DE60317026T2 - Gleitmechanismus mit geringer Reibung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitmechanismus mit ausgezeichneten Eigenschaften einer niedrigen Reibung, insbesondere der Art, welche in einem Verbrennungsmotor, einer Antriebseinheit oder in einem Festplattenlaufwerk verwendet wird.
  • Globale Umweltprobleme, wie die globale Erwärmung und die Zerstörung der Ozonschicht rücken in den Vordergrund. Da man sagt, dass die globale Erwärmung deutlich durch die CO2-Emission beeinflusst wird, wurde die Verringerung der CO2-Emission, insbesondere die Einrichtung von CO2-Emissionsstandards, eine wichtige Aufgabe für jedes Land.
  • Eine der Aufforderungen, die CO2-Emission zu reduzieren, ist es, die Wirksamkeit des Motorkraftstoffes zu verbessern, welche von der Leistung der Motorgleitelemente und einem darauf aufgebrachten Schmiermittel abhängt. Es gibt die folgenden Annäherungen um die Wirksamkeit von Motorkraftstoff zu verbessern: (1) Eine höhere Verschleißbeständigkeit und einen niedrigeren Reibungskoeffizienten für Gleitelemente, welche in der früheren Technologie im Allgemeinen aus Stahlmaterialien hergestellt wurden, auch unter extremen Verschleiß- und Reibungsbedingungen bereitzustellen; (2) die Viskosität des Schmiermittels zu verringern, wodurch die Viskosebeständigkeit in hydrodynamischen Schmiermittelbereichen und der Erschütterungswiderstand des Motors verringert wird, und (3) einen geeigneten Reibungsmodifikator und andere Zusatzstoffe in das Schmiermittel zu mischen, um so die Reibungsverluste unter den Bedingungen einer gemischten Schmierung und einer Dynamik der Flüssigkeitsschichten (boundary lubrication) zu reduzieren.
  • Im Hinblick auf das Vorgenannte, wurden viele Studien an verschiedenen Reibungsmodifikatoren durchgeführt, einschließlich Organomolybden-Verbindungen, wie Molybden-Dithiocarbamat (MoDTC) and Molybden-Dithiophosphat (MODTP). Als ein Ergebnis der Studien hat man herausgefunden, dass das Schmiermittel, welches eine Organomolybden-Verbindung enthält, erfolgreich eine die Reibung reduzierende Wirkung an Stahlgleitelementen in den frühen Stufen der Verwendung produziert.
  • Ferner wurde die Verwendung von harten Beschichtungsmaterialien für Motorgleitelemente auch überprüft, so dass die Gleitelemente höhere Verschleißbeständigkeit und eine niedri geren Reibungskoeffizienten erzielen. Von allen ist ein diamantartiges Kohlenstoff(DLC)-Material für seine niedrige Reibungsleistung in Luft bekannt, und wird daher als geeignet als ein Beschichtungsmaterial für Gleitelemente betrachtet.
  • Das DLC-Material zeigt jedoch keinen niedrigen Reibungskoeffizienten in der Anwesenheit eines Schmiermittels (wie in den Japan Tribology Congress 1999, 5, Tokio, Proceeding Page 11–12, KANO et. al) offenbart. Auch wenn es in Verbindung mit einem Schmiermittel, welches eine Organomolybden-Verbindung enthält, verwendet wird, kann das DLC-Material keinen ausreichend niedrigen Reibungskoeffizienten bereitstellen (wie in World Tribology Congress 2001, 9, Wien, Proceeding Page 342, KANO et. al.) offenbart.
  • Solch ein Gleitmechanismus, welcher ein geschmiertes DLC-Material enthält, gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 100 61 397 bekannt.
  • Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Gleitmechanismus bereitzustellen mit stabilen ausgezeichneten Eigenschaften einer geringen Reibung und hoher Verschleißbeständigkeit, um so eine Verbesserung der Wirksamkeit des Motorkraftstoffes im Vergleich zu der früheren Technologie zu erzielen, wenn er in einem Fahrzeugmotor verwendet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gleitmechanismus mit geringer Reibung bereitgestellt, umfassend: ein erstes Gleitelement mit einer Gleitfläche, wobei wenigstens die Gleitfläche des ersten Gleitelementes aus einem diamantartigen Kohlenstoffmaterial hergestellt ist; ein zweites Gleitelement, mit einer Gleitfläche, welche relativ zu des ersten Gleitelementes verschiebbar ist, wobei wenigstens die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes hergestellt ist aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis, einem Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis und einem diamantartigen Kohlenstoffmaterial; und ein Schmiermittel, welches auf die Gleitflächen der ersten und zweiten Gleitelemente aufgebracht ist, wobei das Schmiermittel wenigstens eines aus einem aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator und einem aschefreien aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator umfasst.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. Im folgenden wird die Erfindung im Detail anhand der folgenden Ausführungsformen zusammen mit der begleitenden Zeichnung erläutert.
  • Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer Verschleißtesteinheit.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung beziehen sich alle Prozentangaben (%) auf die Masse, es sei denn es ist anders angegeben.
  • Ein Gleitmechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Gleitelement mit einer Gleitfläche, ein zweites Gleitelement mit einer Gleitfläche, welche relativ zu der Gleitfläche des ersten Gleitelementes verschiebbar ist, und ein Schmiermittel, welches auf die Gleitflächen der ersten und zweiten Gleitelemente aufgebracht wird.
  • Wenigstens die Gleitfläche des ersten Gleitelementes besteht aus einem diamantartigen Kohlenstoff (DLC)-Material, und umfasst im Allgemeinen eine Basis bestehend aus zum Beispiel einem Material auf Eisenbasis, einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis oder einem hartartigen Material und einer Beschichtung aus DLC-Material (im folgenden einfach als eine „DLC-Beschichtung" bezeichnet), welches auf die Basis aufgebracht ist, um so die Gleitfläche zu definieren. Das erste Gleitelement kann alternativ in einem Stück aus dem DLC-Material geformt werden. Hierbei ist das DLC-Material als eine amorphe Form von Kohlenstoff definiert, wobei Kohlenstoff sowohl in der sp2 als auch sp3 Hybridisierung existiert, um so eine Verbundstruktur aus Graphit und Diamant aufzuweisen. Spezifische Beispiele des DLC-Materials, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, umfasst wasserstofffreien amorphen Kohlenstoff (a-C), welcher aus Kohlenstoff besteht, wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoff (a-C:H) und Metallcarbid (MeC), welches ein Metallelement aus Titan (Ti) oder Molybden (Mo) enthält. Um die Reibung deutlich zu verringern wird vorzugsweise ein wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff (a-C) verwendet.
  • Wenigstens die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes besteht entweder aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis, einem Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis oder einer DLC-Material.
  • Das Material auf Aluminiumbasis für das zweite Gleitelement ist vorzugsweise eine hypoeutektische oder hypereutektische Legierung auf Aluminiumbasis enthaltend 4 bis 20% Silizium (Si) und 1,0 bis 5,0% Kupfer (Cu). Spezifische Beispiele der Legierung auf Aluminiumbasis schließt AC2A, AC8A, ADC12 und ADC14 ein, gemäß JIS H5205.
  • Das Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis für Gleitelemente wird gewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium-Aluminium-Zink (Mg-Al-Zn)-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Selterdmetall (Mg-Al-REM)-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Kalzium (MG-Al-Ca)-Legierungen, Magnesium-Zink-Aluminium-Kalzium (Mg-Zn-Al-Ca)-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Kalzium-Selterdmetall (Mg-Al-Ca-REM)-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Strontium (Mg-Al-Sr)-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Silizium (Ma-Al-Si)-Legierungen, Magnesium-Selterdmetall-Zink (Mg-REM-Zn)-Legierungen, Magnesium-Silber-Selterdmetall (Mg, Ag-REM)-Legierungen, Magnesium-Ytrium-Selterdmetall (Mg, Y-REM)-Legierungen und deren Kombinationen. Spezifische Beispiele der Legierung auf Magnesiumbasis umfassen AZ91, AE42, AX51, AXJ, ZAX85, AXE522, AJ52, AS21, QE22 und WE43 gemäß ASTM.
  • Das DLC-Material, welches für das zweite Gleitelement geeignet ist, kann beispielhaft genannt werden durch wasserstofffreien amorphen Kohlenstoff (a-C), welcher aus Kohlenstoff besteht, wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoff (a-C:H) und Metallcarbid (MeC), welches ein Metallelement aus Titan (Ti) oder Molybden (Mo) enthält, wie in dem Fall des DLC-Materials, welches als erstes Gleitelement geeignet ist. Unter diesen DLC-Materialien wird vorzugsweise wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff (a-C) verwendet. In einem Fall, in dem wenigstens die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes aus DLC-Material besteht, weist das zweite Gleitelement im Allgemeinen eine Basis auf, hergestellt zum Beispiel aus einem Material auf Eisenbasis, einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis oder harzartigen Material und einer Beschichtung aus DLC-Material (im folgenden als eine „DLC-Beschichtung" bezeichnet), welche auf die Basis aufgebracht wird, um so die Gleitfläche zu definieren. Alternativ kann das zweite Gleitelement in einem Stück aus DLC-Material geformt werden. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass wenigstens eines des DLC-Materials des ersten und zweiten Gleitelementes wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff (a-C) ist.
  • Jede der Gleitflächen der ersten und zweiten Gleitelemente weist vorzugsweise eine arithmetische mittlere Rauigkeit Ra von 0,1 μm oder weniger auf, um so ein stabiles Gleiten beziehungsweise Verschieben zwischen dem ersten und zweiten Gleitelement zu bewirken. Wenn die Oberflächenrauigkeit Ra 0,1 μm überschreitet, werden die Gleitoberflächen der ersten und zweiten Gleitelemente lokal einem Verschleiß unterworfen, was zu einer Verschlechterung des Reibungskoeffizienten führt.
  • Des Weiteren weist die DLC-Beschichtung des ersten Gleitelementes vorzugsweise eine Dicke von 0,3–2,0 μm und eine Mikro-Vickers-Härte Hv von 1000 bis 3500 auf, gemessen durch das Aufbringen einer Last von 10 g. Wenn die Dicke weniger als 0,3 μm und die Mikro-Vickers-Härte Hv als weniger als 1000 beträgt, neigt die DLC-Beschichtung zum Verschleiß. Die DLC-Beschichtung neigt auf der anderen Seite dazu, sich von der Basis zu trennen, wenn die Dicke 2,0 μm überschreitet und die Mikro-Vickers-Härte 3500 überschreitet.
  • Die Gleitoberfläche des zweiten Gleitelementes, wenn das zweite Gleitelement aus dem obigen Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis hergestellt ist, weist vorzugsweise eine Brinellhärte HB von 80 bis 130 auf. Wenn die Brinellhärte HB geringer als 80 ist, neigt die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes zum Verschleiß.
  • Die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes, wenn das zweite Gleitelement aus dem obigen Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis hergestellt ist, weist vorzugsweise eine Binellhärte HB von 45 bis 95 auf. Ist die Brinellhärte HB geringer als 45, neigt die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes zum Verschleiß.
  • Wenn die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes aus dem obigen DLC-Material besteht, weist die DLC-Beschichtung des zweiten Gleitelementes vorzugsweise eine Dicke von 0,3 bis 2,0 μm und eine Mikro-Vickers-Härte Hv von 1000 bis 3500 auf, gemessen durch das Aufbringen einer Last von 10 g. Wenn die Dicke geringer als 0,3 μm und die Mikro-Vickers-Härte Hv geringer als 1000 ist, neigt die DLC-Beschichtung zum Verschleiß. Auf der anderen Seite neigt die DLC-Beschichtung dazu, sich von der Basis zu trennen, wenn die Dicke 2,0 μm überschreitet und die Mikro-Vickers-Härte 3500 überschreitet.
  • Das Schmiermittel umfasst ein Basisöl und wenigstens eines aus einem aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator und einem aschefreien aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator.
  • Das Basisöl ist nicht besonders begrenzt und kann jede Basisölverbindung oder Verbindungen sein, die herkömmlicherweise für ein Schmiermittel verwendet werden, wie ein Mineralöl oder ein synthetisches Öl.
  • Spezifische Beispiele des Mineralöls umfassen Ölverbindungen, hergestellt durch das Extrahieren eines Gleitanteils aus Erdöl durch atmosphärische Destillation oder Destillation mit verringertem Druck, und anschließend Reinigen des erhaltenen Schmiermittelanteils durch wenigstens eine der folgenden Behandlungen: Lösungsmittel-Deasphaltierung, Lösungsmittel-Extraktion, Hydrocracken, Lösungsmittel-Entwachsen, Hydrobehandlung und Wachsisomerisierung. In der vorliegenden Erfindung wird Mineralöl vorzugsweise verwendet, welches durch Hydrocracken, Hydrobehandlung und/oder Wachsisomerisierung hergestellt wurde.
  • Spezifische Beispiele der synthetischen Öle umfassen: Alkylbenzole, Alkylnaphtalene, Polybutene und Hydride dieser; Poly-α-Olefine, wie 1-Oktan-Oligomer und 1-Dekan-Oligomer und Hydride dieser; Diester, wie Ditridecyl-Glutarat, Dioctyl-Adipat, Diisodecyl-Adipat, Ditridecyl-Adipat und Dioctyl-Sebacat; Polyol-Ester, wie Trimiethylolpropan-Caprylat, Trimetylolpropan-Pelargonat, Pentaerythritol-2-Ethyl-Hexanoat und Pentaerythritol-Pelargonat; und deren Mischungen. Unter diesen synthetischen Ölverbindungensind Poly-α-Olefine, wie 1-Oktan-Oligomer und 1-Dekan-Oligomer und deren Hydride besonders bevorzugt.
  • Die oben genannten mineralischen und synthetischen Ölverbindungen können allein verwendet werden, oder in der Form einer Mischung aus zwei oder mehreren ohne Begrenzungen des Mischverhältnisses.
  • Der aromatische Anteil des Basisöls ist nicht besonders beschränkt. Hier wird aromatischer Anteil als die Menge an aromatischen Teilen definiert, bestimmt gemäß ASTM D2549 „Standard Test Method for Separation of Representative Aromatics and Nonaromatics Fractions of High Boiling Oils by Elution Chromatography". Der aromatische Anteil umfasst im Allgemeinen Alkylbenzole, Alkylnaphtalene, Anthrazene, Phenantrene und Alkylate dieser, Verbindungen mit kondensierten Ringen mit vier oder mehr Benzoidringen, welche miteinander verschmolzen sind, und heteroaromatische Verbindungen wie Pyridine, Quinoline, Phenole und Naphtole. In der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil an Aromaten des Basisöls vorzugsweise 15% oder weniger, noch bevorzugter 10% oder weniger und besonders bevorzugt 8% oder weniger. Wenn der Anteil an Aromaten 15% überschreitet, zerstört das Basisöl unerwünschterweise die Oxidationsbeständigkeit. Es wird festgehalten, dass das Schmiermittel in der Lage sein kann, eine reduzierende Wirkung auf die hohe Reibung auszuüben, auch wenn der Anteil an Aromaten des Basisöls 2% oder weniger beträgt (einschließlich 0%). In solch einem Fall tritt jedoch die Möglichkeit auf, dass das Schmiermittel die Lagerungsstabilität verliert, zum Beispiel wenn der Fettester-Reibungsmodifikator und/oder aliphatischer Amin-Reibungsmodifikator in einer Menge von mehr als 1% enthal ten ist. Der Anteil an Aromaten des Basisöls wird daher vorzugsweise auf zum Beispiel 2 oder mehr gesteuert, indem Lösungsmittel raffiniertes Mineralöl, Alkylbenzol oder dergleichen zugegeben wird, sofern notwendig.
  • Die kinematische Viskosität des Basisöls ist nicht besonders begrenzt. Wenn das Schmiermittel für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, beträgt die kinematische Viskosität des Basisöls vorzugsweise 2 mm2/s oder mehr, vorzugsweise 3 mm2/s und gleichzeitig vorzugsweise 20 mm2/s oder geringer, noch bevorzugter 10 mm2/s oder weniger, besonders bevorzugt 8 mm2/s oder weniger, gemessen bei 100°C. Wenn die kinematische Viskosität 2 mm2/s oder mehr bei 100°C beträgt, ist das Schmiermittel in der Lage, einen ausreichenden Schmiermittelfilm zu bilden, um so eine hohe Schlüpfrigkeit zu erzielen und ist in der Lage, das Abdampfen bei hohen Druckbedingungen zu minimieren. Wenn die kinematische Viskosität 20 mm2/s oder weniger bei 100°C beträgt, ist das Schmiermittel in der Lage, die Fluidbeständigkeit zu verringern und den Reibungswiderstand in den Schmiermittelbereichen zu minimieren.
  • Der Viskositätsindex des Basisöls ist nicht besonders begrenzt und beträgt vorzugsweise 80 oder mehr, noch bevorzugter 100 oder mehr, besonders bevorzugt 120 oder mehr, wenn das Schmiermittel für einen Verbrennungsmotor verwendet wird. Wenn das Basisöl einen höheren Viskositätsindex aufweist, kann das Schmiermittel ausgezeichnete Niedertemperatur-Viskositätseigenschaften erzielen und eine gute reibungsverringernde Wirkung erzielen.
  • Der Fettester-Reibungsmodifikator und der aliphatische Amin-Reibungsmodifikator sind ein Fettsäure-Ester und ein aliphatisches Amin mit jeweils C6-C30 geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten, vorzugsweise C8-C24 geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten und noch bevorzugter C10-C20 geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten. Wenn die Kohlenstoffzahl der Kohlenwasserstoffkette nicht innerhalb des Bereichs von 6 bis 30 liegt, tritt eine Möglichkeit auf, dass das Schmiermittel keine ausreichende Wirkung der Verringerung der Reibung erzeugt, wie erwartet.
  • Spezifische Beispiele der C6-C30 geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffkette umfassen: Alkylgruppen wie Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Icosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl, Tetracosyl, Pentracosyl, Hexacosyl, Heptacosyl, Octacosyl, Nonacosyl und Triacontyl; und Alkenylgruppen, wie Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Unde cenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl, Icosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl, Tetracosenyl, Pentacosenyl, Hexacosenyl, Heptacosenyl, Octacosenyl, Nonacosenyl und Triacontenyl. Die obigen Alkyl-Alkycenylgruppen umfassen alle möglichen Isomere.
  • Der Fettsäure-Ester kann durch Ester von Fettsäuren beispielhaft genannt werden, mit den obigen Kohlenwasserstoffgruppen und monofunktionellen aliphatischen Alkoholen oder aliphatischen Polyolen. Spezifische Beispiele solcher Fettsäure-Ester umfassen Glycerol-Monolat, Glycerol-Diolat, Sorbitan-Monolat und Sorbitan-Diolat.
  • Das aliphatische Amin kann beispielhaft genannt werden durch aliphatische Monoamine und Alkylenoxidaddukte dieser, aliphatische Polyamine, Imidazolinverbindungen und deren Derivate. Spezifische Beispiele wie aliphatische Amine umfassen: aliphatische Aminverbindungen, wie Laurylamin, Lauryldiethylamin, Lauryldiethanolamin, Dodecyldipropanolamin, Palmithylamin, Stearylamin, Stearyltetraethylenpentamin, Oleylamin, Oleylpropylendiamin, Oleyldiethanolamin und N-hydroxyethyloleylimidazolyn; Adukte der obigen aliphatischen Amine (C6-C28-Alkyl oder Alkenylamine) mit Aklylenoxid, wie N,N-dipolyoxyalkylen-N-alkylamine; und säuremodifizierte Verbindungen hergestellt durch das Reagieren der obigen aliphatischen Amine mit C2-C30-Monocarbonsäuren (wie Fettsäuren) oder C2-C30-Polycarbonsäuren (wie Oxalsäure, Phtalsäure, Trimellinsäure und Pyromellinsäure), um so alle oder einen Teil der übrigbleibenden Amino und/oder Iminogruppen zu neutralisieren oder amitieren. In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise N,N-dipolyoxyethylen-N-oleylamin verwendet.
  • Die Menge des Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aliphatischen Amin-Reibungskmodifikators, welcher zu dem Schmiermittel dazugegeben wird, ist nicht besonders begrenzt, und beträgt vorzugsweise 0,05 bis 3,0%, bevorzugter 0,1 bis 2,0% und noch bevorzugter 0,5 bis 1,4%, bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels. Wenn die Menge des Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aliphatischen Amin-Reibungsmodifikators weniger als 0,05% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass das Schmiermittel keine ausreichende die Reibung reduzierende Wirkung erzeugt. Wenn die Menge des Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aliphatischen Amin-Reibungsmodifikators 3,0% überschreitet, erzeugt das Schmiermittel eine gute die Reibung reduzierende Wirkung, zerstört jedoch unerwünschterweise die Lagerungsstabilität und Kompatibilität, um so Ausfällungen zu bewirken.
  • Des Weiteren umfasst das Schmiermittel wünschenswerterweise Polybutenyl-Succimid und/oder ein Derivat dessen als ein aschefreies Dispersionsmittel. Spezifische Beispiele des Polybutenyl-Succimid, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, umfasst Verbindungen, dargestellt durch die folgenden allgemeinen Formeln (1) und (2).
    Figure 00090001
  • In jeder der Formeln (1) und (2) stellt n eine ganze Zahl von 1 bis 5 dar, vorzugsweise 2 bis 4, um so eine gute Reinigungswirkung zu erzielen. Des Weiteren stellt PIB eine Polybutenylgruppe dar, abgeleitet von Polybuten. Das Polybuten kann hergestellt werden, indem ein hochreines Isobuten oder eine Mischung aus 1-Buten und Isobuten in Anwesenheit eines Borfluorid-Katalysators oder eines Aluminiumchlorid-Katalysators auf solch eine Weise polymerisiert wird, dass das Polybuten eine zahlengemitteltes Molekulargewicht von 900 bis 3500, vorzugsweise 1000 bis 2000 erzielt. Wenn das zahlengemittelte Molekulargewicht von Polybuten weniger als 900 beträgt, besteht eine Möglichkeit, dass keine ausreichende Reinigungswirkung erzielt wird. Wenn das zahlengemittelte Molekulargewicht von Polybuten 3500 überschreitet, kann sich das Polybuten unerwünschterweise hinsichtlich des Niedertemperatur-Fließvermögens verschlechtern. Bei der Herstellung des Polybutenyl-Succimid kann das Polybuten verwendet werden, nachdem es gereinigt wurde, indem Spurenmengen an Fluor und Chlorrückstände entfernt wurden, welche von den obigen Katalysator der Polybutenherstellung stammen, durch jede geeignete Behandlung (wie ein Absorptionsverfahren oder Waschverfahren). Die Menge der Fluor- und Chlorrückstände wird vorzugsweise auf 50 ppm oder weniger gesteuert, noch bevorzugter auf 10 ppm oder weniger, besonders bevorzugt auf 1 ppm oder weniger.
  • Das Herstellungsverfahren von Polybutenyl-Succimid ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann das Polybutenyl-Succimid hergestellt werden, indem ein Chlorid des oben genannten Polybuten oder das Polybuten, aus welchem Fluor- und Chlorrückstände entfernt wurden, mit Malein-Anhydrid bei 100 bis 200°C reagiert werden, um Butenyl-Succinat zu bilden, und anschließend das so gebildete Butenyl-Succinat mit Polyamid (wie Diethylen-Triamin, Triethylen-Tetramin, Tetraethylen-Pentamin oder Penaethylen-Hexamin) reagiert wird.
  • Das Polybutenyl-Succimid-Derivat kann durch Bor- und Säure-modifizierte Verbindungen beispielhaft genannt werden, erhalten durch das Reagieren des Polybutenyl-Succinimid der Formeln (1) und (2) mit Borverbindungen oder sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen, um so das gesamte oder einen Teil der übrigbleibenden Amino- und/oder Imidgruppen zu neutralisieren oder amidieren. In der vorliegenden Erfindung wird borhaltiges Polybutenyl-Succimid, insbesondere borhaltiges Bis(Polybutenyl)succimid vorzugsweise verwendet. Hierbei beträgt das Anteilsverhältnis von Sauerstoff zu Bor (B/N) in Bezug auf die Masse in dem borhaltigen Polybutenyl-Succimid normalerweise 0,1 bis 3, vorzugsweise 0,2 bis 1.
  • Die obige Borverbindung kann eine Borsäure, ein Borat oder ein Borsäure-Ester sein. Spezifische Beispiele der Borsäure umfassen Orthoborsäure, Metaborsäure und Paraborsäure. Spezifische Beispiele des Borats umfassen: Ammoniumsalze einschließlich Ammoniumborate, wie Ammoniummetaborat, Ammoniumtetraborat, Ammoniumpentaborat und Ammoniumoctaborat. Spezifische Beispiele des Borsäure-Esters umfassen: Ester der Borsäuren und Alkylalkohole (vorzugsweise C1-C6 Alkylalkohole), wie Monomethylborat, Dimethylborat, Trimethylborat, Monoethylborat, Diethylborat, Triethylborat, Monopropylborat, Dipropylborat, Tripropylborat, Monobutylborat, Dibutylborat und Tributylborat.
  • Die obige sauerstoffhaltige organische Verbindung kann beispielhaft genannt werden durch: C1-C30 Monocarbonsäuren, wie Ameisensäure, Essigsäure, Glycolsäure, Propionsäure, Milchsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Kapronsäure, Heptansäure, Kaprylsäure, Pelargonsäure, Kaprinsäure, Undecylsäure, Laurinsäure, Tridekansäure, Myristinsäure, Pentadekansäure, Palminsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Oleinsäure, Nonadekansäure und Eikosansäure; C2-C30 Polycarbonsäuren, wie Oxalsäure, Phtalsäure, Trimellinsäure und Pyromellinsäure und Anhydride und Ester dieser; C2C6-Alkylenoxide; und Hydroxy(poly)oxyalkylenkarbonate.
  • Die Menge des Polybutenylsuccimid und/oder des Derivat dessen, welche dem Schmiermittel zugegeben wird, ist nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,1 bis 15%, bevorzugter 1,0 bis 12%, bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels. Wenn die Menge des Polybutenylsuccimid und/oder dessen Derivats weniger als 0,1% beträgt, besteht eine Möglichkeit, dass eine ausreichende Reinigungswirkung nicht erzielt wird. Es wird unwirtschaftlich wenn die Menge des Polybutenylsuccimid und/oder dessen Derivat 15% überschreitet. Zusätzlich neigt solch eine große Menge des Polybutenylsuccimids und/oder des Derivats dessen dazu, eine Zerstörung der Entmulgierungsfähigkeit zu bewirken.
  • Des Weiteren umfasst das Schmiermittel vorzugsweise Zinkdithiophosphat, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (3) als ein Antioxidationsmittel und als ein Antiverschleißmittel.
  • Figure 00110001
  • In der allgemeinen Formel (3) stellen R4, R5, R6 und R7 jeweils C1-C24 Kohlenwasserstoffgruppen dar. Die C1-C24 Kohlenwasserstoffgruppe ist vorzugsweise eine C1-C24 gerade oder verzweigte Alkylgruppe, eine C1-C24 gerade oder verzweigte Alkenylgruppe, eine C5-C13 Cycloalkyl oder gerade oder verzweigte Alkylcycloalkylgruppe, eine C6-C18 Aryl oder gerade oder verzweigte Alkyarylgruppe oder C7-C19 Arylalkylgruppe. Die obige Alkylgruppe oder Alkenylgruppe kann primär, sekundär oder tertiär sein. Spezifische Beispiele von R4, R5, R6 und R7 umfassen: Alkylgruppen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Icosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl und Tetracosyl; Alkenylgruppen wie Propenyl, Isopropenyl, Butenyl, Butadienyl, Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl (oleyl), Nonadecenyl, Icosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl und Tetracosenyl; Cycloalkylgruppen wie Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl; Alkylcycloalkylgruppen wie Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Ethylcyclopentyl, Propylcyclopenyl, Ethylmethylcyclopentyl, Trimethylcyclopentyl, Diethylcyclopentyl, Ethyldimethylcyclopentyl, Propylmethylcyclopentyl, Propylethylcyclopentyl, Di-Propylcyclopentyl, Propylethylmethylcyclopentyl, Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl Ethylcyclohexyl, Propylcyclohexyl, Ethylmethylcyclohexyl, Trimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Ethyldimethylcyclohexyl, Propylmethylcyclohexyl, Propylethylcyclohexyl, di- Propylcyclohexyl, Propylehtylmethylcyclohexyl, Methylcycloheptyl, Dimethylcycloheptyl, Ethylcycloheptyl, Propylcycloheptyl, Ethylmethylcycloheptyl, Trimethylcycloheptyl, Diethylcycloheptyl, Ethyldimethylcycloheptyl, Propylmethylcycloheptyl, Propylethylcycloheptyl, di-Propylcycloheptyl und Propylehtylmethylcycloheptyl; Arylgruppen wie Phenyl und Naphthyl; Alkylarylgruppen wie Tolyl, Xylyl, Ethylphenyl, Propylphenyl, Ethylmethylphenyl, Trimethylphenyl, Butylphenyl, Propylmethylphenyl, Diethylphenyl, Ethyldimethylphenyl, Tetramethylphenyl, Pentylphenyl, Hexylphenyl, Heptylphenyl, Octylphenyl, Nonyphenyl, Decylphenyl, Undecylphenyl und Dodecylphenyl; und Aryalkygruppen wie Benzyl, Methylbenzyl, Dimethylbenzyl, Phenethyl, Methylphenethyl und Dimethylphenethyl. Die obigen Kohlenwasserstoffgruppen umfassen alle möglichen Isomere.
  • Spezifische Beispiele des Zinkdithiophosphat, welches in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, umfasst Zink-Diisopropyldithiophosphat, Zink-Diisobutyldithiophosphat, Zink-d-sec-Butyldithiophosphat, Zink-di-sec-Pentyldithiophosphat, Zink-di-n-Hexyldithiophosphat, Zink-di-sec-Hexyldithiophosphat, Zink-di-Octyldithiophosphat, Zink-di-2-Ehtylhexyldithiophosphat, Zink-di-n-Decyldithiophosphat, Zink-di-n-Dodecyldithiophosphat, Zink-Diisotridecyldithiophosphat und Mischungen dieser.
  • Die Menge des zu dem Schmiermittel dazugegebenen Zinkdithiophosphat ist nicht besonders beschränkt. Das Zinkdithiophosphat ist vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder weniger enthalten, noch bevorzugter in einer Menge von 0,06% oder weniger, besonders bevorzugt mit einer minimal wirksamen Menge, in Bezug auf das Phosphorelement bezogen auf die Gesamtmenge des Schmiermittels um eine höhere reibungsreduzierende Wirkung zu erzielen. Wenn die Menge des Zinkdithiophosphat 0,1% überschreitet, besteht eine Möglichkeit, dass die Wirkung des aschefreien Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aschefreien aliphatischen Aminreibungsmodifikators gehemmt wird.
  • Das Zinkdithiophosphat kann durch jedes bekannte Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Zinkdithiophosphat durch das Regieren von Alkoholen oder Phenolen mit den obigen R4, R5, R6 und R7 Kohlenwasserstoffgruppen mit phosphorhaltigen Pentasulfid hergestellt werden, um die Dithiophosphorsäure zu bilden und anschließend Neutralisieren des so gebildeten Dithiophosphorsäure mit Zinkoxid. Hierbei unterscheidet sich die Molekularstruktur von Zinkdithiophosphat gemäß der Alkohole oder Phenole, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Zinkdithiophosphat verwendet wird.
  • Das Schmiermittel kann jeden anderen Zusatzstoff oder Zusatzstoffe enthalten, wie metallische Detergenzien, ein Antioxidationsmittel, ein Verbesserer des Viskositätsindex, einen anderen Reibungsmofifikator als die oben genannten Fettester-Reibungsmodifikatoren und/oder aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator, ein anderes aschefreies Dispersionsmittel als das oben genannte Polybenylsuccimid und/oder dessen Derivat, ein Antiverschleißmittel oder Zusatzmittel für extremen Druck, ein Rosthemmer, ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel, ein Demulgierer, ein metallischer Deaktivator und/oder ein Antischaummittel, wenn es in einem Verbrennungsmotor verwendet wird. Diese Zusatzstoffe können allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehreren dieser verwendet werden, um so die gewünschte Schmiermittelleistung zu erzielen.
  • Das metallische Detergenz kann jede metallische Detergenzverbindung sein, die herkömmlicherweise als ein Schmiermittel verwendet wird. Spezifische Beispiele des metallischen Detergenz, welche in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Sulfonate, Phenate und Salicylate von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen; und Mischungen von zwei oder mehreren dieser. Beispiele der Alkalimetalle umfassen Natrium (Na) und Kalium (K) und Beispiele der Erdalkalimetalle umfassen Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg). In der vorliegenden Erfindung werden Natrium- und Kalziumsulfonate, Natrium- und Kalziumphenate und Natrium- und Kalziumssalicylate geeignet verwendet. Die gesamte Basiszahl und die Menge des metallischen Detergenz kann ausgewählt werden gemäß der gewünschten Schmiermittelleistung. Die gesamte Basiszahl des metallischen Detergenz beträgt normalerweise 0 bis 500 mg KOH/g, vorzugsweise 150 bis 400 mg KOH/g, gemessen durch das per Chlorsäureverfahren gemäß ISO 3771 „Determination of base number – Perchloric acid potentiometric titration method". Die Menge des metallischen Detergenz beträgt normalerweise 0,1 bis 10% bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels.
  • Das Antioxidationsmittel kann jede Antioxidationsverbindung sein, die normalerweise als ein Schmiermittel verwendet wird. Spezifische Beispiele des Antioxidationsmittels, welche in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen: phenolische Antioxidationsmittel, wie 4,4'-Methylenebis (2,6-di-tert-butylphenol) und Octyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate; Aminoantioxidationsmittel, wie Phenyl-α-naphtylamin, Alkylphenyl-α-naphtylamin und Alkyldiphenylamin; und Mischungen von zwei oder mehreren dieser. Die Menge des Antioxidationsmittels beträgt normalerweise 0,1 bis 5% bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels.
  • Der Viskositätsindexverbesserer kann beispielhaft genannt werden durch: Viskositätsindexverbesserer vom Non-Dispersion Typ wie Methacrylsäuren, Copolymere von Methacrylsäuren und Hydride dieser; und Viskositätsindexverbesserer vom Dispersionstyp, wie Copolymere von Methacrylaten (einschließlich Stickstoffverbindungen). Es können als Viskositätsindexverbesserer auch Copolymere von Ethylen und α-Olefinen (wie Propylen, 1-Buten und 1-Penten) und Hydride dieser, Polyisobutylene und Hydride dieser, ein hydriertes Copolymer von Styrol und Dien, ein Copolymer von Styrol und Maleinanhydrid und Polyalkylstyrole verwendet werden. Das Molekulargewicht des Viskositätsindexverbesser muss ausgewählt werden im Hinblick auf die Scherungs-Stabilität. Zum Beispiel liegt das zahlengemittelte Molekulargewicht des Viskositätsindexverbesserers wünschenswerterweise in einem Bereich von 5.000 bis 100 000, und noch bevorzugter bei 100.000 bis 800.000, für Methacrylate von Dispersions- oder Non-Dispersion Typ; in dem Bereich von 800 bis 5.000 für Polyisobutylene und Hydride dessen; und in einem Bereich von 800 bis 300.000, bevorzugter 10.000 bis 200.000 für Ehylen/α-Olefincopolymere und deren Hydride. Die obigen Viskositätsindexverbessererverbindungen können allein oder in der Form einer Mischung aus zwei oder mehreren verwendet werden. Die Menge des Viskositätsindexverbesserers liegt vorzugsweise bei 0,1 bis 40% bezogen auf die Gesamtmenge des Schmiermittels.
  • Der andere Reibungsmodifikator als der oben genannte Fettester-Reibungsmodifikator und/oder aliphatisches Aminreibungsmodifikator kann beispielhaft genannt werden durch aschefreie Reibungsmodifikatoren, wie Borsäureester, höhere Alkohole und aliphatische Ester, und metallische Reibungsmodifikatoren, wie Molybdendithiophosphat, Molybdendithiocarmat und Molybdendisulfid.
  • Das andere aschefreie Dispersionsmittel als das oben genannte Polybutenylsuccimid und/oder dessen Derivate kann beispielhaft genannt werden durch Polybutenylbenzylamine und Polybutenylamine, jeweils mit Butenylgruppen mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht von 900 bis 3.500, Polybutenylsuccimid mit Polybutenylgruppen mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht von weniger als 900 und deren Derivate.
  • Das Anti-Reibungsmittel oder das Zusatzmittel für extremen Druck kann beispielhaft genannt werden durch die Sulfide, sulfurierte Fette und Öle, Olefinsulfide, Phosphatester mit einem bis drei C2-C20 Kohlenwasserstoffgruppen, Thiophosphatester, Phosphitester, Thiophosphiteester und Aminsalze dieser Ester.
  • Der Rosthemmer kann beispielhaft genannt durch Alkybenzolsulfonate, Dinonylnaphtalensulfonate, Ester von Alkenylsuccinidsäuren und Ester von Polyalkoholen.
  • Das nichtionische oberflächenaktive Mittel und der Demulgator können beispielhaft genannt werden durch nichtionische oberflächenaktive Polyalkylenglykol-Mittel, wie Polyoxyethylenalkyleter, Polyoxyethylenalkylphenyleter und Polyoxyethylenalkylnaphtyleter.
  • Der metallische Deaktivator kann beispielhaft genannt werden durch Imidazolinverbindungen, Pyrimidinderivate, Thiazole und Benzotriazole.
  • Das Antischaummittel kann beispielhaft genannt werden durch Silikone, Fluorsilikone und Fluoralkylether.
  • Jeder der anderen Reibungsmodifikatoren als der Fettesterreibungsmodifikator und/oder der aliphatische Aminreibungsmodifikator, das andere aschefreie Dispersionsmittel als Polybutenylsuccimid und/oder dessen Derivat, das Antiverschleißmittel oder Zusatzmittel für extremen Druck, der Rosthemmer und der Demulgierer ist normalerweise in einer Menge von 0,01 bis 5% bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels enthalten, und der metallische Deaktivator ist einer Menge von 0,0005 bis 1% enthalten, bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels.
  • Mit der oben beschriebenen Struktur ist der Gleitmechanismus geeignet ausgezeichnete Eigenschaften einer niedrigen Reibung zu erzielen, und eine hohe Verschleißbeständigkeit um für eine Vielzahl von Verwendungen geeignet zu sein, insbesondere zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, einem Festplattenlaufwerk und einem Antrieb. Der Gleitmechanismus kann auch als Gleitgetriebe einer industriellen Maschine verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die folgenden Beispiele nur illustrativ sind und die Erfindung nicht darauf beschränken sollen.
  • (1) Aufbau der Testeinheiten
  • In den Beispielen 1 bis 27 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 12 wurden Verschleißtesteinheiten aus verschiedenen Kombinationen von Stiften, Scheiben und Schmiermitteln aufgebaut. Jede Testeinheit wies drei Stifte und eine Scheibe auf, wie in der Fig. dargestellt. Die verwendeten Stifte, Scheiben und Schmiermittel wurden wie folgt hergestellt, und die detaillierte Spezifikation der Testeinheiten ist in den Tabellen 1 bis 3 angeführt.
  • (1-1) Herstellung der Stifte
  • Ein Chrommaterial mit viel Kohlenstoff „SUJ2" (das heißt ein Material auf Eisenbasis gemäß JIS G4805) wurde durch Mahlen und Unterwerfen einer Weichglühung bei 780°C, Abschrecken in Wasser bei 30°C und Tempern bei 150°C zu Sockelstiften geformt. Die wärmebehandelten Sockelstifte wurden mit Läpp-Bändern auf solch eine Weise geläppt, dass ihre jeweiligen Basisflächen mit unterschiedlichen Oberflächenrauigkeiten (Ra = 0,1 μm) gebildet wurden. Anschließend wurden Beschichtungen auf die Oberflächen der Sockelstifte aufgebracht. Die Beschichtungen wurden mit unterschiedlichen Dicken durch chemische Dampfabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfabscheidung (PVD) hergestellt, unter Verwendung des folgenden Beschichtungsmaterials zusammen mit Graphittargets.
  • [Beschichtungsmaterialien]
    • DLC: a-C (behandelt durch PVD), a-C:H (behandelt durch CVD)
    • TiN (behandelt durch PVD)
    • CrN (behandelt durch PVD)
  • Schließlich wurden die Beschichtungen mit Läpp-Bändern auf solch eine Weise geläppt, um ihre Gleitflächen mit unterschiedlicher Oberflächendicke zu bilden (Ra = 0,1 μm). Jeder der Stifte wies einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 5 mm auf.
  • (1-2) Herstellung von Aluminiumlegierungsscheiben
  • Scheiben aus Legierungen auf Aluminiumbasis, wie AC2A, AC8A, ADC12 und ADC14 wurden unter den folgenden Bedingungen wärmebehandelt.
  • [Wärmebehandlung]
    • AC2A: unterworfen einer Alterungshärtung bei 510°C für 8 Stunden, Wasserabschrecken bei 160°C für 9 Stunden und Luftkühlen.
    • AC8A: unterworfen einer Alterungshärtung bei 200°C für 4 Stunden und Luftkühlung.
    • ADC12, ADC14: Keine Wärmebehandlung.
  • Anschließend wurden die Aluminiumlegierungsscheiben einem Lappen unterworfen, um ihre jeweiligen Gleitoberflächen mit unterschiedlicher Oberflächenrauigkeit zu bilden.
  • (1-3) Herstellung von Magnesiumlegierungsscheiben
  • Scheiben aus Legierungen auf Magnesiumbasis, wie AZ91D, AE42, AS21, AX51, AJ52, QE22-T6 und WE43-T6, wurden unter den folgenden Bedingungen wärmebehandelt.
  • [Wärmebehandlung]
    • QE22-T6: unterworfen einer Alterungshärtung bei 525°C für 4 Stunden, Abschrecken in Wasser bei 200°C für 8 Stunden und Luftkühlen.
    • WE43-T6: unterworfen einer Alterungshärtung bei 525°C für 4 Stunden, Abschrecken in Wasser bei 250°C für 16 Stunden und Luftkühlen.
    • AZ91D, AE42, AS21, AX51, AJ52: Keine Wärmebehandlung.
  • Anschließend wurden die Magnesiumlegierungsscheiben einem Läppen unterworfen, um ihre jeweiligen Gleitflächen mit unterschiedlicher Oberflächenrauigkeit zu bilden.
  • (1-4) Herstellung der DLC-Scheiben
  • Ein Chrommaterial mit viel Kohlenstoff „SUJ2" (das heißt, ein Material auf Eisenbasis gemäß JIS G4805) wurde zu Scheiben geformt, durch Mahlen und durch das Unterwerfen bei einem Weichglühen bei 780°C, Wasserabschrecken bei 30°C und Tempern bei 150°C. Die wärmebehandelten Scheiben wurden auf solch eine Weise geläppt, um ihre jeweiligen Basisflächen mit unterschiedlicher Oberflächenrauigkeit zu bilden. Anschließend wurden die DLC-Beschichtungen auf die Oberflächen der Scheiben aufgebracht. Die DLC-Beschichtungen wurden durch chemische Dampfabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfabscheidung (PVD) gebildet, unter Verwendung des folgenden DLC-Beschichtungsmaterials zusammen mit Graphittargets.
  • [Beschichtungsmaterial]
    • DLC: a-C (behandelt durch PVD), a-C:H (behandelt mittels CVD)
  • Die DLC-Beschichtungen wurden mit Läpp-Bändern auf solche eine Weise geläppt, um ihre Gleitflächen mit unterschiedlicher Oberflächenrauigkeit zu bilden (ra = 0,1 μm).
  • (1-5) Herstellung des Schmiermittels
  • Jedes der Schmiermittel A bis I wurde hergestellt, in dem ein Basisöl mit einem Reibungsmodifikator oder -modifikatoren, einem aschefreien Dispersionsmittel, Zinkdialkyldithiophosphat, einem metallischen Detergenz und anderen Zusatzmitteln gemischt wurde. Die Zusammensetzungen und Eigenschaften der so hergestellten Schmiermittel A bis I sind in Tabelle 4 dargestellt. In Tabelle 4 ist die Menge jeder Ölverbindung, bezogen auf die Gesamtmasse des Basisöls angegeben, und die Menge jedes Zusatzstoffes ist angegeben, bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels.
  • (2) Verschleißtest
  • Die Testeinheiten der Beispiele 1 bis 27 und Vergleichsbeispiele 1 bis 12 wurden einem Verschleißtest unter den folgenden Testbedingungen unterworfen. Die Testergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 dargestellt.
  • [Testbedingung]
    • Maximaler Herzdruck: 80 Mpa
    • Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe: 30 Umdrehungen/Minute
    • Schmiermittelverfahren: Ölbad
    • Schmiermitteltemperatur: 80°C
    • Testdauer: 60 Minuten
  • Figure 00190001
  • Figure 00200001
  • Figure 00210001
  • Figure 00220001
  • Wie in den Tabellen 1 bis 3 deutlich wird, zeigten die Testeinheiten der Beispiele 1 bis 27 sehr viel bessere Eigenschaften einer geringer Reibung und höhere Verschleißbeständigkeit als die der Vergleichsbeispiele 1 bis 12.
  • Die Testeinheiten der Beispiele 1 bis 9 umfassten die DLC-beschichteten Stifte, die Aluminiumlegierungsscheiben und eines der Schmiermittel A bis G, enthaltend wenigstens einen aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator und/oder den aschefreien aliphatischen Aminreibungsmodifikator. Im Vergleich mit der Testeinheit des Vergleichsbeispiels 1, wurden die Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Beispiele 1 bis 9 um ungefähr 40 bis 60% reduziert. Ähnlich umfassten die Testeinheiten der Beispiele 10 bis 18 die DLC-beschichteten Stifte, die Magnesiumlegierungsscheiben und eines der Schmiermittel A bis G. Die Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Beispiele 10 bis 18 wurden auch um ungefähr 40 bis 60% im Vergleich mit der Testeinheit des Vergleichsbeispiels 6 verringert. Die Testeinheiten der Beispiele 19 bis 27 umfassten die DLC-beschichteten Stifte, die DLC-beschichteten Scheiben und eines der Schmiermittel A bis G. Die Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Beispiele 19 bis 17 wurden um ungefähr 50 bis 70% im Vergleich mit der Testeinheit des Vergleichsbeispiels 11 reduziert. Zusätzlich konnte keine Verschlechterung des Oberflächenerscheinungsbildes bei den Gleitelementen der Beispiele 1 bis 27 auch nach dem Verschleißtest beobachtet werden.
  • Des Weiteren wurde die reibungsreduzierende Wirkung deutlicher, wenn die Menge des in dem Schmiermittel enthaltenen Zinkdithiophosphats verringert wurde.
  • Unter den DLC-Beschichtungen war die a-C-Beschichtung auf der Gleitfläche wirksamer hinsichtlich der reduzierten Reibung als die a-C:H-Beschichtung. In dem Fall, dass die Scheibe und die Stifte mit DLC beschichtet waren, wie in den Beispielen 19 bis 27 gezeigt, war die Kombination der a-C-Beschichtung auf der Gleitoberfläche wirksamer als die Kombination der a-C-Beschichtung und der a-C:H-Beschichtung, und die Kombination der a-C-Beschichtung und die a-C:H-Beschichtung war wirksamer als die Kombination der a-C:H-Beschichtungen.
  • Auf der andere Seite umfasste die Testeinheit des Vergleichsbeispiels 1 Stifte ohne DLC-Beschichtungen, die Aluminiumlegierungsscheibe und das Schmiermittel H, welches weder aschefreie Fettester noch aliphatische Aminreibungsmodifikatoren enthielt. Die Testeinheit des Vergleichsbeispiels 6 umfasste die Stifte ohne DLC-Beschichtung, die Magnesiumlegie rungsscheibe und das Schmiermittel H. Des Weiteren umfasste die Testeinheit des Vergleichsbeispiels 11 Stifte ohne DLC-Beschichtung, die Aluminiumlegierungsscheibe ohne DLC-Beschichtung und das Schmiermittel H. Die Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 1, 6 und 11 überschritten 0,1, und sind viel höher als die der Beispiele 1 bis 27. Die Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 2 und 7 waren denen der Vergleichsbeispiele 1 und 6 strukturell ähnlich, wiesen jedoch Stifte ohne DLC-Beschichtungen, die SUJ2-Scheiben ohne DLC-Beschichtung und das Schmiermittel E auf, enthaltend den aschefreien Fettesterreibungsmodifikator. Die Reibungskoeffizienten der Vergleichsbeispiele 2 und 7 waren etwas geringer als die der Vergleichsbeispiele 1 und 6, überschritten jedoch noch 0,1. Es wird erwartet, dass in den Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 1, 2, 6, 7 und 11 die Reaktionsfilme hauptsächlich aus Zinkdithiophosphat (ZnDTP) auf den Gleitflächen der Stifte und Scheiben gebildet wurden, und bewirkten so eine Erhöhung der Reibungskoeffizienten. Die Testeinheit des Vergleichsbeispiels 3 umfasste Stifte mit DLC-Beschichtung, die Aluminiumlegierungsscheibe und das Schmiermittel I. Die Testeinheit des Vergleichsbeispiels 12 umfasste Stifte mit DLC-Beschichtungen, die Scheibe mit DLC-Beschichtung und das Schmiermittel I. In dem Schmiermittel I wurde die Organomolybden-Verbindung anstelle des aschefreien Fettester und/oder aliphatischen Aminreibungsmodifikator zugegeben. Die Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 3, 8 und 12 waren so fast 0,1. Man nimmt an, dass Molybdendisulfidfilme nicht von dem Schmiermittel I in den Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 3, 8 und 12 gebildet wurden, wodurch keine ausreichende reibungsreduzierende Wirkung erhalten wurde. Die Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 4 und 9 wiesen Stifte mit TiN-Beschichtungen auf und die Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 5 und 10 wiesen Stifte mit CrN-Beschichtungen auf. Die Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 4, 5, 9 und 10 wurden etwas verringert durch die Verwendung des Schmiermittels E, betrugen jedoch fast 0,1. Es gab kaum Unterschied zwischen den Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 4 und 5 und zwischen den Reibungskoeffizienten der Testeinheiten der Vergleichsbeispiele 9 und 10.
  • Wie oben beschrieben kann der Gleitmechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Weltklasse-Eigenschaften einer niedrigen Reibung und hohe Verschleißbeständigkeit erzielen, und ist daher industriell geeignet. Wenn der Gleitmechanismus in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, wird es möglich, den Rei bungsverlust dramatisch zu reduzieren, um so mehr Verbesserungen der Wirksamkeit des Fahrzeugkraftstoffes bereitzustellen, als jemals vorher.
  • Der gesamte Umfang der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-322322 (angemeldet am 6. November 2002), Nr. 2003-207056 (angemeldet am 11. August 2003) und Nr. 2003-208193 (angemeldet am 21. August 2003) sind jedoch zur Bezugnahme aufgenommen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, soll die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt werden. Verschiedene Modifikationen und Veränderungen der Ausführungsform, welche oben beschrieben ist, sind Fachleuten auf dem Gebiet im Hinblick auf die obige Lehre deutlich. Der Umfang der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.

Claims (14)

  1. Gleitmechanismus mit geringer Reibung, umfassend: ein erstes Gleitelement mit einer Gleitfläche, wobei wenigstens die Gleitfläche des ersten Gleitelementes aus einem diamantartigen Kohlenstoffmaterial hergestellt ist; ein zweites Gleitelement, mit einer Gleitfläche, welche relativ zu der Gleitfläche des ersten Gleitelementes verschiebbar ist, wobei wenigstens die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes hergestellt ist aus einem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis, einem Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis und einem diamantartigen Kohlenstoffmaterial; und ein Schmiermittel, welches auf die Gleitflächen der ersten und zweiten Gleitelemente aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel wenigstens eines aus einem aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator und einem aschefreien aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator umfasst.
  2. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach Anspruch 1, wobei das diamantartige Kohlenstoffmaterial des ersten Gleitelements wasserfreier amorpher Kohlenstoff ist.
  3. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis des zweiten Gleitelementes eine hypoeutektische oder hypereutektische Aluminiumlegierung ist, enthaltend 4–20 Masse% Silizium und 1,0–5,0 Masse% Kupfer.
  4. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis des zweiten Gleitelementes wenigstens eine Legierung ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium-Aluminium-Zinklegierungen, Magnesium-Aluminium-Seltenerdmetalle-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Calcium-Legierungen, Magnesium-Zink-Aluminium-Calcium-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Calcium-Seltenerdmetalle-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Strontium-Legierungen, Magnesium-Aluminium-Silizium-Legierungen, Magnesium-Seltenerdmetalle-Zink-Legierungen, Magnesium-Silber-Seltenerdmetalle-Legierungen, Magnesium-Yttrium-Seltenerdmetalle-Legierungen.
  5. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das diamantartige Kohlenstoffmaterial des zweiten Gleitelementes wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff ist.
  6. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Gleitfläche des ersten und zweiten Gleitelementes eine arithmetische mittlere Oberflächenrauhigkeit von 0,1 μm oder weniger aufweist.
  7. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Gleitelement eine Basis und eine Beschichtung aus dem diamantartigen Kohlenstoffmaterial umfasst, welche auf die Basis aufgebracht ist, um die Gleitfläche zu definieren, wobei die Beschichtung eine Dicke von 0,3 bis 2,0 μm und eine Mikrovickershärte Hv von 1000–3500 aufweist, gemessen durch das Aufbringen einer Last von 10 g, das zweite Gleitelement aus dem Legierungsmaterial auf Aluminiumbasis hergestellt ist, und die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes eine Brinellhärte Hb von 80–130 aufweist.
  8. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Gleitelement eine Basis und eine Beschichtung aus dem diamantartigen Kohlenstoffmaterial umfasst, welche auf der Basis aufgebracht ist, um die Gleitfläche zu definieren, wobei die Beschichtung eine Dicke von 0,3 bis 2,0 μm und eine Mickrovickershärte von Hv von 1000 bis 3500 aufweist, gemessen durch das Aufbringen einer Last von 10 g, das zweite Gleitelement aus dem Legierungsmaterial auf Magnesiumbasis hergestellt ist, und die Gleitfläche des zweiten Gleitelementes eine Brinellhärte Hb von 45 bis 95 aufweist.
  9. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedes der ersten und zweiten Gleitelemente eine Basis und eine Beschichtung aus dem diamantartigen Kohlenstoffmaterial umfasst, welche auf die Basis aufgebracht ist, um die Gleitfläche zu definieren, und wobei die Beschichtung jedes der ersten und zweiten Gleitelemente eine Dicke von 0,3–2,0 μm und eine Mikrovickershärte von Hv von 1000–3500 aufweist, gemessen durch das Aufbringen einer Last von 10 g.
  10. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Gleitmechanismus in einem Verbrennungsmotor verwendet wird.
  11. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Fettester-Reibungsmodifikator und der aliphatische Amin-Reibungsmodifikator ein Fettsäureester und ein aliphatisches Amin mit C6 bis C30 geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten ist, und wobei wenigstens einer von dem Fettester-Reibungsmodifikator und dem aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator in einer Menge von 0,05 bis 3,0 Masse% enthalten ist, bezogen auf die Gesamtmasse des Schmiermittels.
  12. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Schmiermittel des weiteren Polybutenyl-Succinimid und/oder ein Derivat dessen umfasst.
  13. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach Anspruch 12, wobei das Polybutenyl-Succinimid und/oder dessen Derivat in einer Menge von 0,1 bis 15 Masse% enthalten ist, bezogen auf eine gesamte Masse des Schmiermittels.
  14. Gleitmechanismus mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Schmiermittel des weiteren Zinkdithiophosphat in einer Menge von 0,1 Masse% oder weniger in Bezug auf ein Phosphorelement bezogen auf eine Gesamtmasse des Schmiermittels umfasst.
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