DE3436150A1 - Verfahren zur behandlung von poroesen kohlenstoff-pressmassen - Google Patents

Verfahren zur behandlung von poroesen kohlenstoff-pressmassen

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Description

NIPPON MEKTRON, LIMITED, TOKYO / JAPAN
Verfahren zur Behandlung von porösen Kohlenstoff-Pressmassen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von porösen Kohlenstoff-Pressmassen und insbesondere ein Verfahren, bei dem man bei einer porösen Kohlenstoff-Pressmasse den Oberflächen-Reibwiderstand erniedrigen kann. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer so behandelten, porösen Kohlenstoff-Pressmasse als Gleitmaterial etc., zur Verbesserung der Gleitdauerhaftigkeit, beispielsweise in einem Lager.
Eine Kohlenstoff-Pressmasse, die als Gleitmaterial etc. verwendet wird, weist einen Abrieb auf und erzeugt eine erhebliche Menge an Abriebpulver. Deshalb ist deren Verwendung nur beschränkt möglich. Könnte 5 man den Oberflächen-Reibungskoeffizienten der Masse
erniedrigen, so könnte man diese Probleme lösen undauch wenn man die Dicke der behandelten Schicht zur Erniedrigung des Oberflächen-Reibungskoeffizienten erhöhen könnte, könnte man die Lebensdauer erhöhen.
Bisher hat man feste Schmiermittel, wie Molybdändisulfid und dergleichen verwendet, um den Oberflächen-Reibungskoeffizienten einer Kohlenstoff-Pressmasse zu erniedrigen. Das feste Schmiermittel ist am Anfang der Verwendung wirksam, aber diese Wirkung bleibt bei längerer Anwendung nicht erhalten. Ausserdem neigt die Kohlenstoff-Pressmasse dazu, im Laufe der Zeit pulverisiert und zerstreut zu werden, wodurch eine Verschmutzung eintritt. Auch in dieser Hinsicht ist deren Verwendung beschränkt.
Die Erniedrigung des Oberflächen-Reibwiderstandes bei einer Kautschuk-Pressmasse, die als Gleitmaterial etc. ebenso wie eine Kohlenstoff-Pressmasse verwendet werden kann, wird in der JP-OS 56-126 146 beschrieben, wobei man die Oberfläche der Kautschuk-Pressmasse mit Fluorgas oder einem Fluorgas, das mit einem Inertgas verdünnt wurde, behandelt. Wendet man diese Behandlung auf eine nicht-poröse Kohlenstoff-Pressmasse in gleieher Weise wie bei einer Kautschuk-Pressmasse an, so erzielt man keine befriedigende Wirkung, wie im nachfolgenden Vergleichsbeispiel 1 gezeigt wird.
In der japanischen Patentveröffentlichung 54-36 630 wird weiterhin gezeigt, dass man die Oberfläche einer Kautschuk-Pressmasse mit Antimonpentafluorid fluorisieren
kann. Wendet man eine solche Behandlung auf eine ■ poröse Kohlenstoff-Pressmasse an, so erzielt man keinerlei Wirkung, wie in Vergleichsbeispiel 2 gezeigt wird.
5
Weiterhin wird in der JP-OS 53-130 327 gezeigt, dass man ein kohlenstoffhaltiges, mit Kohlenstoffasern gefülltes Gefäss in einem elektrolytischen Bad aus geschmolzenem Salz aus saurem Wasserstoffkaliumfluorid (HF.KF) einbetten kann, wobei man dann eine Elektrolyse des geschmolzenen Salzes durchführt, wobei das Gefäss aus kohlenstoffhaltigem Material als Anode dient, worauf man dann das an der Anode erzeugte Fluorgas zwischen die Kohlenstoffasern leitet, wodurch dann eine Fluorisierung der Oberflächenschicht der Kohlenstoffasern eintritt. Bei Anwendung dieses Verfahrens auf eine poröse Kohlenstoff-Pressmasse, erzielt man keine erwünschte Oberflächenbehandlung aufgrund einer zu starken Fluorisierungsreaktion:
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Behandeln von porösen Kohlenstoff-Pressmassen zu zeigen, wodurch man den Oberflächen-Reibwiderstand erheblich erniedrigen kann und man auch über einen längeren Zeitraum einen niedrigen Reibwiderstand aufrecht erhalten kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Behandeln von porösen Kohlenstoff-Pressmassen zu zeigen, wodurch man den Abrieb erheblich vermindern kann und die Gleitdauerhaftigkeit bei Verwendung als Gleitmaterial.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemass gelöst, indem man eine poröse Kohlenstoff-Pressmasse einem Strom oder einer Atmosphäre von Fluorgas bei einer Temperatur von etwa 10 bis etwa 2000C aussetzt.
Poröse Kohlenstoff-Pressmassen, die erfindungsgemass behandelt werden können, schliessen beispielsweise Gleitteile, wie Lager etc., ein und werden im allgemeinen hergestellt, indem man einen Füllstoff, wie natürlichen Graphit, künstlichen Graphit, Koks etc., mit einem Binder, wie Kohlepech, Harz etc., vermischt, anschliessend verknetet, pulverisiert und dann unter Druck verformt, worauf man den druckverformten Gegenstand dann bei etwa 1.000 bis 3.000cC wärmebehandelt.
Ein so hergestellter, poröser Kohlenstoff-Formling hat eine Porosität von etwa 1 bis etwa 40 %, je nachdem, wie man das Carbonisierungsverhaltnis wählt und wie man die Druckverformung durchführt. Bei der Verwendung als Material für Maschinenteile haben die Massen im allgemeinen eine Porosität von etwa 1 bis etwa 20 % und vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 18 %. Die Porengrösse hängt von der Eigenschaft des Ausgangsmaterials, von der Teilchengrösse beim Pulverisieren, vom Carbonisierungsverhaltnis des Binders etc., ab.
Bei der Verwendung als Gleitteil in Maschinen beträgt die Porengrösse etwa 1 bis etwa 30 μΐη und vorzugsweise 2 bis 25 μΐη und bei der Verwendung als Teil in Automobilen, Flugzeugen etc., liegt die Porengrösse unterhalb etwa 0,1 mm. Bei Pressmassen mit zylindrischer Form beträgt der Durchmesser etwa 100 mm maximal. Jedoch ist bei der Anwendung für Teile von Automobilen,
Flugzeugen etc., es auch möglich, Durchmesser von so gross wie 1 m zu verwenden.
Die porösen Kohlenstoff-Pressmassen werden in nachfolgender Weise mit einem Fluorgas behandelt:
Eine poröse Kohlenstoff-Pressmasse wird in einen Reaktionstank eingelegt und dort mit Fluorgas behandelt und anschliessend mit einer wässrigen Lösung aus etwa 5 bis etwa 20 Gew.% Alkalicarbonat zur Entfernung von nicht-umgesetztem Fluorgas von dem Gegenstand, gewaschen, worauf man dann mit Wasser wäscht und anschliessend trocknet.
Das Fluorgas kann reines Fluorgas' sein oder ein Fluorgas, das mit einem Inertgas, wie Helium, Argon, Stickstoff, Tetrafluorkohlenstoff etc., um etwa das 100-fache verdünnt ist, und wird mit der porösen Kohlenstoff-Pressmasse als Gasstrom oder als Atmosphäre unter Atmosphärendruck oder oberhalb Atmosphärendruck bis zu etwa 3 bar oder bei .unteratmosphärischem Druck bis zu etwa 0,01 bar während etwa 0,1 bis etwa 10 Stunden behandelt. Die Behandlungstemperatur beträgt etwa 10 bis etwa 2000C und vorzugsweise etwa 20 bis etwa 15O0C, je nach der Art des porösen Kohlenstoffmaterials und dem gewünschten Behandlungsgrad. Hinsichtlich'der Verarbeitbarkeit wird eine höhere Temperatur bevorzugt.
Das Waschen mit einer wässrigen Lösung eines Alkalicarbonats nach der Fluorgasbehandlung wird während etwa 5 bis etwa 30 Minuten und vorzugsweise etwa 10
bis etwa 15 Minuten durchgeführt, und anschliessendwäscht man dann mit Wasser während etwa 10 bis etwa 15 Minuten. Das Trocknen wird mit Heissluft durchgeführt.
Wird eine solche Fluorgasbehandlung auf eine poröse Kohlenstoff-Pressmasse angewendet, so wird der Oberflächen-Reibungskoeffizient der Masse erheblich erniedrigt und man kann einen niedrigen Reibungswiderstand während längerer Zeiträume aufrecht erhalten, weil nicht nur die Oberflächenschicht der Masse, sondern auch die Oberflächenschicht der Poren innerhalb der Masse durch die Behandlung der porösen Pressmasse mit dem Fluorgas Fluorisiert wird und auf diese Weise kann man die Dicke der behandelten Schicht erhöhen und man kann die Erniedrigung des Reibungskoeffizienten während einer langen Zeit aufrecht erhalten. Durch die Erniedrigung des Reibungskoeffizienten wird der Abrieb erheblich verringert, so dass die Gleitdauer-. haftigkeit von porösen Kohlenstoff-Pressmassen bei deren Verwendung als Gleitmaterial erheblich erhöht werden kann.
Die Erfindung wird ausführlich in den Beispielen beschrieben.
25
Beispiel 1
In einen Reaktionstank mit einer Kapazität von 20 1 wurden 10 Zylinder aus porösem Kohlenstoff eingebracht
(16 mm Innendurchmesser, 19,6 mm Aussendurchmesser und 45 mm Höhe), wobei die Zylinder eine Porosität von 16 % und Porengrössen von 15 bis 22 μΐη aufwiesen, nachdem sie bei 2.5000C hitzebehandelt worden waren. Ein mit Stickstoffgas verdünntes 40 %-iges Fluorgas wurde in den Reaktionstank unter Atmosphärendruck (1 bar) eingebracht und dort 4 Stunden bei 1000C gelassen. Dann wurde das Fluorgas aus dem Reaktionstank entfernt und die porösen gesinterten Kohlenstoffartikel wurden aus dem Reaktionstank genommen, nacheinander mit einer wässrigen 10 %-igen Natriumcarbonatlosung und dann mit Wasser gewaschen und anschliessend mit Heissluft getrocknet.
Der Reibungskoeffizient und der Abrieb bei den mit dem Fluorgas auf diese Weise behandelten porösen Kohlenstoff-Sinterkörpern wurde unter den folgenden Bedingungen gemessen:
Vertikaler Abriebtester vom Suzuki-Typ mit einer Malting surface: S45C, HRC 30-40, einer-Oberflächenrauhigkeit von 1,6 S, einer Belastung von 15 kg/cm2 und einer Geschwindigkeit von 1 m/sek, Dauer des Betriebs: 4 Stunden.
Vergleichsbeispiel 1
10 im wesentlichen nicht-poröse, gesinterte Kohlenstoffzylinder der gleichen Dimension wie in Beispiel 1, mit
einer Porosität von 0,5 % nach einer Hitzebehandlung bei 1.200cC, wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 behandelt und der Reibungskoeffizient und der Abrieb wurden in gleicher Weise gemessen.
Die als Durchschnitt bei den 10 Testproben erzielten Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 geht hervor, dass bei den mit Fluorgas behandelten porösen Kohlenstoffmassen der Oberflächen-Reibungskoeffizient um etwa 36 % und der Abrieb um etwa 38 % erniedrigt wurden, während bei den nichtporösen Kohlenstoffartikeln sowohl der Reibungskoeffi- zient als auch der Abrieb durch die Fluorgasbehandlung nur um etwa 20 % verringert wurden, wobei jedoch die Zahlenwerte selbst so hoch waren, dass die gewünschte Wirkung nicht erzielt wurde.
Tabelle 1
Fluorgas
behandlung		 Reibungsko
effizient (μ)		 Abrieb (mm)
Beispiel 1 ja 0,09 0,05
Il nein 0,14 0,08
Vergleichs
beispiel 1		 ja 0,13 0,09
Il nein 0,17 0,11
Beispiele 2 und 3
Die Fluorgasbehandlung erfolgte in gleicher Weise wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die Fluorgas-Behandlungsbedingungen verändert wurden. Die Reibungskoeffizienten und der Abrieb wurden dann wiederum gemessen und die Messergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
2
3		 Tabelle 2 15
2		 Reibungs
koeffi
zient (μ)		 Abrieb
(mm)
0,10
0,09		 0,05
0,06
Fluorgasbehandlung
Temp.(0C) Zeit (h)
Beispiel
Beispiel		 30
130
Vergleichsbeispiel 2
Die Fluorisierungsbehandlung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch Antimonpentafluorid, das mit Stickstoffgas auf die gleiche Konzentration wie in Beispiel 1 verdünnt worden war, anstelle des stickstoff gasverdünnten Fluorgases verwendet wurde.
Das stickstoffgasverdünnte Antimonpentafluorid wurde in einem Aluminiumverdampfer (30 cm Durchmesser und 40 cm Höhe) mit einem elektrischen Heizmantel erzeugt. Der Verdampfer enthielt eine Leitung zum Einführen des Trägergases (Stickstoffgas) und eine Leitung zu Abziehen des Fluorisierungsgases. Die Leitung zum Einführen des Trägergases wurde bis nahe auf den Boden des Verdampfers geführt, so dass das eingeführte Stickstoffgas durch das flüssige Antimonpentafluorid perlen konnte.
Die Fluorisierungsbehandlung wurde durchgeführt, indem man 10 kg flüssiges Antimonpentafluorid in den Verdampfer eingab und dann Stickstoffgas einleitete, nachdem die Temperatur des Antimonpentafluorids durch Elektroheizung uaf 4O0C erhöht worden war. Auf diese Weise perlte das Stickstoffgas durch das Antimonpentafluorid und ein mit Stickstoffgas verdünntes Antimonpentaf luoridgas wurde aus dem Verdampfer in einen Reaktionstank mit einer Kapazität von 20 1 eingeführt, wobei der Druck Atmosphärendruck war und man das Gas dort 4 Stunden bei 1000C hielt. Dann wurde das verdünnte Antimonpentafluoridgas aus dem Reaktionstank entnommen und die Nachbehandlung wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Der Reibungskoeffizient und der Abrieb der porösen Kohlenstoff-Sinterkörper., die auf diese Weise mit Antimonpentafluorid behandelt worden waren, wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Es wurde festgestellt, dass der Reibungskoeffizient (μ) 0,14 und der Abrieb (mm) 0,08 betrug, wobei diese Werte sich nicht von den vor der Behandlung gemessenen Werten unterschieden.

Claims (5)

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER, NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝβ. W. LEHN DIPL.-ΙΝΘ. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ■ DR. RER. NAT. H1-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. SORG DIPL.-IN3. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE 40 887 o/wa NIPPON MEKTRON, LIMITED, TOKYO / JAPAN Verfahren zur Behandlung von porösen Kohlenstoff-Pressmassen PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Behandlung von porösen Kohlenstoff-Pressmassen, dadurch gekennzeichnet , dass man eine poröse Kohlenstoff-Pressmasse in einem Strom oder einer Atmosphäre aus Fluorgas bei einer Temperatur von etwa 10 bis etwa 2000C hält.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man als Fluorgas ein Fluorgas, welches mit einem Inertgas verdünnt ist, verwendet.
ARABELLASTRASSE 4 · D-»OOO MÖNCHEN 81 · TELEFON COBSJ S11O87 · TELEX 5-29619 CPATHEJ · TELEKOP1ERER S1835
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man als poröse Kohlenstoff-Pressmasse eine solche verwendet, die eine Porengrösse von etwa 1 bis etwa 30 μΐη und eine Porosität von etwa 1 bis etwa 20 % aufweist.
4. Verwendung einer gemäss den Ansprüchen 1 bis behandelten porösen Kohlenstoff-Pressmasse als Gleitmaterial.
5. Verwendung gemäss Anspruch 4, worin das Gleitmaterial ein Lagermaterial ist.
DE19843436150 1983-10-21 1984-10-02 Verfahren zur behandlung von poroesen kohlenstoff-pressmassen Granted DE3436150A1 (de)

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