DE10340427A1

DE10340427A1 - Gleitend machende Zusammensetzung und Gleitteil

Info

Publication number: DE10340427A1
Application number: DE2003140427
Authority: DE
Inventors: Hideki Inuyama Iwata; Takahiro Inuyama Niwa; Takeshi Inuyama Shindo; Kotaro Inuyama Kashiyama
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: US20040058828A1; GB2393963A; GB0317729D0; JP2004115577A; GB2393963B; DE10340427B4

Abstract

Im früheren Stand der Technik sind die Verschleißfestigkeit und die Reibungseigenschaften eines Gleitteils durch Zugabe von Bismut, eines Erdalkalimetallsalzes oder dergleichen, nicht jedoch Blei, zu einem Polytetrafluorethylen verbessert, das als ein Basisharz verwendet wird, in Anbetracht der unerwünschten Auswirkungen von Blei auf die Umwelt. Eine weiter verbesserte Verschleißfestigkeit bei einem hohen PV-Wert war jedoch wünschenswert. In der vorliegenden Erfindung kann ein Gleitteil mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und ausgezeichneten Reibungseigenschaften, sogar bei Verwendung bei einem hohen PV-Wert, unter Verwendung eines wärmehärtbaren Harzes als ein Basisharz in einem Anteil von 50 bis 80 Vol.-% und Zugabe eines PTFEs mit einem Molekulargewicht von 3000000 oder darüber in einem Anteil von 10 bis 40 Vol.-% sowie Bismut und/oder eine Bismutlegierung in einem Anteil von 1 bis 20 Vol.-% erhalten werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gleitend machende Zusammensetzung und ein Gleitteil, welche zum Zwecke der Reduzierung der Auswirkungen auf die Umwelt kein Blei enthalten.

Polytetrafluorethylene (nachfolgend als PTFEs bezeichnet) mit ausgezeichneter Selbstschmierfähigkeit sind in Gleitteilen für Trockenlager verwendet worden und es ist versucht worden, sie durch Zugabe von Blei oder dergleichen bezüglich ihrer Verschleißfestigkeit zu verbessern (siehe zum Beispiel JP-B-39-16950 (S. 1-2)). Wenn PTFE, das zugegebenes Blei enthält, in einem Gleitteil verwendet wird, wird es auf eine Welle, die durch das Gleitteil gestützt wird, übertragen, weil Blei darin wirksam ist, bei der Übertragung einen Film zu bilden. Auf diese Weise bildet das PTFE den Film auf der Welle. Daher wird das Gleiten des Gleitteils und der Welle aufeinander zum Gleiten ihrer PTFE-Filme aufeinander, was zu dem folgenden Effekt führt: das Gleitteil besitzt ausgezeichnete Reibungseigenschaften, insbesondere wenn das Gleiten ohne Schmieren durchgeführt wird. Da Blei jedoch ernsthafte Auswirkungen auf die Umwelt hat, sind Bismut (siehe zum Beispiel JP-A-2001-221231 (S. 1)), Bariumsulfat (siehe zum Beispiel JP-A-2002- 20568 (S. 1-2)) oder dergleichen als ein Ersatz für Blei verwendet worden.

Obwohl jedoch ein Gleitteil, welches durch Zugeben von Bismut (JP-A-2001-221231) oder Bariumsulfat (JP-A-2002-20568) zu als Basiskunststoff verwendetem PTFE erhalten wurde, verbesserte Reibungskoeffizienten und Verschleißfestigkeitskoeffizienten besitzt, war eine weiter verbesserte Verschleißfestigkeit bei einem hohen pv-Wert erwünscht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Situation getätigt und eine Aufgabe besteht darin, die Verschleißfestigkeit und die Reibungseigenschaften bei einem hohen PV-Wert einer gleitend machenden Zusammensetzung und eines Gleitteils weiter zu verbessern.

Für die Lösung der genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine gleitend machende Zusammensetzung, die 50 bis 80 Vol.-% eines wärmehärtbaren Harzes, 10 bis 40 Vol.-% eines Polytetrafluorethylens mit einem Molekulargewicht von 3.000.000 oder mehr und 1 bis 20 Vol.-% Bismut und/oder einer Bismutlegierung umfasst, sowie ein Gleitteil, das unter Verwendung dieser Zusammensetzung erhalten wurde, bereit.

Wenn die gleitend machende Zusammensetzung diesen Aufbau besitzt, können die Hitzebeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und die mechanische Festigkeit des Gleitteils durch die Verwendung eines wärmehärtbaren Harzes mit einer hohen mechanischen Festigkeit als Basisharz der gleitend machenden Zusammensetzung verbessert werden. Wenn der Anteil des wärmehärtbaren Harzes weniger als 50 Vol.-% beträgt, kann keine ausreichende mechanische Festigkeit erzielt werden, so dass keine ausreichende Verschleißfestigkeit erwartet werden kann. Wenn dieser Anteil größer als 80 Vol.-% ist, wird der Effekt der Zugabe von Bismut, eines Erdalkalimetallsalzes, PTFE und dergleichen, der nachfolgend beschrieben ist, verringert, so dass keine wünschenswerten Reibungseigenschaften erzielt werden können. Das wärmehärtbare Harz schließt Phenolharze, Epoxyharze, Polyimidharze, Polyamidimidharze, etc. ein.

Die Einstellung des Molekulargewichts des PTFE auf 3.000.000 oder darüber verbessert die Verschleißfestigkeit der gleitend machenden Zusammensetzung und erlaubt die Bildung eines beständigen Films durch die Übertragung der Zusammensetzung auf eine Welle, die durch das Gleitteil gestützt wird. Wenn der Anteil des PTFE in einem Bereich von 10 bis 40 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der gleitend machenden Zusammensetzung, liegt, wird die Bildung eines beständigen Films auf der Welle durch die Übertragung der Zusammensetzung möglich, was zu verbesserten Reibungseigenschaften führt. Wenn der Anteil weniger als 10 Vol.-% beträgt, können keine zufriedenstellenden Reibungseigenschaften erwartet werden. Wenn der Anteil mehr als 40 Vol.-% beträgt, kann keine wünschenswerte Verschleißfestigkeit erzielt werden.

Bismut und die Bismutlegierung haben die Wirkung der Bildung eines Films durch die Übertragung der Zusammensetzung auf die Welle, die durch das Gleitteil gestützt wird, so dass sie zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit beitragen, wenn sie in einem dispergierten Zustand in die Harze in der gleitend machenden Zusammensetzung eingebaut werden. Die Bismutlegierung ist beispielsweise eine solche, die durch Einbau von Silber, Zinn, Zink oder Indium in Bismut erhalten wurde. Eine gleitend machende Zusammensetzung, die die Bismutlegierung als ein Additiv enthält, ist härter als eine gleitend machende Zusammensetzung, die reines Bismut als ein Additiv enthält, und besitzt deshalb eine weiter verbesserte Verschleißfestigkeit. Der Gehalt eines derartigen zum Bismut zugegebenen Metalls beträgt vorzugsweise 0,5 bis 30 Massen-%, bevorzugter 5 bis 15 Massen-%, bezogen auf die Gesamtmasse von Bismut. Wenn der Anteil des Bismuts und/oder der Bismutlegierung weniger als 1 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der gleitend machenden Zusammensetzung, beträgt, können keine zufriedenstellenden Reibungsverschleißeigenschaften erwartet werden. Wenn der Anteil größer als 20 Vol.-% ist, wird die Verschleißfestigkeit allmählich verschlechtert.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine gleitend machende Zusammensetzung, die 50 bis 80 Vol.-% eines wärmehärtbaren Harzes, 10 bis 50 Vol.-% eines Polytetrafluorethylens mit einem Molekulargewicht von 3.000.000 oder darüber und 1 bis 20 Vol.-% Erdalkalimetallsalz umfasst, sowie ein Gleitteil, das unter Verwendung dieser Zusammensetzung erhalten wurde, bereit.

Wenn die gleitend machende Zusammensetzung diesen Aufbau besitzt, können dieselben Wirkungen wie diejenigen, die oben beschrieben wurden, erhalten werden, weil das Erdalkalimetallsalz die Wirkung der Bildung eines Films durch die Übertragung der Zusammensetzung auf eine Welle besitzt, die durch das Gleitteil gestützt wird. Wenn der Anteil des Erdalkalimetallsalzes weniger als 1 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der gleitend machenden Zusammensetzung, beträgt, können keine zufriedenstellenden Reibungsverschleißeigenschaften erwartet werden. Wenn der Anteil größer als 20 Vol.-% beträgt, wird die Verschleißfestigkeit allmählich verschlechtert. Das Erdalkalimetallsalz schließt zum Beispiel Phosphate, Carbona te, Silikate und Sulfate, wie zum Beispiel Calciumphosphat, Calciumcarbonat, Magnesiumsilikat, Bariumsulfat etc. ein. Das Erdalkalimetallsalz in der vorliegenden Beschreibung bezieht sich auf Be, Mg, Ca, Sr, Ba oder Ra.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine gleitend machende Zusammensetzung, welche 50 bis 80 Vol.-% eines wärmehärtbaren Harzes, 10 bis 40 Vol.-% eines Polytetrafluorethylens mit einem Molekulargewicht von 3.000.000 oder darüber und gesamt 1 bis 20 Vol.-% Bismut oder einer Bismutlegierung oder beides und ein Erdalkalimetallsalz umfasst, sowie ein Gleitteil, das unter Verwendung dieser Zusammensetzung erhalten wurde, bereit.

Wenn die gleitend machende Zusammensetzung diesen Aufbau besitzt, können dieselben Wirkungen wie oben erhalten werden, und zwar ist das Gleitteil ausgezeichnet in der Hitzebeständigkeit, der Verschleißfestigkeit, der chemischen Widerstandsfähigkeit, den Reibungseigenschaften und der Festigkeit. Darüber hinaus besitzt das Gleitteil verbesserte Reibungsverschleißeigenschaften, nicht nur, wenn es ohne Schmieren verwendet wird, sondern auch, wenn es mit Schmieren verwendet wird. Daher wird ausgezeichnetes Gleiten sowohl wegen dieser Wirkungen als auch wegen der oben beschriebenen Wirkungen möglich. Die gesamte Zugabemenge an Bismut oder der Bismutlegierung oder beidem und an Erdalkalimetallsalz beträgt vorzugsweise 1 bis 20 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der gleitend machenden Zusammensetzung.

In der vorliegenden Erfindung kann jede der oben beschriebenen gleitend machenden Zusammensetzungen weiter 1 bis 30 Vol.-% eines festen Schmierstoffes umfassen.

Wenn dieser Aufbau verwendet wird, kann die resultierende gleitend machende Zusammensetzung noch ausgezeichnetere Reibungseigenschaften und Verschleißfestigkeit besitzen, sowohl bei ihrer Verwendung ohne Schmieren, als auch bei ihrer Verwendung mit Schmieren. Der Anteil des festen Schmierstoffes beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der gleitend machenden Zusammensetzung. Der feste Schmierstoff enthält Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid, etc.

Jede der oben beschriebenen gleitend machenden Zusammensetzungen kann zur Herstellung eines Gleitteils durch Beschichten eines Substrats mit der gleitend machenden Zusammensetzung verwendet werden. Bevorzugter wird ein Gleitteil durch Bildung einer porösen Schicht auf einem Substrat und Beschichten der porösen Schicht mit dieser gleitend machenden Zusammensetzung durch Imprägnieren hergestellt. Wenn das Gleitteil auf diese Weise hergestellt wird, ist das Haftvermögen zwischen der gleitend machenden Zusammensetzung und dem Substrat so stark, dass das Gleitteil eine hohe Festigkeit besitzt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Querschnittsansicht eines Gleitteils, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gleitteil, das Bezugszeichen 2 einen plattierten Kupferfilm, das Bezugszeichen 3 eine Grundmetallschicht, das Bezugszeichen 4 eine poröse, gesinterte Metallschicht und das Bezugszeichen 5 eine gleitend machende Zusammensetzung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten in Bezug auf 1 erläutert.
Ein Querschnitt eines Gleitteils 1 ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist, besteht das Gleitteil 1 aus einem Substrat, d. h. einer Grundmetallschicht 3, die aus einer Stahlplatte (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt für eine gewöhnliche Struktur) und einem an der Oberfläche gebildeten plattierten Kupferfilm 2 besteht, und einer gleitend machenden Zusammensetzung 5, welche das Substrat durch eine poröse, gesinterte Metallschicht 4 aus Pulver einer Legierung auf Kupferbasis durch Imprägnieren dieser Schicht mit der Zusammensetzung überzieht. Die poröse gesinterte Metallschicht 4 ist im Pulverzustand mit dem plattierten Kupferfilm verbunden und hat daher in seinem inneren Teil und seinem Oberflächenteil zahlreiche Hohlräume.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Gleitteils 1, das in 1 gezeigt ist, unten erläutert.
Zuerst wird ein Pulver einer Legierung auf Kupferbasis auf eine Grundmetallschicht 3 aufgetragen, die aus einer Stahlplatte (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil für eine gewöhnliche Struktur) von 1,2 mm Dicke und einem auf der Oberfläche gebildeten plattierten Kupferfilm besteht, mit einer Dicke von 0,3 mm aufgetragen. Die auf diese Weise behandelte Grundschicht 3 wird auf eine Temperatur von 750 bis 900°C in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt, um das Legierungspulver auf Kupferbasis zu sintern, wodurch eine poröse gesinter te Metallschicht 4 auf der Grundmetallschicht 3 erhalten wird.
Auf der anderen Seite wird eine gleitend machende Zusammensetzung 5 in Form eines Lackes durch Mischen der in Tabelle 1 gezeigten Komponenten in den in Tabelle 1 gezeigten Anteilen erhalten. Die poröse gesinterte Metallschicht 4 auf der vorher genannten Grundmetallschicht 3 wird mit der gleitend machenden Zusammensetzung 5 in Lackform durch Imprägnieren beschichtet, wonach die gleitend machende Zusammensetzung 5 in Lackform bei einer Temperatur von 150 bis 250°C gehärtet wird.
Um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden unter Verwendung eines Druckprüfgeräts („thrust tester") Prüfungen durchgeführt. In diesen Bestätigungsprüfungen wurden der Reibungskoeffizient und die Tiefe des Abriebs von erfindungsgemäßen Gleitteilen und Vergleichsgleitteilen gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der durchgeführten Prüfungen.

Tabelle 2 zeigt die Testbedingungen. Als ein Kriterium zur Beurteilung des Auftretens von Festfressen in den Prüfungen wurde entweder ein Drehmoment von mehr als 5 Kgf·m (49 N·m) oder eine Abriebtiefe von mehr als 50 μm gewertet.

Tabelle 2

Die Testergebnisse werden untersucht. Erfindungsgemäße Gleitteile (1) bis (5) zeigten gute Gleiteigenschaften ohne Festfressen (Drehmoment darüber oder eine Verschleißtiefe von mehr als 50 μm) sowohl unter den Bedingungen 1 als auch unter den Bedingungen 2.

Auf der anderen Seite wurde Vergleichsgleitteil (1) unter alleiniger Verwendung eines PF-Harzes (ein phenolisches Harz) erhalten und fraß sich infolgedessen sowohl unter den Bedingungen 1 als auch unter den Bedingungen 2 fest. Die Ver gleichsgleitteile (2) bis (5) wurden unter Verwendung eines wärmehärtbaren Harzes als ein Basismaterial erhalten, fraßen sich aber unter den Bedingungen 2 fest. Die Vergleichsgleitteile (6) bis (9) fraßen sich fest und zeigten eine große Verschleißtiefe unter den Bedingungen 2, weil ihr Basisharz PTFE war.

Die in den Experimenten verwendeten Materialien waren wie folgt. Das PF-Harz ist „MILEX XL-325M", hergestellt von Mitsui Chemicals Inc. Die PTFE-Pulver sind die folgenden beiden Pulver: PTFE (1): „Teflon Fine Powder 6-J (Molekulargewicht 3.000.000 oder darüber und mittlere Partikelgröße 470 μm)", hergestellt von Mitsui Dupont Fluorochemicals Co., Ltd., und PTFE (2): „Lublon L-2 (Molekulargewicht 600.000 oder darunter und durchschnittliche Partikelgröße 2 μm)", hergestellt von Daikin Industries, Ltd. Das Bariumsulfat ist „BMH-100", hergestellt von Sakai Chemical Industry Co., Ltd.

Die durchschnittliche Partikelgröße der PTFE-Partikel ist vorzugsweise 300 bis 600 μm. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von 300 bis 600 μm liegt, bilden die PTFE-Partikel während des Vermischens mit einem wärmehärtbaren Harz und dergleichen Fasern und besitzen dadurch eine große spezifische Oberfläche. Daher sind die PTFE-Partikel bei einer hohen Dichte an der Oberfläche der gleitend machenden Zusammensetzung 5 weit verteilt, so dass die gleitend machende Zusammensetzung 5 chemische Widerstandsfähigkeit, Hitzebeständigkeit und ausgezeichnete Reibungseigenschaften infolge ausgezeichneter Selbstschmierungseigenschaften der PTFE-Partikel aufweist.

Das Gleitteil 1 der vorliegenden Erfindung, welches die poröse gesinterte Metallschicht 4 auf der Grundmetallsschicht 3 und die gleitend machende Zusammensetzung 5, die die poröse gesinterte Metallschicht 4 wie oben beschrieben durch Imprägnieren beschichtet, umfasst, ist als ein Lager durch Verarbeiten in einen Halbzylinder oder einen Zylinder hergestellt.

Es ist unnötig zu sagen, dass das Gleitteil 1 der vorliegenden Erfindung nicht nur ohne Schmieren, sondern auch mit Schmieren verwendet werden kann, und zeigt in beiden Fällen eine hohe Geschwindigkeit und eine niedrige Geschwindigkeit.

Claims

Gleitend machende Zusammensetzung, welche 50 bis 80 Vol.-% eines wärmehärtbaren Harzes, 10 bis 40 Vol.-% eines Polytetrafluorethylens mit einem Molekulargewicht von 3.000.000 oder darüber und 1 bis 20 Vol.-% Bismut und/oder einer Bismutlegierung umfasst.
Gleitend machende Zusammensetzung, welche 50 bis 80 Vol.-% eines wärmehärtbaren Harzes, 10 bis 40 Vol.-% eines Polytetrafluorethylens mit einem Molekulargewicht von 3.000.000 oder mehr und 1 bis 20 Vol.-% eines Erdalkalimetallsalzes umfasst.
Gleitend machende Zusammensetzung, welche 50 bis 80 Vol.-% eines wärmehärtbaren Harzes, 10 bis 40 Vol.-% eines Polytetrafluorethylens mit einem Molekulargewicht von 3.000.000 oder darüber und gesamt 1 bis 20 Vol.-% Bismut oder eine Bismutlegierung oder beides und ein Erdalkalimetallsalz umfasst.
Gleitend machende Zusammensetzung nach Anspruch 1, die weiter 1 bis 30 Vol.-% eines festen Schmierstoffes umfasst.
Gleitend machende Zusammensetzung nach Anspruch 2, die weiter 1 bis 30 Vol.-% eines festen Schmierstoffes umfasst.
Gleitend machende Zusammensetzung nach Anspruch 3, die weiter 1 bis 30 Vol.-% eines festen Schmierstoffes umfasst.
Gleitteil, welches durch Beschichten eines Substrats mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 1 erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten eines Substrats mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 2 erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten eines Substrats mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 3 erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten eines Substrats mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 4 erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten eines Substrats mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 5 erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten eines Substrats mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 6 erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten einer auf einem Substrat gebildeten porösen Schicht mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 1 durch Imprägnieren erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten einer auf einem Substrat gebildeten porösen Schicht mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 2 durch Imprägnieren erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten einer auf einem Substrat gebildeten porösen Schicht mit einer gleitend ma chenden Zusammensetzung nach Anspruch 3 durch Imprägnieren erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten einer auf einem Substrat gebildeten porösen Schicht mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 4 durch Imprägnieren erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten einer auf einem Substrat gebildeten porösen Schicht mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 5 durch Imprägnieren erhalten wurde.
Gleitteil, welches durch Beschichten einer auf einem Substrat gebildeten porösen Schicht mit einer gleitend machenden Zusammensetzung nach Anspruch 6 durch Imprägnieren erhalten wurde.