granulieren, so dass sie eine sphärische Form aufweisen (siehe WO 2012 / 137 770 A1 oder JP 2008 - 24 588 A ).
Die JP 2013 - 83 304 A betrifft das Problem der Bereitstellung eines Lagers auf Harzbasis mit Graphitzusatz als Ersatz für ein Lager aus gesinterter Kupferlegierung, das üblicherweise für eine Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet wird. Zur Lösung dieses Problems schlägt die Druckschrift vor, dass in dem Lager auf der Metallrückseite eine Gleitschicht eingebrannt wird, die umfasst: 5-60 Gew.-% Graphit mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 5-50 µm, einem Graphitisierungsgrad von 0,6 oder mehr und einem durchschnittlichen Formfaktor von Teilchen, ausgenommen feine Teilchen mit dem 0,5-fachen oder weniger des durchschnittlichen Durchmessers, von 1-4, wobei Teilchen mit einem Formfaktor im Bereich von 1-1,5 anzahlbezogen 70 % oder mehr ausmachen, und als Rest Polyimidharz und/oder Polyamidimidharz.
Die US 2013 / 116 157 A1 betrifft das Problem, die Festfressfestigkeit von Gleitmaterial auf der Basis von mit Graphit versetztem Harz zu verbessern. Zur Lösung dieses Problems schlägt die Druckschrift ein Gleitmaterial auf der Basis von mit Graphit versetztem Harz vor, das die folgende Zusammensetzung hat: Graphit: mittlerer Teilchendurchmesser von 5 bis 50 µm, Graphitisierungsgrad von 0,6 oder mehr, die Anzahl der Graphitteilchen mit einem Verhältnis von minimalem Durchmesser zu maximalem Durchmesser von 0,5 oder mehr beträgt 50 % oder mehr der Gesamtzahl der Graphitteilchen, die in einer Fotografie eines optionalen Querschnitts beobachtet werden, Gehalt von 5 bis 60 Gew.-%; als Rest Polyimidharz und/oder Polyamidimidharz.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Klimagerät wird häufig für lange Zeit außer Betrieb gelassen. In diesem Fall wird auch ein Kompressor des Klimageräts für einen langen Zeitraum nicht betrieben. Wenn der Kompressor nach einer solchen langen Zeit des Stillstands anläuft, befindet sich kein Öl zwischen einer Gleitoberfläche eines Gleitelements eines Lagers und einer Wellenoberfläche in dem Kompressor und die Ölzufuhr zu dem Lager ist für einige Zeit nach der Inbetriebnahme ungenügend. Deshalb kommen die Gleitoberfläche des Gleitelements und die Oberfläche der gegenstückigen Welle bei dem Gleiten direkt miteinander in Kontakt.
Bei dem in der WO 2012 / 074 107 A1 gezeigten Gleitelement mit einer Harzzusammensetzung, enthaltend sphärische Graphitteilchen, hergestellt durch Sphäroidisierung von natürlichem Graphit, in einem synthetischen Harz, besteht das Problem, dass eine Oberfläche einer gegenstückigen Welle leicht verkratzt wird, was zu einer Abnutzung führt, wenn das Gleitelement, das für ein Lager verwendet wird, einer ungenügenden Ölzufuhr unterworfen wird zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme eines Systems, wie zum Beispiel eines Kompressors eines Klimageräts.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Gleitelement bereitzustellen, das kaum Kratzer oder Fehlstellen auf einer Oberfläche einer gegenstückigen Welle erzeugt, selbst wenn die Ölzufuhr ungenügend ist unmittelbar nach dem Beginn des Gleitens sowie während der normalen Verwendung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gleitelement bereitgestellt, das eine Stützmetallschicht und eine Gleitschicht auf der Stützmetallschicht enthält. Die Gleitschicht enthält ein synthetisches Harz und Graphitteilchen, die in dem synthetischen Harz dispergiert sind, und die Graphitteilchen weisen ein Volumenverhältnis von 5 bis 50% des Volumens der Gleitschicht auf. Die Graphitteilchen bestehen aus sphäroidalen Graphitteilchen und schuppenartigen Graphitteilchen. Die schuppenartigen Graphitteilchen weisen eine dünne Plattenform auf und haben ein Volumenverhältnis von mehr als 10 bis 40% des Gesamtvolumens der Graphitteilchen. Die sphäroidalen Graphitteilchen weisen eine Querschnittsstruktur auf, wobei eine Mehrzahl von AB-Ebenen eines Graphitkristalls laminiert sind entlang einer gekrümmten Teilchenoberfläche, und zwar von der Teilchenoberfläche hin zu einer zentralen Richtung. Die schuppenartigen Graphitteilchen haben eine Querschnittsstruktur, wobei die Mehrzahl der AB-Ebenen laminiert sind in einer Dickerichtung der dünnen Plattenform (d.h. der C-Achsenrichtung senkrecht zu der AB-Ebene des Graphitkristalls). Die sphäroidalen Graphitteilchen weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 bis 50 µm auf und die schuppenartigen Graphitteilchen weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 25 µm auf. Die sphäroidalen Graphitteilchen haben einen Graphitisierungsgrad K1 von 0,80 bis 0,97. Die schuppenartigen Graphitteilchen haben einen Graphitisierungsgrad K2, der größer ist als der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen, und die Differenz K2 - K1 beträgt 0,03 bis 0,15.
Bei dem erfindungsgemäßen Gleitlager fungieren die sphäroidalen Graphitteilchen hauptsächlich als schmierende Komponente unter einem normalen Verwendungszustand (nämlich zum Zeitpunkt eines normalen Betriebs einer Lagervorrichtung), wenn ausreichend Öl zugeführt wird in den Spalt zwischen einer Gleitoberfläche und einer Oberfläche einer gegenstückigen Welle.
Bei der (internen) Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen, die in der Gleitschicht dispergiert sind, sind eine Mehrzahl von AB-Ebenen (hexagonalen Netzebenen) eines Graphitkristalls laminiert in einer gekrümmten Form entlang einer Teilchenoberfläche von einer Teilchenoberfläche hin zu einer zentralen Richtung. Deshalb ist die Oberfläche der an der Gleitoberfläche der Gleitschicht exponierten sphäroidalen Graphitteilchen konfiguriert von der AB-Ebene des Graphitkristalls.
Wie voranstehend beschrieben, besteht ein Graphitkristall aus einer großen Anzahl der laminierten AB-Ebenen und die Dicke ist definiert in der C-Achsenrichtung, welche senkrecht liegt zu den AB-Ebenen. Die Bindungsstärke (d.h. Van-der-Waals-Kraft) zwischen den laminierten AB-Ebenen ist viel geringer als die Bindungsstärke der Richtung in der Ebene der AB-Ebenen und deshalb tritt leicht eine Scherung zwischen den AB-Ebenen auf. Wenn eine aus der AB-Ebene gebildete Ebene des Graphitkristalls an der Gleitoberfläche exponiert ist, tritt die AB-Ebene in der Gleitoberfläche mit der gegenstückigen Welle in Kontakt. Deshalb tritt, selbst wenn eine Last von der gegenstückigen Welle gering ist, leicht eine Scherung zwischen den AB-Ebenen als Ergebnis auf und eine Reibungskraft zwischen der Gleitoberfläche und der gegenstückigen Wellenoberfläche wird klein und das Maß der Abnutzung der Gleitschicht wird verringert.
Das Gleitelement der vorliegenden Erfindung ist an der Erzeugung von Kratzern an einer Oberfläche der gegenstückigen Welle gehindert, wenn nicht genug Öl in den Spalt zwischen der Gleitoberfläche und der Oberfläche der gegenstückigen Welle zugeführt wird unmittelbar nach der Inbetriebnahme eines Systems, und zwar hauptsächlich aufgrund der schuppenartigen Graphitteilchen.
Wenn nicht genug Öl in den Spalt zwischen der Gleitoberfläche und der Oberfläche der gegenstückigen Welle unmittelbar nach Inbetriebnahme eines Systems zugeführt wird, nutzen sich die an der Gleitoberfläche exponierten schuppenartigen Graphitteilchen ab und fallen durch das Gleiten mit der gegenstückigen Welle von der Gleitoberfläche ab. Da die schuppenartigen Graphitteilchen eine dünne Dicke aufweisen, dringen die abgefallenen Teilchen in einen Spalt zwischen der Gleitoberfläche und der Oberfläche der gegenstückigen Welle ein. Wenn in dem Spalt zwischen der Gleitoberfläche und der Oberfläche der gegenstückigen Welle kein Öl oder nur eine sehr geringe Menge an Öl vorhanden ist, dringen die schuppenartigen Graphitteilchen in den Spalt ein und haften auf den sphäroidalen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche exponiert sind, in solcher Weise an, dass eine flache Plattenoberfläche (AB-Ebene) der schuppenartigen Graphitteilchen parallel zu der Gleitoberfläche wird. Die schuppenartigen Graphitteilchen, die an den sphäroidalen Graphitteilchen anhaften, stehen geringfügig von der Gleitoberfläche hin zu der gegenstückigen Welle hervor. Eine Anzahl von solchen anhaftenden Teilen werden gebildet auf den sphäroidalen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche exponiert sind. Da die anhaftenden Teile, die schuppenartige Graphitteilchen sind, die an den sphäroidalen Graphitteilchen anhaften, die an der Gleitoberfläche exponiert sind, in Kontakt treten mit der Oberfläche der gegenstückigen Welle, werden die sphäroidalen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche des Gleitelements exponiert worden sein sollten, an einem direkten Kontakt mit der Oberfläche der gegenstückigen Welle gehindert oder die Häufigkeit des direkten Kontakts wird verringert. Als Ergebnis wird die Erzeugung von Kratzern an der Oberfläche der gegenstückigen Welle unterdrückt.
Die schuppenartigen Graphitteilchen, die an den sphäroidalen Graphitteilchen anhafteten, werden von den sphäroidalen Graphitteilchen durch Gleiten gegen die Oberfläche der gegenstückigen Welle abgeschert. Während die Ölzufuhr ungenügend ist, werden die schuppenartigen Graphitteilchen kaum aus dem Spalt zu der Außenseite abgegeben und somit wird angenommen, dass die schuppenartigen Graphitteilchen wieder an die sphäroidalen Graphitteilchen anhaften, die an der Gleitoberfläche exponiert sind. Nachdem genügend Öl zugeführt worden ist, werden die schuppenartigen Graphitteilchen, die an die an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen anhafteten und dann von den sphäroidalen Graphitteilchen abgeschert worden sind, zusammen mit dem Öl aus dem Spalt zwischen der Oberfläche der gegenstückigen Welle und der Gleitoberfläche ausgeschwemmt.
Ein herkömmliches Gleitelement mit einer Gleitschicht, enthaltend sphärische Graphitteilchen in einem synthetischen Harz, kann der Abnutzung unterworfen sein, wenn die Ölzufuhr zu dem Spalt unmittelbar nach der Inbetriebnahme der Lagervorrichtung ungenügend ist. Wenn die sphärischen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche exponiert sind, in direkten Kontakt mit der Oberfläche der gegenstückigen Welle treten, wird die Oberfläche der gegenstückigen Welle verkratzt und es kann eine Abnutzung der Gleitoberfläche auftreten, obwohl anschließend genügend Öl zugeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen 0,80 bis 0,97. Wenn der Graphitisierungsgrad größer ist, hat Graphit reinere Graphitkristalle und somit tritt eine Scherung zwischen den AB-Ebenen der Graphitkristalle wie oben erklärt mit höherer Wahrscheinlichkeit auf. Wenn der Graphitisierungsgrad K1 weniger als 0,80 beträgt, ist das Auftreten einer Scherung zwischen den AB-Ebenen der sphäroidalen Graphitteilchen unwahrscheinlich, sodass die sphäroidalen Graphitteilchen möglicherweise ungenügend als schmierende Komponente während des Gleitens nach der Ölzufuhr fungieren.
Während des Gleitens in der Situation, bei der nicht genügend Öl zugeführt wird, fallen die schuppenartigen Graphitteilchen von der Gleitoberfläche ab und werden auf die sphäroidalen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche exponiert sind, durch die Last von der Oberfläche der gegenstückigen Welle aufgepresst, sodass die schuppenartigen Graphitteilchen an den sphäroidalen Graphitteilchen anhaften. Somit tritt eine Haftung auf, da die schuppenartigen Graphitteilchen und Oberflächenbereiche der sphäroidalen Graphitteilchen, die in Kontakt mit den schuppenartigen Graphitteilchen sind, in fast der gleichen Weise plastisch deformiert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen größer als der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen und die Differenz K2 - K1 beträgt 0,03 bis 0,15. Wenn dieser Beziehung genügt wird, werden die schuppenartigen Graphitteilchen mit etwas höherer Wahrscheinlichkeit plastisch deformiert als die sphäroidalen Graphitteilchen, wenn eine externe Kraft einwirkt. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass die schuppenartigen Graphitteilchen an den sphäroidalen Graphitteilchen anhaften.
Wenn die Anhaftung auftritt, werden die schuppenartigen Graphitteilchen und die sphäroidalen Graphitteilchen plastisch verformt und es kann eine Scherung zwischen den AB-Ebenen der Teilchen auftreten. Wenn die Graphitisierungsgrade der obigen Beziehung genügen, ist das Auftreten einer Scherung in den schuppenartigen Graphitteilchen wahrscheinlich und das Auftreten einer Scherung in den sphäroidalen Graphitteilchen ist unwahrscheinlich. Obwohl bei der Anhaftung die Scherung in den schuppenartigen Graphitteilchen auftritt, bleiben die schuppenartigen Graphitteilchen noch an den sphäroidalen Graphitteilchen anhaften. Das heißt, die Scherung tritt zwischen den AB-Ebenen der schuppenartigen Graphitteilchen auf, sodass diejenigen im Kontakt mit der Oberfläche der sphäroidalen Graphitteilchen verbleiben.
Wenn die Differenz der Graphitisierungsgrade K2 - K1 weniger als 0,03 beträgt, ist es unwahrscheinlich, dass die Anhaftung der schuppenartigen Graphitteilchen auf den sphäroidalen Graphitteilchen ausgebildet wird. Da die Graphitisierungsgrade der schuppenartigen Graphitteilchen und der sphäroidalen Graphitteilchen ein ähnliches Niveau aufweisen, tritt die Scherung nicht innerhalb der schuppenartigen Graphitteilchen auf, sondern innerhalb der sphäroidalen Graphitteilchen, und zwar nahe der Oberflächen, die im Kontakt mit den schuppenartigen Graphitteilchen stehen, und es ist wahrscheinlich, dass die Teilchen von der Gleitoberfläche abfallen.
Wenn die Differenz K2 - K1 andererseits 0,15 übersteigt, wird der Graphitisierungsgrad der schuppenförmigen Graphitteilchen viel größer als derjenige der sphäroidalen Graphitteilchen und die schuppenartigen Graphitteilchen werden mit viel höherer Wahrscheinlichkeit plastisch verformt als die sphäroidalen Graphitteilchen, wenn eine Last von der gegenstückigen Welle einwirkt. Somit werden die schuppenartigen Graphitteilchen wahrscheinlicherweise leicht in eine Mehrzahl von kleinen gescherten Stücken zerbrochen, sodass die schuppenartigen Graphitteilchen wahrscheinlicherweise nicht an die sphäroidalen Graphitteilchen anhaften.
Die sphäroidalen Graphitteilchen weisen bevorzugt eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 bis 50 µm auf. Die an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen nehmen eine Last auf, die von der Oberfläche der gegenstückigen Welle einwirkt. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße weniger als 3 µm beträgt, ist es wahrscheinlich, dass die an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen beim Gleiten teilweise von der Gleitoberfläche abfallen und die Fähigkeit der Gleitschicht, die Last zu tragen, wird möglicherweise verringert. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße der sphäroidalen Graphitteilchen 50 µm übersteigt, können an der Oberfläche der gegenstückigen Welle während des Gleitens in einem Zustand, in dem kein Öl zugeführt wird, Kratzer verursacht werden.
Die schuppenartigen Graphitteilchen haben bevorzugt eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 25 µm. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße der schuppenartigen Graphitteilchen weniger als 1 µm beträgt, ist es wahrscheinlich, dass sich die schuppenartigen Graphitteilchen in der Gleitschicht agglomerieren und die Festigkeit der Gleitschicht kann verringert werden. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße der schuppenartigen Graphitteilchen 25 µm übersteigt, tritt in den schuppenartigen Graphitteilchen in der Gleitschicht durch eine auf die Gleitschicht einwirkende Last während des Gleitens eine Scherung auf und die Festigkeit der Gleitschicht kann verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen bevorzugt 0,85 bis 0,97. Wenn der Graphitisierungsgrad K1 nicht weniger als 0,85 beträgt, werden die Gleiteigenschaften und die Abnutzungsbeständigkeit weiter verbessert im Vergleich mit dem Fall, in dem der Graphitisierungsgrad K1 weniger als 0,85 beträgt. Mehr bevorzugt beträgt der Graphitisierungsgrad K1 0,90 bis 0,97.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Differenz K2 - K1 zwischen dem Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen und dem Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen bevorzugt 0,03 bis 0,10. Wenn die Differenz nicht mehr als 0,10 beträgt, ist es wahrscheinlicher, dass die schuppenartigen Graphitteilchen an den an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen anhaften, und die Gleiteigenschaften werden weiter verbessert, im Vergleich mit einem Fall, in dem die Differenz 0,10 übersteigt. Mehr bevorzugt beträgt die Differenz K2 - K1 0,03 bis 0,05.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die sphäroidalen Graphitteilchen ein durchschnittliches Seitenverhältnis A1 von 1,5 bis 4,5 auf. Das durchschnittliche Seitenverhältnis der sphäroidalen Graphitteilchen ist definiert als ein Durchschnittswert eines Verhältnisses einer Hauptachse zu einer Nebenachse der sphäroidalen Graphitteilchen. Wenn das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 der sphäroidalen Graphitteilchen nicht weniger als 1,5 beträgt, wird die Beständigkeit gegenüber Abnutzung weiter verbessert, verglichen mit einem Fall, in dem das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 weniger als 1,5 beträgt. Es wird angenommen, dass die Oberfläche eines sphäroidalen Graphitteilchens erhöht wird und somit die Kontaktfläche zwischen dem sphäroidalen Graphitteilchen und dem synthetischen Harz zunimmt, wodurch das sphäroidale Graphitteilchen während des Gleitens kaum von der Gleitoberfläche abfällt aufgrund der Erhöhung der Anhaftungskraft mit dem synthetischen Harz. Mehr bevorzugt beträgt das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 der sphäroidalen Graphitteilchen nicht weniger als 2.
Sphärische Graphitteilchen sind ein Ausgangsmaterial der sphäroidalen Graphitteilchen. Die sphärischen Graphitteilchen werden hergestellt durch wiederholtes Einwirkenlassen einer geringen Last auf natürliche schuppenartige Graphitteilchen, um sie in eine sphärische Form zu verbiegen. Die angewandte Last sollte klein sein, da eine große Last, die auf die natürlichen schuppenartigen Graphitteilchen einwirkt, die schuppenartigen Graphitteilchen aufgrund der Scherung zwischen den AB-Ebenen in kleine Schuppen zerbricht. Demgemäß kommen einige Oberflächen innerhalb der sphärischen Teilchen, die vor der Granulierung Oberflächen der schuppenartigen Graphitteilchen waren, nicht in ausreichendem Maß miteinander in Kontakt und es ist wahrscheinlich, dass Hohlräume zwischen den Oberflächen entstehen, die die Oberflächen der schuppenartigen Graphitteilchen waren (siehe 5(C) der WO 2012 / 137 770 A1 und die 3-6 der JP 2008 - 24 588 A ).
Wenn die sphärischen natürlichen Graphitteilchen mit den Hohlräumen innerhalb der Teilchen in einem synthetischen Harz des Gleitelements dispergiert werden und die an der Gleitoberfläche exponierten Teilchen einer Last unterworfen werden, besteht das Problem, dass die Teilchen brechen und von der Gleitoberfläche abfallen, um in den Spalt zwischen der Gleitoberfläche und der gegenstückigen Welle einzutreten, wodurch eine Beschädigung der Gleitoberfläche auftritt.
Die sphäroidalen Graphitteilchen mit dem durchschnittlichen Seitenverhältnis A1 gemäß der vorliegenden Erfindung werden hergestellt durch ein folgendes Verfahren, durch das den sphärischen Graphitteilchen als Ausgangsmaterial eine sphäroidale Form verliehen wird. Durch das Verfahren können die Hohlräume innerhalb der sphärischen Graphitteilchen gleichzeitig eliminiert werden. Wenn das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 der sphäroidalen Graphitteilchen nicht weniger als 1,5 beträgt, werden die Hohlräume in einer Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen verringert. Wenn das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 nicht weniger als 2 beträgt, können fast keine Hohlräume in der Querschnittsstruktur beobachtet werden. Somit werden keine Risse in den sphäroidalen Graphitteilchen erzeugt, selbst wenn die exponierten Teilchen einer Last von der gegenstückigen Welle unterworfen werden. Deshalb wird das obige Problem verhindert, dass die sphäroidalen Graphitteilchen von der Gleitoberfläche abfallen oder zerbrechen und die Fragmente in einen Zwischenraum zwischen der Gleitoberfläche und der gegenstückigen Wellenoberfläche eindringen, um Kratzer auf der Gleitoberfläche zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die schuppenartigen Graphitteilchen bevorzugt ein durchschnittliches Seitenverhältnis A2 von 5 bis 10 auf. Das durchschnittliche Seitenverhältnis der schuppenartigen Graphitteilchen ist definiert durch einen Durchschnittswert eines Verhältnisses einer Hauptachse zu einer Nebenachse der schuppenartigen Graphitteilchen.
Ein anisotroper Dispersionsindex S der schuppenartigen Graphitteilchen beträgt bevorzugt nicht weniger als 3. Der anisotrope Dispersionsindex S ist definiert als ein Durchschnittswert eines Verhältnisses X1/Y1 von jedem der schuppenartigen Graphitteilchen. Dabei ist X1 die Länge der schuppenartigen Graphitteilchen in einer Richtung parallel zu einer Gleitoberfläche, betrachtet in einer Querschnittsstruktur senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitschicht, und Y1 ist die Länge der schuppenartigen Graphitteilchen in einer Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche, betrachtet in der Querschnittsstruktur senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitschicht.
Während der Anteil der schuppenartigen Graphitteilchen, die eine Orientierung ihrer flachen Oberfläche (d.h. einer Richtung, in der sich die AB-Ebene erstreckt) im Wesentlichen parallel zu der Gleitoberfläche aufweisen, zunimmt, nimmt der anisotrope Dispersionsindex S zu. Wie voranstehend beschrieben, fallen die an der Gleitoberfläche exponierten schuppenartigen Graphitteilchen während des Gleitens gegen die gegenstückige Welle von der Gleitoberfläche ab, wenn die Ölzufuhr unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Systems ungenügend ist. Die schuppenartigen Graphitteilchen weisen eine dünne Plattenform auf mit einem durchschnittlichen Seitenverhältnis A2 von 5 bis 10 und dem anisotropen Dispersionsindex S von nicht weniger als 3, was bedeutet, dass das Verhältnis der flachen Plattenoberfläche davon, die im Wesentlichen parallel zu der Gleitoberfläche orientiert ist, groß ist. Deshalb sind die schuppenartigen Graphitteilchen so orientiert, dass unmittelbar nach dem Abfallen die flachen Plattenoberflächen davon im Wesentlichen parallel zu der Gleitoberfläche werden, und deshalb ist es wahrscheinlich, dass die schuppenartigen Graphitteilchen an den sphäroidalen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche exponiert sind, anhaften. Mehr bevorzugt beträgt der anisotrope Dispersionsindex S der schuppenartigen Graphitteilchen nicht weniger als 4.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eines oder mehrere ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus PAI (Polyamidimid), PI (Polyimid), PBI (Polybenzimidazol), PA (Polyamid), Phenol, Epoxy, POM (Polyacetal), PEEK (Polyetheretherketon), PE (Polyethylen), PPS (Polyphenylensulfid) und PEI (Polyetherimid) als das synthetische Harz verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann/können die Gleitschicht des Weiteren 1 bis 20 Volumenprozent von einem oder mehreren Festschmierstoffen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus MoS₂, WS₂, h-BN und PTFE, enthalten. Der Festschmierstoff bzw. die Festschmierstoffe kann bzw. können die Gleiteigenschaften der Gleitschicht verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Gleitschicht des Weiteren 1 bis 10 Volumenprozent von einem oder mehreren Füllstoff(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus CaF₂, CaCO₃, Talk, Glimmer, Mullit, Eisenoxid, Calciumphosphat und Mo₂C (Molybdäncarbid), enthalten. Der Füllstoff bzw. die Füllstoffe kann bzw. können die Abnutzungsbeständigkeit der Gleitschicht verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gleitelement des Weiteren eine poröse Metallschicht enthalten, zwischen der Stützmetallschicht und der Gleitschicht. Die poröse Metallschicht, die an einer Oberfläche der Stützmetallschicht gebildet ist, kann zu einer Erhöhung der Bindungsfestigkeit zwischen der Gleitschicht und der Stützmetallschicht beitragen. Das heißt, die Bindungskraft zwischen der Stützmetallschicht und der Gleitschicht kann verstärkt werden durch einen solchen Ankereffekt, dass die Harzzusammensetzung der Gleitschicht in die Poren der porösen Metallschicht eindringt.
Die poröse Metallschicht kann hergestellt werden durch Sintern eines Metallpulvers aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Eisen, einer Eisenlegierung oder dergleichen an einer Oberfläche einer Metallplatte, eines Metallstabs oder dergleichen. Die Porosität der porösen Metallschicht kann etwa 20-60% betragen. Die Dicke der porösen Metallschicht kann etwa 0,05 bis 0,5 mm betragen. In dem Fall kann die Dicke der auf die Oberfläche der porösen Metallschicht aufgetragenen Gleitschicht etwa 0,05 bis 0,4 mm betragen. Diese Dimensionen werden jedoch nur als Beispiele beschrieben und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Werte beschränkt. Es ist möglich, andere Dimensionen zu verwenden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Gleitelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht, die das Seitenverhältnis A1 der sphäroidalen Graphitteilchen erläutert;
3 ist eine schematische Ansicht, die das Seitenverhältnis A2 und den anisotropen Dispersionsindex S der schuppenartigen Graphitteilchen erläutert; und
4 ist eine Querschnittsansicht eines Gleitelements gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Gleitelements 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gleitelement 1 umfasst eine Gleitschicht 3 auf einer Stützmetallschicht 2. Die Gleitschicht 3 umfasst eine synthetische Harzmatrix 4 und 5 bis 50 Volumenprozent Graphitteilchen 5. Die Graphitteilchen 5 bestehen aus sphäroidalen Graphitteilchen 51 mit einer sphäroidalen Form und schuppenartigen Graphitteilchen 52 mit einer Schuppenform. Der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen 51 beträgt 0,80 bis 0,97 und der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen 52 ist größer als der Graphitisierungsgrad K1, und zwar um 0,03 bis 0,15. Der Volumenanteil der schuppenartigen Graphitteilchen 52, bezogen auf das Gesamtvolumen der Graphitteilchen 5, beträgt mehr als 10 bis 40%. In der (internen) Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen 51 sind eine Mehrzahl von AB-Ebenen eines Graphitkristalls laminiert, und zwar in einer gekrümmten Form entlang einer Teilchenoberfläche von der Teilchenoberfläche hin zu dem Mittelpunkt, und es existieren keine Hohlräume in der Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen 51. In der Querschnittsstruktur der schuppenartigen Graphitteilchen 52 sind eine Mehrzahl von AB-Ebenen des Graphitkristalls laminiert, und zwar in der Dickerichtung der dünnen Plattenform (in der C-Achsenrichtung, d.h. der Richtung senkrecht zu der AB-Ebene des Graphitkristalls). Die durchschnittliche Teilchengröße D1 der sphäroidalen Graphitteilchen beträgt 3 bis 50 µm und die durchschnittliche Teilchengröße D2 der schuppenartigen Graphitteilchen beträgt 1 bis 25 µm.
Darüber hinaus kann auch eine poröse Metallschicht 6 vorgesehen sein zwischen der Gleitschicht 3 und der Stützmetallschicht 2. Der Querschnitt einer Ausführungsform des mit der porösen Metallschicht 6 versehenen Gleitelements ist schematisch in 4 gezeigt.
Der Ausdruck „sphäroidal“ wird hier nicht verwendet, um eine im geometrischen Sinn strikt sphäroidale Form zu bezeichnen, sondern bezeichnet eine Form, die sich im Allgemeinen in einer Richtung ausdehnt (nämlich das nachfolgend beschriebene Seitenverhältnis aufweist) und abgerundet und nicht winkelig oder unregelmäßig ist.
Es kann wie folgt gemessen werden, dass keine Hohlräume in der Struktur der sphäroidalen Graphitteilchen 51 vorhanden sind. Elektronenbilder einer Mehrzahl von sphäroidalen Graphitteilchen, zum Beispiel 20 Teilchen, im Querschnitt senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitschicht 3 werden mit einem Elektronenmikroskop bei 2.000-facher Vergrößerung aufgenommen und die Bilder werden betrachtet, um zu bestätigen, dass in der Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen 51 keine Hohlräume gebildet sind. Jedoch ist die Bildung von dünnen linear geformten Hohlräumen mit einer Breite von nicht mehr als 0,1 µm in der Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen 51 erlaubt, sofern das Gesamtflächenverhältnis von solchen dünnen linear geformten Hohlräumen in der Querschnittsstruktur der sphäroidalen Graphitteilchen 51 auf bis zu 3% begrenzt ist.
Bevorzugt beträgt das durchschnittliche Seitenverhältnis A1, definiert durch den Durchschnittswert des Verhältnisses der Hauptachse zu der Nebenachse der sphäroidalen Graphitteilchen 51, die in der Gleitschicht 3 dispergiert sind, 1,5 bis 4,5. Andererseits ist das durchschnittliche Seitenverhältnis A2, definiert durch den Durchschnittswert des Verhältnisses der Hauptachse zu der Nebenachse der schuppenartigen Graphitteilchen 52, bevorzugt 5 bis 10.
Bevorzugt ist der anisotrope Dispersionsindex S der schuppenartigen Graphitteilchen 52 nicht weniger als 3. Der anisotrope Dispersionsindex S ist definiert durch den Durchschnittswert des Verhältnisses X1/Y1 von jedem von allen schuppenartigen Graphitteilchen, wobei X1 die Länge der schuppenartigen Graphitteilchen 52 in einer Richtung parallel zu der Gleitoberfläche in einer Querschnittsstruktur senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitschicht bezeichnet und Y1 die Länge der schuppenartigen Graphitteilchen 52 in einer Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche in der obigen Querschnittsstruktur (siehe 3) bezeichnet. Bevorzugt ist der anisotrope Dispersionsindex S nicht weniger als 4.
Das obige Gleitelement wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung des Herstellungsverfahrens für das Gleitelement in weiteren Einzelheiten verstanden.
(1) Herstellung von Ausgangsmaterial-Graphitteilchen
Als Ausgangsmaterial für die sphäroidalen Graphitteilchen können sphärische Graphitteilchen verwendet werden, die durch Granulierung aus natürlichen schuppenartigen Graphitteilchen hergestellt worden sind. Die sphärischen Graphitteilchen haben eine Struktur, umfassend eine Mehrzahl von AB-Ebenen des Graphitkristalls, laminiert in einer gekrümmten Form entlang Rundheit einer Teilchenoberfläche von der Teilchenoberfläche hin zu dem Inneren, es existieren jedoch keine Hohlräume in dem Teilchen. Die als das Ausgangsmaterial verwendeten sphärischen Graphitteilchen haben einen Graphitisierungsgrad K1 von 0,80 bis 0,97. Dabei wird der Graphitisierungsgrad gemäß der folgenden Formel erhalten. Beugungswinkel 2θ (Grad) und Breiten bei halbem Maximalwert (Grad) von Beugungspeaks des Graphits werden gemessen mit einem Röntgendiffraktometer (XRD) und diese werden korrigiert anhand derjenigen einer Standardsilicium (Si)-Probe. Dadurch wird ein durchschnittlicher Abstandswert d₀₀₂ (nm) der (002)-Ebenen des Graphitkristalls erhalten. Der d₀₀₂-Wert wird in die folgende Gleichung eingesetzt: $Graphitisierungsgrad = (d_{002} - 0,344) / (0,335 - 0,344)$
Bevorzugt werden als Ausgangsmaterial sphärische Graphitteilchen eingesetzt, die eine durchschnittliche Teilchengröße von 2 bis 60 µm aufweisen, gemessen unter Verwendung einer Laserdiffraktionsteilchengrößenmessvorrichtung, und die einen Grad der Zirkularität von nicht weniger als 0,92 aufweisen. Dabei ist der Grad der Zirkularität gemäß folgenden Ausdrucks definiert: $\begin{array}{l} Grad der Zirkularit \ddot{a} t = (Umfangsl \ddot{a} nge eines Kreises mit \\ derselben Fl \ddot{a} che wie derjenigen eines projizierten Teilchens) \\ / (Umfangsl \ddot{a} nge des projizierten Teilchens) \end{array}$
Wenn das projizierte Teilchen die Form eines perfekten Kreises aufweist, ist der Grad der Zirkularität 1. Das projizierte Teilchen kann erhalten werden von dem unter Verwendung eines optischen Mikroskops, eines Scanning-Elektronenmikroskops oder dergleichen fotografierten Bild.
Wenn sphäroidalen Graphitteilchen mit einem Grad der Zirkularität von weniger als 0,92 als Ausgangsmaterial verwendet werden, ist es wahrscheinlich, dass eine Last in ungleichmäßiger Weise auf die Oberflächen der Graphitteilchen einwirkt, um lokale Verformungen der Oberflächen und eine Scherung in dem oben beschriebenen Vermischungsschritt zur Eliminierung der Hohlräume zu erzeugen, wodurch es wahrscheinlich ist, dass innerhalb der Teilchen Risse erzeugt werden, die zu neuen Hohlräumen führen.
Als Ausgangsmaterial für die schuppenartigen Graphitteilchen werden natürliche schuppenartige Graphitteilchen mit einer dünnen Plattenform verwendet. Der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen wird durch das gleiche Verfahren gemessen wie der Graphitisierungsgrad K1 der sphärischen Graphitteilchen und es werden solche schuppenartigen Graphitteilchen verwendet, die einen Graphitisierungsgrad K2 aufweisen, der der Bedingung genügt, dass die Differenz K2 - K1 0,03 bis 0,15 beträgt. Bevorzugt werden schuppenartige Graphitteilchen verwendet, die eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 30 µm in einer Richtung parallel zu der AB-Ebene aufweisen und die eine durchschnittliche Dicke von 0,2 bis 3,5 µm, gemessen unter Verwendung einer Laserdiffraktionsteilchengrößenmessvorrichtung, aufweisen.
(2) Herstellung von synthetischen Harzteilchen
Es ist bevorzugt, als Ausgangsmaterial synthetische Harzteilchen zu verwenden, die eine durchschnittliche Teilchengröße von 50 bis 150% der Größe der sphärischen Graphitteilchen aufweisen. Als das synthetische Harz kann bzw. können ein oder mehrere Harze, ausgewählt aus PAI, PI, PBI, PA, Phenol, Epoxy, POM, PEEK, PE, PPS und PEI, verwendet werden.
(3) Vermischen
Die Mengen der sphärischen und der schuppenartigen Graphitteilchen werden so angepasst, dass das Volumenverhältnis der schuppenartigen Graphitteilchen mehr als 10 bis 40% des Gesamtvolumens der beiden Graphitteilchen beträgt. Des Weiteren werden die Mengen der sphärischen und der schuppenartigen Graphitteilchen und der synthetischen Harzteilchen so angepasst, dass das Volumenverhältnis der Graphitteilchen 5 bis 50% des Gesamtvolumens beträgt. Ein organisches Lösungsmittel wird zu den sphärischen und den schuppenartigen Graphitteilchen und den synthetischen Harzteilchen zugegeben, sodass die resultierende Zusammensetzung eine Viskosität von 40.000 bis 110.000 mPa·s aufweist. Diese Lösung wird sodann in einer Walzenmahlvorrichtung vermischt. Durch das Vermischen wird den sphäroidalen Graphitteilchen eine sphäroidale Form verliehen und gleichzeitig werden die Hohlräume in der inneren Struktur der sphärischen Graphitteilchen verringert oder verschwinden.
Als Grund dafür wird folgendes angenommen.
Herkömmlicherweise ist die Viskosität einer Lösung einer Harzzusammensetzung, enthaltend Graphit und andere Füllstoffteilchen, typischerweise auf höchstens 15.000 mPa-s eingestellt worden. Die Viskosität der Lösung der Zusammensetzung wird in dem Verfahren jedoch auf 40.000 bis 110.000 mPa·s eingestellt, was höher als der herkömmliche Wert ist. Dadurch geschieht es häufig, dass die sphärischen Graphitteilchen und die Harzteilchen gleichzeitig durch einen Spalt (Zwischenraum) zwischen Walzen der Walzenmahlvorrichtung während des Vermischens hindurchtreten. In diesem Fall wird das sphärische Graphitteilchen durch eine auf das Teilchen einwirkende Last verformt. Die von der Walze auf das sphärische Graphitteilchen einwirkende Last wird jedoch reduziert, da das in Kontakt damit befindliche Harzteilchen deformiert wird, wodurch verhindert wird, dass eine übermäßige Last lokal auf eine Oberfläche des sphärischen Graphitteilchens einwirkt, und das Graphitteilchen kann deformiert werden ohne geschert zu werden. Das Graphitteilchen wird graduell deformiert und die sphäroidale Form wird verliehen, und zwar jedes Mal, wenn das Graphitteilchen zusammen mit dem synthetischen Harzteilchen durch den Walzenspalt hindurchtritt. Gleichzeitig werden die Hohlräume in dem Teilchen reduziert oder verschwinden.
Es ist nicht bevorzugt, dass die Viskosität der Zusammensetzung 110.000 mPa·s übersteigt, da in diesem Fall die Menge des Lösungsmittels zu gering ist und das Harz und die sphäroidalen und schuppenartigen Graphitteilchen kaum homogen vermischt werden. Darüber hinaus können die schuppenartigen Graphitteilchen während des Vermischens in der Walzenmahlvorrichtung gebrochen werden.
Der Spalt zwischen den Walzen der Walzenmahlvorrichtung wird eingestellt auf einen Abstand von 150% bis 250% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen. Herkömmlicherweise ist der Spalt auf einen signifikant größeren Abstand eingestellt worden, im Vergleich mit der Teilchengröße eines Ausgangsmaterials, wie zum Beispiel Harzteilchen und den Graphitteilchen (zum Beispiel etwa 400% der durchschnittlichen Teilchengröße der Graphitteilchen), da das Vermischen einer Harzzusammensetzung für ein Gleitelement, enthaltend Graphitteilchen und andere Füllstoffteilchen unter Verwendung einer Walzenmahlvorrichtung nur zum Zweck des homogenen Vermischens der Teilchen in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.
Man beachte, dass die sphärischen Graphitteilchen nicht verformt werden können, wenn die Zusammensetzung, die nur die sphärischen Graphitteilchen in einem organischen Lösungsmittel enthält, dem Walzenvermahlen unterworfen wird. In diesem Fall werden die sphärischen Graphitteilchen geschert und brechen und sie werden nicht verformt. Es wird angenommen, dass lokal eine große Last einwirkt auf den Kontaktbereich zwischen den sphärischen Graphitteilchen oder zwischen dem sphärischen Graphitteilchen und der Walzenoberfläche, was zu einer Scherung und einem Brechen zwischen den Walzen führt, wenn die sphärischen Graphitteilchen durch den Spalt hindurchtreten.
Die Beziehung, dass die durchschnittliche Teilchengröße der synthetischen Harzteilchen 50 bis 150% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen beträgt, ist dazu geeignet, die Erzeugung einer übermäßigen Last, die auf die Graphitteilchen beim Durchtritt durch den Spalt zwischen den Walzen einwirkt, und die Erzeugung einer Scherung der Teilchen zu verhindern. Wenn des Weiteren ein Festschmierstoff und ein Füllstoff zu der Gleitschicht zugegeben werden, ist es bevorzugt, dass die durchschnittliche Teilchengröße der Festschmierstoff- und der Füllstoffteilchen nicht größer als 50% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen ist.
Das Vermischen des synthetischen Harzes und der sphärischen und der schuppenartigen Graphitteilchen ist nicht beschränkt auf das Vermischen unter Verwendung einer Walzenmahlvorrichtung. Es ist auch möglich, andere Arten von Mischern oder andere Mischungsbedingungen zu verwenden.
(4) Stützmetall
Als Stützmetallschicht kann eine Metallplatte aus einer Eisenlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen verwendet werden. Eine poröse Metallschicht kann auf einer Oberfläche der Stützmetallschicht vorgesehen werden, nämlich auf einer Seite, die eine Grenzfläche mit der Gleitschicht bildet. Die poröse Metallschicht und die Stützmetallschicht können die gleiche Zusammensetzung aufweisen oder alternativ können sie verschiedene Zusammensetzungen aufweisen oder aus verschiedenen Materialien hergestellt worden sein.
(5) Beschichtung
Die vermischte Zusammensetzung wird auf eine Oberfläche der Stützmetallschicht, alternativ, falls vorhanden, auf der porösen Metallschicht auf der Stützmetallschicht aufgeschichtet. Die mit der Zusammensetzung beschichtete Stützmetallschicht wird durch Walzen hindurchgeführt, die einen vorbestimmten Abstand aufweisen, um die Dicke der Zusammensetzung gleichförmig zu machen.
Es ist festgestellt worden, dass die Viskosität der vermischten Zusammensetzung in engem Zusammenhang steht mit der anisotropen Dispersion der schuppenartigen Graphitteilchen, nämlich der Orientierung der Hauptachsenrichtung der schuppenartigen Graphitteilchen in der Gleitschicht. Es ist festgestellt worden, dass es für die anisotrope Dispersion der schuppenartigen Graphitteilchen wichtig ist, die Bedingungen der Beschichtung zu kontrollieren.
Wenn die Viskosität der vermischten Zusammensetzung zu groß ist (nämlich wenn der Anteil des organischen Lösungsmittels gering ist), fließen die schuppenartigen Graphitteilchen in der Zusammensetzung kaum (sodass eine flache Oberfläche davon parallel zu der Gleitoberfläche ausgerichtet ist), wenn die mit der Zusammensetzung beschichtete Stützmetallschicht zwischen den Walzen hindurchtritt.
Andererseits fließen, wenn die Viskosität nicht höher als 110.000 mPa-s ist, die schuppenartigen Graphitteilchen leicht mit dem organischen Lösungsmittel in dem Beschichtungsschritt und die flache Oberfläche der schuppenartigen Graphitteilchen wird wahrscheinlicherweise orientiert, nämlich anisotrop in der Gleitschicht des Gleitelements dispergiert. Insbesondere, wenn die Viskosität der Zusammensetzung nicht höher als 110.000 mPa·s ist, wird der anisotrope Dispersionsindex S der in der Gleitschicht dispergierten schuppenartigen Graphitteilchen nicht weniger als 2,5. Des Weiteren wird der anisotrope Dispersionsindex nicht weniger als 3, wenn die Viskosität nicht höher als 100.000 mPa·s ist. Der anisotrope Dispersionsindex wird nicht weniger als 4, wenn die Viskosität nicht höher als 80.000 mPa·s ist.
(6) Trocknen/Backen
Die mit der Zusammensetzung beschichtete Stützmetallschicht (oder die beschichtete Stützmetallschicht und die poröse Metallschicht) wird einem Erhitzen unterworfen, um das organische Lösungsmittel aus der Zusammensetzung zu trocknen und um das Harz in der Zusammensetzung zu backen, um das Gleitelement herzustellen. Die Erhitzungsbedingungen können die üblicherweise für das verwendete Harz eingesetzten Bedingungen sein.
(7) Messung
Der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen und der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen werden gemessen in deren Querschnitten entlang einer Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche des Gleitelements. Insbesondere werden die Graphitisierungsgrade K1 und K2 wie folgt erhalten. Beugungswinkel 2θ (Grad) und Breiten bei halbem Maximalwert (Grad) von Beugungslinien von jedem Graphitteilchen in dem Gleitelement werden gemessen. Die Werte werden genau gemessen durch ein Röntgendiffraktometer (Apparatur: X' pert MPD; hergestellt von PHILIPS Corporation) mit einem Cu-Target als Röntgenquelle, bei einer Röhrenspannung von 40 kV und einem Röhrenstrom von 50 mA. Die gemessenen Werte werden korrigiert unter Verwendung des Beugungswinkels 2θ (Grad) und der Breite bei halbem Maximalwert (Grad) eines Beugungspeaks einer Silicium (Si)-Standardprobe. Somit wird ein Durchschnittswert für den Abstand d₀₀₂ (nm) erhalten. Der Abstand d₀₀₂ wird in die folgende Formel eingesetzt und jeder Graphitisierungsgrad wird berechnet. $Graphitisierungsgrad = (d_{002} - 0,344) / (0,335 - 0,344)$
Man beachte bitte, dass der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen und der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen, die in dem Gleitelement verteilt sind, jeweils gleich sind zu denjenigen der sphärischen Graphitteilchen und der schuppenartigen Graphitteilchen des oben beschriebenen Ausgangsmaterials.
Die durchschnittliche Teilchengröße der sphäroidalen Graphitteilchen wurde gemessen durch Fotografieren eines elektronischen Bildes des Querschnitts senkrecht zu der Gleitoberfläche des Gleitelements, und zwar bei 200-facher Vergrößerung unter Verwendung eines Elektronenmikroskops. Insbesondere wird die Fläche von jedem sphäroidalen Graphitteilchen gemessen für das erhaltene Bild unter Verwendung eines typischen Bildanalyseverfahrens (Analysesoftware: Image-Pro Plus (Version 4.5); hergestellt von Planetron Inc.). Anschließend wird der äquivalente Kreisdurchmesser berechnet und der Durchschnitt des so erhaltenen äquivalenten Kreisdurchmessers wird gebildet, um die durchschnittliche Teilchengröße zu erhalten.
Die durchschnittliche Teilchengröße der schuppenartigen Graphitteilchen wird ebenfalls erhalten durch Messen der Fläche von jedem schuppenartigen Graphitteilchen des Bildes, und zwar wie oben unter Verwendung der Bildanalyse. Anschließend wird der äquivalente Kreisdurchmesser aus der Fläche berechnet und es wird der Durchschnitt des so erhaltenen äquivalenten Kreisdurchmessers berechnet, um die durchschnittliche Teilchengröße zu erhalten. Die Vergrößerung des Elektronenbildes ist nicht auf den Faktor 200 beschränkt, sondern es können andere Vergrößerungen verwendet werden.
Das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 der sphäroidalen Graphitteilchen wird erhalten als Durchschnittswert des Verhältnisses der Länge L1 der Hauptachse zu der Länge S1 der Nebenachse, d.h. als Verhältnis (Länge L1 der Hauptachse) / (Länge S1 der Nebenachse), und zwar für jedes sphäroidale Graphitteilchen unter Verwendung der Bildanalyse des wie oben beschrieben erhaltenen Elektronenbildes (siehe 2). Dabei ist die Länge L1 der Hauptachse des sphäroidalen Graphitteilchens definiert als die maximale Länge des sphäroidalen Graphitteilchens, die in dem obigen Elektronenbild beobachtet wird, und die Länge S1 der Nebenachse ist definiert als die längste Länge parallel zu der Nebenachse, die senkrecht zu der Hauptachse ist.
Das durchschnittliche Seitenverhältnis A2 der schuppenartigen Graphitteilchen wird erhalten als Durchschnittswert des Verhältnisses der Länge L2 der Hauptachse zu der Länge S2 der Nebenachse, d.h. (Länge L2 der Hauptachse) / (Länge S2 der Nebenachse), und zwar für jedes schuppenartige Graphitteilchen unter Verwendung der Bildanalyse des wie oben beschrieben erhaltenen Elektronenbildes (siehe 3). Dabei ist die Länge L2 der Hauptachse des schuppenartigen Graphitteilchens definiert als die maximale Länge des schuppenartigen Graphitteilchens, die in dem obigen Elektronenbild beobachtet wird, und die Länge S2 der Nebenachse ist definiert als die längste Länge parallel zu der Nebenachse, die senkrecht zu der Hauptachse ist.
Es wurde wie folgt bestätigt, dass das sphäroidale Graphitteilchen eine Querschnittsstruktur aufweist, bei der eine Mehrzahl von AB-Ebenen des Graphitkristalls in einer gekrümmten Form entlang einer Rundung einer Teilchenoberfläche von der Teilchenoberfläche hin zu einer Zentralrichtung laminiert waren. Elektronenbilder wurden aufgenommen mit 2.000-facher Vergrößerung, und zwar unter Verwendung eines Elektronenmikroskops für eine Mehrzahl von sphäroidalen Graphitteilchen (zum Beispiel 20 Teilchen) in dem Querschnitt senkrecht zu der Gleitoberfläche des Gleitelements, und die fotografierten Bilder wurden betrachtet, um zu bestätigen, dass laminierende Schichten entlang einer Rundung der Teilchenoberfläche gebildet wurden, von der Teilchenoberfläche hin zu der zentralen Richtung.
Wie voranstehend beschrieben, wurden sphärische natürliche Graphitteilchen als Ausgangsmaterial verwendet und diese wurden einem Verfahren zur Eliminierung von Hohlräumen der internen Struktur der Graphitteilchen in dem Vermischungsschritt unterworfen. Trotzdem bestand der Fall, dass ein Teil der sphäroidalen Graphitteilchen dünne linear geformte Hohlräume umfasste, die eine Breite von nicht mehr als 0,1 µm (d.h. eine Breite senkrecht zu der AB-Ebene des Graphitkristalls in der Struktur) aufweisen, mit einem Gesamtflächenanteil von nicht mehr als 3% der Querschnittsstruktur der Teilchen, wenn diese wie voranstehend beschrieben beobachtet wurden. Die sphäroidalen Graphitteilchen mit solchen dünnen linear geformten Hohlräumen haben jedoch die gleichen Gleiteigenschaften wie diejenigen der sphäroidalen Graphitteilchen, die keine Hohlräume enthalten.
Es wurde wie folgt bestätigt, dass die schuppenartigen Graphitteilchen eine Querschnittsstruktur aufweisen, umfassend eine Mehrzahl von AB-Ebenen des Graphitkristalls, laminiert in einer Dickerichtung einer dünnen Platte (d.h. einer C-Achsenrichtung senkrecht zu der AB-Ebene des Graphitkristalls). Elektronenbilder wurden bei 2.000-facher Vergrößerung aufgenommen unter Verwendung eines Elektronenmikroskops, und zwar für eine Mehrzahl der schuppenartigen Graphitteilchen (zum Beispiel 20 Teilchen) des Querschnitts senkrecht zu der Gleitoberfläche des Gleitelements, und die fotografierten Bilder wurden betrachtet, um zu bestätigen, dass laminierende Schichten gebildet waren in der Dickerichtung der dünnen Platte.
Der anisotrope Dispersionsindex S der schuppenartigen Graphitteilchen 52 wurde wie folgt erhalten. Eine Länge X1 in der Richtung parallel zu der Gleitoberfläche von jedem schuppenartigen Graphitteilchen 52 in der Gleitschicht und die Länge Y1 in der Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche wurden gemessen durch die oben beschriebene Bildanalyse für Elektronenbilder, die bei 200-facher Vergrößerung aufgenommen wurden unter Verwendung eines Elektronenmikroskops, und zwar in dem Querschnitt senkrecht zu der Gleitoberfläche des Gleitelements, und der Durchschnittswert des Verhältnisses X1/Y1 der Längen (siehe 3) wurde berechnet.
Beispiele
Beispiele 1 bis 10 des Gleitelements, umfassend die Stützmetallschicht und die Gleitschicht gemäß der vorliegenden Erfindung, und Vergleichsbeispiele 11 bis 20 wurden wie folgt hergestellt. Die Zusammensetzungen der Gleitschichten der Gleitelemente der Beispiele 1 bis 10 und der Vergleichsbeispiele 11 bis 20 sind in Tabelle 1 angegeben.
Die als Ausgangsmaterial verwendeten sphärischen Graphitteilchen wurden aus natürlichem Schuppengraphit zu einer sphärischen Form granuliert. In der Struktur der Teilchen waren eine Mehrzahl von AB-Ebenen des Graphitkristalls laminiert in einer gekrümmten Form entlang einer Rundung einer Teilchenoberfläche von der Teilchenoberfläche hin zu dem Inneren und in den Teilchen existierten etwa 10% Hohlräume.
Die als Ausgangsmaterial verwendeten schuppenartigen Graphitteilchen haben eine Struktur, bestehend aus einer Anzahl von planar geformten AB-Ebenen, laminiert definierend eine Dicke in der C-Achsenrichtung, die senkrecht zu der AB-Ebene ist. Die Dicke der Laminate ist kleiner als die Ausdehnung der AB-Ebene und somit haben die Teilchen eine dünne Plattenform. Die schuppenartigen Graphitteilchen enthalten keine Hohlräume in der Querschnittsstruktur.
Wenn die sphärischen Graphitteilchen in dem Ausgangsmaterial enthalten waren, wurden Teilchen aus synthetischem Harz (PAI, PI) als Ausgangsmaterial verwendet, die eine durchschnittliche Teilchengröße aufweisen, die 125% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen beträgt. In Vergleichsbeispiel 16 waren schuppenartige Graphitteilchen alleine das Ausgangsmaterial. In diesem Fall wurden synthetische Harzteilchen als Ausgangsmaterial verwendet, die eine Teilchengröße aufwiesen, die 125% der durchschnittlichen Teilchengröße der schuppenartigen Graphitteilchen betrug. Für den Festschmierstoff (MoS₂, PTFE), der als Ausgangsmaterial der Beispiele 5 bis 7 verwendet wurde, wurden diejenigen als Ausgangsmaterial verwendet, die eine durchschnittliche Teilchengröße aufwiesen, die 30% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen betrug. Als Füllstoff (CaCO₃) wurden diejenigen verwendet, die eine durchschnittliche Teilchengröße aufwiesen, die 25% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen betrug.
Die in Tabelle 1 gezeigten aus den obigen Ausgangsmaterialien bestehenden Zusammensetzungen wurden aufgelöst durch ein organisches Lösungsmittel, um eine Viskosität aufzuweisen, die in der Spalte „Viskosität (mPa·s)“ der Tabelle 1 angegeben ist. Die Zusammensetzungen wurden sodann einem Vermischungsverfahren in einer Walzenmahlvorrichtung unterworfen, und zwar eine Stunde lang, wobei das Vermischen und Eliminieren von internen Hohlräumen der sphärischen Graphitteilchen gleichzeitig durchgeführt wurden. Der Spalt zwischen Walzen der Walzenmahlvorrichtung wurde auf 200% der durchschnittlichen Teilchengröße der sphärischen Graphitteilchen eingestellt, die als Ausgangsmaterial für Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 11 bis 15 und 17 bis 20 verwendet wurden. Der Spalt wurde auf 400% der durchschnittlichen Teilchengröße der schuppenartigen Graphitteilchen eingestellt, die als Ausgangsmaterial für Vergleichsbeispiel 16 verwendet wurden.
Anschließend wurde jede der vermischten Zusammensetzungen aufgebracht auf eine Oberfläche einer Stützmetallschicht aus einer Eisenlegierung und wurde zwischen Walzen hindurchgeführt, um die Zusammensetzung mit einer vorbestimmten Dicke aufzuschichten. Während die Eisenlegierung als die Stützmetallschicht für Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 11 bis 20 verwendet wird, wurde die Eisenlegierung mit einer porösen gesinterten Kupferlegierung darauf für Beispiel 10 verwendet. Schließlich wurde ein Erhitzen zum Trocknen des Lösungsmittels aus der Zusammensetzung und zum Backen des synthetischen Harzes durchgeführt. Somit wurden Gleitelemente hergestellt. Die Dicke der Gleitschicht des Gleitelements betrug 0,3 mm und diejenige der Stützmetallschicht betrug 1,7 mm für die hergestellten Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 11 bis 20.
Die durchschnittliche Teilchengröße der in der Gleitschicht des Gleitelements dispergierten sphäroidalen Graphitteilchen wurde für jedes Beispiel gemessen durch das oben beschriebene Messverfahren und das Ergebnis ist in der Spalte „Durchschnittliche Teilchengröße“ von Tabelle 1 gezeigt. Der Graphitisierungsgrad (K1) der sphäroidalen Graphitteilchen wurde wie oben erläutert gemessen und das Ergebnis ist in der Spalte „Graphitisierungsgrad (K1)“ von Tabelle 1 angegeben. Das durchschnittliche Seitenverhältnis (A1) der sphäroidalen Graphitteilchen wurde wie oben beschrieben gemessen und das Ergebnis ist in der Spalte „Seitenverhältnis (AI)“ von Tabelle 1 angegeben. Diejenigen von den Vergleichsbeispielen 11 bis 15 und 17 bis 20 wurden ähnlich wie bei den Beispielen gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Die durchschnittliche Teilchengröße der in der Gleitschicht des in jedem Beispiel hergestellten Gleitelements dispergierten schuppenartigen Graphitteilchen wurde durch das oben erläuterte Messverfahren gemessen und das Ergebnis ist in der Spalte „Durchschnittliche Teilchengröße“ von Tabelle 1 angegeben. Der Graphitisierungsgrad (K2) der schuppenartigen Graphitteilchen wurde wie oben gemessen und das Ergebnis ist in der Spalte „Graphitisierungsgrad (K2)“ von Tabelle 1 angegeben. Das durchschnittliche Seitenverhältnis (A2) und der anisotrope Dispersionsindex (S) der schuppenartigen Graphitteilchen 52 wurden wie oben beschrieben gemessen und die Ergebnisse sind in den Spalten „Seitenverhältnis (A2)“ bzw. „Anisotroper Dispersionsindex (S)“ von Tabelle 1 angegeben. Diejenigen der Vergleichsbeispiele 11 bis 14 und 16 bis 20 wurden ähnlich wie bei den Beispielen gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Die Differenz K2 - K1 zwischen dem Graphitisierungsgrad (K2) der schuppenartigen Graphitteilchen und dem Graphitisierungsgrad (K1) der sphäroidalen Graphitteilchen wurde für jedes Beispiel berechnet und das Ergebnis ist in der Spalte „Differenz des Graphitisierungsgrads (K2 - K1)“ von Tabelle 1 angegeben.
Jedes Element der Beispiele und der Vergleichsbeispiele wurde zu einer zylindrischen Form geformt, wobei die Gleitschicht die Innenseite bildete. Ein Gleittest wurde für jedes Element unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durchgeführt. Das Ausmaß der Abnutzung nach dem Gleittest der Gleitschicht ist in der Spalte „Ausmaß der Abnutzung“ von Tabelle 1 angegeben. Außerdem wurde die Erzeugung von Kratzern an der Oberfläche einer gegenstückigen Welle nach dem Gleittest bewertet, und zwar unter Verwendung eines Rauigkeitsmessgeräts an einer Mehrzahl von Stellen an der Oberfläche, und zwar für jedes Beispiel und Vergleichsbeispiel. Wenn ein Kratzer mit einer Tiefe von nicht weniger als 2 µm auf der Oberfläche der gegenstückigen Welle gemessen wurde, wurde von der Erzeugung eines Kratzers ausgegangen („vorhanden“). Andernfalls wurde davon ausgegangen, dass keine Kratzer erzeugt wurden („nicht vorhanden“). Die Ergebnisse sind als „vorhanden“ oder „nicht vorhanden“ in der Spalte „Vorhandensein oder Abwesenheit von Kratzern“ von Tabelle 1 angegeben.

[Tabelle 2]

Testmaschine	Lagertester
Last	15 MPa
Gleitgeschwindigkeit	2,0 m/s
Antriebsmodus	Gleiten (keine Ölzufuhr) für eine Minute → Gleiten (Ölzufuhr) für vier Minuten → Stop (keine Ölzufuhr) für zehn Minuten
Anzahl der Zyklen	Zwanzig Zyklen
Lagerdimension	Äußerer Durchmesser: 29 mm * innerer Durchmesser: 25 mm * Breite: 15 mm
Lagerspalt	40 µm
Öl	SAE-10-Äquivalent
Ölzufuhrtemperatur	70°C
Gegenstückige Welle	S45C
Rauigkeit der gegenstückigen Welle	0,2 Ra

Wie aus den Ergebnissen von Tabelle 1 ersichtlich, war die Abnutzung der Gleitschicht bei den Beispielen 1 bis 10 nach dem Gleittest geringer als diejenige bei den Vergleichsbeispielen 11 bis 20.
Des Weiteren wurden keine Kratzer beobachtet an einer Oberfläche der gegenstückigen Welle nach dem Gleittest bei den Beispielen 1 bis 10. Dies dürfte durch die gleichen Gründe verursacht werden wie die Verringerung der Abnutzung. Das heißt, die Verkratzung der Oberfläche der gegenstückigen Welle dürfte in den Beispielen 1 bis 10 unterdrückt worden sein, da die schuppenartigen Graphitteilchen an den sphäroidalen Graphitteilchen, die an der Gleitoberfläche exponiert waren, während des Gleitens unter nicht geschmierten Bedingungen wie oben beschrieben anhafteten. Weil die Gleitschicht sowohl die sphäroidalen Graphitteilchen als auch die schuppenartigen Graphitteilchen enthält, wobei das Volumenverhältnis der schuppenartigen Graphitteilchen, bezogen auf das Gesamtvolumen der Graphitteilchen, die in der Gleitschicht enthalten sind, mehr als 10% bis 40% beträgt und der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen 0,80 bis 0,97 beträgt und wobei die Differenz K2 - K1 zwischen dem Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen und dem Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen 0,03 bis 0,15 beträgt.
Das Ausmaß der Abnutzung bei den Beispielen 4 bis 9 war insbesondere kleiner als bei den Vergleichsbeispielen. Der Grund hierfür wird nachfolgend beschrieben.
In Beispiel 4 haben die sphäroidalen Graphitteilchen in der Gleitschicht den Graphitisierungsgrad K1 von nicht weniger als 0,85 und haben somit eine starke Wirkung des Funktionierens als eine Gleitkomponente während des üblichen Gleitens unter Ölzufuhr. Deshalb wurde davon ausgegangen, dass das Ausmaß der Abnutzung reduziert wurde.
In Beispiel 5 beträgt die Differenz K2 - K1 nicht mehr als 0,10. Somit dürfte das Anhaften der schuppenartigen Graphitteilchen an den an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen erleichtert worden sein während des Gleitens in der Situation, in der die Ölzufuhr wie oben beschrieben ungenügend war. Deshalb wurde das Ausmaß der Abnutzung reduziert.
Bei Beispiel 6 weisen die in der Gleitschicht enthaltenen sphäroidalen Graphitteilchen ein durchschnittliches Seitenverhältnis A1 von nicht weniger als 3 auf. Somit haben die sphäroidalen Graphitteilchen wie oben beschrieben eine größere Oberfläche und eine vergrößerte Kontaktfläche mit der synthetischen Harzmatrix. Somit wurden die sphäroidalen Graphitteilchen durch die synthetische Harzmatrix in stärker fixierter Weise getragen. Deshalb wurde das Ausmaß der Abnutzung reduziert.
Bei Beispiel 7 weisen die in der Gleitschicht enthaltenen schuppenartigen Graphitteilchen ein durchschnittliches Seitenverhältnis A2 von 5 bis 10 und einen anisotropen Dispersionsindex S von nicht mehr als 3 auf. Somit ist die flache Oberfläche der schuppenartigen Graphitteilchen wie oben beschrieben im Wesentlichen parallel zu der Gleitoberfläche ausgerichtet. Somit dürfte das Anhaften der schuppenartigen Graphitteilchen an den an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen erleichtert worden sein. Deshalb wurde das Ausmaß der Abnutzung reduziert.
Das Ausmaß der Abnutzung war insbesondere bei den Beispielen 8 und 9 reduziert. Grund hierfür ist, dass alle oben erläuterten Bedingungen für die Reduktion des Ausmaßes der Abnutzung bei den Beispielen 4 bis 7 erfüllt waren. Deshalb wurde das Ausmaß der Abnutzung besonders reduziert.
Bei Vergleichsbeispiel 11 weisen die sphäroidalen Graphitteilchen in der Gleitschicht einen niedrigen Graphitisierungsgrad K1 von 0,698 auf und waren deshalb nicht in der Lage, in ausreichendem Maß als schmierende Komponente zu fungieren. Deshalb wurde das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht während des Gleitens ohne Ölzufuhr erhöht.
Bei Vergleichsbeispiel 12 ist die Differenz K2 - K1 mit 0,015 klein. Somit war es nicht wahrscheinlich, dass die schuppenartigen Graphitteilchen an den an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen während des Gleitens in der Situation, bei der die Ölzufuhr wie oben beschrieben ungenügend war, anhafteten. Somit waren die sphäroidalen Graphitteilchen in direktem Kontakt mit der gegenstückigen Welle, sodass Kratzer an der Oberfläche der gegenstückigen Welle erzeugt wurden. Deshalb war das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht erhöht.
Bei Vergleichsbeispiel 13 war der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen in der Gleitschicht größer als der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen. Somit war es nicht wahrscheinlich, dass das Anhaften der schuppenartigen Graphitteilchen während des Gleitens in der Situation, bei der die Ölzufuhr wie oben beschrieben ungenügend war, ausreichend war, und es trat eine Scherung innerhalb der sphäroidalen Graphitteilchen auf. Deshalb fielen gescherte Stücke der sphäroidalen Graphitteilchen von der Gleitoberfläche ab und drangen in den Zwischenraum zwischen der Gleitoberfläche und der Oberfläche der gegenstückigen Welle ein und dadurch wurde die Abnutzung der Gleitoberfläche gefördert.
Bei Vergleichsbeispiel 14 war die Differenz K2 - K1 mit 0,171 zu groß. Obwohl die schuppenartigen Graphitteilchen wie oben beschrieben an den sphäroidalen Graphitteilchen anhafteten, wurden die schuppenartigen Graphitteilchen zu stark plastisch verformt, und zwar stärker als die sphäroidalen Graphitteilchen, wenn eine Last von der gegenstückigen Welle einwirkte. Somit wurden die schuppenartigen Graphitteilchen leicht in eine Mehrzahl von kleinen gescherten Stücken zerbrochen und die an den sphäroidalen Graphitteilchen anhaftenden schuppenartigen Graphitteilchen wurden demzufolge reduziert. Deshalb kamen die sphäroidalen Graphitteilchen in direkten Kontakt mit der gegenstückigen Welle, um Kratzer an der Oberfläche der gegenstückigen Welle zu erzeugen. Somit wurde das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht erhöht.
Die Gleitschicht bei Vergleichsbeispiel 15 enthielt, anders als bei den in Tabelle 1 gezeigten Beispielen, nur die sphäroidalen Graphitteilchen. Somit waren die an der Gleitoberfläche des Gleitelements exponierten sphäroidalen Graphitteilchen während des Gleitens in direktem Kontakt mit an der Oberfläche der Welle exponierten harten Teilchen und die sphäroidalen Graphitteilchen wurden zerbrochen und fielen von der Gleitoberfläche ab. Deshalb wurden Kratzer an der Gleitoberfläche erzeugt und das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht wurde erhöht.
Des Weiteren kommen die an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen in direkten Kontakt mit der gegenstückigen Welle und gleiten gegeneinander, wenn kein Schmierstoff zugeführt wird und es wird wie oben beschrieben an der Oberfläche der gegenstückigen Welle ein Kratzer verursacht. Während sphärische Graphitteilchen, die Hohlräume im Innern der Teilchen enthalten, als Ausgangsmaterial verwendet wurden, wurde eine die Graphitteilchen enthaltende Zusammensetzung mit einem organischen Lösungsmittel so verdünnt, dass die Viskosität 15.000 mPa·s betrug, und somit war der Anteil des organischen Lösungsmittels hoch. Somit treten die synthetischen Harzteilchen und die sphärischen Graphitteilchen während der Stufe des Vermischens mit niedriger Häufigkeit durch den Spalt zwischen den Walzen der Walzenmahlvorrichtung hindurch. Deshalb verformen sich die sphärischen Graphitteilchen als Ausgangsmaterial in der Stufe des Vermischens in einem geringen Ausmaß. Als Ergebnis davon wurde das durchschnittliche Seitenverhältnis A1 der in der Gleitschicht dispergierten sphäroidalen Graphitteilchen kleiner und die Hohlräume innerhalb der Teilchen in der Querschnittsstruktur verblieben im Wesentlichen so wie sie waren.
Wenn die an der Oberfläche der Gleitschicht exponierten Graphitteilchen bei Vergleichsbeispiel 15 eine Last von der Oberfläche der gegenstückigen Welle bei dem Gleittest aufnahmen, und zwar in beiden Fällen, in denen Schmierstoff zugeführt bzw. nicht zugeführt wurde, wird demgemäß davon ausgegangen, dass ein Brechen der sphäroidalen Graphitteilchen auftrat und die internen Hohlräume zerdrückt wurden, unter Verursachen eines Verknickens und dass somit die Oberfläche der Teilchen verkleinert wurde und die Stützung der sphäroidalen Graphitteilchen durch das synthetische Harz ungenügend wurde. Dadurch fielen gescherte Stücke der sphäroidalen Graphitteilchen von der Gleitoberfläche ab und drangen in Zwischenräume zwischen der Oberfläche zwischen der Gleitoberfläche und der gegenstückigen Welle ein und somit wurde die Abnutzung der Gleitoberfläche erleichtert.
Bei Vergleichsbeispiel 16 enthielt die Gleitschicht anders als bei den Beispielen der Tabelle 1 nur die schuppenartigen Graphitteilchen. Der Grund dafür, dass das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht bei Vergleichsbeispiel 16 zunahm, dürfte folgender sein.
Da die Gleitschicht bei Vergleichsbeispiel 16 nur die schuppenartigen Graphitteilchen enthielt, sind eine größere Zahl von schuppenartigen Graphitteilchen an der Gleitoberfläche exponiert als bei den Beispielen. Deshalb werden schuppenartige Graphitteilchen, die von der Gleitoberfläche zu dem Zwischenraum zwischen der Gleitoberfläche und der Oberfläche der gegenstückigen Welle abfallen, zu stark erhöht, wenn kein Schmierstoff zugeführt wird, und die abgefallenen schuppenartigen Graphitteilchen erzeugen einen Kratzer an der Oberfläche der gegenstückigen Welle, was zu einem erhöhten Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht führt.
Da außerdem eine große Zahl der schuppenartigen Graphitteilchen an der Gleitoberfläche exponiert war, nahm die Anzahl der abgefallenen schuppenartigen Graphitteilchen selbst dann zu, wenn der Schmierstoff zugeführt wurde. Somit wurde die Bildung eines Ölfilms zwischen der Oberfläche der gegenstückigen Welle und der Gleitoberfläche aufgrund des Vorhandenseins der abgefallenen schuppenartigen Graphitteilchen unterdrückt, wodurch das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht zunahm.
Bei Vergleichsbeispiel 17 war, obwohl die Gleitschicht sowohl die sphäroidalen Graphitteilchen als auch die schuppenartigen Graphitteilchen enthielt, das Volumenverhältnis der schuppenartigen Graphitteilchen, bezogen auf das Gesamtvolumen der in der Gleitschicht dispergierten Graphitteilchen, mit 8% zu niedrig. Somit wurde das Anhaften der schuppenartigen Graphitteilchen an den an der Gleitoberfläche exponierten sphäroidalen Graphitteilchen während des Gleitens ohne Zufuhr des Öls nicht in ausreichendem Maß ausgebildet. Deshalb wurden Kratzer an der Oberfläche der gegenstückigen Welle erzeugt und das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht nahm zu.
Die Gleitschicht bei Vergleichsbeispiel 18 enthielt sowohl die sphäroidalen Graphitteilchen als auch die schuppenartigen Graphitteilchen. Das Volumenverhältnis der schuppenartigen Graphitteilchen, bezogen auf das Gesamtvolumen der in der Gleitschicht dispergierten Graphitteilchen, betrug jedoch 45% und das Verhältnis war zu groß. Somit brach eine große Zahl der an der Gleitschicht exponierten schuppenartigen Graphitteilchen und fiel ab, wenn der Schmierstoff zugeführt wurde, und die Bildung eines Ölfilms zwischen der Oberfläche der gegenstückigen Welle und der Gleitoberfläche wurde durch die abgefallenen schuppenartigen Graphitteilchen unterdrückt, wodurch das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht zunahm.
Bei Vergleichsbeispiel 19 betrug die Menge der Graphitteilchen, umfassend die sphäroidalen und die schuppenartigen Graphitteilchen, in der Gleitschicht 3 Volumenprozent. Da das Verhältnis gering war, wurde die Wirkung der Reduktion der Reibung zwischen der Gleitschicht und der Oberfläche der gegenstückigen Welle ungenügend und das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht nahm zu.
Bei Vergleichsbeispiel 20 betrug die Menge der Graphitteilchen, umfassend die sphäroidalen Graphitteilchen und die schuppenartigen Graphitteilchen, in der Gleitschicht 60 Volumenprozent. Da das Verhältnis groß war, wurde die Festigkeit der Gleitschicht reduziert und das Ausmaß der Abnutzung der Gleitschicht nahm zu.

Claims

Gleitelement (1), umfassend: eine Stützmetallschicht (2); und eine Gleitschicht (3) auf der Stützmetallschicht (2), wobei die Gleitschicht (3) umfasst: eine synthetische Harzmatrix (4) und Graphitteilchen (5), die in der synthetischen Harzmatrix (4) dispergiert sind, wobei die Graphitteilchen (5) ein Volumenverhältnis von 5% bis 50% des Volumens der Gleitschicht (3) aufweisen, wobei die Graphitteilchen (5) bestehen aus: sphäroidalen Graphitteilchen (51) mit einem Graphitisierungsgrad K1 und dünnen plattenförmigen schuppenartigen Graphitteilchen (52), die einen Graphitisierungsgrad K2 aufweisen, wobei die schuppenartigen Graphitteilchen (52) ein Volumenverhältnis von mehr als 10% bis 40% bezüglich des Gesamtvolumens der Graphitteilchen (5) aufweisen, wobei die sphäroidalen Graphitteilchen (51) eine Querschnittsstruktur aufweisen, wobei eine Mehrzahl der AB-Ebenen eines Graphitkristalls laminiert sind, von einer Teilchenoberfläche hin zu einer Zentralrichtung, um eine gekrümmte Form entlang der sphärischen Teilchenoberfläche aufzuweisen, wobei die schuppenartigen Graphitteilchen (52) eine Querschnittsstruktur aufweisen, wobei die Mehrzahl der AB-Ebenen eines Graphitkristalls laminiert sind in einer Dickerichtung der dünnen Plattenform, wobei die sphäroidalen Graphitteilchen (51) eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 bis 50 µm aufweisen und die schuppenartigen Graphitteilchen (52) eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 25 µm aufweisen, und wobei der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen (51) 0,80 bis 0,97 beträgt und der Graphitisierungsgrad K2 der schuppenartigen Graphitteilchen (52) größer ist als der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen (51), wobei die Differenz K2 - K1 zwischen dem Graphitisierungsgrad K2 und dem Graphitisierungsgrad K1 0,03 bis 0,15 beträgt.
Gleitelement nach Anspruch 1, wobei der Graphitisierungsgrad K1 der sphäroidalen Graphitteilchen (51) 0,85 bis 0,97 beträgt.
Gleitelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Differenz K2 - K1 0,03 bis 0,10 beträgt.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die sphäroidalen Graphitteilchen (51) ein durchschnittliches Seitenverhältnis von 1,5 bis 4,5 aufweisen.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die schuppenartigen Graphitteilchen (52) ein durchschnittliches Seitenverhältnis von 5 bis 10 aufweisen und wobei ein anisotroper Dispersionsindex der schuppenartigen Graphitteilchen (52) nicht weniger als 3 beträgt, wobei der anisotrope Dispersionsindex definiert ist als ein Durchschnittswert des Verhältnisses X1/Y1 von jedem der schuppenartigen Graphitteilchen (52), wobei X1 definiert ist als eine Länge eines schuppenartigen Graphitteilchens (52) in einer Richtung parallel zu einer Gleitoberfläche, betrachtet in einer Querschnittsstruktur senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitschicht (3), und Y1 definiert ist als eine Länge des schuppenartigen Graphitteilchens (52) in einer Richtung senkrecht zu der Gleitoberfläche, betrachtet in der Querschnittsstruktur senkrecht zu der Gleitoberfläche der Gleitschicht (3).
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die synthetische Harzmatrix (4) hergestellt ist aus einem oder mehr synthetischen Harzen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus PAI, PI, PBI, PA, Phenol, Epoxy, POM, PEEK, PE, PPS und PEI.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Gleitschicht (3) des Weiteren umfasst: 1 bis 20 Volumenprozent eines oder mehrerer fester Schmierstoffe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus MoS₂, WS₂, h-BN und PTFE.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gleitschicht (3) des Weiteren umfasst: 1 bis 10 Volumenprozent eines oder mehrerer Füllstoffe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus CaF₂, CaCO₃, Talk, Glimmer, Mullit, Eisenoxid, Calciumphosphat und Mo₂C.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, des Weiteren umfassend eine poröse Metallschicht (6) zwischen der Stützmetallschicht (2) und der Gleitschicht (3).