DE112021002278T5

DE112021002278T5 - Gleitelement

Info

Publication number: DE112021002278T5
Application number: DE112021002278.4T
Authority: DE
Inventors: Naoki Horibe; Noriyuki Wada; Hiroshi Ito
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2023-04-20
Also published as: JP2021167608A; JP7339202B2; WO2021206127A1; US20230150023A1; CN115413312A

Abstract

Ein Gleitelement (10) umfasst ein Grundmaterial (12), eine poröse gesinterte Schicht (14), die auf dem Grundmaterial (12) vorgesehen ist, und eine Harzschicht (16), die in die poröse gesinterte Schicht (14) imprägniert und auf der porösen gesinterten Schicht (14) vorgesehen ist. In der porösen Sinterschicht (14) nimmt eine Porosität von einer zweiten Oberfläche (S2), die einer ersten Oberfläche (S1) gegenüberliegt, die näher am Grundmaterial liegt, in Richtung der ersten Oberfläche (S1) ab, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine der Endflächen in der Dickenrichtung sind, und eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung (Z) in einem ersten Bereich (E1), der 50 % oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht (14) einnimmt, von der zweiten Oberfläche (S2) in Richtung der ersten Oberfläche (S1) größer ist als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung (Z) in einem zweiten Bereich (E2), der nicht der erste Bereich (E1) in der porösen Sinterschicht (14) ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement.
Hintergrund
Herkömmlicherweise ist eine Konfiguration bekannt, bei der eine poröse Schicht zwischen der Harzschicht und dem Grundmaterial eines Gleitelements vorgesehen ist.
Als poröse Schicht werden beispielsweise eine Konfiguration, bei der mehrere körnige anorganische Füllstoffe gestapelt sind, und eine Konfiguration, bei der mehrere Metallkörner mit einem Lötmaterial verbunden sind, offenbart.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2002/327750 A
Patentliteratur 2: JP 2016/108600 A

Zusammenfassung
Technisches Problem
Bei den herkömmlichen Techniken war es jedoch schwierig, sowohl eine einfache Imprägnierung der Harzschicht in die poröse Schicht als auch eine Verbesserung der Beständigkeit der Harzschicht gegenüber dem Ablösen vom Grundmaterial zu erreichen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitelement bereitzustellen, das sowohl eine einfache Imprägnierung der Harzschicht in die poröse Sinterschicht als auch eine Verbesserung des Widerstands gegen das Ablösen der Harzschicht vom Grundmaterial ermöglicht.
Lösung des Problems
Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst ein Gleitelement gemäß der vorliegenden Erfindung ein Grundmaterial; eine poröse Sinterschicht, die auf dem Grundmaterial vorgesehen ist; und eine Harzschicht, die in die poröse Sinterschicht imprägniert ist und auf der porösen Sinterschicht vorgesehen ist, wobei in der porösen Sinterschicht eine Porosität von einer zweiten Oberfläche, die einer ersten Oberfläche gegenüberliegt, die näher an dem Grundmaterial liegt, in Richtung der ersten Oberfläche abnimmt, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine der Endoberflächen in einer Dickenrichtung sind, und eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung in einem ersten Bereich, der 50% oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht einnimmt, von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche größer ist als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung in einem zweiten Bereich, der nicht der erste Bereich der porösen Sinterschicht ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sowohl eine einfache Imprägnierung der Harzschicht in die poröse Sinterschicht als auch eine Verbesserung der Ablösungsbeständigkeit der Harzschicht vom Grundmaterial zu erreichen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für ein Gleitelement gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Porosität und der Position in der Dickenrichtung einer porösen Sinterschicht der Ausführungsform darstellt.
3 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis der Beziehung zwischen der Porosität und der Position in Richtung der Dicke einer vergleichbaren porösen Schicht zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis der Beziehung zwischen der Porosität und der Position in Richtung der Dicke einer vergleichbaren porösen Schicht zeigt.
5 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt auf der Beobachtungsseite einer Probe zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Gleitelements gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Das Gleitelement der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Grundmaterial, eine poröse Sinterschicht, die auf dem Grundmaterial vorgesehen ist, und eine Harzschicht, die in die poröse Sinterschicht imprägniert und auf der porösen Sinterschicht vorgesehen ist. In der porösen Sinterschicht nimmt eine Porosität von einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und näher am Grundmaterial liegt, in Richtung der ersten Oberfläche ab, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine der Endflächen in einer Dickenrichtung sind, und eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung eines ersten Bereichs, der 50% oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht einnimmt, von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche größer ist als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung eines zweiten Bereichs, der nicht der erste Bereich der porösen Sinterschicht ist.
Dadurch kann das Gleitelement der vorliegenden Ausführungsform sowohl eine einfache Imprägnierung der Harzschicht in die poröse Sinterschicht als auch eine Verbesserung des Widerstands gegen das Ablösen der Harzschicht vom Grundmaterial erreichen.
Der Grund für die oben beschriebene Wirkung ist nicht klar, aber es wird wie folgt vermutet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die folgende Vermutung beschränkt.
In der porösen Sinterschicht des Gleitelements der vorliegenden Ausführungsform nimmt die Porosität von der zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und näher am Grundmaterial liegt, in Richtung der ersten Oberfläche ab, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine der Endflächen in Dickenrichtung sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Poren der porösen Sinterschicht effektiv mit einem Harzmaterial imprägniert werden, wenn die Harzschicht durch Imprägnieren der porösen Sinterschicht mit dem Harzmaterial, das die Harzschicht bildet, gebildet wird. Außerdem wird davon ausgegangen, dass die Poren der porösen Sinterschicht unabhängig von der Größe der Viskosität des Harzmaterials wirksam mit der Harzschicht imprägniert sind.
Darüber hinaus ist in der porösen Sinterschicht des Gleitelements der vorliegenden Ausführungsform eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung des ersten Bereichs, der 50 % oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht einnimmt, von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche größer als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung des zweiten Bereichs, der nicht der erste Bereich der porösen Sinterschicht ist. Dadurch wird angenommen, dass eine Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen der gesamten porösen Sinterschicht und der Harzschicht und eine Verringerung der Variation der Adhäsionskraft an der Harzschicht in der porösen Sinterschicht im Vergleich zu dem Fall erreicht werden kann, in dem eine Abnahmerate der Porosität die obige Beziehung nicht erfüllt. Daher wird davon ausgegangen, dass die Harzschicht durch die poröse Sinterschicht fest an dem Grundmaterial gehalten wird, und der Widerstand gegen das Ablösen der Harzschicht von dem Grundmaterial kann verbessert werden.
Nachfolgend wird das Schiebeelement der vorliegenden Ausführungsform im Detail beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein Gleitelement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur des Gleitelements 10.
Das Gleitelement 10 umfasst ein Grundmaterial 12, eine poröse Sinterschicht 14 und eine Harzschicht 16. Das Gleitelement 10 ist ein Laminat aus dem Grundmaterial 12, der porösen Sinterschicht 14, die auf dem Grundmaterial 12 ausgebildet ist, und der Harzschicht 16, die in die poröse Sinterschicht 14 imprägniert und auf der porösen Sinterschicht 14 vorgesehen ist.
Das Grundmaterial 12 ist eine Schicht, die dem Gleitelement 10 mechanische Festigkeit verleiht. Das Grundmaterial 12 wird manchmal auch als Gegenmetall oder Gegenmetallschicht bezeichnet. Als Grundmaterial 12 kann zum Beispiel eine Metallplatte wie eine Fe-Legierung, Cu oder eine Cu-Legierung verwendet werden.
Die poröse Sinterschicht 14 ist eine durch Sintern hergestellte poröse Schicht.
In der porösen Sinterschicht 14 der vorliegenden Ausführungsform nimmt die Porosität in der Dickenrichtung Z (insbesondere in der Richtung des Pfeils Z1) von der zweiten Oberfläche S2, die der ersten Oberfläche S1 gegenüberliegt und am weitesten vom Grundmaterial 12 entfernt ist, zur ersten Oberfläche S1 hin ab, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche Endflächen in der Dickenrichtung Z sind (die erste Oberfläche S1 und die zweite Oberfläche S2). Mit anderen Worten, in der porösen Sinterschicht 14 ist die Porosität der zweiten Oberfläche S2, die am weitesten vom Grundmaterial 12 entfernt ist, am höchsten, die Porosität nimmt zum Grundmaterial 12 hin ab, und die Porosität der ersten Oberfläche S1, die dem Grundmaterial 12 am nächsten ist, ist am niedrigsten.
Darüber hinaus ist in der porösen Sinterschicht 14 eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z (insbesondere die Richtung des Pfeils Z1) eines ersten Bereichs E1 größer als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z (insbesondere die Richtung des Pfeils Z1) eines zweiten Bereichs E2.
Die Dickenrichtung Z ist die Dickenrichtung der Schicht der porösen Sinterschicht 14 und fällt mit der Laminierungsrichtung des Grundmaterials 12, der porösen Sinterschicht 14 und der Harzschicht 16 zusammen.
Die Porosität bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Poren und der Gesamtfläche des Querschnitts der porösen Sinterschicht 14. Konkret wird die Porosität nach folgendem Verfahren gemessen. Zunächst wird das Gleitelement 10 in einer Richtung orthogonal zur Dickenrichtung Z des Gleitelements 10 geschnitten. Dann wird ein fotografisches Bild erstellt, indem die Schnittfläche mit einem Elektronenmikroskop bei einer beliebigen Vergrößerung (z. B. 100 Vergrößerungen) fotografiert wird. Anschließend wird dieses fotografierte Bild mit einem bekannten Bildanalyseverfahren binarisiert, und die Porenbereiche der porösen Sinterschicht 14 werden bestimmt. Anschließend kann das Verhältnis der Gesamtfläche der Porenbereiche zur Gesamtfläche des im fotografierten Bild dargestellten Querschnitts als Porosität berechnet werden. Anschließend können die Porositäten an Positionen in Dickenrichtung Z gemessen werden, indem die Schnittposition in Dickenrichtung Z des Gleitelements 10 verändert und die Porositäten aus den Schnittflächen an den Schnittpositionen nach dem oben beschriebenen Verfahren berechnet werden.
Bei der porösen Sinterschicht 14 mit Endflächen in Dickenrichtung Z ist die erste Oberfläche S1 eine Endfläche auf der Seite des Grundmaterials 12. Die erste Oberfläche S1 ist insbesondere eine Oberfläche, die mit dem Grundmaterial 12 der porösen Sinterschicht 14 in Kontakt steht.
Die zweite Oberfläche S2 ist eine der ersten Oberfläche S1 gegenüberliegende Endfläche und ist eine dem Grundmaterial 12 gegenüberliegende Endfläche unter den Endflächen in der Dickenrichtung Z. Die zweite Oberfläche S2 umfasst insbesondere einen vom Grundmaterial 12 am weitesten entfernten Punkt auf der Oberfläche eines oder mehrerer anorganischer Partikel 18, die an einer vom Grundmaterial 12 am weitesten entfernten Stelle in der porösen Sinterschicht 14 vorhanden sind, und ist eine zu einer Oberfläche des Grundmaterials 12 parallele Oberfläche. Die Oberfläche des Grundmaterials 12 mit Endflächen in der Dickenrichtung Z des Grundmaterials 12 ist eine Endfläche auf der Seite der porösen Sinterschicht 14 und der Harzschicht 16.
Die Dicke der porösen Sinterschicht 14 ist die Länge der porösen Sinterschicht 14 in der Dickenrichtung Z. Konkret ist die Dicke der porösen Sinterschicht 14 ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche S1 und der zweiten Oberfläche S2 der porösen Sinterschicht 14 (siehe Abstand L1 in 1).
Die Porosität der porösen Sinterschicht 14 muss nur von der zweiten Oberfläche S2 zur ersten Oberfläche S1 entlang der Dickenrichtung Z (d. h. entlang der Pfeilrichtung Z1) abnehmen, und die Porositätsabnahme kann entweder schrittweise oder kontinuierlich erfolgen.
Der erste Bereich E1 ist ein Bereich mit einer Dicke von 50 % oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht 14 von der zweiten Oberfläche S2 in Richtung der ersten Oberfläche S1 (in Pfeilrichtung Z1). Mit anderen Worten, der erste Bereich E1 ist ein Bereich, der die zweite Oberfläche S2 einschließt und eine Dicke von 50% oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht 14 von der zweiten Oberfläche S2 in Richtung der ersten Oberfläche S1 in der porösen Sinterschicht 14 aufweist.
Übrigens kann der erste Bereich E1 ein Bereich mit einer Dicke von 50% oder mehr der porösen Sinterschicht 14 von der zweiten Oberfläche S2 zur ersten Oberfläche S1 sein, ist aber vorzugsweise ein Bereich mit 50% oder mehr und 70% oder weniger, und noch bevorzugter ein Bereich mit 55% oder mehr und 65% oder weniger.
Wenn der erste Bereich E1 ein Bereich innerhalb des obigen Bereichs in der porösen gesinterten Schicht 14 ist, kann der Widerstand gegen das Ablösen der Harzschicht 16 vom Grundmaterial 12 wirksam verbessert werden.
Der zweite Bereich E2 ist ein anderer Bereich als der erste Bereich E1 in der porösen Sinterschicht 14. Insbesondere ist der zweite Bereich E2 ein Bereich von der Endfläche auf der Seite des Grundmaterials 12 des ersten Bereichs E1 bis zur ersten Oberfläche S1 in der porösen Sinterschicht 14.
Wie oben beschrieben, ist eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z des ersten Bereichs E1 größer als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z des zweiten Bereichs E2. Die Abnahmerate der Porosität bezieht sich auf eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z von der zweiten Oberfläche S2 zur zweiten Oberfläche S2 (insbesondere die Richtung des Pfeils Z1) in Bezug auf die Einheitsdicke der porösen Sinterschicht 14.
Wenn die Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z des ersten Bereichs E1 größer ist als die Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z des zweiten Bereichs E2, ist es möglich, eine leichte Imprägnierung der Harzschicht 16 in die poröse Sinterschicht 14 zu erreichen, während der Widerstand gegen das Abschälen der Harzschicht 16 vom Grundmaterial 12 erhalten bleibt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Porosität und der Position in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14 in dem Gleitelement 10 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 2 zeigt die vertikale Achse die Porosität der porösen Sinterschicht 14. Die horizontale Achse zeigt die Position in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14. Darüber hinaus ist die Position in Dickenrichtung auf der horizontalen Achse, auf der die Dicke der porösen Sinterschicht 14 150µ m beträgt, mit der Position der zweiten Oberfläche S2 als 0µ m und der Position der ersten Oberfläche S1 als 150µ m dargestellt.
Im Falle des in 2 dargestellten Beispiels wird die Veränderung der Porosität der porösen Sinterschicht 14 beispielsweise durch ein Liniendiagramm 40 dargestellt. Das Liniendiagramm 40 wird durch ein Liniendiagramm 40A und ein Liniendiagramm 40B mit unterschiedlichen Abnahmeraten der Porosität dargestellt. Eine Abnahmerate der Porosität, die durch das Liniendiagramm 40A dargestellt wird, ist größer als eine Abnahmerate der Porosität, die durch das Liniendiagramm 40B dargestellt wird. Daher ist in dem in 2 gezeigten Beispiel der erste Bereich E1 ein Bereich mit einer Dicke bis zu einer Position einer Dicke von etwa 80µ m von der zweiten Oberfläche S2 in Richtung der ersten Oberfläche S1 in der porösen Sinterschicht 14. Der zweite Bereich E2 ist ein Bereich mit einer Dicke von der Position einer Dicke von etwa 80µ m bis zu einer Position von 150µ m wie die erste Oberfläche S1 von der zweiten Oberfläche S2 in Richtung der ersten Oberfläche S1 in der porösen Sinterschicht 14.
Zurück zu 1, die Beschreibung wird fortgesetzt. Die Porosität eines zentralen Teils P in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14 beträgt vorzugsweise 30 % oder mehr und weniger als 50 %.
Die Porosität des zentralen Teils P in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14 bezieht sich auf die Porosität einer Schnittfläche, die durch Schneiden der porösen Sinterschicht 14 entlang einer Linie erhalten wird, die durch die Mitte der porösen Sinterschicht 14 in der Dickenrichtung Z verläuft.
Die Porosität des zentralen Teils P in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14 beträgt vorzugsweise 30 % oder mehr und weniger als 50 %, und noch bevorzugter 35 % oder mehr und 45 % oder weniger.
Darüber hinaus ist die Porosität der zweiten Oberfläche S2 der porösen Sinterschicht 14 höher als die des zentralen Teils P. Insbesondere beträgt die Porosität der zweiten Oberfläche S2 vorzugsweise 30 % oder mehr.
Darüber hinaus ist die Porosität der ersten Oberfläche S1 der porösen Sinterschicht 14 geringer als die des zentralen Teils P. Insbesondere beträgt die Porosität der ersten Oberfläche S1 vorzugsweise 15 % oder mehr und 40 % oder weniger, und noch bevorzugter 20 % oder mehr und 35 % oder weniger.
Wenn die Porositäten des zentralen Teils P, der ersten Oberfläche S1 und der zweiten Oberfläche S2 in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14 in die oben genannten Bereiche fallen, ist es möglich, eine einfache Imprägnierung der Harzschicht 16 in die poröse Sinterschicht 14 zu erreichen, während die Beständigkeit gegen das Ablösen der Harzschicht 16 vom Grundmaterial 12 erhalten bleibt.
Die poröse Sinterschicht 14 muss nur das oben erwähnte Verhältnis der Porositäten erfüllen, und das Material, aus dem sie besteht, ist nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die poröse Sinterschicht 14 eine Sinterschicht aus einer Vielzahl anorganischer Partikel 18 enthalten.
Die poröse Sinterschicht 14 wird beispielsweise durch Sintern einer Vielzahl von anorganischen Teilchen 18 hergestellt. Bei den anorganischen Teilchen 18 kann es sich um beliebige Teilchen handeln, die in der Lage sind, durch Sintern die poröse Sinterschicht 14 zu bilden, und das Material, aus dem die anorganischen Teilchen 18 bestehen, ist nicht beschränkt. Bei den anorganischen Teilchen 18 handelt es sich um eine Legierung auf Kupferbasis. Bei den anorganischen Teilchen 18 handelt es sich beispielsweise um reines Kupfer, eine Cu-Legierung wie Bronze, Bleibronze oder Phosphorbronze oder ein Verbundmaterial, das durch Dispergieren eines Pulvers wie FeP oder Al₂ O₃ in reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung erhalten wird.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der anorganischen Teilchen 18 beträgt vorzugsweise 75µ m oder mehr und 150µ m oder weniger, und noch bevorzugter 80µ m oder mehr und 125µ m oder weniger.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der anorganischen Partikel 18 ist ein volumengemittelter Partikeldurchmesser. Insbesondere bezieht sich der durchschnittliche Partikeldurchmesser der anorganischen Partikel 18 auf einen Wert, der mit einem Laserbeugungs-/Streuungstyp-Partikeldurchmesserverteilungsmessgerät (LS Particle Size Analyzer: LS13 320, hergestellt von BECKMAN COULTER, Inc.) gemessen wurde. In Bezug auf Partikeldurchmesserbereiche (Kanäle), die durch Teilen einer erhaltenen Partikeldurchmesserverteilung erhalten werden, wird eine kumulative Volumenverteilung von der Seite des kleinen Partikeldurchmessers abgezogen, und ein Partikeldurchmesser, bei dem die kumulativen 50 % erhalten werden, wird als durchschnittlicher Partikeldurchmesser (volumengemittelter Partikeldurchmesser) D_50v der anorganischen Partikel 18 definiert.
Darüber hinaus ist es in der porösen Sinterschicht 14 bevorzugt, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser der anorganischen Teilchen 18, die die poröse Sinterschicht 14 bilden, in dem oben genannten Bereich liegt und dass das Verhältnis der Dicke der porösen Sinterschicht 14 zum durchschnittlichen Teilchendurchmesser der anorganischen Teilchen 18 vorzugsweise das 1,1-fache oder mehr und das 2,2-fache oder weniger beträgt.
Das Verhältnis der Dicke der porösen Sinterschicht 14 zu den anorganischen Partikeln 18 im Bereich des oben genannten mittleren Partikeldurchmessers beträgt übrigens vorzugsweise das 1,1-fache oder mehr und das 2,2-fache oder weniger, und noch bevorzugter das 1,3-fache oder mehr und das 1,8-fache oder weniger.
Wenn das Verhältnis der Dicke der porösen Sinterschicht 14 zu den anorganischen Partikeln 18 im Bereich des oben erwähnten durchschnittlichen Partikeldurchmessers liegt, ist es möglich, sowohl eine Verbesserung der Ablösungsbeständigkeit der Harzschicht 16 vom Grundmaterial 12 als auch eine leichtere Imprägnierung der Harzschicht 16 in die poröse Sinterschicht 14 zu erreichen.
Darüber hinaus ist die poröse Sinterschicht 14 vorzugsweise ein Laminat, das durch Stapeln von 1,1 Schichten oder mehr und 2,2 Schichten oder weniger der anorganischen Teilchen 18 erhalten wird, und noch bevorzugter ein Laminat, das durch Stapeln von 1,3 Schichten oder mehr und 1,8 Schichten oder weniger erhalten wird.
Wenn der Laminierungszustand der anorganischen Teilchen 18 in der porösen Sinterschicht 14 der obige Zustand ist, ist es möglich, sowohl eine Verbesserung der Beständigkeit gegen das Ablösen der Harzschicht 16 vom Grundmaterial 12 als auch eine einfache Imprägnierung der Harzschicht 16 in die poröse Sinterschicht 14 zu erreichen.
Die anorganischen Teilchen 18, aus denen die poröse Sinterschicht 14 besteht, können im Wesentlichen die gleiche Größe (Teilchendurchmesser) oder unterschiedliche Größen haben. Der Begriff „im Wesentlichen gleich“ bedeutet, dass der Partikeldurchmesser des einen Partikels in Bezug auf den Partikeldurchmesser des anderen Partikels innerhalb eines Bereichs von ± 10 % liegt. Die anorganischen Teilchen 18, aus denen die poröse Sinterschicht 14 besteht, haben übrigens vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Größe.
Die Form jedes der anorganischen Teilchen 18 ist nicht begrenzt. Jedes der anorganischen Teilchen 18 kann eine Kugelform, eine im Wesentlichen kugelförmige Form ohne scharfe Kante oder eine andere verformte Form (z. B. flockig, dendritisch, kettenartig, skalenoedrisch) haben.
Alle anorganischen Teilchen 18, aus denen die poröse Sinterschicht 14 besteht, können die gleiche Form haben, oder es kann ein Teilchen mit einer anderen Form beigemischt werden.
Wenn die poröse Sinterschicht 14 eine Form hat, in der die anorganischen Teilchen 18 mit unterschiedlichen Formen gemischt sind, beträgt der Anteil der anorganischen Teilchen 18 mit einem Verhältnis von Nebenachse/Hauptachse im Bereich von 0,2 oder mehr und 0,7 oder weniger in allen anorganischen Teilchen 18, die die poröse Sinterschicht 14 bilden, vorzugsweise 50 % oder mehr, und noch bevorzugter 70 % oder mehr. Darüber hinaus beträgt der Anteil der anorganischen Teilchen 18 mit einem Hauptachsen-/Nebenachsenverhältnis im Bereich von 0,2 oder weniger in allen anorganischen Teilchen 18, die die poröse Sinterschicht 14 bilden, vorzugsweise 30 % oder weniger, und noch bevorzugter 10 % oder weniger.
Im Übrigen beträgt die Dicke der porösen Sinterschicht 14 vorzugsweise 0,11 mm oder mehr und 0,22 mm oder weniger, und noch bevorzugter 1,3 mm oder mehr und 1,8 mm oder weniger, insbesondere.
Als nächstes wird die Harzschicht 16 beschrieben. Die Harzschicht 16 ist eine Schicht, die ein Harzmaterial enthält. Das Harzmaterial besteht aus einem Kunstharz und einem in dem Kunstharz dispergierten Zusatzstoff.
Als Kunstharz wird hauptsächlich Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet. Darüber hinaus können Tetrafluorethylen/Perfluoralkoxyethylen-Copolymer (PFA), Perfluorethylen-Propen-Copolymer (FEP), PTFE mit niedrigem Molekulargewicht oder Ähnliches hinzugefügt werden.
Bei dem Kunstharz kann es sich um ein Kunstharz handeln, das nicht nur PTFE, sondern auch eines oder mehrere der folgenden Materialien enthält: Polyimid (PI), Polyamidimid (PAI), Polybenzimidazol (PBI), Polyamid (PA), ein Phenolharz, ein Epoxidharz, Polyacetal (POM), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylen (PE), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyetherimid (PEI).
Um den Reibungskoeffizienten des Kunstharzes zu verringern und die Reibung zu stabilisieren, kann ein Additiv zugesetzt werden. Als ein solches Additiv kann z. B. ein Additiv ausgewählt aus Festschmierstoffen wie Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, CF₂, CaF₂ und BN sowie Weichmetallen wie Pb, Bi und Sn hinzugefügt werden.
Darüber hinaus kann ein Zusatzstoff zur Verbesserung der Abriebfestigkeit des Kunstharzes hinzugefügt werden. Als ein solches Additiv können ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus Salzen wie BaSO₄, CaSO₄, Calciumphosphat, Magnesiumphosphat und Magnesiumsilikat, Harzen wie aromatischem Polyester, Polyimid und PEEK, Oxiden wie Al₂ O₃, FeO₃ und TiO₂, Sulfiden wie ZnS, Karbiden wie TiC, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kohlenstoff und dergleichen hinzugefügt werden.
Beispiele
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung insbesondere anhand von Beispielen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Es wurden Prüfkörper hergestellt, die jeweils eine poröse Sinterschicht 14 oder eine unten beschriebene vergleichbare poröse Schicht und eine Harzschicht 16 aufwiesen, und diese Prüfkörper wurden auf die Leichtigkeit der Imprägnierung der Harzschicht 16 in jede der porösen Sinterschicht 14 und der vergleichbaren porösen Schicht sowie auf die Schälbeständigkeit der Harzschicht 16 untersucht.
Vorbereitung der Probekörper
Schritt 1: Ein Stahlblech (SPCC (JIS)) mit einer Dicke von 1,32 mm wurde als Grundmaterial 12 vorbereitet.
Schritt 2: Ein Pulver aus Phosphorbronze (Cu, 6 % Sn und 0,1 % P) wurde auf das Grundmaterial 12 aufgesprüht.
Schritt 3: Das Pulver aus Schritt 2 wurde bei 900°C bis 950°C gesintert, um eine poröse gesinterte Schicht zu erzeugen.
Schritt 4: Als Nächstes wurden ein PTFE-Pulver und ein Additiv gemischt und ein Hilfsstoff hinzugefügt, um ein gemischtes Pulver herzustellen.
Schritt 5: Das Kunstharz, d.h. das oben gemischte Pulver, wurde mit einer Walze in die poröse gesinterte Schicht imprägniert.
Schritt 6: Das in Schritt 5 erhaltene imprägnierte Material wurde bei 150°C bis 200°C für etwa 10 Minuten getrocknet.
Schritt 7: Anschließend wurde das Material bei 380°C bis 400°C für etwa 10 Minuten gebrannt.
Prüfkörper mit jeweils einer porösen Sinterschicht aus Beispiel 1, 2 oder 3 und Prüfkörper mit jeweils einer porösen Vergleichsschicht aus Vergleichsbeispiel 1 oder 2 wurden nach den obigen Schritten 1 bis 7 hergestellt. Übrigens wurde die Porosität der porösen Sinterschicht durch Einstellen des Teilchendurchmessers des in Schritt 2 gesprühten Pulvers eingestellt.
2 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis der Beziehung zwischen der Porosität und der Position in der Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14 in dem Teststück aus Beispiel 1 zeigt. In 2 zeigt die vertikale Achse die Porosität der porösen Sinterschicht 14. Die horizontale Achse zeigt die Position in Dickenrichtung Z der porösen Sinterschicht 14. Was die Dickenrichtung auf der horizontalen Achse betrifft, beträgt die Dicke der porösen Sinterschicht 14 150µ m, und die Position der zweiten Oberfläche S2 ist mit 0µ m und die Position der ersten Oberfläche S1 mit 150µ m angegeben.
Wie in 2 gezeigt, wurde in Beispiel 1 die Veränderung der Porosität der porösen Sinterschicht 14 durch ein Liniendiagramm 40 dargestellt. Das Liniendiagramm 40 wurde durch ein Liniendiagramm 40A und ein Liniendiagramm 40B dargestellt. Das Liniendiagramm 40A zeigt eine Abnahmerate der Porosität des ersten Bereichs E1, und ein Liniendiagramm 40B zeigt eine Abnahmerate der Porosität des zweiten Bereichs E2. Wie in 2 gezeigt, war der erste Bereich E1 der porösen Sinterschicht 14 von Beispiel 1 ein Bereich, der 80 % der Dicke der porösen Sinterschicht 14 von der zweiten Oberfläche S2 einnimmt. Darüber hinaus war die Abnahmerate der Porosität des ersten Bereichs E1 größer als die Abnahmerate der Porosität des zweiten Bereichs E2. Darüber hinaus betrug die Porosität des zentralen Teils P der porösen Sinterschicht 14 40 %.
3 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis der Beziehung zwischen der Porosität und der Position in der Dickenrichtung Z der vergleichenden porösen Schicht in dem Teststück des Vergleichsbeispiels 1 zeigt. In 3 zeigt die vertikale Achse die Porosität der vergleichbaren porösen Schicht. Die horizontale Achse zeigt die Position in Dickenrichtung Z der porösen Vergleichsschicht. Darüber hinaus ist die Position in Dickenrichtung auf der horizontalen Achse, auf der die Dicke der porösen Vergleichsschicht 250µ m beträgt, mit der Position der zweiten Oberfläche S2 als 0µ m und der Position der ersten Oberfläche S1 als 250µ m dargestellt.
Wie in 3 gezeigt, wurde in Vergleichsbeispiel 1 die Veränderung der Porosität der vergleichenden porösen Schicht durch ein Liniendiagramm 42 dargestellt. Das Liniendiagramm 42 wurde durch ein Liniendiagramm 42A und ein Liniendiagramm 42B dargestellt. Das Liniendiagramm 42A zeigt eine Abnahmerate der Porosität des ersten Bereichs E1, und ein Liniendiagramm 42B zeigt eine Abnahmerate der Porosität des zweiten Bereichs E2. Wie in 3 gezeigt, war der erste Bereich E1 der vergleichenden porösen Schicht des Vergleichsbeispiels 1 ein Bereich, der 20% der Dicke der vergleichenden porösen Schicht von der zweiten Oberfläche S2 einnimmt. Darüber hinaus war die Abnahmerate der Porosität des ersten Bereichs E1 größer als die Abnahmerate der Porosität des zweiten Bereichs E2. Darüber hinaus betrug die Porosität des zentralen Teils P der vergleichbaren porösen Schicht 25 %.
4 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis der Beziehung zwischen der Porosität und der Position in der Dickenrichtung Z der vergleichenden porösen Schicht in dem Teststück des Vergleichsbeispiels 2 zeigt. In 4 zeigt die vertikale Achse die Porosität der vergleichbaren porösen Schicht. Die horizontale Achse zeigt die Position in Dickenrichtung Z der porösen Vergleichsschicht. Darüber hinaus ist die Position in Dickenrichtung auf der horizontalen Achse, auf der die Dicke der porösen Vergleichsschicht 150µ m beträgt, mit der Position der zweiten Oberfläche S2 als 0µ m und der Position der ersten Oberfläche S1 als 150µ m dargestellt.
Wie in 4 gezeigt, wurde in Vergleichsbeispiel 2 die Veränderung der Porosität der vergleichenden porösen Schicht durch ein Liniendiagramm 44 dargestellt. Das Liniendiagramm 44 wurde durch ein Liniendiagramm 44A und ein Liniendiagramm 44B dargestellt. Das Liniendiagramm 44A zeigt eine Abnahmerate der Porosität eines ersten Bereichs E1. Andererseits zeigt das Liniendiagramm 44B, wie im Liniendiagramm 44B dargestellt, dass die Porosität im Wesentlichen konstant ist. Daher gab es im Vergleichsbeispiel 2 den zweiten Bereich E2 nicht. Es wurde keine Abnahme der Porosität festgestellt.
Darüber hinaus war der erste Bereich E1 der vergleichenden porösen Schicht des Vergleichsbeispiels 2 ein Bereich, der 40 % der Dicke der vergleichenden porösen Schicht von der zweiten Oberfläche S2 einnahm. Ferner betrug die Porosität des zentralen Teils P der vergleichenden porösen Schicht 50%.
Bewertung
Leichte Imprägnierung der porösen gesinterten Schicht (oder vergleichbaren porösen Schicht)
Die Imprägnierungsfehler des oben beschriebenen Harzmaterials in der porösen Sinterschicht 14 und der vergleichbaren porösen Schicht bei der Herstellung der Teststücke der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden bewertet, und die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 1 gilt: Je kleiner der Wert in der Spalte „Schwierigkeit des Auftretens von Imprägnierfehlern“ ist, desto stärker ist das Auftreten von Imprägnierfehlern. Je größer der Wert in der Spalte „Schwierigkeit des Auftretens eines Imprägnierfehlers“ in Tabelle 1 ist, desto geringer ist das Auftreten des Imprägnierfehlers. Wenn in Tabelle 1 der Wert in der Spalte „Schwierigkeit des Auftretens eines Imprägnierfehlers“ „1“ ist, bedeutet dies, dass ein Imprägnierfehler aufgetreten ist, wenn der Wert „2“ ist, bedeutet dies, dass Imprägnierfehler teilweise aufgetreten sind, und wenn der Wert „3“ ist, bedeutet dies, dass ein Imprägnierfehler kaum auftritt.
Das Auftreten des Imprägnierungsfehlers kann durch Beobachtung des Querschnitts der Proben festgestellt werden. Bei einem PTFE-Material wurde das Material jedoch aufgrund der Erzeugung von Harzfluss beim Polieren des Querschnitts sorgfältig poliert, dann einer Querschnittspolierbearbeitung unterzogen und mit einem Elektronenmikroskop beobachtet (siehe 5).
Schälfestigkeit der Harzschicht
Die Schälfestigkeit der einzelnen Harzschichten 16 in den Prüfkörpern der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde bewertet.
Für den Schälwiderstand wurde das Grundmaterial 12 fixiert, eine Last in Dickenrichtung Z so aufgebracht, dass der Endteil entlang der Achse orthogonal zur Dickenrichtung Z der Harzschicht 16 in Richtung der vom Grundmaterial 12 abgewandten Seite in Bezug auf das Grundmaterial 12 liegt, und die Last beim Auftreten eines Risses wurde als Schälfestigkeit gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

	Werkstoffkomponente (Gew.-%)					Testergebnis
	PTFE	Magnesiumphosphat	Bariumsulfat	Molybdändisulfid	Kalzinierter Ton	Abnutzungsverlust (µ m)	Reibungskoeffizient
Beispiel 1	Bilanz	15.6	13.0	6.0	3.1	5	0.09
Beispiel 2	Bilanz	12.5	16.1	4.1	1.3	9	0.07
Beispiel 3	Bilanz	13.3	16.9	4.7	2.1	7	0.07
Beispiel 4	Bilanz	14.0	17.7	5.4	2.9	9	0.06
Beispiel 5	Bilanz	14.8	18.5	6.0	3.6	8	0.06

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist in den Beispielen, in denen die Porosität von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche S1 hin abnimmt und die Abnahmerate der Porosität von der zweiten Oberfläche S2 zur ersten Oberfläche S1 in der Dickenrichtung Z des ersten Bereichs E1, der 50% oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht 14 einnimmt, größer als die Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung Z des zweiten Bereichs E2, die poröse Sinterschicht 14 war leicht mit der Harzschicht 16 imprägniert, und die Schälbeständigkeit der Harzschicht 16 war hoch im Vergleich zu Vergleichsbeispielen, die die Bedingungen nicht erfüllten.
Andererseits wurden in den Vergleichsbeispielen die Ergebnisse erzielt, dass mindestens eines von beiden, nämlich die Leichtigkeit der Imprägnierung der Harzschicht 16 in die vergleichende poröse Schicht und die Schälbeständigkeit der Harzschicht 16, geringer war als in den Beispielen.
Bei der Verwendung der in den Beispielen gezeigten porösen Sinterschicht 14 wurde das Bewertungsergebnis erzielt, dass sowohl eine einfache Imprägnierung der Harzschicht 16 in die poröse Sinterschicht 14 als auch eine Verbesserung der Ablösungsbeständigkeit der Harzschicht 16 vom Grundmaterial 12 im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen erreicht werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Materialien und Zusammensetzungen, die in den oben beschriebenen Beispielen verwendet werden, lediglich Beispiele sind, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Harzschicht 16 gemäß der vorliegenden Erfindung kann unvermeidliche Verunreinigungen enthalten. Der spezifische Aufbau des Gleitelements 10 ist nicht auf das in 1 dargestellte Beispiel beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: GLEITSTÜCK
12: GRUNDMATERIAL
14: PORÖSE GESINTERTE SCHICHT
16: HARZSCHICHT
18: ANORGANISCHE PARTIKEL
S1: ERSTE OBERFLÄCHE
S2: ZWEITE OBERFLÄCHE

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002327750 A [0003]
JP 2016108600 A [0003]

Claims

Gleitelement, umfassend: ein Grundmaterial; eine poröse gesinterte Schicht, die auf dem Grundmaterial vorgesehen ist; und eine Harzschicht, die in die poröse Sinterschicht imprägniert und auf der porösen Sinterschicht aufgebracht ist, wobei in der porösen Sinterschicht eine Porosität von einer zweiten Oberfläche, die einer ersten Oberfläche, die näher am Grundmaterial liegt, gegenüberliegt, in Richtung der ersten Oberfläche abnimmt, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine der Endflächen in einer Dickenrichtung sind, und eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung in einem ersten Bereich, der 50 % oder mehr der Dicke der porösen Sinterschicht einnimmt, von der zweiten Oberfläche in Richtung der ersten Oberfläche größer ist als eine Abnahmerate der Porosität in der Dickenrichtung in einem zweiten Bereich, der nicht der erste Bereich der porösen Sinterschicht ist.
Gleitelement nach Anspruch 1, bei dem die poröse Sinterschicht eine Porosität von 30 % oder mehr und weniger als 50 % in einem zentralen Teil in Richtung der Dicke aufweist.
Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Sinterschicht eine Vielzahl von anorganischen Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 75µ m oder mehr und 150µ m oder weniger umfasst und ein Verhältnis zwischen der Dicke der porösen Sinterschicht und dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser der Vielzahl anorganischer Teilchen das 1,1-fache oder mehr und das 2,2-fache oder weniger beträgt.
Gleitelement nach Anspruch 3, bei dem die poröse gesinterte Schicht ein Laminat ist, das durch Stapeln von 1,1 oder mehr und 2,2 oder weniger Schichten der anorganischen Teilchen gebildet wird.
Gleitelement nach Anspruch 3, bei dem die poröse gesinterte Schicht eine Dicke von 0,11 mm oder mehr und 0,22 mm oder weniger aufweist.
Gleitelement nach Anspruch 3, bei dem die anorganischen Partikel eine Legierung auf Kupferbasis sind.