DE2928081A1 - Verbund-schichtwerkstoff - Google Patents

Verbund-schichtwerkstoff

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DE2928081A1 DE19792928081 DE2928081A DE2928081A1 DE 2928081 A1 DE2928081 A1 DE 2928081A1 DE 19792928081 DE19792928081 DE 19792928081 DE 2928081 A DE2928081 A DE 2928081A DE 2928081 A1 DE2928081 A1 DE 2928081A1
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Description

  • Verbund-Schichtwerkstoff
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbund-Schichtwerkstoff mit metallischer Trägerschicht und einer mit der Trägerschicht verbundenen Reib- bzw. Gleitschicht mit einer Matrix auf der Basis von fluorhaltigen Polymeren.
  • Kunststoffe, wie PVDF, FEP, PTFE sind von allen Kunststoffen,! die heute in den unterschiedlichsten Bereichen der industrielen Fertigung verwendet werden, die besten, da sie überlegene chemische Beständigkeit oder Oberflächeneigenschaften und noch hervorragendere Reibwerteigenshaften besitzen.
  • Außerdem besitzt PTFE von diesen Kunststoffen zusätzlich zu den vorstehend erwähnten überlegene Eigenschaften eine weitere, nämlich eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit.
  • Allerdings b esitzen diese auch den Nachteil, daß sie schwache Verbindungs- oder Verklebungseigenschaften aufweisen.
  • Der verwendete Ausdruck "Polyvinylidenfluorid" bezieht sich nicht nur auf ein normalerweise festes, hochmolekulares Homopolymer von Vinyliden fluorid, sondern auch auf normalerweise feste Copolymere von Vinylidenfluorid mit einer Mehrheit von Vinylidenfluorid-Einheiten. Diese können beispielsweise Copolymere bis zu 30 Mol.-% an comonomeren Tetrafluoräthylen, Trifluoräthylen, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen sowie weitere andere bekannte Monomere sein.
  • be Die Copolymere /sitzen dabei in bezug auf die Verwendung im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das Homopolymer.
  • Der verwendete Ausdruck "PTFE" bezieht sich auch aud niedermolekulare Tetrafluoräthylenpolymere, die durch Pyrolyse von normalerweise festem, hochmolekularem PTFE erhalten werden. Diese PTFE-Teilchen können so hergestellt werden, indem man ungesintertes Polytetrafluoräthylen, welches man durch Polymerisation von Tetrafluoräthylen in wässriger Suspension oder Dispersion erhalten hat,Beta- oder Gammastrahlung einer Intensität zwischen 5 bis 50 Mrad aussetzt und und so ein Molekulargewicht vermindert/es dabei zu einem wachsartigen Produkt abbaut.
  • Reibungsarme, verschleißfeste und temperaturbeständige Gleitwerkstoffe, deren Hauptkomponente ein Fluorkohlenwasserstoffpolymer, z.B. Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid ist, sind bekannt.
  • So wird eine selbstschmierende Fluorkohlenwasserstoffpolymer-Mischung in der DE-OS 19 25 000 beschrieben, welche 40 bis 75 Gew.-% Polyvinylidenfluorid, etwa 10 bis 35 Gew.-% Polytetrafluoräthylen und etwa 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer Telomere der Formel R-(CF2-CF2 )n-X enthält.
  • Der Einsatz solcher selbstschmierender, aus Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluoräthylen bestehender Polymer-Mischung aus Formmassen ist jedoch begrenzt.
  • Das Fehlen eines festigkeitserhöhenden Trägerwerkstoffes verhindert den Einsatz bei dünnwandigen Gleitlagerelementen, da bei hochbelasteten Teilen die mechanischen Eigenschaften nicht mehr ausreichend sind.
  • In der DE-OS 25 45 897 wird eine Form- bzw. Überzugsmasse beschrieben, welche aus etwa 25 bis 99 Gew.-°% eines Mischpolymers von 3,3 ,3-Trifluor-2-Trifluormethylpropen und Vinylidenfluorid und etwa 75 bis etwa 1 Gew.-% eines niedermolekularen feinteiligen Polytetrafluoräthylenharzes enthält.
  • Verwendet werden diese Überzugsmassen al fertigen Gegenständen,! wo zusammenhängende Schichten, Karte, chemische Beständigkeit , nichtklebende Eigenschaften und Abriebbständigkeit gefordert werden.
  • Der Nachteil dieser Überzugsmassen, die z.B. durch elektrostatische. Pulversprühmethoden, Wirbelschicht- und Pl=asmasprühmethoden oder Clammsprühmethoden hergestellt werden, liegt darin, daß zur Herstellung einer porenfreien Schicht Dicken von 0,13 mm bis 2,5 mm erforderlich sind.
  • Die Haftung dieser Überzugsmassen bei einer nachfolgenden Umformung durch Biegen, Stauchen oder ähnlichem führt zur Ablösung der Schícht vom metallischen Substrat, so daß das Bauteil nicht mehr verwendet werden kann.
  • Nachteilig auf die Bindungs- bzw. Verklebungseigenschaften bei Fluorkohlenwasserstoffpolymeren wirkt sich deren antiadhäsives Verhalten aus.
  • Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um den Nachteil einer mangelhaften adhäsiven Bindung zu beseitigen.
  • In der DE-OS 18 06 551 wird ein Verfahren zum Beschichten von Metallen mit Polyvinylfluorid beschrieben. Eine Bindung des Polyvinylfluorides zu einer Metalloberfläche wird durch das Aufbringen einer haftvermittelnden Grundschicht auf dem Substrat erreicht. ~~~~~ ~~~ Diese haftvermittelnde Grundschicht mit einer Dicke von bis 20 Am besteht aus einem Gemisch aus Metalloxiden und Polyvinylfluorid-Pulver im Gewichtsverhältnis 1 : 3 bis 1 : 8, welches in einem latenten Lösungsmittel suspendiert oder dispergiert worden ist. Vor Aufbringen der Deckschicht muß diese haftvermittelnde Grundschicht bei einer Temperatur zwischen 230 und 3200C eingebrannt werden.
  • Weiter sind polyvinylfluoridbeschichtete Stahlbleche in den Handel gekommen, bei denen z.B. auch galvanisch verzinkte Stahlbleche mittels eines haftvermittelnden Klebers, beispielsweise auf der Basis von Methacrylsäureestern, mit einer Polyvinylfluorid-Folie kaschiert sind, welche in der DE-OS 1 806 551 offenbart sind.
  • Bekannt ist die Verwendung von Klebeschichten auf Basis von Acrylaten, Epoxiden, Polyestern u.a., die getrennt auf das metallische Substrat aufgebracht werden und als Haftvermittler für eine nachfolgende Beschichtung mit PVF-LösungsmittelY Dispersionen verwendet werden.
  • Diese Verfahren sind jedoch wenig geeignet, eine bei der Umformung und hohen Belastungen ausreichende adhäsive Bindezone herzustellen, da die aggressiven Lösemittel der Dispersionen bei den relativ ho-hen Einbrenntemperaturen die Kleberschicht zu stark auf- bzw. anlösen und dadurch eine brauchbare PVF-Verbindung nicht erreicht wird.
  • Die Herstellung einer haftvermittelnden Zwischenschicht als Grundschicht, auf Basis einer lösungsmittelhaltigen Dispersion, erfordert eine blasen- und porenfrei Oberfläde, die nur durch langsames Ablüften des Lösungsmittels erreicht werden kann (DE-OS 18 06 551).
  • Das nachfolgende Einbrennen dieser Grundschicht stellt außer dem einen zusätzlichen energieaufwendigen Arbeitsgang dar.
  • Da dieses Beschichtungsverfahren als Korrosionsschutz eingesetzt wird, sind die hergestellten Schichten über den Werkstückquerschnitt nicht in dem Maße gleichmäßig, wie sie für Präzisionsteile, z.B. Gleitlager, erforderlich wären.
  • Ein weiteres Verfahren zum Verbinden eines Fluorkunststoffes mit einem Substrat wird in der DE-OS 24 36 424 beschrieben.
  • Das Substrat wird ebenso wie der Fluorkunststoff über die Schmelztemperatur des Fluorkunststoffes erwärmt und durch Herstellung des Kontaktes und dessen Beibehaltung bis zir Ausbildung maximaler Kristallisation des Fluorkunststoffes 1 abgekühlt.
  • Erfolgt eine rasche Abkühlung der Fluorkuntstoffe, nachdem sie durch Erwärmen geschmolzen wurden und mit einem Substrat, beispielsweise einem metallischen Trägerwerkstoff, das damit beschichtet wurde, verklebt, kann angenommen werden, daß innere Spannungen auftreten die durch Kohäsionskräfte verursacht wurden, die in dem verbundenen Teil der Fluorkunststoff während des Erwärmens gebildet werden und an der Grenzfläche der Bindung konzentriert sind.
  • Die Haftungseigenschaften von Fluorkunststoffen an einem Substrat werden somit stark durch das gewählte Abkühlverfahren beeinflußt.
  • Aufgrund der durch die Kohäsionskräfte auftretenden inneren Spannungen, die innerhalb des verbundenen Teils der Fluorkunststoffe gebildet werdenXund ihre Konzentration an der Grenzfläche Fluorkunststoff/Substrat, steht in einem direkten Zusammenhang mit der Temperatur, bei der die Kristallisation der Fluorkunststoffe abläuft.
  • Das in der DE-OS 24 36 424 beschriebene Verfahren geht dahin, daß man das Substrat und den Fluorkunststoff auf mindestens den Schmelzpunkt bzw. Gel-Punkt des Fluorkunststoffes +1000C erwärmt, den Fluorkunstsoff in geschmolzenem Zustand mit dem Substrat in Kontakt hält und den Verbund innerhalb eines definierten Temperaturbereichs mit einer Abnahmerate von 5 min oder weniger langsam abkühlt.
  • Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß zur Herstellung einer ausreichenden Haftung Temperaturen erreicht werden, bei denen Fluorkunststoffe bereits chemisch zersetzen und gesundheitsschädigende Stoffe freigesetzt werden.
  • Ein weiterer Nachteil ist die lange Kontakthaltezeit im geschmolzenen Zustand der Fluorkunststoffe zum Substrat sowie die langsame Abkühlgeschwindigkeit zum Erreichen einer hoh n Kristallinität der Fluorkunststoffe. Dieses Verfahren ist -somit nicht für eine kontinuierliche Herstellung und damit für eine wirtschaftliche Fertigung geeignet.
  • Bekanntlich verschlechtert sich das Bindungsverhalten bei Fluorkunststoffpolymeren je mehr Fluoratome sich im Grund- -baustein des einzelnen Polymers befinden. So nimmt z.B.
  • in der Reihenfolge Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluoräthylen die Adhäsivität ab.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen'reibungsarmen, temperaturbeständigen, hochverschleiBfesten Verbund--Schicht werkstoff zu schaffen, dessen Gleitschicht aus einem Fluorpolymer-Gemisch und einem Zusatzstoff besteht und der mit einem weiteren, die Gleiteigenschaften verbessernden anorgaIiischen oder organischen Stoff gemischt sein kann, der in pulveriger Form vorliegt.
  • Die Aufgabe der Erdindung wird dadurch gelöst, daß in die Matrix ein Zusatzwerkstoff mit einer Dichtet 8 gr/cm im Volumenverhältnis zur Reib- bzw. Gleitschicht zwischen 5% und 35%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.-% aufgenommen ist.
  • Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß fluorhaltige Polymere mit ausgeprägen antiadhäsiven Eigenschaften durch ein kontinuierliches Beschichtungsverfahren des fortlaufenden metallischen Trägerwerkstoffes durch Zugabe von Zusatzwerkstoffen, die eine Dichte > 8 gr/cm³ haben, die Flächenbindung der Fluorpolymere zum Substrat so erhöhen, daß die nachfolgenden Umformungen des Verbund-Schichtwerkstoffes zu Gleitlagerelementen ohne Schwächung der Bindungszone und ohne Ablösung der am Substrat anhaftenden Reib-bzw. Gleitschicht bei dynamischer Belastung standhalten.
  • Durch diese gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserten und einfacher herzustellenden erfindungsgemäßen Gleitlagerwerkstoff ist eine wesentlich einfachere und wirtschaftlichere Herstellungsmethode einsetzbar.
  • In vorteilhafter Weise kann die Matrix im wesentlichen aus Polyvinylidenfluorid gebildet sein und ggf. mindestens einen additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbesser1-den Stoff als Einlagerung enthalten, wobei der Zusatzwerkstoff in Pulverform vorliegen kann und eine Kornfraktion In von < 40 Am aufweist,/ebenso vorteilhafter Weise kann der Zusatzwerkstoff ein Gemisch aus zwei oder mehreren in Pulver form vorliegenden Stoffen bestehen, deren Dichte # 8 gr/cm³ ist. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Zusatzwerkstoff als einheitlicher Stoff mit einer Dichte P # 8 gr/cm³ vorliegen oder aus einem der folgenden Stoffe ender einem Gemisch aus zwei oder mehreren der folgenden Stoffe bestehen: Blei, Blei-Zinn-Legierung, bzw. Blei mit 2% Zinngehalt, Bleioxid, Bleisulfid.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Reib- bzw.
  • Gleiteigenschaften verbessernden additiven Stoffe organische Art sein bzw. PTFE oder anorganischer Art sein bzw. Graphit, Molybdänisulfid und andere. Dabei kann die Gesamtheit der additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffe in einem Mischungsverhältnis bezüglich des Zusatz werkstoffes zwischen 5 und 50 Vo.-%, vorzugsweise 10 bis 30 -Vo.-% vorgesehen sn und in Pulverform mit einer Kornfraktion von 40,um vorliegen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Reib- bzw. Gleitschicht aus nachfolgend genannten Elementen bestehen: Abrieb Reibwert 60 Vol,- PVDF 1 Fm 105 N 30 Vol.-% Pb mit 2% Sn Kornfraktion 100% - 40 um 10 Vol.-% niedermolekulares PTFE In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform kann die Reib- bzw. Gleitschicht aus Abrieb Reibwert 55 Vol.-% PVDF 1,5 um 98 N 25 Vol.-% Pb/PbO Kornfraktion 100% cL 40 um 20 Vol.-% PPS /PTFE NM bestehen.
  • In einer dritten vorteilhaften Weise kann die Reib- bzw.
  • Gleitschicht aus nachfolgende genannten Elementen bestehen: Abrieb Reibwert 60 Vol.-% PVDF 30 Vol.-% Pb/PbO g 40 hm 10 Vol.-% PTFE NM 100 Vol-% PTFE NM 6 Fm 45 N als Deckschicht In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die die Reib-bzw. Gleitschicht tragende Oberfläche der Trägerschicht mechanisch aufgerauht sein und die gerauhte Oberfläche der Trägerschicht kann einen aufgesinterten oder aufgespritzten Rauhgrund aus gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften aufweisenden, metallischen Material aufweisen.
  • Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes kann in einem kontinuierlichen Durchlauf ausgeführt werden, wobei in besonders vorteilhafter Weise folgende Verfahrensschritte aufgezeigt werden können: a) DaE die Matrix hildende fluorhaltige Polymere, der Zusatzwerkstoff mit Dichte f, # 8 gr/cm³ und Kornfraktion 100% 5 40 µm und ggf. der additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Stoff mit Kornfraktion 10004 # 40 µm intensiv miteinander vermischt werden können und auf die vorbereitete Oberfläche des metallischen Trägermaterials als Pulvergemisch oder in Form einer Suspension bzw. Paste gewünschter Dicke aufgetragen werden kann; b) de Matrix kann unter Bildung der Gleit- bzw. Reibschicht auf der Oberfläche des metallischen Trägermaterials unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffs und ggf. additiven Stoffes zusammengeschmolzen werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Gemisch von dem die Matrix bildenden fluorhaltigen Polymeren, Zusatzwerkstoff und ggf. additiven Stoff mittels eines flüchtigen Lösungsmit'tels in die Form einer Suspension übergeführt werden. Anschließend kann die Suspension in einer aufs bekannten Möglichkeiten gewählten Weise auf die vorbereitete Oberfläche des Trägerwerkstoffes aufgebracht werden. in besonders vorteilhafter Weise kann während der Einstellung der für die gewählte Aufbringungsweise geeigneten Viskosität in der Suspension und während des Aufbringens auf die Oberfläche des Trägerwerkstoffes der Zusatzwerkstoff in der Suspension, der in Teilchenform vorliegt, in der Schwebe gehalten werden, wobei in ebenso vorteilhafter Weise das latente Lösungsmittel aus der aufgetragenen Schicht unter Wärmewirkung abgedampfttund die Matrix wird unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffes und des additiven Stoffes zusammengeschmolzen.
  • In einem besonders vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Suspension in ihrer Viskosität in Art eines Tauchbades eingestellt werden, in welchem der Trägerwerkstoff durch Tauchen beschichtet werden kann. In ebenso vorteilhafter Weise kann die Suspension in ihrer Viskosität| zum Aufspritzen auf die zu beschichtende Oberfläche des Trägerwerkstoffes eingestellt werden.
  • In einem anderen Verfahrensschritt kann die Suspension elektrotatisch auf die zu beschichtnde Oberfläch.e des Trägerwerkstoffes gespritzt werden und ebenso läßt sich die Suspension in vorteilhafter Weise durch Luftsprühen auf die zu beschichtende Oberfläche des Trägerwerkstoffs nützen.
  • In einem besonders vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Suspension unter Fliehkraft auf die Innenseite des rotatonssymmetrischen Körpers aufgebracht werden rund dazu in ihrer Viskosität zum Einschleudern auf die zu beschichtende Innenseite eines rctationssymmetrischen Körpers eingestellt werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Weise kann eine definierte Menge der Suspension zum Einschleudern in die öffnung des rotationssymmetrischen Körpers eingegeben werden. Dabei kan in vorteilhafter Weise der mit einer Reib- bzw. Gleitschicht zu versehende rotationssymmetrische Körper vor Einbringen der Suspension auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, bzw. auf eine Temperatur von 2800C. In einem weiteren vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Umfangsgeschwindigkein des rotationssymmetrischen Körpers entsprechend der -Viskosität der Suspension bzw. entsprechend dem Innen-Durchmesser des rotationssymmetrischen Körpers abgestimmt werden 0 In vorteilhafter Weise kann der rotationssymme-trische Körper mit aufgebrachter Reib- bzw. Gleitschicht in einer Abkühlstation gezielt abgekühlt werden undim Anschluß daran kann -die aufgeschleuderte Reib- bzw. Gleitschicht des rotationssymmetrischen Körpers mechanisch, kalt verdichtet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß in einem kontinuierlichen Verfahren ohne Zuhilfenahme einer die Bindefestigkeit erhöhenden Zwischenschicht Fluorpolymere(, die sich durch antiadhäsive Eigenschaften auszeichnen, auf einen Trägerwerkstoff aufgebracht werden, so daß ein zu Gleitdementen weiter verarbeitbarer, mit hervorragender Bindung ausgestatteter Verbund-Schichtwerkstoff mit ausgezeichneten Verschiiß- und Reibwerten hergestellt wird.
  • Die Schichtdicke der aufgebrachten Kunststoffmischung kann extrem dünn aufgetragen werden bzw. 50/um. Es lassen sich aber auch erheblich dickere Schichten bis 1 mm auftragen, ohne daß Schichtdicken außerhalb der vorgegebenen Toleranz zu befürchten sind.
  • Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Reib- bzw. Gleitwerkstoff durch verschiedene bekannte Methoden aufgebracht werden, bzw. durch Aufstreuen des pulverförmigen Beschichtuniswerkstoffes oder einem regelbaren Streubalken oder mittels elektrostatischer Pulverbeschichtung. Im Rahmen der Erfindung hat sich das Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschickt tungsmasse über einen regelbaren Streubalken als am geeignetsten erwiesen, da aufgrund der gewählten Kornfraktion der Beschichtungsmasse eine äußerst gleichmäßige, dichte Schicht ohne Streuverluste hergestellt wird und die ReSe-bzw. Gleitschicht-Oberfläche nach dem Durchlaufen der einzelnen lieizzonen aufgrund der dichten Pulverschicht so gleichmäßig ist, daß keine weiteren Verfahrensschritte, z.B. Kalibrieren des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes erforderlich sind.
  • Nah dem Auftragen der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse auf dem Trägerwerkstof-f wird das beschichtete, bandförmige Material zuerst in einem induktiv beheizte Ofen geschmolzen| und anschließend durch eine Ofenanlage mit getrennt regelbarerOber- und-- Unterhitze geführt.
  • Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß durch das Anschmelzen der Beschichtungsmasse von der Unterseite sichergestellt ist, daß die den verbesarten Haftungsmechanismus auslösenden Fluorpolymer-Beschichtungsmasse auf-; grund der durch den Zusatzstoff erreichten, erhöhten statischenDruck auf die Bindezone eine optimale Haftung der Fluorpolymere zum Trägerwerkstoff erreicht wird. Durch die getrennte Regulierung der Temperatur der Ober- und Unter hitze im Durchlaufofen ist gewährleistet, daß der fortlaufende beschichtete Trägerwerkstoff ohne Haltezeiten bei kurzen Verarbeitungszeiten ein sicheres, vollst-ändiges Aufschmelzen der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse ohne Zersetzung dieser erfolgt.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal stein abgestimmtes Abkühlen des bandförmigen Verbund-Werkstoffes, um innere Spannungen innerhalb der Gleitschicht zu vermeiden. Dieser geregelte Abkühlvorgang kann ohne Schwierigkeit innerhalb des Produktionsprozesses ausgeführt werden, so daß keine Produktionsstillstandszeiten zu befürchten sind und das bandförmige Schichtmaterial soweit abgekühlt wird, daß das Band zu einer Rolle aufgewickelt wird und ohne thermische oder mechanische Nachbehandlung zu herkömmlichen Gleitlagerelementen weiter verarbeitet werden kann.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß ein Fluorpllymer-Werkstoff ohne Zwischenschicht auf einen Trägerwerkstoff aufgebracht und ohne eine gesonderte Nachbehandlung kontinuierlich in einem einzigen Durchgang hergestell werden kann.
  • Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich bevorzugt ein Schichtwerkstoff mit einem Trägerwerkstoff aus Stahl DIN 1624, Qualität St 3, bevorzugt St 4, herstellen.
  • Infrage kommen jedoch auch andere metallische Trägerwerkstoffe, beispielsweise Aluminium, Alu-plattierter Stahl, kupferhaltige Trägerwerkstoffe, in Betracht. Grundsätzlich, kann die Dicke der Stützwerkstoffe beliebig sein, in der bevorzugten Ausführung jedoch zwischen 0,2 mm bis 2,5 mm.
  • Die aufzubringende, reibungsarme erfindungsgemäße Schicht kann zwischen SOjim und 1 mm dick sein, bevorzugt zwischen 80 bis 200 gm. Zur Erzielung eines extrem niedrigen Reibwertes unter Beibehaltung der hervorragenden Verschleißeigenschaften kann auf die erfindungsgemäße Beschichtungsmasse vor dem Einlaufen in die induktiv beheizte Zone eine 5 bis.20,um, bevorzugt 5 bis 10'um dicke Schicht aus einem die Reibungseigenschaften verbessernden Stoff aufgebracht werden. Der die Reibeigenschaften verbessernde Stoff kann dabei eine Korngröße von maximal 0,1 bis 5 µm aufweisen.
  • Durch das, nach der induktiv beheizten Zone angeordnete Walzenpaar wird der die Reibeigenschaften verbessernde Zusatzstoff in die erfindungsgemäße Beshichtungsmasse gedrückt.
  • Durch diese Maßnahme wurde gegenüber der reinen Beschichtungsmasse ein um 15% geringerer Reibwert festgestellt.
  • Die Ausführungsmöglichkeiten für die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes sowie der für die Durchführung des Verfahrens zu benutzenden Anlage wird im folgenden beschrieben.
  • Beispiel 1: Das Aufrauhen der mit der erfindungsgemäßen Reib- bzw.
  • Gleitschicht zu versehenden Oberfläche der metallischen Trägerschicht kann durch mechanische Verfahren, beispielsweise Strahlen i Bürsten oder Schleifenerfo1gen Die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes und eine beispielhafte Zusammensetzung sind nachstehend beschrieben: 60 Vol.-% Polyvinylidenfluorid 30 Vol.-% Blei mit 2% Zinn und einer Kornfraktion 100% c 40,um 10 Vol.-% niedermolekulares PTFE.
  • Der Mischvorgang der Komponenten erfolgt über 2 Stunden in einem Turbularmischer.
  • ZUr Feststellung der Verschleißrate werden folgende Bedingungen an einer Abriebprüfmaschine festgelegt: Gleitgeschwindigkeit: 100 min = 0,523 m statische Belastung: 700 N spezifische Belastung: 8,9 N/mm2 pV-Wert: 4,68 N/mm² . m/s Prüfplättchen- /: 10 mm Prüfwalzen-q: 100 mm Härte der Prüfwalze/: 60 HRC Versuchsdauer: 30 min Oberflächenrauhigkeit der Prüfwalze: Rt 2,84 um Ra 0,24 um Rz 1,78 hm Verschleißrate: 1 um Beispiel 2 Eine weitere erfindungsgmäße Möglichkeit zur Herstellung 1 des Schichtwerkstoffes besteht darin, das Fluorpolymer Polyvinylidenfluorid durch ein latentes Lösungsmittel, bzw. Dimethyl formamid ( IN) aufzulösen und dem Zusatzstoff der eine spezifische Dichte # 8 gr/cm³ aufweist und daß die Gl,eiteigenschaften verbessernde Mittel mittels eines schnell laufenden Rührers in das gelöste Fluorpolymer einrührt.
  • Durch die Menge des Lösungsmittels, bezogen auf den Anteil des Fluorpolymers, kann die Viskosität so eingestellt werden, daß der Zusatzstoff, der eine spezifische Dichte # 8 gr/cm-3 aufweist in Schwebe gehalten wird und die Homogenität der erfindungsgemäßen Mischung erhalten bleibt. -Diese so hergestellte niecrigviskose homogene Beschichtungs masse kann beispielsweise über einen regelbaren-- Streichbalken aufgetragen werden. Ist für andere Anwendungsfälle eine extrem dünne Anwendung erforderlich, kann durch erhöhte Zugabe des latenten Lösungsmittels die Viskosität der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse soweit herabgesetzlt werden1 daß das Beschichten durch Tauchen oder Spritzen mittels elektrostatischer oder Luftsprühvorrichtungen oder ähnlich bekannten Beschichtungsverfahren möglich ist.
  • Gespeist werden diese Vorrichtungen aus einem abgeschlossen en Vorratsbehälter, der die hochviskose Beschichtungsmasse in Bewegung und damit auch den Zusatzstoff in Schwebe hält.
  • Die erreichten Schichtdicken betragen 10 bis 80 am, bevorzugt 20 bis 40 Am . Das verwendete latente Lösungsmittel wird aus der Beschichtungsmasse in einer Vorwärzzone entfernt, so daß eine dünne, über den Beschichtungsquerschnitt gleichmäßige, porenfreie Gleitschicht entsteht.
  • Der ermittelte Reibwert liegt mit 1,3 um Verschleiß nach 30 min auf der in Beispiel 1 beschriebenen Abrieb-Prüfvorrichtung in gleicher Größenordnung vor.
  • Die Zusammensetzung des Schidtwerkstoffs aus Beispiel 2 ist nachstehend folgende: 55 Vol.-% Polyvinylidenfluorid (PVDF) 25 Vol.-«O Blei-Bleioxid/Kornfraktion S 40'um 20 Vol.-% niedermolekulares Polytetrafluoräthylen Das PVDF wurde in DMF gelöst und zusammen mit den anderen Komponenten in einem Schnellrührer eingemischt.
  • Anschließend wurde die Beschichtungsmasse mit DMF auf 36 Engler-Sekunden Ausflußzeit eingestellt.
  • Beispiel 3 Ein weiteres Verfahren gemäß der Erfindung ist das Einschleudern der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse in einen rotationssymmetrischen Körper Als Beschichtungsmasse wird eine Mischung aus 65 Vol.-% Polyvinylidenfluorid (PVDF) 26 Vol.-% Blei/Bleioxid/Bleisulfid, Kornfraktion C 10 Vo.-% niedermolekulares Polytetrafluoräthylen (PTFE) -hergestellt Das PVDF wird in einem latenten Lösungsmittel gelöst rund in einem schnellaufenden Rührer mit den anderen Komponenten versetzt. Als günstigste Viskosität zum Einschleudern in einen rotationssymmetrischen Körper hat sich eine Ausflußzeit nach Engler zwischen 60 bis 80 s ergeben.
  • Zur Herstellung des Schichtwerkstoffes wurde der auf die Drehvorrichtung befestigte rotationssymmetrische Körper auf eine Temperatur von 280°C erwärmt und eine definierte Menge der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse in die Öffnung des rotationssymmetrischen Körpers gefüllt.
  • Durch axiale Rotationsbewegung der Drehvorrichtung wird die Innenfläche des erwärmten rotationssymmetrischen Körpern gleichmäß-ig beschichtet. Als am günstigsten hat sich für einen rotationssymetrischen Körper mit einem Innen-Durchmesser von 300 mm eine Drehbewegung von 55 bis 60 min erwiesen, da bei dieser Umfangsgeschwindigkeit von ca 56 min -l keine Entmischung der Zusatzstoffe erfolgt und durch die Zentrifugalkraft der Zusatzwerkstoff zusätzlich auf die Fluorpolymer-Trägerwerkstoffschicht drückt, so daß eine hervorragende Bindung unter der Maßnahme einer gezielten Abkühlung des Schichtwerkstoffes, des Fluorpolymers zum Trägerwerkstoff erreicht wird.
  • Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Schichtwerkstoff werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen stark vergrößerten Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes; und Fig 2 zeigt einen stark vergrößerten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes.
  • Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß auf die zu beschichtende mechanisch aufgerauhte O b erfläche 2 einer Trägerschicht 1 aus Stahl DIN 1624, Qualität St4, eine Gleit-bzw. Reibschic ht 3 aufgebracht ist, die eine Matrix 4 aus Polyvinylidenfluorid aufweist. In dieser Matrix 4 sind fein disperse PtFE-Teilchen 5 gleichmäßig verteilt Der maximale Durchmesser dieser PTFE-Teilchen 5 beträgt 0,1 jim bis 5 Fm. Ebenso ist in die Matrix 4 ein Zusatzwerkstoff 6 eingebettet, der eine Dichte g 8 gr/cm3 aufweist mit einer Kornfraktion 5: 40 Fm. Die Dicke der Gleit- bzw. Reibschicht beträgt etwa 200zum. Die Dicke des Trägerwerkstoffes 1 kann beliebig gewählt werden.
  • Wird der Schichtwerkstoff zur Herstellung von Gleitlagern verwendet, bzw. für den Einsatz in Pumpen oder Stoßdämpfern, kann die Dicke des Trägerwerkstoffes 1 zwischen 0,2 bis 2,5 mm liegen.
  • Die Fig. 2 unterscheidet sich vom Schichtwerkstoff der Fig 1 nur dadurch, daß auf den die Gleiteigenschaften verbessernden organischen oder anorganischen Stoffe 5 und den Zusatzwerkstoff 6, die zusammen mit dem Polyvinylidenfluorid die Gleit- bzw. Reibschicht bilden, auf die Gleit- bzw.
  • Reibschicht zusätzlich eine weitere, die Gleiteigenschaften| verbessernde Schicht 7 aufgebracht wird, die auf denDGegen- t läufer teilweise übertragen wird und einen'gegenüber der Gleit- bzw. Reibschicht um ca 15% verbesserten Reibwert ergibt.
  • Diese zusätzliche, die Gleiteigenschaften verbessernde Schicht 7 kann 5 bis 20 lum dick sein und aus einem Pulver bestehen, welches eine Korngröße von 0,1 bis 5 pm aufweist.
  • In diesem Falle wurde niedrmolekulares PTFE mit einer Korngröße von 1 bis 5 µm verwendet.
  • Vergleichsversuche Es wurden vergleichende Versuche zwischen Gleitlagern, die mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse sowie mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse mit einer die Gleiteigenschaften verbessernden Deckschicht gegenüber einer --- Beschichtung ohne Zusatz durchgeführt.
  • Wesentlich verbesserte Verschleißeigenschaften wurden an einer Stift-Walze-Abriebprüfvorrichtung ermittelt.
  • Außerdmm wurde ein erheblich niederigerer Reibwert der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse an einem Kolben-Stangensystem festgestellt.
  • Die Reibwerte sind bei einer Seitenlast von 900 N gemessen.
  • Abrieb Reibwert 60 Vol.-% PVDF 1 um ' 105 N 30 Vol-. Pb mit 2% Sn Kornfraktion 100% 4 40 µm 10 Vol.-% niedermolekulares PTFE NM Abrieb Reibwert 2) 55 Vol.-% PVDF 1,5 um 98 N 25 Vol.-% Pb/PbO Kornfraktion 100 % t 40 20 Vol.-% PPS / PTFE NM 3) 100 Vol.-% PVDF 65 pm 155 N 4) 60 Vol.-% PVDF 30 Vol.-% Pb/Pb0 # 40 µm 10 Vol.-% PTFE NM 100 Vol.-% PTFE NM als Deckschicht 6 um 45 N Leerseite

Claims (1)

  1. Patentansprüche Verbund-Schichtwerkstoff mit metallischer Trägerschicht und einer mit der Träger schicht verbundenen Reib- bzw. Gleitschicht mit einer Matrix auf der Basis von fluorhaltigen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß in die Matrix (4) ein Zusatzwerkstoff (6) mit einer Dichte > 8 gr/cm3 im Volumenverhältnis m^ Reib- bzw. Gleitschicht zwischen 5% und 35%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.-% aufgenommen ist.
    2.) Verbund-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (4) im wesentlichen aus Polyvinylidenfluorid gebildet ist und ggf.
    mindestens einen additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoff als Einlagerung enthält.
    3.) Verbund-Schichtwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff (6) in Pulverform vorliegt und eine Kornfraktion von ct 40 Fm hat.
    4.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff (6) ein Gemisch aus zwei oder mehreren, in Pulverform vorliegenden Stoffen besteht, deren Dichte {r 5 8 gr/cm³ ist.
    5.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff (6) als einheitlicher Stoff mit einer Dichtet # # 8 gr/cm³ vorliegt.
    6.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff (6) aus einem der folgenden Stoffe oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren der folgenden Stoffe besteht: Blei, Blei-Zinn-Legierung, beispielsweise Blei mit 2% Zinngehalt, Bleioxid, Beisulfid.
    7.) Verbund-Schichtwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden additiven Stoffe orgahischer Art sind, beispelsweise PTFE.
    8.) Verbund-Schichtwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden additiven Stoffe anorganischer Art sind, beispielsweise Graphit, Molybdänsulfid u.a.
    9.) Verbund-Schichtwerksbff nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit des additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffes in einem Mischungsverhältnis bezüglich des Zusatzwerkstoffes (6) zwischen 5 und 50 Vol.%, vorzugsweise 10- bis 30 Vol.% vorgesehen ist.
    10.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der additive, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoff bzw. Stoffe in Pulver form vorliegt bzw. vorliegen mit Kornfraktion < 40 mm.
    11.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleit- bzw.
    Reibschizht (3) gebildet ist aus: 60 Vol.-% PVDF Abrieb Reibwert 1 µm 105 N 30 Vol.-% Pb mit 2°ó Sn Kornfraktion 100% C 40 m.
    12.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht gebildet ist aus: Abrieb Reibwert 55 Vol.-% PVDF 1,5 jum 98 N 25 Vol.-% Pb/PbO Kornfraktion 100% t 40 pm 20 Vol.-% PPS / PTFE NM 13.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem dr Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht gebildet ist aus: Abrieb Reibwert 60 Vol.-% PVDF 30 Vol.-% Pb/PbO 4 40 10 Vol.-% PTFE NM 100 Vol.-% PTFE NM 6 µm 45 N als Deckschicht 14.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Reib- bzw.
    Gleitschicht tragende Oberfläche der Trägerschicht (1) mechanisch aufgerauht (2) ist.
    15.) Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reib- bzw. Geitschicht (3) tragende Oberfläche der Trägerschicht (1) einen aufgesinterten oder aufgespritzten Rauhgrund ( aus gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften aufweisenden metallischem Material aufweist.
    16.) Verfahren zum Herstellen von Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Schritte a) daß die Matrix bildende fluorhaltige Polymere, der Zusatzwerkstoff mit Dichte p # 8 gr/cm³ und Kornfraktion 100% C 40um und ggf. der additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Stoff mit Kornfraktion 100% - 40>um werden intensiv miteinander vermischt und auf die vorbereitete Ober fläche des metallischen Trägermaterials als Pulvergemisch oder in Form einer Suspension bzw. Paste gewünschter Dicke aufgetragen; b) die Matrix wird unter Bildung der Gleit- bzw. Reibschicht auf der Oberfläche des metallischen Trägermaterials und unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffs und ggf. additiven Stoffes zusammengeschmolzen.
    17.) Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Schritte: a) das Gemisch von Matrix bildendem fluorhaltigen Polymeren, Zusatzwerkstoff und ggf. additivem Stoff wird mittels eines latenten Lösungsmittels in die Form einer Suspension übergeführt; b) die Suspension wird in einer aus bekannten Möglichkeiten gewählten Weise auf die vorbereitete Oberfläche des Trägerwerkstoffes aufgebracht; c) während der Einstellung der für die gewählte Aufbringungsweise geeigneten Viskosität in der Suspension und während des Aufbringens auf die Oberfläche des Trägerwerkstoffs werden die Teilchen des Zusatzwerkstoffs in der Suspension in der Schwebe gehalten und das latente Lösungsmittel wird aus der aufgetragenen Schicht unter Wärmewirkung abgedampft und die Matrix unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerk§Dffes und des additiven Stoffes zusammengeschmolzen.
    18.) Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in ihrer Viskosität in Art eines Tauchbades eingestellt wird, in welchem der Trägerwerk stoff durch Tauchen beschichtet wird.
    19.) Verfahren nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in ihrer Viskosität zum Aufspritzen auf die zu beschichtende Oberfläche des Trägerwerkstoffes eingestellt wird.
    20.) Verfahren nach Anspruch 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension elektrostatisch auf die zu beschichtende Oberfläche des Trägerwerkstoffes gespritzt wird.
    21.) Verfahren nach den Ansprüchen 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension durch Luftsprühen auf die zu beschichtende Oberfläche des Trägerwerkstoffes gespritzt wird.
    22.) Verfahren nach Anspruch 17 für die Herstellung von Verbund-Schichtwerkstoff in Form von die Reib- bzw. Gleitschicht an ihrer Innenseite tragenden rotationssymmetr schen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension unter Fliehkraft auf die Innenseite des rotationssymmetrischen Körpers aufgebracht und dazu in ihri Viskosität zum Einschleudern auf die zu beschichtende Innenseite eines rotationssymmetrischen Körpers eingestellt wird.
    23.) Verfahren nach den Ansprüchen 17 bis 22, dadurch gekenn-Zeichnet, daß eine definierte Menge der Suspension zum Einschleudern in die Öffnung des rotationssymmetrischen Körpers eingegeben wird.
    24.) Verfahren nach Anspruch 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Reib- bzw. Gleitschicht zu versehene rotationssymmetrische Körper vor Einbringen der Susperson auf erhöhte Temperatur gebracht, beispielsweise auf eine Temperatur von 280 0C erwärmt wird.
    25.) Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit des rotationssymmetrischen Körpers entsprechend der Viskosität der Suspension bzw. entçrechend dem Innendurchmesser des rotationssymmetrischen Körpers abgestimmt wird.
    26.) Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper mit aufgebrachter Reib- bzw. Gleitschicht in einer Abkühlstation gezielt t abgekühlt wird.
    27.) Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschleuderte Reib- bzw.
    Gleitschicht des rotationssymmetrischen Körpers mechanisch, kalt verdichtet wird.
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