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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement, bei dem ein Gleitabschnitt einer aus einem gesinterten Körper gebildeten Basis ein Fluorpolymer enthält. Das Gleitelement weist eine hohe Verschleißbeständigkeit auf und kann geeigneterweise bei nicht geschmierten Lagern, Ölpumpenrotoren, Nockenringen oder dergleichen eingesetzt werden.
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Hintergrund
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Fluorpolymere sind chemisch sehr stabil und weisen eine niedrige Anhaftung sowie niedrige Reibungseigenschaften (niedriger Reibungskoeffizient) auf. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Fluorpolymere gemeinhin in verschiedenen industriellen Erzeugnissen, so beispielsweise in Dichtungen und Verpackungen, sowie in Verbrauchererzeugnissen, so beispielsweise in Kochgeschirr, verwendet.
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Gleitelemente, so beispielsweise nicht geschmierte Lager, erfordern niedrige Reibungskoeffizienten sowie oftmals eine Wärmebeständigkeit und chemische Stabilität. Es ist daher zu erwarten, dass Gleitelemente in naher Zukunft aus Fluorpolymeren gebildet werden. Gleitelemente erfordern jedoch eine hohe Verschleißbeständigkeit, während bei Fluorpolymeren ein Verschleißproblem auftritt. Es ist daher schwierig, Fluorpolymere bei Gleitelementen zu verwenden, solange die Verschleißbeständigkeit der Fluorpolymere nicht verbessert wird.
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Es ist bekannt, dass die Verschleißbeständigkeit von Fluorpolymeren durch Hinzufügen eines Füllstoffes zu den Fluorpolymeren verbessert werden kann. Der Füllstoff kann jedoch die hervorragenden inhärenten Eigenschaften von Fluorpolymeren, so beispielsweise niedrige Reibungseigenschaften, beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang beschreibt Patentdruckschrift 1 ein Verfahren zum Verbessern der Verschleißbeständigkeit von Fluorpolymeren durch ionisierende Strahlung und offenbart ein Gleitelement, das aus einem Fluorpolymer gebildet ist, das ionisierender Strahlung ausgesetzt worden ist.
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Es ist davon auszugehen, dass die Strahlung die mechanischen Eigenschaften von Fluorpolymeren beeinträchtigt. Strahlung kann jedoch unter bestimmten Umständen die mechanischen Eigenschaften auch verbessern. So offenbart Patentdruckschrift 2 beispielsweise, dass ionisierende Strahlung, so beispielsweise die Strahlung eines Elektronenstrahles, bei einer Dosis in einem Bereich von annähernd 1 kGy bis 10 MGy bei Nichtvorhandensein von Sauerstoff bei einer Temperatur des kristallinen Schmelzpunktes oder höher, vorzugsweise bei annähernd 340°C, die strahlungsbedingte Verringerung der Dehnung bei der Bruch- oder Brechfestigkeit von Polytetrafluorethylen (PTFE) unterdrücken kann und umgekehrt eine Gummielastizität mit niedriger Kristallinität induziert, was die Dehngrenze (yield strength) verbessert.
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Bei Gleitelementen tritt ein Problem dahingehend auf, dass eine Zunahme der Oberflächentemperatur eines Gleitelementes infolge gleitbedingter Wärmeerzeugung bewirkt, dass das Gleitelement stärker verschleißanfällig ist. Zur Behebung dieses Problems ist ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitelementes bekannt, bei dem ein Fluorpolymer eng an einem Wärmeableiter anhaftet, der aus einem als Basis dienenden metallischen Material besteht (Patentdruckschrift 3). Bei diesem Gleitelement kann der Wärmeableiter Wärme ableiten und eine Zunahme der Temperatur des Fluorpolymers infolge gleitbedingter Wärmeerzeugung verhindern. In diesem Fall ist jedoch zusätzlich zu einer hohen Verschleißbeständigkeit des Fluorpolymers eine gute Anhaftung zwischen dem Fluorpolymerfilm und der Basis erforderlich.
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Zitierstellenliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: japanisches Patent Nr. 3566805
- PTL 2: japanisches Patent Nr. 3317452
- PTL 3: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-208802
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Gemäß Patentdruckschrift 3 ist die Basis aus metallischem Material mit dem Fluorpolymer beschichtet. Mit Blick auf eine effizientere Wärmeableitung kann die Basis jedoch aus einem gesinterten Körper gebildet sein. Patentdruckschrift 3 beschreibt nicht, dass die Basis aus einem gesinterten Körper gebildet ist. Im Gegensatz zu metallischen Materialien weisen gesinterte Körper zudem eine raue Oberfläche auf. Daher unterscheidet sich die Anhaftung eines Fluorpolymerfilmes an gesinterten Körpern von der Anhaftung eines Fluorpolymerfilmes an metallischen Materialien sogar dann, wenn die Fluorpolymerfilme unter denselben Bedingungen gebildet worden sein.
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Entsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Gleitelement bereitzustellen, das eine ausreichende Verschleißbeständigkeit und eine gute Anhaftung an einer aus einem gesinterten Körper gebildeten Basis aufweist.
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Lösung des Problems
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Als Ergebnis intensiver Studien zur Lösung der vorbeschriebenen Probleme hat man bei der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass eine ausreichende Verschleißbeständigkeit und ein niedriger Verschleiß wie auch eine verbesserte Anhaftung an einer aus einem gesinterten Körper gebildeten Basis durch Einstellen des Volldichteverhältnisses des gesinterten Körpers der Basis innerhalb eines vorbestimmten Bereiches erreicht werden kann.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht aus den nachfolgenden Punkten [1] bis [4].
- [1] Gleitelement, das beinhaltet: eine Oberflächenschicht, die aus einem vernetzten Fluorpolymer gebildet ist; und eine Basis, die eng an der Oberflächenschicht anhaftet, wobei die Basis ein gesinterter Körper ist, der ein Volldichteverhältnis in einem Bereich von 0,75 bis 0,96 aufweist, die Basis aus einem Material gebildet ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ein Fluorpolymer aufweist, und die Oberflächenschicht eine Dicke in einem Bereich von 1 bis 300 μm aufweist.
- [2] Gleitelement nach [1], wobei die Basis ein eisenbasierter gesinterter Körper ist.
- [3] Gleitelement nach [1] oder [2], wobei die Oberflächenschicht eine Dicke in einem Bereich von 10 bis 100 μm aufweist.
- [4] Gleitelement nach einem von [1] bis [3], wobei das Fluorpolymer wenigstens eines ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Polytetrafluorethylen, Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Kopolymeren und Tetrafluorethylen-Perfluoralkyl-Vinylether-Kopolymeren besteht.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann ein Gleitelement bereitstellen, das eine ausreichende Verschleißbeständigkeit und eine verbesserte Anhaftung an einer aus einem gesinterten Körper gebildeten Basis aufweist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Druckverschleißtests (thrust wear test) (Ring-auf-Platte-Verschleißbewertung) bei Beispielen und Vergleichsbeispielen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele und Beispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele und Beispiele können abgewandelt werden, vorausgesetzt, dass das Wesen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
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Ein Gleitelement entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Oberflächenschicht, die aus einem vernetzten Fluorpolymer gebildet ist, und eine Basis, die eng an der Oberflächenschicht anhaftet.
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Das Fluorpolymer bezeichnet ein Fluor enthaltendes Harz. Das Fluorpolymer, das die Oberflächenschicht bildet, ist mit Blick auf mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), ein Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Kopolymer (FEP) oder ein Tetrafluorethylen-Perfluoralkyl-Vinylether-Kopolymer (PFA). Von diesen ist PTFE aufgrund seiner besonders hohen mechanischen Festigkeit, chemischen Beständigkeit und Verschleißbeständigkeit besonders bevorzugt. Das Fluorpolymer kann eine weitere Komponente beinhalten, vorausgesetzt, dass das Wesen der vorliegenden Erfindung hierdurch nicht beeinträchtigt wird. So kann PTFE beispielsweise eine winzige Menge einer Polymerisierungseinheit auf Grundlage eines kopolymerisierbaren Monomers enthalten, so beispielsweise Perfluor(Alkyl-Vinylether), Hexafluorpropylen, (Perfluoralkyl) Ethylen oder Chlortrifluorethylen. Das Fluorpolymer kann eine Mischung aus zwei oder mehr Fluorpolymeren sein.
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Die aus dem Fluorpolymer gebildete Oberflächenschicht muss an der Basis anhaften. Schält sich die Oberflächenschicht ab und liegt die Basis frei, so kann das Gleitelement seine Funktion nicht wahrnehmen.
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Um die Anhaftung an der Basis zu verbessern, werden das Fluorpolymer und die Basis gleichzeitig ionisierender Strahlung ausgesetzt. Ergebnisse ohne Vernetzung oder mit unzureichender Vernetzung führen zu niedriger Verschleißbeständigkeit und niedriger mechanischer Festigkeit des Fluorpolymers, sodass das Gleitelement nicht verwendet werden kann. Die Dosis der ionisierenden Strahlung liegt im Allgemeinen in einem Bereich von annähernd 1 bis 1500 kGy.
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Die aus dem Fluorpolymer gebildete Oberflächenschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 1 μm oder mehr, besonders bevorzugt von 10 μm oder mehr auf. Eine Oberflächenschicht mit übermäßiger Dicke ist ungünstig, da sich Vorsprünge der Basis an der Oberflächenschicht abzeichnen. Die obere Grenze der Dicke der Oberflächenschicht ist vorzugsweise 300 μm, besonders bevorzugt 100 μm. Weist die Oberflächenschicht eine übermäßig große Dicke auf, so wird Wärme, die an der Oberfläche des Elementes gleitbedingt erzeugt wird, nicht ohne Weiteres zur Basis geleitet, weshalb es schwierig ist, eine Zunahme der Oberflächentemperatur des Elementes zu verhindern. Dies führt tendenziell zu unzureichender Verschleißbeständigkeit. Weist die Oberflächenschicht eine Dicke in dem bevorzugten Bereich auf, so kann Wärme, die an der Gleitoberfläche gleitbedingt erzeugt wird, effektiv zur Basis geleitet und ohne Weiteres abgeleitet werden. Dies kann eine Zunahme der Oberflächentemperatur des Gleitelementes verhindern und die Verschleißbeständigkeit verbessern.
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Die Verschleißbeständigkeit wird oftmals durch einen Druckverschleißtest (Ring-auf-Platte-Verschleißbewertung) bewertet, wo ein Zylinder unter Druck auf einer Probe in Drehung versetzt wird, um den Verschleiß zu messen. Insbesondere werden bei diesem Testverfahren die Verschleißbeständigkeit und der Koeffizient der kinetischen Reibung (μ) oftmals als Produkt (kritisches PV) eines Druckes (P) und einer Drehgeschwindigkeit (V), bei der ein schneller Verschleiß auftritt, bewertet. Ein Gleitelement entsprechend der vorliegenden Erfindung weist ein sehr hohes kritisches PV, eine gute Schmierfähigkeit, eine hohe Verschleißbeständigkeit und einen niedrigen Koeffizienten der kinetischen Reibung auf.
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Die Basis wird aus einem gesinterten Körper gebildet, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Fluorpolymer aufweist. Der gesinterte Körper wird durch Erwärmen eines Aggregates eines Rohpulvers bei einer Temperatur, die niedriger als der Schmelzpunkt des Rohpulvers ist, gebildet. Insbesondere wird der gesinterte Körper dadurch gebildet, dass eine Metallform, die die Form eines Erzeugnisses aufweist, mit einem Rohpulver befüllt wird, das Rohpulver bei einem vorbestimmten Druck komprimiert wird, und der sich ergebende Pressling gesintert wird.
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Das Rohpulver kann ein Metallpulver oder ein Nichtmetallpulver sein. Das Metallpulver kann ein Eisenpulver oder ein nicht eisenhaltiges Metallpulver sein. Das Eisenpulver kann ein reines Eisenpulver, ein Eisenlegierungspulver, so beispielsweise ein Kohlenstoffstahlpulver, oder ein teilweise gesintertes Eisenpulver sein. Das nicht eisenhaltige Metallpulver kann ein Pulver aus einem Metall, so beispielsweise Kupfer, Nickel, Mangan, Chrom oder Aluminium, oder eine kein Eisen enthaltende Legierung sein. Das Nichtmetallpulver kann ein Pulver aus einem Nichtmetall sein, so beispielsweise ein Grafitpulver oder ein keramisches Pulver.
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Das Volldichteverhältnis der Basis, das heißt das Verhältnis der Dichte des die Basis bildenden gesinterten Körpers zur Dichte des die Basis bildenden Metalls ist vorzugsweise gleich 0,75 oder mehr, besonders bevorzugt gleich 0,80 oder mehr. Ein Volldichteverhältnis von weniger als 0,75 kann zu einer unzureichenden Festigkeit des Gleitelementes führen. Die obere Grenze des Volldichteverhältnisses ist vorzugsweise gleich 0,96, besonders bevorzugt gleich 0,89. Ein Volldichteverhältnis von mehr als 0,96 führt tendenziell zu einer niedrigen Oberflächenporosität sowie einer unzureichenden Anhaftung an der aus dem Fluorpolymer gebildeten Oberflächenschicht.
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Die Basis weist ein größeres Volumen als die aus dem Fluorpolymer gebildete Oberflächenschicht auf. Die Basis weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf, sodass sie gleitbedingt erzeugter Wärme standhält. Weist der die Basis bildende gesinterte Körper eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das Fluorpolymer der Oberflächenschicht auf, so ist es schwierig, an der Oberfläche des Elementes gleitbedingt erzeugte Wärme abzuleiten und eine Zunahme der Oberflächentemperatur des Elementes zu verhindern. Weist die Basis ein kleines Volumen und entsprechend eine kleine Wärmekapazität auf, so ist es schwierig, die auf dieselbe Weise erzeugte Wärme abzuleiten und eine Zunahme der Oberflächentemperatur des Elementes zu verhindern.
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Die Basis weist vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von 0,001 cal/°C·cm·s oder mehr, besonders bevorzugt von 0,01 cal/°C·cm·s oder mehr und außerordentlich bevorzugt von 0,1 cal/°C·cm·s oder mehr auf.
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Die Basis ist aus einem Material gebildet, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ein Fluorpolymer aufweist. Ein Fluorpolymer, dass keinen Füllstoff enthält, weist eine Wärmeleitfähigkeit von annähernd 0,0005 cal/°C·cm·s (0,0005 cal/°C·cm·s für PTFE) auf. Wenn daher die Basis eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,001 cal/°C·cm·s aufweist, kann dies zu einer unzureichenden Wärmeübertragung von der aus einem Fluorpolymer gebildeten Oberflächenschicht zu der Basis führen. Die Basis weist vorzugsweise eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
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Wie vorstehend beschrieben worden ist, weist die Basis ein größeres Volumen als die aus dem Fluorpolymer gebildete Oberflächenschicht auf und weist vorzugsweise mit Blick auf die Wärmeableitung ein möglichst großes Volumen auf. Insbesondere ist, wenn X die Wärmeleitfähigkeit der Basis, ausgedrückt in cal/°C·cm·s, bezeichnet und Y „(Volumen der Basis)/(Volumen der aus dem Fluorpolymer gebildeten Oberflächenschicht)” bezeichnet, X·Y vorzugsweise gleich 0,005 oder mehr, besonders bevorzugt gleich 0,05 oder mehr und außerordentlich bevorzugt gleich 0,5 oder mehr.
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Beispiele für das Material der Basis und die Wärmeleitfähigkeit des Materials sind folgende: Eisen: 0,18 cal/°C·cm·s, Aluminium: 0,53 cal/°C·cm·s und Keramik (Ziegel): 0,07 cal/°C·cm·s.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelementes entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
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Zunächst wird eine Basis mit vorbestimmter Form gebildet. Die Form kann plattenartig, konvex oder konkav sein, sie kann zylindrisch oder rohrförmig sein und einen Gleitabschnitt an der äußeren Oberfläche hiervon aufweisen, oder sie kann rohrförmig sein und einen Gleitabschnitt an der inneren Oberfläche hiervon aufweisen.
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Ein Fluorpolymer wird sodann auf eine Oberfläche der Basis, das heißt einen Abschnitt, der zum Gleitabschnitt wird, zur Bildung einer Fluorpolymerschicht aufgebracht. Aufgebracht werden kann das Fluorpolymer durch ein Verfahren des Aufbringens eines Fluorpolymerfilmes, ein Pulverbeschichtungsverfahren, beispielsweise ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren unter Verwendung eines Fluorpolymerpulvers, oder ein Verfahren des Aufsprühens eines Fluorpolymerpulvers; oder ein Verfahren des Aufbringens einer Fluorpolymerdispersion (Flüssigkeit, die gleichmäßig in einem Dispersionsmedium verteiltes Fluorpolymerpulver enthält) und Entfernens des Dispersionsmediums mittels Trocknung.
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Von diesen wird ein Verfahren des Aufbringens einer Fluorpolymerdispersion bevorzugt, da dieses Verfahren leicht eine Fluorpolymerschicht mit gleichmäßiger Dicke bilden kann. Für den Fall von Fluorpolymeren, die in einem Lösungsmittel löslich sind, kann die Fluorpolymerlösung aufgebracht werden, und es kann das Lösungsmittel durch Trocknung entfernt werden. Dieses Verfahren kann jedoch nicht bei Fluorpolymeren, die in einem Lösungsmittel unlöslich sind, so beispielsweise bei PTFE, eingesetzt werden.
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Bei einem Verfahren des Aufbringens einer Fluorpolymerdispersion kann das Dispersionsmedium ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und einem Emulgator, Wasser und einem Alkohol, Wasser und Azeton oder Wasser, einem Alkohol und Azeton sein. Nachdem eine Fluorpolymerdispersion aufgebracht worden ist, wird das Dispersionsmedium durch Lufttrocknung oder Heißlufttrocknung entfernt. Das Entfernen des Dispersionsmediums durch Trocknung führt zu einem aus dem Fluorpolymerpulver gebildeten Film.
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Nachdem der Fluorpolymerbeschichtungsfilm durch die Aufbringung oder dergleichen gebildet worden ist, wird der Fluorbolymerbeschichtungsfilm bei einer Temperatur gebrannt, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt des Fluorpolymers ist, und es wird das Fluorpolymerpulver fixiert, sodass es eine Fluorpolymerschicht bildet. Das Brennen wird vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 350°C bis 400°C ausgeführt. Das Dispersionsmedium kann beim Schritt des Brennens ohne Trocknungsschritt entfernt werden.
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Eine Oberfläche der auf diese Weise gebildeten Fluorpolymerschicht wird sodann mit ionisierender Strahlung bestrahlt, um das Fluorpolymer zu vernetzen. Ist die Kombination aus dem Fluorpolymer und dem Basismaterial passend, so verbessert das Vernetzen zudem die Anhafung zwischen der Fluorpolymerschicht und der Basis
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Zur Vernetzung mit ionisierender Strahlung bestrahlt wird eine Oberfläche des Fluorpolymerfilmes in einer sauerstofffreien Atmosphäre, insbesondere in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 1000 ppm oder weniger, bevorzugt von 10 ppm oder weniger, bei einer Temperatur in einem Bereich des kristallinen Schmelzpunktes des Fluorpolymers bis annähernd 400°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 0°C bis 30°C höher als der kristalline Schmelzpunkt des Fluorpolymers. Die Strahlungsdosis liegt üblicherweise in einem Bereich von 1 bis 1500 kGy, vorzugsweise von 100 bis 1000 kGy.
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Das Brennen und die ionisierende Bestrahlung können gleichzeitig erfolgen. Eine Atmosphäre bei übermäßig niedriger Temperatur verhindert eine Vernetzungsreaktion des Fluorpolymers. Eine Atmosphäre bei übermäßig hoher Temperatur, insbesondere bei einer Temperatur von mehr als 400°C, fördert die thermische Zersetzung des Fluorpolymers und beeinträchtigt Materialeigenschaften. Eine Strahlungsdosis von weniger als 1 kGy führt zu einer unzureichenden Vernetzungsreaktion und zeigt keine charakteristische Verbesserung. Eine Strahlungsdosis von mehr als 1500 kGy führt tendenziell zu einer vergrößerten Zersetzungsrate des Fluorpolymers.
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Beispiele der ionisierenden Strahlung zur Verwendung bei der Vernetzung von Fluorpolymeren beinhalten Strahlen aus geladenen Teilchen, so beispielsweise Elektronenstrahlen und Ionenstrahlen hoher Energie, elektromagnetische Wellen hoher Energie, so beispielsweise Gammastrahlen und Röntgenstrahlen, sowie Neutronenstrahlen. Elektronenstrahlen werden bevorzugt, da Elektronenstrahlgeneratoren vergleichsweise kostengünstig sind und Elektronenstrahlen hoher Leistung erzeugen können, wobei der Grad der Vernetzung leicht durch die Elektronenstrahlen gesteuert werden kann.
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Die Anhaftung einer Oberflächenschicht eines durch das vorbeschriebene Verfahren hergestellten Gleitelementes kann durch einen Quer-Schnitt-Test (cross-cut test) gemessen werden. Der Quer-Schnitt-Test ist ein Testverfahren, das in JIS-K-5400 (1998) beschrieben wird. Insbesondere werden 100 Quadrate an einer Oberflächenschicht eingeritzt, und es wird ein Klebeband wiederholt auf die Oberflächenschicht aufgebracht und von dieser abgezogen. Die Anzahl der Quadrate, die auf der Oberflächenschicht verbleiben, wird gezählt. 99/100 oder mehr bedeutet, dass 99 oder mehr Quadrate von den 100 Quadraten auf der Oberflächenschicht verbleiben.
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Eine schlechte Anhaftung zwischen der Oberflächenschicht und der Basis führt tendenziell zu einem unzureichenden Kontakt (Anhaftung) zwischen der Oberflächenschicht und der Basis. Insbesondere verursacht das Gleiten wahrscheinlich Probleme, so beispielsweise die Bildung von Hohlräumen. Insbesondere macht es die Bildung von Hohlräumen infolge eines unzureichenden Kontaktes schwierig, an der Oberflächenschicht erzeugte Wärme zur Basis abzuführen und eine Zunahme der Oberflächentemperatur des Elementes zu verhindern. Dies führt tendenziell zu einer unzureichenden Verschleißbeständigkeit. Damit schält sich die Oberflächenschicht während 100 oder mehr Wiederholungen von der Basis vorzugsweise beim Quer-Schnitt-Test nicht ab.
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Ein Gleitelement entsprechend der vorliegenden Erfindung weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten ähnlich zum Reibungskoeffizienten von bekannten aus einem Fluorpolymer gebildeten Gleitelementen sowie eine höhere Verschleißbeständigkeit als die bekannten Gleitelemente auf. Damit kann das Gleitelement entsprechend der vorliegenden Erfindung geeignet in Anwendungen zum Einsatz kommen, die eine hohe Verschleißbeständigkeit erfordern, so beispielsweise in nicht geschmierten Lagern zur Verwendung in Industriemaschinen, wie auch in Verbrauchererzeugnissen.
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Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen weiter beschrieben. Zunächst wird nachstehend das Bewertungsverfahren beschrieben.
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Bewertungsverfahren
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Messung der Verschleißbeständigkeit
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Die Verschleißbeständigkeit einer Fluorpolymerbeschichtung wurde durch einen Stoßverschleißtest (Ring-auf-Platte-Verschleißbewertung, Verschleißbewertung nach Suzuki) bewertet. Insbesondere wurde, wie in 1 dargestellt ist, der Verschleiß einer Testprobe dadurch gemessen, dass ein Metallzylinder (Passschaft) auf der Testprobe unter einer vorbestimmten Last (Kontaktdruck P) und bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit V) in Drehung versetzt wurde.
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Der Passschaft war ein S45C-Zylinder mit einem Außendurchmesser/Innendurchmesser von 11,5/7,4. Der Verschleiß wurde unter Trockenschmierungsbedingungen (fettfrei) gemessen. Die Drehgeschwindigkeit (V) lag konstant bei 1800 UpM. Das kritische PV (P·V, bei dem ein schneller Verschleiß auftritt) wurde durch Ändern des Kontaktdrucks (P) bestimmt. Das kritische PV ist in der Tabelle aufgeführt, wobei ein Kreis 100 MPa·m/min oder mehr (gut) bezeichnet, ein Dreieck 1 bis 100 MPa·m/min (mäßig) bezeichnet und ein Kreuz weniger als 1 MPa·m/min (schlecht)bezeichnet. In Bezug auf die Schmierfähigkeit ist der Koeffizient der kinetischen Reibung (μ) in der Tabelle aufgeführt, wo ein Kreis weniger als 0,5 (gut) bezeichnet und ein Kreuz 0,5 oder mehr (schlecht) bezeichnet.
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Messung der Anhaftung
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Die Abschälbeständigkeit einer Fluorpolymerbeschichtung wurde durch einen Quer-Schnitt-Test gemessen. Insbesondere wurden 100 Quadrate in eine Fluorpolymerbeschichtungsprobe eingeritzt, und es wurde ein Klebeband wiederholt auf der Probe aufgebracht und von dieser abgezogen. Die Anzahl der Quadrate, die auf der Probe verblieben sind, wurde gezählt. Die Ergebnisse nach 10 Wiederholungen sind in der Tabelle aufgeführt, wobei ein Kreuz bedeutet, dass alle 100 Quadrate von der Probe abgezogen worden sind (schlecht), ein Dreieck bedeutet, dass 1 bis 99 von den 100 Quadraten von der Probe abgezogen worden sind (mäßig), und ein Kreis bedeutet, dass alle von den 100 Quadraten auf der Probe verblieben sind (gut).
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Messung der Festigkeit
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Ein Zugfestigkeitstest wurde entsprechend JIS Z 2241 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt, wobei ein Kreis eine Zugfestigkeit von 300 MPA oder mehr (gut) bezeichnet und ein Strich (–) die Nichtmessbarkeit bezeichnet. Elemente mit einer Zugfestigkeit von 300 MPa oder mehr können als Strukturelemente für Kraftfahrzeuge oder dergleichen verwendet werden.
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Beispiele 1 bis 3, Vergleichsbeispiele 1 bis 6
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Eine Fluorpolymerdispersion (hergestellt von Daikin Industries, Ltd: D10-FE, Harztyp: PTFE) wurde auf ein gesintertes Eisenmaterial (2,0% Cu – 0,8% C-Fe) mit einer in der Tabelle aufgeführten Dichte und einer Dicke von 20 mm aufgetragen, getrocknet und in einer Stickstoffatmosphäre bei 380°C für 10 min gebrannt. Sodann wurde das gesinterte Eisenmaterial mit einem Fluorpolymerfilm beschichtet, der eine Dicke von 15 μm aufwies. Das gesinterte Eisenmaterial, das mit dem Fluorpolymerfilm beschichtet war, wurde sodann auf 330°C in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration 5 ppm) erwärmt und bei 300 kGy unter Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung bestrahlt, die von Nissin Electric Co., Ltd. (Sagatron: Beschleunigungsspannung 1,13 MeV) hergestellt wird. Eine Testprobe wurde auf diese Weise präpariert.
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Die Testprobe wurde den vorbeschriebenen Tests unterzogen. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse.
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Der bei Vergleichsbeispiel 2 verwendete Stahl war ein SNCM630-Stahl. Auf dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben wurde ein Fluorpolymerfilm gebildet, und es wurde eine Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl durchgeführt.
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Die aufgeführten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind lediglich Beispiele. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche festgelegt und schließt alle Änderungen mit ein, die dem Umfang der Ansprüche und den Äquivalenten hierzu entsprechen.
