DE112012004199B4

DE112012004199B4 - Gleitendes Bauteil, Verfahren zu seiner Herstellung, und Verfahren zur Herstellung eines Harzfilms

Info

Publication number: DE112012004199B4
Application number: DE112012004199.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Suzuki Motor Corp. Suzuki Nobuyuki; c/o Suzuki Motor Corp. Hikasa Akio
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: CN103857934A; DE112012004199T5; JP6197834B2; JPWO2013051591A1; WO2013051591A1; JP5983622B2; JP2015187502A; US20140255656A1; CN103857934B; US9297418B2

Abstract

Gleitendes Bauteil (15) aufweisend:
ein Substrat (16); und
eine Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats (16), wobei die Beschichtung eine Harz-Beschichtungsschicht (19) ist, die hergestellt ist durch Wärmehärten eines Gemisches (13) aus einem wärmehärtbaren Harz (11) in Form einer Flüssigkeit und einem thermoplastischen Harz (12) in Form fester Partikel, wobei die Beschichtungsschicht (19) Grübchen (20) in einer Harzoberfläche hat, die automatisch und gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildet werden, wobei die Form der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildeten Grübchen (20) definiert oder festgelegt ist durch die Größe und die Form der festen Partikel des thermoplastischen Harzes (12), und wobei der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (12) geringer ist als die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes (11).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gleitendes Bauteil mit hervorragendem Gleitverhalten unter Ölschmierungs-Bedingungen, ein Verfahren zur Herstellung des gleitenden Bauteils, und ein Verfahren zur Herstellung eines Harzfilms.
Stand der Technik
Es gibt eine Technologie zur Verbesserung der Ölhaltefähigkeit einer Gleitoberfläche, um dadurch ihre Verschleißfestigkeit, Festfressfestigkeit und ihr Gleitverhalten zu verbessern, indem man sehr kleine „Einbeulungen“ mit einer Größe von näherungsweise einigen Mikrometern, Mikrogrübchen genannt, auf einer Oberfläche eines gleitenden Bauteils wie einem Lager, das ein Teil in einer Verbrennungskraftmaschine einer Transportvorrichtung, einer sich drehenden Maschine, und dergleichen ist, vorsieht.
Als Technologien auf dem Gebiet der Herstellung von Mikrogrübchen in einer Gleitoberfläche eines gleitenden Bauteils sind Technologien bekannt wie Kugelstrahlen (Patentdokument 1), Laserbehandlung (Patentdokument 2), eine Kombination von Laserbehandlung, Ätzen und Mikrostrahlen (Patentdokument 3), und ein Verfahren, bei dem eine Formpress-Form mit einer Mehrzahl von darauf angeordneten halbkugeligen Vorsprüngen in eine Harzoberfläche eingepresst wird (Patentdokument 4).
Außerdem beschreibt Patentdokument 5 eine Technologie zur Verbesserung der Anpassungsfähigkeit und Haltbarkeit durch Ausstatten eines gleitenden Bauteils wie eines Kolbens mit einer zweischichtigen Beschichtung, die hergestellt ist aus einer weichen Schicht und einer aus wärmegehärteten (wärmehärtbaren) Harzen bestehenden harten Schicht, und Patentdokument 6 beschreibt eine Technologie zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Festfressfestigkeit einer Gleitoberfläche eines gleitenden Bauteils in einer Transportvorrichtung, einer sich drehenden Maschine und dergleichen, durch Ausstatten des gleitenden Bauteils mit sehr kleinen Einbeulungen (Vertiefungen, Grübchen) durch Laser-Peening-Behandlung, um dadurch Ölreservoire zu bilden.
Dokumente des Stands der Technik

Patentdokument 1: JP 2010 - 78 040 A
Patentdokument 2: JP 2002 - 213 612 A
Patentdokument 3: JP 2008 - 298 144 A
Patentdokument 4: JP 2011- 12 767 A
Patentdokument 5: JP H07- 189 804 A
Patentdokument 6: JP 2006 - 320 907 A

DE 103 40 427 A1 offenbart ein gleitendes Bauteil, das mit einem Mischharz beschichtet ist, wobei das Mischharz ein wärmehärtbares Harz und Polytetrafluorethylen aufweist. Die Härtung der Beschichtung erfolgt bei einer Temperatur weit unterhalb des Schmelzpunkts von Polytetrafluorethylen.
DE 10 2006 043 065 B3 offenbart ein Gleitelement mit einer Gleitschicht. Die Gleitschicht weist eine Kunststoffmatrix und einen Kunststofffaden als Verstärkungselement auf, wobei der Kunststofffaden Polyesterfilamente aufweist, in die Polytetrafluorethylen-Partikel eingearbeitet sind. Die Kunststoffmatrix wird in flüssiger Form aufgetragen und dann gehärtet.
DE 10 2008 026 519 A1 offenbart ein Gleitlager mit einer Gleitschicht auf der Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht, wobei die Gleitschicht ein Polyamid-Imid-Harz, ein Polyamid-Harz und ein darin dispergiertes Festschmiermittel aufweist. Als Festschmiermittel werden Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Grafit und Wolframdisulfid genannt. Die Komponenten werden unter Anwendung einer hohen Scherkraft gemischt, auf ein zu beschichtendes Teil aufgetragen und bei 250°C gehärtet.
DE 691 02 741 T2 offenbart ein festes Schmiermittel und ein Gleitteil, das aus einem Metallsubstrat mit Aperturen und Vertiefungen besteht, in die das Schmiermittel eingebettet und daran gebunden ist. Das feste Schmiermittel enthält unter anderem ein pulverförmiges festes Schmiermaterial wie Polytetrafluorethylen und ein hitzehärtbares synthetisches Bindemittelharz. Die Härtung des Bindemittelharzes erfolgt in zwei Stufen bei 80°C und 140°C.
Wikipedia (Eintrag abgerufen am 28. Mai 2019) offenbart, dass der Schmelzpunkt von Nylon 12 bei 178 bis 180°C liegt.
Rasheva, Z. - Polyamidimid-basierte Beschichtungen für schnell laufende Maschinenelemente mit integrierten Tribofunktionen (Dissertation, Technische Universität Kaiserslautern, 2017) offenbart, dass die Härtungstemperatur von Polyamidimiden stoffabhängig ist und dass gute tribologische Ergebnisse ab einer Endaushärtungstemperatur von 200°C möglich sind.
GB 2 386 929 A offenbart ein Gleitlager mit einer Beschichtungsschicht aus Kunstharz und einem dünnen Film aus Polytetrafluorethylen auf der Beschichtungsschicht. Das Kunstharz enthält ein wärmehärtbares Harz und einen Polytetrafluorethylen aufweisenden Festschmierstoff. Das Kunstharz wird bei einer Temperatur ausgehärtet, die nicht unter dem Schmelzpunkt von Polytetrafluorethylen liegt.
US 2006/ 0 083 451 A1 offenbart ein Gleitlager mit einer Überzugsschicht, die aus einem Festschmierstoff und einem Harz besteht, wobei in der Oberfläche der Überzugsschicht Grübchen vorgesehen sind.
US 5 415 791 A offenbart eine Schmiermittelzusammensetzung und ein Gleitelement, das Vertiefungen aufweist, in die das Schmiermittel eingebettet ist. Das Schmiermittel kann ein wärmehärtbares Kunstharz und ein Festschmierstoffpulvermaterial enthalten, beispielsweise Polytetrafluorethylen.
Offenbarung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Ein gleitendes Teil und ein sich drehendes Teil, beispielsweise in einer Transportvorrichtung, werden manchmal zu einer Zeit, wenn der Oberflächendruck hoch wird in Abhängigkeit von einem Verwendungszustand (Gebrauchszustand), mit einer unzureichenden Menge an Öl versorgt. Unter den Bedingungen einer Grenzschmierung und einer Mischschmierung, unter denen es schwierig ist, einen gleichmäßigen Ölfilm zu bilden, und daher eine Neigung zum Auftreten eines Festkörperkontakts besteht, hat der Festkörperkontakt die Tendenz, den Reibungswiderstand zu erhöhen und Verschleiß und Festfressen zu verursachen.
Unter dem Gesichtspunkt des Verhinderns der Erhöhung des Reibungswiderstands und des Auftretens von Verschleiß und Festfressen wird auch eine Technologie bereitgestellt, um nicht nur die Schmierleistung zu verbessern durch Auftragen eines Harzmaterials, das für ein zufriedenstellendes Gleiten sorgt, auf ein gleitendes Bauteil, sondern außerdem auch die Verschleißfestigkeit, Festfressfestigkeit und die charakteristischen Gleit-eigenschaften einer Gleitoberfläche des gleitenden Bauteils zu verbessern, indem man Grübchen (Vertiefungen) in einer Harzoberfläche des gleitenden Bauteils ausbildet.
Zur Ausbildung von Grübchen in einer Harzoberfläche eines gleitenden Bauteils ist es jedoch notwendig, nach einem Harzmaterial-Auftragungsprozess einen Grübchen-Ausbildungsprozess anzufügen, was eine solche Sache bedeutet, dass es notwendig ist, eine Grübchen-Ausbildungsvorrichtung wie eine Abstrahlvorrichtung und eine Laserbehandlungsvorrichtung separat vorzusehen. Außerdem bereitet der Stand der Technik die Probleme einer Schwierigkeit bei der Ausbildung von Grübchen in einer Harzoberfläche eines gleitenden Bauteils an sich und einer mühsamen und komplizierten Prozedur des Grübchen-Ausbildungsprozesses.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht, und eine Aufgabe davon ist, ein gleitendes Bauteil mit einem Substrat und einem Film darauf, der ausgebildet ist aus einer Harz-Beschichtungsschicht und gleichzeitig ausgebildeten Grübchen, um eine verbesserte Verschleißfestigkeit, Festfressfestigkeit und verbesserte Gleiteigenschaften zu erhalten, ein Verfahren zur Herstellung des gleitenden Bauteils und ein Verfahren zur Herstellung eines Harzfilms bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gleitendes Bauteil mit einem Substrat und einem Film bereitzustellen, der darauf aufgetragen ist und ausgebildet ist aus einer Harz-Beschichtungsschicht und durch Wärmebehandeln eines Mischharzes, das ein Gemisch aus einem wärmehärtbaren (oder wärmegehärteten) Harz und einem thermoplastischen Harz mit verschiedenen Wärmeverhaltenseigenschaften ist, gleichzeitig ausgebildeten Grübchen, ein Verfahren zur Herstellung des gleitenden Bauteils, und ein Verfahren zur Herstellung eines Harzfilms bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gleitendes Bauteil mit einem Film, der ohne eine Grübchen-Ausbildungsvorrichtung leicht ausgebildet wird durch Auftragen eines Gemisches aus einem wärmehärtbaren Harz in einer vor dem Mischen flüssigen Form und einem thermoplastischen Harz, das vor dem Mischen in der Form fester Partikel ist, wobei die zwei Harze verschiedene Wärmeverhaltenseigenschaften haben, und Wärmebehandeln einer Harz-Beschichtungsschicht, um darin Grübchen auszubilden, ein Verfahren zur Herstellung des gleitenden Bauteils, und ein Verfahren zur Herstellung eines Harzfilms bereitzustellen.
Mittel zur Lösung des Problems
Die oben beschriebene Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch das gleitende Bauteil mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben sind, durch das Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteiles mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 7 angegeben sind, und durch das Verfahren zur Erzeugung eines Harzfilms mit den Merkmalen, wie sie im unabhängigen Anspruch 11 angegeben sind. Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es kann bevorzugt sein, dass das Mischharz ein Gemisch ist, das hergestellt ist durch gleichförmiges Einmischen fester Partikel, die aus thermoplastischem Harz Nylon-12 bestehen, in ein wärmehärtbares Harz auf Polyamid-imid-Basis.
Das auf die Oberfläche des Substrats aufgetragene Mischharz wird bei einer Temperatur wärmebehandelt, die höher ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes und höher ist als oder die gleiche ist wie die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Form der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht ausgebildeten Grübchen definiert oder bestimmt durch eine Größe und Form der festen Partikel des thermoplastischen Harzes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Verteilung der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht ausgebildeten Grübchen definiert oder bestimmt durch eine hinzugegebene Menge an festen Partikeln des thermoplastischen Harzes.
Die festen Partikel des thermoplastischen Harzes können wünschenswerterweise eine kugelige Form haben.
Ein Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils umfasst zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 7, d.h. unter anderem ein Bereitstellen eines Substrats, ein Aufragen eines Mischharzes auf eine Oberfläche des Substrats, wobei das Mischharz ein Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz in der Form einer Flüssigkeit und einem thermoplastischen Harz in der Form fester Partikel ist, ein Wärmebehandeln des aufgetragenen Mischharzes, um auf dem Substrat eine Harz-Beschichtungsschicht auszubilden, und ein Abkühlen der Harz-Beschichtungsschicht, um in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht, die als eine Gleitoberfläche des gleitenden Bauteils wirkt, Grübchen auszubilden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils ist es wünschenswert, dass das Mischharz ein Gemisch ist, das hergestellt ist durch gleichförmiges Mischen und Dispergieren fester Partikel, die aus thermoplastischem Harz Nylon-12 gemacht sind, in einem wärmehärtbaren Polyamid-imid-Harz, und dass das gleichförmig vermischte Mischharz wärmebehandelt wird durch Erhitzen des Mischharzes bei einer Temperatur, die höher ist als ein Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes, und höher ist als oder die gleiche ist wie eine Härtungstemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes.
Außerdem kann es erwünscht sein, dass die Temperatur, bei der das Mischharz wärmebehandelt wird, höher ist als oder die gleiche ist wie die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes, und einen Temperaturunterschied zu dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes von 50°C hat.
Darüber hinaus kann es erwünscht sein, dass eine Form und eine Größe der Grübchen, die in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht auf dem Substrat ausgebildet werden, durch eine Form und eine Größe der festen Partikel des thermoplastischen Harzes definiert oder bestimmt werden.
Noch darüber hinaus kann es erwünscht sein, dass eine Verteilung der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht auf dem Substrat ausgebildeten Grübchen durch Einstellen einer zuzugebenden Menge an festen Partikeln des thermoplastischen Harzes definiert oder bestimmt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Harzfilms umfasst zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 11, d.h. unter anderem ein Auftragen eines Mischharzes in Form einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche eines Substrats, wobei das Mischharz ein gleichförmiges Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Flüssigkeit und einem thermoplastischen Harz in Form fester Partikel ist, ein Wärmebehandeln des aufgetragenen Mischharzes in flüssiger Form, um in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht Grübchen auszubilden, um einen Film auszubilden, der die Harz-Beschichtungsschicht und die Grübchen als eine Gleitoberfläche des Substrats umfasst.
Wirkungen der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung mit den oben angegebenen Eigenschaften kann ein Film mit einer Harz-Beschichtungsschicht und Grübchen ausgebildet werden lediglich durch Auftragen eines Mischharzes, das ein Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz und einem thermoplastischen Harz ist, auf ein Substrat (eines gleitenden Bauteils), gefolgt von einer Wärmebehandlung, wobei die Grübchen automatisch in einer Oberfläche des Films auf dem Substrat bereitgestellt werden, wodurch man inhärente Gleiteigenschaften des Harzerzeugnisses synergistisch mit einem Öl-Haltevermögen der Grübchen erhält, und somit die Verschleißfestigkeit, Festfressfestigkeit und die Gleiteigenschaften verbessert.
Die Grübchen können in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht, die auf das Substrat des gleitenden Bauteils aufgetragen wird, automatisch und gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht ausgebildet werden ohne eine Grübchen-Ausbildungsvorrichtung zu verwenden, wodurch der Film, der die Harz-Beschichtungsschicht mit den Grübchen umfasst, leicht in einem vereinfachten Ausbildungsprozess ausgebildet wird.
Zusätzliche Merkmale und vorteilhafte Wirkungen, die durch Beispiele der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, werden durch die folgende Beschreibung, die mit Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen angefertigt ist, weiter deutlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Gesamtansicht, die ein Mischharz, das ein gleichförmiges Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz und einem thermoplastischen Harz ist, in einem Behälter zeigt.
2A bis 2D zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Harz-Beschichtungsschicht, die ausgebildet wird durch Auftragen eines Mischharzes auf ein Substrat eines gleitenden Bauteils, gefolgt von einer Wärmebehandlung, und zeigen auch einen Grübchen-Ausbildungsmechanismus.
3 zeigt wärmebehandelte Produkte von Beispiel 1, wobei eine Beziehung zwischen einem Reibungskoeffizienten und einer Menge an zugegebenem thermoplastischen Harz, das zu einem wärmehärtbaren Harz zuzugeben ist, veranschaulicht wird, wobei 3A eine Tabelle zeigt, die eine Beziehung zwischen gemessenen Reibungskoeffizienten und einer Menge an als das thermoplastische Harz zugegebenem SP-500, bestehend aus Nylon-12, hergestellt von TORAY INDUSTRIES, INC. enthält, und 3B eine Kurve zeigt, in der die gemessenen Werte von 3A aufgetragen sind.
4 zeigt die wärmebehandelten Produkte von Beispiel 1, die eine Beziehung zwischen Oberflächen-Rauhheit und der Menge an zugegebenem thermoplastischem Harz, das dem wärmehärtbaren Harz zuzugeben ist, veranschaulichen, wobei 4A eine Tabelle zeigt, die eine Beziehung zwischen einer gemessenen Oberflächen-Rauhheit und der Menge an als das thermoplastische Harz zugegebenem SP-500, hergestellt aus Nylon-12, enthält, und 4B Kurven zeigt, in denen die gemessenen Werte von 4A aufgetragen sind.
5 zeigt ein Heizmuster bei einer Mischharz-Wärmebehandlung in Beispiel 1, die in einem Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils durchgeführt wurde.
6 ist ein dreidimensionales Bild, das mit einem AFM (atomic force microscope, Rasterkraftmikroskop) erfasst wurde, und das ein Oberflächen-Betrachtungsergebnis eines der wärmebehandelten Produkte von Beispiel 1, die unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines gleitenden Bauteils hergestellt wurden, zeigt.
7 zeigt wärmebehandelte Produkte von Beispiel 2, die eine Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Menge an zugegebenem thermoplastischem Harz, das einem wärmehärtbaren Harz zuzugeben ist, veranschaulichen, wobei 7A eine Tabelle zeigt, die eine Beziehung zwischen gemessenen Reibungskoeffizienten und einer Menge an als das thermoplastische Harz zugegebenem SP-10, bestehend aus Nylon-12, hergestellt von TORAY INDUSTRIES, INC., enthält, und 7B eine Kurve zeigt, in der die gemessenen Werte von 7A aufgetragen sind.
8 zeigt die wärmebehandelten Produkte von Beispiel 2, die eine Beziehung zwischen der Oberflächen-Rauhheit und der Menge an thermoplastischem Harz, das dem wärmehärtbaren Harz zuzugeben ist, veranschaulichen, wobei 8A eine Tabelle zeigt, die eine Beziehung zwischen der gemessenen Oberflächen-Rauhheit und der Menge an als das thermoplastische Harz zugegebenem SP-10, hergestellt aus Nylon-12, enthält, und 8B Kurven zeigt, in denen die gemessenen Werte von 8A aufgetragen sind.
9 ist ein dreidimensionales Bild, das mit einem AFM erfasst wurde, und das ein Oberflächen-Betrachtungsergebnis eines der wärmebehandelten Produkte von Beispiel 2, die unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines gleitenden Bauteils hergestellt wurden, zeigt.
10 zeigt Veränderungen des Oberflächenzustands entsprechend der Menge an zugegebenem SP-10 in einem Fall, in dem aus Nylon-12 hergestelltes SP-10 als das thermoplastische Harz in Beispiel 2 zugegeben wird, wobei 10A ein dreidimensionales Bild zeigt, das mit einem AFM erfasst wurde, das einen Oberflächenzustand in einem Fall zeigt, in dem nur das wärmehärtbare Harz vorliegt und kein SP-10 zugegeben wurde, und 10B bis 10F dreidimensionale AFM-Bilder zeigen, die Oberflächenzustände in Fällen zeigen, in denen die Mengen an zugegebenem SP-10 1 Vol.-%, 3 Vol.-%, 5 Vol.-%, 9 Vol.-%, und 17 Vol.-% betragen.
11 ist ein dreidimensionales Bild, das mit einem AFM erfasst wurde, und das ein Oberflächen-Betrachtungsergebnis des wärmebehandelten Produkts von Beispiel 3, das unter Verwendung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines gleitenden Bauteils hergestellt wurde, zeigt.
12 zeigt Kurven, die eine Beziehung zwischen einem Durchmesser der Grübchen in Harzoberflächen der wärmebehandelten Produkte, die auf der Basis der AFM-Bilder der Beispiele 1 bis 3 bestimmt wurden, und einem Anteil der Grübchen veranschaulichen.
13 ist ein dreidimensionales Bild, das mit einem AFM erfasst wurde, und das ein Ergebnis einer Oberflächenbetrachtung eines Grübchens, das in einer Harz-Beschichtungsschicht eines Films ausgebildet wurde, in einem Fall zeigt, in dem feste Partikel mit einem Partikeldurchmesser im Bereich von 60 bis 150 µm als das thermoplastische Harz verwendet wurden.
14 ist ein dreidimensionales Bild, das mit einem AFM erfasst wurde, und das ein Ergebnis einer Oberflächenbetrachtung wie in 13 zeigt, aber in einem Fall, in dem feste Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 50 µm als das thermoplastische Harz verwendet wurden.

Ausführungsform zur Ausführung der Erfindung
Eine Ausführungsform wird unten detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Außerdem ist zu beachten, dass in einer Mehrzahl der Zeichnungen gleiche oder entsprechende Bereiche mit denselben Bezugsziffern oder Bezugszeichen bezeichnet sind.
[Gleitendes Bauteil und Film auf Substrat des gleitenden Bauteils]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gleitendes Bauteil wie einen Kolben und einen Kolbenring in einer Verbrennungskraftmaschine in einem Automobil oder irgendeinem anderen Transportfahrzeug oder irgendeiner anderen Transportvorrichtung, und ein gleitendes Bauteil wie ein sich drehendes mechanisches Lager oder ein gleitendes Teil in anderen beweglichen Vorrichtungen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Reibungskoeffizienten einer Gleitoberfläche irgendeines der gleitenden Bauteile zu verringern, und die Verschleißfestigkeit, Festfressfestigkeit und das Gleitverhalten der Gleitoberfläche zu verbessern, und die vorliegende Erfindung kann die obige Aufgabe lösen durch gleichzeitiges Ausbilden einer Harz-Beschichtungsschicht und von Grübchen in einem Film, der auf ein Substrat, das das gleitende Bauteil ist, aufgetragen ist, ohne bei der Ausbildung der Grübchen in einer Oberfläche des Films eine Kraft auszuüben oder ohne Verwendung einer Grübchen-Ausbildungsvorrichtung.
Ein auf das Substrat, das ein gleitendes Bauteil ist, aufzutragender Film wird auf dem Substrat ausgebildet durch Mischen einer Mehrzahl von Arten, beispielsweise zwei Arten, von wärmehärtbarem Harz und thermoplastischem Harz mit unterschiedlichen Wärmeverhaltens-Eigenschaften, und Wärmebehandeln des Gemisches. Der so ausgebildete Film hat eine große Anzahl von Grübchen, die spontan und automatisch in einer Oberfläche des Films ausgebildet werden. Eine Harz-Beschichtungsschicht und Grübchen können daher gleichzeitig in dem Film auf dem Substrat ausgebildet werden. Die Grübchen bilden Öl-Reservoire und schaffen ein hervorragendes Öl-Haltevermögen. Das wärmehärtbare Harz und das thermoplastische Harz, die zu verwenden sind, ist jeweils nicht notwendigerweise eine Art von Harz. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Arten thermoplastischer Harze zur Verwendung miteinander kombiniert werden.
Das gleitende Bauteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Gestaltung, bei der der Film einschließlich der Harz-Beschichtungsschicht und der Grübchen auf dem Substrat ausgebildet wird durch Auftragen eines Mischharzes in Form einer Flüssigkeit, in der ein Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz und einem thermoplastischen Harz dispergiert ist, auf eine Gleitoberfläche des Substrats, um dadurch die Harz-Beschichtungsschicht mit den Grübchen auszubilden. Diese Grübchen bilden die Öl-Reservoire, die automatisch in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht ausgebildet werden, ohne irgendeine Grübchen-Ausbildungsvorrichtung zu verwenden.
Andererseits werden Harzmaterialien eingeteilt in ein wärmehärtbares Harz, das durch Wärme aushärtet, und ein thermoplastisches Harz in fester Form, das durch Wärme erweicht. Viele wärmehärtbaren Harze härten beim Erhitzen in einer Wärmebehandlung unter Volumenkontraktion aufgrund von Vernetzungshärtung. Thermoplastische Harze, insbesondere kristalline Harze, unterliegen einer Phasenumwandlung von einer kristallinen Form in eine amorphe Form, wenn sie zum Schmelzen erhitzt werden, und erfahren daher eine reversible Volumenveränderung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Arten von Harz, ein wärmehärtbares Harz und ein thermoplastisches Harz mit unterschiedlichem Wärmeverhalten, fachkundig miteinander kombiniert und vermischt, und ein Mischharz in Form einer Flüssigkeit wird auf eine Oberfläche des Substrats aufgetragen. Wenn das auf das Substrat aufgetragene Mischharz in Flüssigform dann in einer Wärmebehandlung erhitzt (gehärtet) wird, um einen Film auszubilden, wird automatisch der Film mit einer Harz-Beschichtungsschicht und Grübchen auf dem Substrat ausgebildet. Die obige Tatsache ist eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung.
Der auf dem Substrat des gleitenden Bauteils ausgebildete Film ist so ausgeführt, dass er die Harz-Beschichtungsschicht und die Grübchen umfasst, ohne eine Grübchen-Ausbildungsvorrichtung zu verwenden, durch Auftragen eines Mischharzes, das ein Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz in einer flüssigen Form im vermischten Zustand, und einem thermoplastischen Harz in der Form fester Partikel, vor dem Mischen, ist, gefolgt von einer Wärmebehandlung, die es erlaubt, dass die Grübchen gleichzeitig in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht auf dem Substrat ausgebildet werden.
Beispiele für das wärmehärtbare Harz umfassen Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, ungesättigte Polyesterharze, Allylharze, Epoxyharze, Urethanharze und Imidharze.
Außerdem umfassen Beispiele für das thermoplastische Harz, das mit irgendeinem der oben beschriebenen wärmehärtbaren Harze vereinigt wird, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyacetal, Polybutylen-terephthalat, Polyethylenterephthalat, Poly(phenylensulfid), Flüssigkristall-polymer und Polytetrafluorethylen.
Als das zu verwendende thermoplastische Harz wird ein thermoplastisches Harz gewählt, das bei Wärmebehandlung mit einer reversiblen Volumenveränderung erweicht oder schmilzt und in dem wärmehärtbaren Harz gleichförmig dispergiert werden kann.
Der Film auf dem Substrat wird aus der Harz-Beschichtungsschicht und den Grübchen ausgebildet. Die Größe der Grübchen, die in einer Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes, das die Harz-Beschichtungsschicht bildet, ausgebildet werden, ist proportional korreliert zur Größe der festen Partikel des thermoplastischen Harzes, das mit dem wärmehärtbaren Harz gemischt wird, das heißt, die zwei Größen stehen in enger Beziehung zueinander. Die obige Tatsache ist eine andere Erkenntnis der vorliegenden Erfindung.
Die zu verwendenden festen Partikel des thermoplastischen Harzes haben daher eine Größe in der Größenordnung von unterhalb eines Mikrometers bzw. von Sub-Mikrometern bis Mikrometern. Speziell haben die festen Partikel des thermoplastischen Harzes einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser, der beispielsweise von mehreren Mikrometern bis zu mehreren hundert Mikrometern reicht, bevorzugt über 10 Mikrometer bzw. einige 10 Mikrometer. Form und Partikeldurchmesser der Partikel des thermoplastischen Harzes sind nicht auf bestimmte beschränkt, aber sie beeinflussen die Form und Größe der Grübchen in dem Film auf dem Substrat. Die Partikel haben daher bevorzugt eine kugelförmige Form. Wenn die festen Partikel eine kugelförmige Form haben, können die Grübchen, die in der Oberfläche des Films auf dem Substrat ausgebildet werden, im wesentlichen kreisförmig sein, was es erlaubt, dass das thermoplastische Harz, wenn es mit dem wärmehärtbaren Harz vermischt wird, zufriedenstellend verteilt bzw. dispergiert wird.
<Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils>
Als nächstes wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines gleitenden Bauteils beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform zeigt eine Vorgehensweise zur Herstellung eines gleitenden Bauteils, das in einer Verbrennungskraftmaschine oder einer sich drehenden Maschine verwendet wird, und eine Harz-Beschichtungsschicht wird auf einer Oberfläche des gleitenden Bauteils ausgebildet, und Grübchen werden ebenfalls gleichzeitig mit der Harz-Beschichtungsschicht ausgebildet.
Auf die Oberfläche des gleitenden Bauteils aufzutragende Harzmaterialien umfassen ein wärmehärtbares Harz, das durch Hitze härtet, und ein thermoplastisches Harz, das durch Hitze weich wird. Die vorliegende Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils mit einem Substrat und einer darauf ausgebildeten Harz-Beschichtungsschicht durch Auftragen eines Mischharzes, in dem ein Gemisch von zwei Harzarten dispergiert ist, das heißt speziell ein wärmehärtbares Harz und ein thermoplastisches Harz mit unterschiedlichem Verhalten gegenüber Wärme, in einem erforderlichen Volumenverhältnis gemischt, gefolgt von Wärmebehandlung, um nicht nur die Harz-Beschichtungsschicht auf dem Substrat auszubilden, sondern auch gleichzeitig mit der Bildung der Harz-Beschichtungsschicht Grübchen in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht zu erzeugen.
Das wärmehärtbare Harz ist beispielsweise ein Polyamidimid-Harz, ein Imidharz oder ein Epoxyharz in Form einer Flüssigkeit, bevor es mit dem thermoplastischen Harz gemischt wird. Ein zu verwendendes wärmehärtbares Harz hat in vielen Fällen die Begleiterscheinung einer Volumenkontraktion bzw. einer Volumenverminderung, wenn es bei einer thermischen Behandlung aushärtet.
Andererseits ist das mit dem wärmehärtbaren Harz zu mischende thermoplastische Harz ein Polyamidharz, ein Polyethylenharz oder ein Mischpolymer in Form fester Partikel, bevorzugt kugelförmiger fester Partikel, mit einer Größe im Bereich von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern.
Thermoplastische Harze, insbesondere kristalline Harze, machen eine Veränderung von einer kristallinen Form zu einer amorphen Form durch, wenn sie zum Schmelzen erhitzt werden, und erfahren daher eine reversible Volumenänderung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als ein erster Schritt des Verfahrens zur Herstellung des gleitenden Bauteils ein wärmehärtbares Harz 11 in Form einer Flüssigkeit mit einem thermoplastischen Harz 12 in Form fester Partikel in einem Behälter 10 so gemischt, dass das thermoplastische Harz 12 in dem wärmehärtbaren Harz 11 gleichförmig dispergiert ist, und das sich ergebende Gemisch in dem Behälter 10 aufgenommen ist, wie in 1 gezeigt. Um das thermoplastische Harz 12 in Form fester Partikel mit einer Größe im Bereich von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern in dem wärmehärtbaren Harz 11 in Flüssigkeitsform gleichförmig zu dispergieren, wird ein Rührer, eine Knetmischmaschine (keine davon ist gezeigt) oder irgendeine andere ähnliche Vorrichtung verwendet, um ein Mischharz bzw. ein Harzgemisch 13 insgesamt in Form einer Flüssigkeit zu bilden. Ein organisches Lösungsmittel wie N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder gamma-Butyrolacton (GBL) wird zu dem Mischharz 13 in Flüssigkeitsform zugegeben, um die Viskosität des thermoplastischen Harzes 12 einzustellen.
Andererseits muss das thermoplastische Harz 12 lösemittelbeständig sein gegen das Lösungsmittel (N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder gamma-Butyrolacton (GBL) beispielsweise), das zum Verdünnen des wärmehärtbaren Harzes 11 in Flüssigkeitsform verwendet wird. Außerdem hat das thermoplastische Harz 12 wünschenswerterweise eine kugelförmige Gestalt in Anbetracht der Verteilung der festen Partikel in dem wärmehärtbaren Harz 11, und ein Dispergiermittel oder ein Stabilisiermittel zum Stabilisieren der festen Partikel, und selbst ein Antischaummittel, das verhindert, dass Blasen gebildet werden wenn das Mischharz in Flüssigkeitsform aufgetragen wird, können verwendet werden, wie es angemessen ist.
Die Größe der in einer Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes ausgebildeten Mikrogrübchen steht in engem Zusammenhang mit der Größe der dispergierten festen Partikel, speziell sind sie proportional miteinander korreliert. Das thermoplastische Harz 12 wird so ausgewählt, dass die festen Partikel eine Größe in der Größenordnung von Sub-Mikrometern bis Mikrometern haben. Eine durchschnittliche Größe der festen Partikel (durchschnittlicher Partikeldurchmesser) wird geeignet ausgewählt, beispielsweise von Werten im Bereich von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern.
Als ein zweiter Schritt wird dann das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform, das das Gemisch aus dem wärmehärtbaren Harz 11 in Flüssigkeitsform und dem thermoplastischen Harz 12 in Form fester Partikel ist, auf eine Oberfläche eines Substrats 16 eines gleitenden Bauteils 15 aufgetragen, wie in 2A gezeigt, indem ein Beschichten, Sprühen, Schablonendruck oder irgendein anderes geeignetes Verfahren verwendet wird. Bei einem derartigen Auftragungsvorgang wird ein Film 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform mit einer gleichmäßigen Dicke im Bereich von etwa einigen bzw. mehreren Mikrometern bis einigen bzw. mehreren zehn Mikrometern ausgebildet.
Das Substrat 16 ist aus einem Material hergestellt, das thermisch stabil ist bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur, bei der das wärmehärtbare Harz 11 hitzebeständig ist, beispielsweise einem Material auf Stahlbasis oder einem Material auf Aluminiumbasis. Wenn die Haftung zwischen dem Substrat 16 und dem Mischharz 13 in Flüssigkeitsform unzureichend ist, kann die Oberflächen-Kontaktfläche erhöht werden durch Ausbilden von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Substrats, oder es kann an der Oberfläche des Substrats eine Oberflächenbehandlung durchgeführt werden.
Als ein dritter Schritt wird nach dem Auftragen des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform auf das Substrat 16, um den Film 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform auszubilden, eine Wärmebehandlung durchgeführt, so dass der Film 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als oder die gleiche ist wie der Schmelzpunkt (Aufschmelzpunkt) T₁ des thermoplastischen Harzes 12. Die Wärmebehandlung erhöht die Temperatur des thermoplastischen Harzes 12 über den Schmelzpunkt T₁ hinaus, um zu veranlassen, dass die festen Partikel einer Wärmeausdehnung unterliegen, wie in 2B gezeigt.
Danach wird eine weitere Wärmebehandlung durchgeführt bei einer Temperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12, und die höher ist als oder die gleiche ist wie die Aushärtungs(start)-Temperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes 11, wie in 2C gezeigt, um die Härtung des wärmehärtbaren Harzes 11 unter Volumenkontraktion, begleitet von der Verfestigung, einzuleiten. Die das Härten des wärmehärtbaren Harzes 11 begleitende Volumenkontraktion verändert das Kräftegleichgewicht, was zu einer Volumenverformung des thermoplastischen Harzes 12 führt.
Danach, wenn das auf die Oberfläche des Substrats 16 aufgetragene Mischharz abgekühlt wird, verringert die reversible Volumenveränderung (Kontraktion) des thermoplastischen Harzes dessen Volumen, und ein Teil der Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes wird von innen her gezogen. Eine Wirkung der Zugspannung, die von dem thermoplastischen Harz 12 erzeugt wird, führt zur Bildung eines Films 21 aus dem Mischharz 13 in Flüssigkeitsform, der auf dem Substrat 16 ausgebildet ist wie in 2D gezeigt. Der Film 21 auf dem Substrat 16 ist aus einer Harz-Beschichtungsschicht 19 und einer großen Anzahl von (Mikro)Grübchen 20 ausgebildet, und bildet eine Gleitoberfläche des gleitenden Bauteils 15. Die Größe und Form der Grübchen 20 sind im wesentlichen mit der Größe und Form der festen Partikel des thermoplastischen Harzes korreliert.
Im Hinblick auf den oben beschriebenen Prozess wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren als das wärmehärtbare Harz 11 ein Harz so ausgewählt, dass es bei einer Temperatur härtet, die leicht höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12, wobei der Temperaturunterschied weniger als 50°C ist. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Härtungsprozess bei einer Temperatur ausgeführt wird, die viel höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12, beispielsweise einer Temperatur, die um 50°C höher ist als der Schmelzpunkt T₁, die Fluidität des thermoplastischen Harzes 12 steigt, was es schwierig macht, die ursprüngliche Form des thermoplastischen Harzes 12 in dem wärmehärtbaren Harz 11 beizubehalten, was zu einer Verformung der in der Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes 11 ausgebildeten Grübchen führt.
2 (2A bis 2D) zeigt einen Wärmebehandlungszustand, unter dem das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform auf die Oberfläche des Substrats 16 des gleitenden Bauteils 15 aufgetragen ist, und einen Bildungsmechanismus der (Mikro)Grübchen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das zu verwendende Mischharz 13 in Flüssigkeitsform ein Gemisch aus dem wärmehärtbaren Harz 11 in Flüssigkeitsform und dem thermoplastischen Harz 12 in fester Form, die in einem erforderlichen Volumenverhältnis gemischt sind.
Zuerst wird das gleichförmig gemischte Mischharz 13 in Flüssigkeitsform bis zu einer notwendigen festgelegten Dicke auf die Oberfläche des Substrats 16 des gleitenden Bauteils 15 aufgetragen, um dadurch auf dem Substrat 16 den Film 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform auszubilden, wie in 2A gezeigt, und dann wird das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12, um das thermoplastische Harz 12 zu veranlassen, eine Wärmeausdehnung durchzumachen, wie in 2B gezeigt.
Während das Erwärmen auf eine Temperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt T₁, die festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 dazu veranlasst, eine Wärmeausdehnung durchzumachen, veranlasst das Erwärmen auf eine Temperatur, die höher ist als oder die gleiche ist wie die Härtungsstarttemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes 11, eine Phasenumwandlung des wärmehärtbaren Harzes 11 von flüssig zu fest, wie in 2C gezeigt, gefolgt von einem Härten bzw. Vernetzen des wärmehärtbaren Harzes 11, was zu einer Volumenkontraktion führt, die das Kräftegleichgewicht in dem thermoplastischen Harz 12 gefährdet, und die festen Partikel verformen sich, während sie der Wärmeausdehnung unterliegen.
Als nächstes erfahren die festen Partikel, während das natürliche oder künstliche Abkühlen stattfindet, eine reversible Volumenveränderung, und ihr Volumen zieht sich zusammen. Wenn die festen Partikel auf eine Temperatur abgekühlt werden, die niedriger ist als oder die gleiche ist wie der Schmelzpunkt T₁, werden die festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 fest aufgrund der reversiblen Volumenveränderung, was zu einer Volumenkontraktion und Verformung führt. Daher wird ein Teil der Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes 11 von innen her von den inneren festen Partikeln gezogen. Das thermoplastische Harz 12 übt daher eine Zugspannung aus.
Als ein Ergebnis werden die Mikrogrübchen 20 automatisch in der Harz-Beschichtungsschicht des Films 21, speziell in der Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes, das heißt der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht 19 ausgebildet, wie in 2D gezeigt. Auf diese Weise wird der Film 21, der von der Harz-Beschichtungsschicht 19 und den Mikrogrübchen 20 gebildet wird, auf dem Substrat 16 erzeugt. Der auf das Substrat 16 in einem Wärmebehandlungsprozess (d.h. Härtungsprozess) aufgetragene Film 21 hat eine Dicke im Bereich von, beispielsweise, etwa 5 bis 20 µm.
Als nächstes werden spezielle Beispiele des Verfahrens zur Herstellung eines gleitenden Bauteils beschrieben.
[Beispiel 1]
Beispiel 1 zeigt einen Fall, in dem ein Polyamid-imid-Harz, das nach der Wärmehärtung hochgradig wärmestabil ist und ungeachtet einer hohen Temperatur von überragender Gleitfähigkeit ist, als das wärmehärtbare Harz 11 verwendet wurde, und N-Methyl-2-pyrrolidon als ein Primärlösungsmittel in dem Polyamid-imid-Harz gelöst wurde. Die Wärmehärtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes 11 hängt von seiner Zusammensetzung ab, und das wärmehärtbare Harz 11 wurde so gewählt, dass seine Härtungstemperatur relativ niedrig war und das wärmehärtbare Harz bei 180°C auszuhärten begann.
Als das thermoplastische Harz 12, das mit dem wärmehärtbaren Harz 11 gemischt und darin dispergiert wird, wurden feste Partikel verwendet, die aus Nylon-12 (hergestellt von TORAY INDUSTRIES, INC.) (Sorte: SP-500, durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 5 µm) hergestellt waren. In einem Fall wurden keine festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 zugegeben, und in anderen Fällen wurden 1, 3, 5, 9, bzw. 17 Vol.-% feste Partikel des thermoplastischen Harzes 12 zugegeben. Die 3 und 4 zeigen Ergebnisse der Beziehung zwischen einem Reibungskoeffizienten und einer Menge an hinzugefügtem SP-500, bzw. einer Oberflächen-Rauhheit und einer Menge an hinzugefügtem SP-500, die mit einem Ball-on-Disk-Testgerät gemessen wurden.
3A zeigt gemessene Werte des Reibungskoeffizienten bezüglich der Menge an hinzugefügtem SP-500, und 3B zeigt eine Kurve, die die gemessenen Werte repräsentiert.
3 (3A und 3B) zeigt, dass ein Hinzufügen von SP-500 in einer Menge, die größer ist als oder gleich 3 Vol.-%, für einen kleineren Reibungskoeffizienten und daher ausgezeichnetere Gleit- und Rutscheigenschaften als jene, die erhalten wurden, wenn kein SP-500 zugefügt wurde, sorgt.
4 repräsentiert eine Beziehung zwischen der Menge an zugegebenem SP-500 und der Oberflächen-Rauhheit auf der Basis einer JIS (B0601-1994)-Norm. 4A ist eine Tabelle, die gemessene Werte der Oberflächen-Rauhheit bezüglich der Menge an zugegebenem SP-500 enthält, und 4B zeigt Kurven, die die gemessenen Werte repräsentieren.
4 (4A und 4B) zeigt, dass die Oberflächen-Rauhheit, speziell die maximale Höhe (Ry), die durchschnittliche Zehnpunkt-Rauhtiefe (Rz) und die arithmetische durchschnittliche Rauhheit bzw. Rautiefe (Ra), im wesentlichen in einem linearen Verhältnis zu der Menge an zugegebenen festen Partikeln des thermoplastischen Harzes größer wird.
Als nächstes wird als ein anderes spezifisches Beispiel ein Fall beschrieben, in dem 9 Vol.-% der SP-500-klassierten kugelförmigen festen Partikeln zugegeben wurden als das aus einem Nylon-12-Harz hergestellte thermoplastische Harz 12, das mit dem aus dem Polyamid-imid-Harz hergestellten wärmehärtbaren Harz 11 gemischt und darin dispergiert wird, gefolgt von einer Wärmebehandlung.
Die festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 waren im wesentlichen kugelförmige feste Partikel mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 165 bis 171°C, einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 µm und einer Schüttdichte im Bereich von 3,5 bis 5,0 cc/g.
Das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform wurde hergestellt durch Zugeben von 9 Vol.-% der festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 µm zu dem aus dem Polyamid-imid(PAI)-Harz hergestellten wärmehärtbaren Harz 11, und durch Mischen der zwei Harze in einer solchen Weise, dass die festen Partikel dispergiert wurden in dem wärmehärtbaren Harz, das dann auf das Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15, beispielsweise ein Eisensubstrat, aufgetragen wurde, gefolgt von zwei Arten von Wärmebehandlung.
Eine der Wärmebehandlungen war eine zweistündige Wärmebehandlung bei 140°C (Wärmebehandlungsprozess), und die andere Wärmebehandlung war eine zweistündige Wärmebehandlung (d.h. Härtung), bei der die Wärmebehandlung bei 180°C (T₃) durchgeführt wurde, wie in 5 gezeigt. Hierin kann dieser Wärmebehandlungsprozess als Härtungsprozess bezeichnet werden.
In dem Fall, in dem das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform in Beispiel 1 zwei Stunden lang bei 180°C (T₃) wärmebehandelt wurde, wurden unter einem REM (Rasterelektronenmikroskop) in der Harzoberfläche ausgebildete Mikrogrübchen beobachtet, selbst wenn die Wärmebehandlungsdauer 10 Minuten betrug. Da jedoch das Polyamid-imid(PAI)-Harz, aus dem das wärmehärtbare Harz 11 hergestellt ist, nicht vollständig aushärtet wenn die Wärmebehandlungsdauer 10 Minuten beträgt, ist es erforderlich, dass eine notwendige Wärmebehandlungsdauer wünschenswerterweise mindestens 30 Minuten beträgt. Außerdem verändern sich die physikalischen Eigenschaften des Harzes nicht, selbst wenn das Harz für eine Wärmebehandlungsdauer, die gleich zwei Stunden oder länger ist, erhitzt wird, und daher macht es keinen Sinn, die Wärmebehandlungsdauer weiter zu verlängern. Deshalb kann gesagt werden, dass eine Erwärmungsdauer von mindestens 30 Minuten ausreicht, um die Mikrogrübchen 20 bei der Wärmebehandlungstemperatur von 180°C zu bilden.
Andererseits wurde (1) bei der Wärmebehandlung für zwei Stunden (Wärmebehandlungsdauer) bei 140°C in der Oberfläche der aus dem Mischharz hergestellten Harz-Beschichtungsschicht kein Grübchen ausgebildet, und die Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht blieb glatt.
(2) Bei der Wärmebehandlung für zwei Stunden bei 180°C demonstriert ein Oberflächen-Betrachtungsergebnis auf der Basis eines AFM (atomic force microscope, Rasterkraftmikroskop)-Bilds, das in 6 gezeigt ist, dass die Grübchen (Mikrogrübchen) 20 statistisch in der Oberfläche des Mischharzes ausgebildet waren, und dass die Grübchen einen Durchmesser von etwa 5 µm hatten, was im wesentlichen gleich dem Durchmesser der kugelförmigen festen Partikel des innerhalb der Harzoberfläche eingemischten thermoplastischen Harze 12 ist, und eine Tiefe von etwa 1 µm hatten.
Danach wurde das auf das Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15 aufgetragene flüssige Mischharz 13 bei den verschiedenen Temperaturen wärmebehandelt, und es wurden Querschnitte der sich ergebenden Strukturen betrachtet (nicht gezeigt). (1) Bei der Wärmebehandlung für zwei Stunden bei 140°C verblieben die aus Nylon-12 hergestellten kugelförmigen festen Partikel (können hierin im folgenden als Nylonpartikel bezeichnet werden) des thermoplastischen Harzes 12 in der Harz-Beschichtungsschicht 19 als dieselben kugelförmigen festen Partikel wie vor dem Hinzufügen und Mischen. (2) Bei der Wärmebehandlung für zwei Stunden bei 180°C wurden die Nylonpartikel jedoch in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 16 zerdrückt und zu einer elliptischen Form verformt.
In dem Mischharz 13 in Flüssigkeitsform, das hergestellt wurde durch Einmischen der festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 in das wärmehärtbare Harz 11, wurden die Mikrogrübchen 20 in nachvollziehbarer Weise durch die Verformung der festen Partikel des thermoplastischen Harzes, die sich ergab aus ihrer reversiblen Volumenveränderung, die gemeinsam mit dem Aushärten des wärmehärtbaren Harzes 11 auftrat, ausgebildet.
Wie oben beschrieben, konnten durch Durchführen der Wärmebehandlung zur Erwärmung der Harz-Beschichtungsschicht 19, die ausgebildet wurde durch Auftragen des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform auf die Oberfläche des Substrats 16 des gleitenden Bauteils 15, auf eine Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12 und gleich der Aushärtungsstarttemperatur T₂ oder höher als die Aushärtungsstarttemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes 11 war, die (Mikro)Grübchen 20, die im wesentlichen proportional mit der Größe der festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 korrelierten, gleichzeitig in der Harz-Beschichtungsschicht 19, die auf der Oberfläche des Substrats 16 in einem Wärmebehandlungsprozess ausgebildet wurde, ausgebildet werden.
Daher können die Harz-Beschichtungsschicht 19 und die Grübchen 20 gleichzeitig ohne Verwendung irgendeiner Grübchen-Ausbildungsvorrichtung als der Film 21 auf dem Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15 ausgebildet werden. Darüber hinaus hat die Harz-Beschichtungsschicht 19 nicht nur Schmierungseigenschaften, die für das Harz spezifisch sind, sondern hat auch ein hervorragendes Öl-Haltevermögen weil die Grübchen 20 in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht 19 als Ölreservoire wirken, und dadurch kann das gleitende Bauteil 15 für eine verbesserte Festfressfestigkeit, eine verbesserte Verschleißfestigkeit und verbesserte Gleiteigenschaften sorgen.
[Beispiel 2]
Zur Herstellung des auf die Oberfläche des Substrats 16 des gleitenden Bauteils 15 aufzutragenden Mischharze 13 in Flüssigkeitsform wurde dasselbe Polyamidimid(PAI) wie das von Beispiel 1 als das wärmehärtbare Harz 11 verwendet, und aus Nylon-12 hergestellte kugelförmige feste Partikel (hergestellt von TORAY INDUSTRIES, INC.) (Sorte bzw. Qualität: SP-10, durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 10 µm) wurden als das thermoplastische Harz 12, das mit dem wärmehärtbaren Harz 11 zu mischen und darin zu dispergieren ist, verwendet. In einem Fall wurde kein festes Partikel des thermoplastischen Harzes 12 zugegeben, und in einem anderen Fall wurden 1, 3, 5, 9, bzw. 17 Vol.-% feste Partikel des thermoplastischen Harzes 12 zugegeben. Die 7 und 8 zeigen Ergebnisse des Reibungskoeffizienten und der Oberflächen-Rauhheit bzw. Oberflächen-Rautiefe, die mit einem Ball-on-Disk-Testgerät gemessen wurden, bezüglich der Menge an zugegebenem SP-10.
7A ist eine Tabelle, die die gemessenen Werte des Reibungskoeffizienten bezüglich der Menge an zugegebenem SP-10 repräsentiert, und 7B zeigt eine Kurve, die die gemessenen Werte repräsentiert.
Aus 7 (7A und 7B) findet man heraus, dass durch die Zugabe des SP-10 in einer Menge, die gleich oder größer als 3 Vol.-%, aber kleiner als oder gleich etwas mehr als 10 Vol.-% war, ein kleiner Reibungskoeffizient und daher ein hervorragendes Gleitverhalten bereitgestellt werden konnte.
8 zeigt eine Beziehung zwischen der Menge an zugegebenem SP-10 und der Oberflächen-Rauhigkeit auf der Basis der JIS (B0601-1994)-Norm, wobei 8A eine Tabelle ist, die gemessene Werte der Oberflächen-Rauheit bezüglich der Menge des zugegebenen SP-10 enthält, und 8B Kurven zeigt, die die gemessenen Werte repräsentieren.
8 (8A und 8B) zeigt, dass die Oberflächen-Rauheit, speziell die maximale Höhe (Ry), die durchschnittliche Zehnpunkt-Rautiefe (Rz), und die arithmetische durchschnittliche Rauheit (Ra) in im wesentlichen linearem Verhältnis zur Menge der zugegebenen festen Partikel des thermoplastischen Harzes größer werden.
Als nächstes wird als ein weiteres spezifisches Beispiel ein Fall beschrieben, in dem 9 Vol.-% der SP-10-klassierten kugelförmigen festen Partikel (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 10 µm) als das thermoplastische Harz, das mit dem wärmehärtbaren Harz 11 zu mischen und darin zu dispergieren ist, zugegeben wurden, gefolgt von einer Wärmebehandlung.
In dem Fall, in dem die kugelförmigen festen Partikel des thermoplastischen Harzes einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm haben, ergeben die festen Partikel tatsächlich einen Partikeldurchmesser im Bereich von 6,0 bis 14,0 µm, eine Schüttdichte im Bereich von 2,0 bis 4,0 cc/g und einen Schmelzpunkt im Bereich von 165°C bis 171°C.
Das Mischverfahren der Herstellung des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform, und das Verfahren zum Aufbringen des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform auf das Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15, die in dem beschriebenen Beispiel verwendet wurden, waren dieselben wie diejenigen im Beispiel 1, und der auf das Substrat 16 aufgebrachte Film 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform wurde zwei Stunden lang bei 180°C wärmebehandelt.
Nachdem der auf das Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15 aufgetragene Film 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform wärmebehandelt worden war, waren durch Oberflächenbetrachtung auf der Basis eines (dreidimensionalen) AFM-Bilds, wie in 9 gezeigt, in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht 19, die aus dem wärmebehandelten Mischharz 13 in Flüssigkeitsform hergestellt war, (Mikro)Grübchen 20, von denen jedes einen Durchmesser von etwa 10 µm und eine Tiefe von etwa 2 µm hatte, zu sehen. Eine Betrachtung im Querschnitt der auf die Oberfläche des Substrats 16 des gleitenden Bauteils 15 aufgetragenen Harz-Beschichtungsschicht 19 des Films 18 aus Mischharz in Flüssigkeitsform zeigt Grübchen 20, die sich durch die Verformung des thermoplastischen Harzes ergeben, wie bei der Querschnitts-Betrachtung in Beispiel 1.
[Beziehung zwischen gleitender Oberfläche und Reibungskoeffizient]
10 veranschaulicht Ansichten, bei denen sich der Oberflächenzustand des auf die Oberfläche des Substrats 16 aufgetragenen Films 21 entsprechend der Menge an zugegebenen festen Partikeln des thermoplastischen Harzes 12 verändert, wobei 10A einen Oberflächenzustand in einem Fall zeigt, in dem nur das Polyamid-imid(PAI)-Harz, welches das wärmehärtbare Harz ist, vorhanden ist, und die 10B bis 10F dreidimensionale AFM-Bilder von Oberflächenzuständen in Fällen zeigen, in denen SP-10-klassiertes thermoplastisches Harz in erforderlichen Mengen zu dem PAI-Harz zugegeben ist. In 10 zeigt 10B den Oberflächenzustand in einem Fall, in dem die Menge an zugegebenem SP-10 1 Vol.-% ist, 10C zeigt den Oberflächenzustand in einem Fall, in dem die Menge an zugegebenem SP-10 3 Vol.-% ist, 10D zeigt den Oberflächenzustand in einem Fall, in dem die Menge an zugegebenem SP-10 5 Vol.-% ist, 10E zeigt den Oberflächenzustand in einem Fall, in dem die Menge an zugegebenem SP-10 9 Vol.-% ist, und 10F zeigt den Oberflächenzustand in einem Fall, in dem die Menge an zugegebenem SP-10 17 Vol.-% ist.
Die 10A bis 10F zeigen an, dass sich der Oberflächenzustand des Films 21 allmählich verändert von einem glatten flachen Zustand zu einem Zustand, in dem die Größe der Unregelmäßigkeiten (Verhältnis von Ausbuchtungen zu Einbuchtungen) zunimmt wenn die Menge an zugegebenen thermoplastischen SP-10-klassiertem Harz zunimmt.
Für die Beschreibung der Gleiteigenschaften des Substrats 16 ist es wichtig, die Stribeck-Kurve zu verstehen. Die Stribeck-Kurve kann grob in die folgenden drei Gebiete eingeteilt werden: Grenzschmierung; Mischschmierung; und hydrodynamische Schmierung.
Wenn sich Schmieröl zwischen gleitenden Oberflächen befindet und jede der gleitenden Oberflächen eine hochglanzpolierte Oberfläche ist, wird ein dünner Ölfilm zwischen den gleitenden Oberflächen gebildet, und der Reibungskoeffizient wird minimiert (hydrodynamische Schmierung). Wenn jedoch der Oberflächendruck zunimmt wird die Dicke des Ölfilms unzureichend, was zum Auftreten von Festkörperkontakt und einer Zunahme des Reibungskoeffizienten (µ) führt (Mischschmierung). Wenn es in dieser Situation Mikrogrübchen gibt, wird in Vertiefungen festgehaltenes Öl dem Raum zwischen den gleitenden Oberflächen zugeführt und verhindert, dass die Dicke des Ölfilms unzureichend wird (verhindert, dass der Reibungskoeffizient zunimmt)(hydrodynamische Schmierung).
Die folgende Tabelle zeigt eine typische Beziehung zwischen einer gleitenden Oberfläche eines Substrats und dem Reibungskoeffizienten.
[Tabelle 1] Beziehung zwischen gleitender Oberfläche und Reibungskoeffizient
Unter Berücksichtigung der Oberflächenzustände des in 10 gezeigten Substrats 16 ist davon auszugehen, dass, wenn die Menge an zugegebenen festen Partikeln zunimmt, die makroskopische Oberflächenrauheit des Films (Harzbeschichtung) 21 zunimmt, und dass die nachteilige Wirkung einer Zunahme der Festkörperkontaktfläche (tatsächliche Kontaktfläche) aufgrund der Zunahme der Oberflächenrauheit auf den Reibungskoeffizienten größer wird als die absenkende Wirkung der (Mikro)Vertiefungen auf den Reibungskoeffizienten.
[Beispiel 3]
Beispiel 3 ist ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel.
Zur Herstellung des auf die Oberfläche des Substrats 16 des gleitenden Bauteils 15 aufzutragenden Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform wurde als das wärmehärtbare Harz 11 dasselbe Polyamid-imid-Harz wie das in Beispiel 1 verwendet, und aus Nylon-6 hergestellte kugelförmige feste Partikel (hergestellt von TORAY INDUSTRIES, INC.) (Sorte: TR-2) wurden in einer Menge von 9 Vol.-% zu dem mit dem wärmehärtbaren Harz 11 zu mischenden und darin zu dispergierenden thermoplastischen Harz 12 zugegeben.
Die kugelförmigen festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 haben einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser im Bereich von 17 bis 23 µm, eine Schüttdichte im Bereich von 2,5 bis 4,5 cc/g, und einen Schmelzpunkt im Bereich von 210°C bis 220°C.
Das Mischverfahren zur Herstellung des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform und das Verfahren zum Aufbringen des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform auf das Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15, die in Beispiel 3 verwendet wurden, waren dieselben wie diejenigen in Beispiel 1. Das auf das Substrat 16 aufgebrachte Mischharz 13 in Flüssigkeitsform wurde zwei Stunden lang bei 250°C wärmebehandelt oder gehärtet. Die Temperatur, bei der das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform wärmebehandelt wurde, war um etwa 30°C höher als der Schmelzpunkt der Nylon-Partikel des thermoplastischen Harzes 12.
11 repräsentiert ein Ergebnis einer AFM-Betrachtung eines wärmebehandelten Produkts nach der Wärmebehandlung des auf das Substrat 16 des gleitenden Bauteils 15 aufgetragenen Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform. Es wurden in der Harzoberfläche der Harz-Beschichtungsschicht 19 auf dem Substrat 16, das der Wärmebehandlung unterzogen worden war, ausgebildete Grübchen 20, von denen jedes einen Durchmesser von etwa 20 µm und eine Tiefe von etwa 4 µm hatte, beobachtet.
Bei der Betrachtung im Querschnitt wird eine Verformung eines Teils der zugegebenen Nylon-Partikel des thermoplastischen Harzes 12 beobachtet, aber das Ausmaß der Verformung war größer als das in den Beispielen 1 und 2, und die verformte Gestalt ist nicht gleichmäßig, sondern verzerrt. Der Grund für diese Gegebenheit liegt vermutlich in der Tatsache, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt wurde, die um etwa 30°C höher war als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes, was ein relativ großer Temperaturunterschied ist, der zu einer Zunahme der Fluidität und daher zu einer Zunahme des Ausmaßes an Verformung, verglichen mit dem denjenigen in den Beispielen 1 und 2, führt.
Als ein Ergebnis der Betrachtung der Oberflächenzustände der in den Beispielen 1 bis 3 gebildeten Filme, betrachtet unter einem AFM, zeigt 12 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen dem Mikrogrübchen-Durchmesser ϕ (µm), bestimmt auf der Basis der AFM-Bilder, und dem Anteil der Mikrogrübchen (Vol.-%) repräsentiert.
Durch 12 und auf der Basis der Analyse und Messung der AFM-Bilder wird bestätigt, dass die Form der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht jedes der Filme ausgebildeten Mikrogrübchen stark und proportional korreliert ist mit der Form der kugelförmigen festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 in dem wärmehärtbaren Harz 11.
In 12 bezeichnet Bezugszeichen A eine Durchmesser-Verteilung der Grübchen in einem Fall, in dem die SP-500-klassierten festen (Nylon-12) Partikel zu dem thermoplastischen Harz 12 zugegeben wurden. Bezugszeichen B bezeichnet eine Durchmesser-Verteilung der Grübchen in einem Fall, in dem die SP-10-klassierten festen (Nylon-12) Partikel zu dem thermoplastischen Harz 12 zugegeben wurden. Bezugszeichen C bezeichnet eine Durchmesser-Verteilung der Grübchen in einem Fall, in dem die TR-2-klassierten festen (Nylon-6) Partikel zu dem thermoplastischen Harz 12 zugegeben wurden.
<Beziehung zwischen dem Durchmesser der Grübchen und dem Durchmesser der festen Partikel des thermoplastischen Harzes>
Das Mischharz 13 in Flüssigkeitsform, das ein Gemisch eines thermoplastischen Harzes mit einem wärmehärtbaren Harz ist, wird auf das Substrat 16 aufgetragen und wärmebehandelt (gehärtet), um auf dem Substrat 16 den aus dem Mischharz hergestellten Film 21 auszubilden. Es wurde festgestellt, ob es einen Partikeldurchmesser-Bereich gibt, über den der Grübchendurchmesser der in der Oberfläche des Films 21 auf dem Substrat 16 ausgebildeten Grübchen 20 im wesentlichen gleich dem Partikeldurchmesser der festen Partikel des zugegebenen thermoplastischen Harzes 12 ist oder nicht, was getestet und überprüft wurde unter Verwendung von aus Nylon-12 hergestellten festen Partikeln, die hergestellt wurden von Daicel-Evonik Ltd. (Sorte: VESTOSINT 1111, VESTOSINT 2157) als das thermoplastische Harz 12, wie in den Beispielen 1 bis 3.
Das Überprüfen wurde durchgeführt unter Verwendung von aus Nylon-12 hergestellten festen Partikeln, die von Daicel-Evonik Ltd. hergestellt wurden und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mindestens 50 µm hatten, als die festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12. Es wurde eine Oberflächenbetrachtung des Films 21 unter einem AFM durchgeführt, und es wurden dreidimensionale Bilder hergestellt, wie in den 13 und 14 gezeigt. Durch die Analyse der Bilder wurde bestätigt, dass der Film 21 Vertiefungen (Grübchen) 20 hat, die in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht 19 ausgebildet sind und dem Partikeldurchmesser der festen Partikel entsprechen, selbst wenn die VESTOSINT-1111-klassierten festen Partikel mit einem Durchmesser der festen Partikel im Bereich von 60 bis 150 µm verwendet wurden, und selbst wenn die VESTOSINT-2157-klassierten festen Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 50 µm (kleiner als oder gleich 100 µm) verwendet wurden, wie in 13 gezeigt.
Es wird daher bestätigt, dass die Grübchen 20 in dem Film 21, die erzeugt werden durch Auftragen des Mischharzes 13 in Flüssigkeitsform, das ein Gemisch des wärmehärtbaren Harzes 11 mit dem thermoplastischen Harz 12 ist, gefolgt von Wärmebehandeln (Wärmebehandlungsprozess), gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht 19 ausgebildet werden können, und dass der Durchmesser der Grübchen 20 proportional korreliert ist mit dem Partikeldurchmesser der festen Partikel, selbst wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser der festen Partikel des zugegebenen thermoplastischen Harzes 50 µm oder größer ist.
<Zur Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht und der Grübchen notwendige Bedingungen>
Schließlich werden hierin unten die Bedingungen, die notwendig sind zur Ausbildung der (Mikro)Grübchen 20 in dem Film 21, der auf die Oberfläche des Substrats 16 aufgetragen und dann wärmebehandelt (gehärtet) wird, gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht 19, beschrieben.
Die folgenden Punkte müssen erfüllt werden als eine Zusammenfassung der Bedingungen, die zur Ausbildung der (Mikro)Grübchen 20 in dem Film 21 gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht 19 notwendig sind.
1. Es muss ein Gemisch des wärmehärtbaren Harzes 11 und des thermoplastischen Harzes 12 verwendet werden.
Das wärmehärtbare Harz 11 und das thermoplastische Harz 12, die zu verwenden sind, sind jeweils nicht auf eine Art beschränkt. Beispielsweise kann das zugegebene thermoplastische Harz 12 von einer Vielzahl von (beispielsweise mehreren Arten von) Harzen gebildet werden.
2. Das wärmehärtbare Harz 11 ist vor dem Mischen ein Harzmaterial in Form einer Flüssigkeit, die beim Erwärmen aushärtet.
3. Das thermoplastische Harz 12 ist vor dem Mischen in der Form fester Partikel.
Das thermoplastische Harz 12 wird von festen Partikeln gebildet, und kugelförmige Partikel sind bevorzugt, weil sie hervorragend sind, wenn sie gleichförmig mit dem wärmehärtbaren Harz 11 vermischt und darin dispergiert werden.
4. Der Schmelzpunkt (T₁) des thermoplastischen Harzes 12 und die Härtungstemperatur (T₂) des wärmehärtbaren Harzes erfüllen die Gleichung T₁ < T₂.
Ein Mischharz (Gemisch), das hergestellt wird durch Vermischen des wärmehärtbaren Harzes 11 mit dem thermoplastischen Harz 12, wird wärmebehandelt bei einer Temperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes, und die höher ist als oder die gleiche ist wie die Härtungstemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes.
5. Die Temperatur, bei der das Gemisch bei den erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelt wird (Wärmebehandlungstemperatur) (T₃), steht wie folgt in Beziehung zu der Härtungstemperatur (T₂) des wärmehärtbaren Harzes 11 und zu dem Schmelzpunkt (T₁) des thermoplastischen Harzes 12: $T_{2} \leq T_{3} < T_{1} + 50 ° .$
Durch Durchführen der Wärmebehandlung des in dem wärmehärtbaren Harz 11 dispergierten thermoplastischen Harzes 12 bei der Wärmebehandlungstemperatur T₃ werden die festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 verformt, und bei der Grübchenbildung, bei der die Grübchen auf der Oberfläche des wärmehärtbaren Harzes ausgebildet werden, ist es erforderlich, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12, wo die festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 eine reversible Volumenänderung durchmachen, und die höher ist als oder die gleiche ist wie die Härtungstemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes 11.
In dem Fall, in dem die Temperatur T₃, bei der das Gemisch (Mischharz) wärmebehandelt wird, um 50°C höher ist als der Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes 12, das heißt, wenn die Wärmebehandlung bei einer Wärmebehandlungstemperatur von T₃ (T₃ > T₁ + 50°C) durchgeführt wird, nimmt die Verformung oder Fluidität des thermoplastischen Harzes 12 zu, und daher werden die beabsichtigten Grübchen nicht in der Harzoberfläche ausgebildet.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren werden die Form und Größe der in der Harzoberfläche des Gemisches (Mischharzes) ausgebildeten Grübchen definiert (oder festgelegt) durch die Form und den Partikeldurchmesser der festen Partikel des in dem wärmehärtbaren Harz in Flüssigkeitsform dispergierten thermoplastischen Harzes 12 vor dem Mischen. Wenn die festen Partikel eine kugelförmige Form haben werden im wesentlichen kreisförmige oder elliptische Grübchen erzeugt. Außerdem wird die Verteilung der in der Harzoberfläche des Gemisches ausgebildeten Grübchen definiert (oder festgelegt) durch die Menge an zugegebenem thermoplastischem Harz 12.
Darüber hinaus können, da die Form und Größe der in der Harzoberfläche des Gemisches (Mischharzes) ausgebildeten Grübchen durch die Größe und Form der einzumischenden festen Partikel des thermoplastischen Harzes 12 definiert (oder festgelegt) werden, und die Verteilung der Grübchen durch die Menge an zugegebenem thermoplastischem Harz 12 definiert (oder festgelegt) wird, die Größe und Verteilung der Grübchen 20 passend eingestellt werden auf der Basis einer Gleitgeschwindigkeit, einer Belastung, einer Viskosität eines Schmiermittels wie eines Schmieröls, und einer Vielfalt anderer Bedingungen, wodurch das Gleitverhalten des Films 21 mit den Grübchen 20 verbessert wird.
Außerdem können die Harz-Beschichtungsschicht 19 und die Grübchen 20 gleichzeitig in dem Film 21, ohne eine separate Grübchen-Ausbildungsvorrichtung zu verwenden, auf der Harzoberfläche des Gemisches (Mischharzes) ausgebildet werden, wodurch nicht nur das inhärente Gleitverhalten des Harzes verbessert wird, sondern auch unter den Bedingungen einer Ölschmierung das Gleitverhalten durch eine Wirkung als Ölreservoir weiter verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können andere Variationen und Modifikationen durchgeführt werden ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie durch die Patentansprüche definiert wird.
Bezugsziffern

10: Behälter
11: wärmehärtbares Harz
12: thermoplastisches Harz
13: Mischharz in Flüssigkeitsform
15: Gleitendes Bauteil
16: Substrat
18: Film aus Mischharz in Flüssigkeitsform
19: Harz-Beschichtungsschicht
20: Grübchen (Mikrogrübchen)
21: Film

Claims

Gleitendes Bauteil (15) aufweisend: ein Substrat (16); und eine Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats (16), wobei die Beschichtung eine Harz-Beschichtungsschicht (19) ist, die hergestellt ist durch Wärmehärten eines Gemisches (13) aus einem wärmehärtbaren Harz (11) in Form einer Flüssigkeit und einem thermoplastischen Harz (12) in Form fester Partikel, wobei die Beschichtungsschicht (19) Grübchen (20) in einer Harzoberfläche hat, die automatisch und gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildet werden, wobei die Form der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildeten Grübchen (20) definiert oder festgelegt ist durch die Größe und die Form der festen Partikel des thermoplastischen Harzes (12), und wobei der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (12) geringer ist als die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes (11).
Gleitendes Bauteil (15) aufweisend: ein Substrat (16); und eine Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats (16), wobei die Beschichtung eine Harz-Beschichtungsschicht (19) ist, die hergestellt ist durch Wärmehärten eines Gemisches (13) aus einem wärmehärtbaren Harz (11) in Form einer Flüssigkeit und einem thermoplastischen Harz (12) in Form fester Partikel, wobei die Beschichtungsschicht (19) Grübchen (20) in einer Harzoberfläche hat, die automatisch und gleichzeitig mit der Ausbildung der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildet werden, wobei die Verteilung der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildeten Grübchen (20) definiert oder festgelegt ist durch die Menge an zuzugebenden festen Partikeln des thermoplastischen Harzes (12), und wobei der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (12) geringer ist als die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes (11).
Gleitendes Bauteil (15) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Mischharz (13) ein Gemisch ist, das erzeugt wurde durch gleichförmiges Einmischen fester Partikel, die aus thermoplastischem Harz (12) Nylon-12 hergestellt sind, in ein wärmehärtbares Harz (11) auf Polyamid-imid-Basis.
Gleitendes Bauteil (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das auf die Oberfläche des Substrats (16) aufgetragene Mischharz (13) wärmebehandelt ist bei einer Temperatur, die höher ist als oder die gleiche ist wie der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (12), und die höher ist als oder die gleiche ist wie die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes (11).
Gleitendes Bauteil (15) nach Anspruch 1, bei dem die Verteilung der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) ausgebildeten Grübchen (20) definiert oder festgelegt ist durch die Menge an zuzugebenden festen Partikeln des thermoplastischen Harzes (12).
Gleitendes Bauteil (15) nach Anspruch 1 oder 3, bei dem das feste Partikel des thermoplastischen Harzes (12) eine kugelförmige Form hat.
Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils (15), aufweisend: Bereitstellen eines Substrats (16); Auftragen eines Mischharzes (13) auf eine Oberfläche des Substrats (16), wobei das Mischharz (13) ein Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz (11) in Form einer Flüssigkeit, und eines thermoplastischen Harzes (12) in Form fester Partikel ist; Wärmebehandeln des aufgetragenen Mischharzes (13), um eine Harz-Beschichtungsschicht (19) auf dem Substrat (16) auszubilden; und Abkühlen der Harz-Beschichtungsschicht (19), um in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) Grübchen (20) auszubilden, wobei die Harz-Beschichtungsschicht (19) mit den Grübchen (20) als eine Gleitoberfläche des gleitenden Bauteils (15) wirkt, wobei der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (12) geringer ist als die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes (11), und wobei die Wärmebehandlungstemperatur T₃ des aufgetragenen Mischharzes (13) zu der Härtungstemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes (11) und dem Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes (12) in der Beziehung T₂ ≤ T₃ < T₁ + 50°C steht.
Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils (15) nach Anspruch 7, bei dem das Mischharz (13) ein Gemisch ist, das erzeugt wurde durch gleichförmiges Mischen und Dispergieren fester Partikel, die aus thermoplastischem Harz (12) Nylon-12 hergestellt sind, in einem wärmehärtbaren Polyamid-imid-Harz (11).
Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils (15) nach Anspruch 7, bei dem die Form und die Größe der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) auf dem Substrat (16) ausgebildeten Grübchen (20) definiert oder festgelegt wird durch die Form und die Größe der festen Partikel des thermoplastischen Harzes (12).
Verfahren zur Herstellung eines gleitenden Bauteils (15) nach Anspruch 7, bei dem die Verteilung der in der Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) auf dem Substrat (16) ausgebildeten Grübchen (20) definiert oder festgelegt wird durch Einstellen der Menge an festen Partikeln des thermoplastischen Harzes (12), die zugegeben wird.
Verfahren zur Erzeugung eines Harzfilms (21), aufweisend: Auftragen eines Mischharzes (13) in Form einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche eines Substrats (16), wobei das Mischharz (13) ein gleichförmiges Gemisch aus einem wärmehärtbaren Harz (11) in Form einer Flüssigkeit und einem thermoplastischen Harz (12) in Form fester Partikel ist; und Wärmebehandeln des aufgetragenen Mischharzes (13) in Flüssigkeitsform, um Grübchen (20) in einer Oberfläche der Harz-Beschichtungsschicht (19) auszubilden, um einen Film (21), der die Harz-Beschichtungsschicht (19) und die Grübchen (20) umfasst, als eine Gleitoberfläche auf dem Substrat (16) auszubilden, wobei der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (12) geringer ist als die Härtungstemperatur des wärmehärtbaren Harzes (11), und wobei die Wärmebehandlungstemperatur T₃ des aufgetragenen Mischharzes (13) zu der Härtungstemperatur T₂ des wärmehärtbaren Harzes (11) und dem Schmelzpunkt T₁ des thermoplastischen Harzes (12) in der Beziehung T₂ ≤ T₃ < T₁ + 50°C steht.