JP2009293128A - 高強度鋼製機械部品の表面処理方法、および前記方法の実施によって得られるシーリングシステム - Google Patents
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- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
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Abstract
【解決手段】下記の連続工程による処理:a)部品Pを、その表面粗さをあらかじめ決められた第1閾値以下の値に下げるために構成された第1仕上げ工程に供すること、b)次いで、部品Pを、脱脂洗浄液を用いる表面清浄化に供すること、c)前記方法で清浄化された部品Pを、先ずその表面粗さをあらかじめ決められた第1閾値より低いあらかじめ決められた第2閾値以下の値にさらに下げるために、そして次に油圧油によるその濡れ性を高めるため構成された摩擦仕上げ工程に供すること、そして、d)部品Pを、高速且つ大気温度にて、砕ける小片の形状である二硫化タングステン(WS2)粉末の発射に供し、それによって緻密質且つ自己潤滑性の堆積物を前記部品の表面に生じさせること、を含む表面処理方法。
【選択図】図1
Description
本発明の他の目的は、問題の機械部品のいくつかの種類に適応させることが容易であって電解法の上記不都合を避けることが可能である処理法を提供することである。
本発明の他の目的は、上記規定の方法によって処理された表面を有する滑り部分を備えている油圧シーリングシステムを発明することである。
a)部品を、その表面粗さ(Ra)をあらかじめ決められた第1閾値(S1)以下の値に下げるために構成された第1仕上げ工程に供すること、
b)次いで、部品を、脱脂洗浄液を用いた表面清浄化に供すること、
c)前記方法で清浄化された部品を、先ずその表面粗さ(Ra)をあらかじめ決められた第1閾値より低いあらかじめ決められた第2閾値以下の値にさらに下げるために、そして次に油圧油によってその濡れ性を高めるため構成された摩擦仕上げ工程に供すること、そして
d)前記部品を、高速且つ大気温度にて、砕ける小片の形状である二硫化タングステン(WS2)粉末の発射に供し、それによって緻密質且つ自己潤滑性の堆積物を前記部品表面に生じさせること
を含む処理方法による本発明によって解決される。
有利な実施において、あらかじめ決められた第1の表面粗さの閾値が実質的に0.2μmであり、且つあらかじめ決められた第2の表面粗さの閾値が実質的に0.1μmであることが準備されている。
同様に、摩擦仕上げ工程c)の後に、WS2粉末の発射の工程d)の間に後に堆積される皮膜の接着性を高めるため、部品の表面を活性化するために構成されたマイクロサンディングの追加的な工程c’)を含む方法を用意することが有利であり得る。
この場合、そして有利には、マイクロサンディングの工程c’)の後に表面清浄化工程c”)、次いで表面粗さ(Ra)の検査が続く。
この場合、そして有利には、マイクロサンディングの工程c’)が、非酸化物であって且つ5μm〜15μmの範囲にある粒径の粒子を用いて実施される。
最後に、そして有利には、本発明の方法は、WS2粉末の発射の工程d)の後に、表面清浄化の工程d’)、続いて表面粗さ(Ra)、濡れ性および摩擦係数の検査を含む。
特に、前記案内軸受けを構成している第1材料が熱可塑性ポリマーであり、前記シーリングガスケットを構成している第2材料がゴムである。
本発明の特定の実施に関しての他の特徴および有利さは、以下の記述および添付の図面からさらに明らかでなるであろう。
問題の機械部品(Pで参照する)は、例えば車両のブレーキピストンに適して用いられている種類のステンレス鋼摩擦棒によって構成される。当然のことながら、本発明は機械部品の特定の種類には全く限定されない。
図1において、本発明の処理方法の第1工程が図式的にa)に示されている。出発金属部品は、鋼鉄製、好適には高い硬度を示す、すなわち30HRC(すなわち、ロックウェルCスケールで)以上である硬度のステンレス鋼製の部品である。部品は通常典型的にはほぼ34HRC〜39HRCの硬度に達することを可能とする適切な熱処理に既に供されているか、又はそのステンレス特性を維持することを可能とする低温での浸透法型の又は低温での窒化型の熱化学的処理で処理されている。
続く工程c)の間、この方法で清浄化された部品Pは、先ずその表面粗さ(Ra)をあらかじめ決められた第1閾値(S1)より低いあらかじめ決められた第2閾値(S2)以下の値にさらに低減するために、そして次に油圧油によってその濡れ性を高めるため構成された摩擦仕上げ工程に供される。問題の油圧油は特に炭化水素又はリン酸エステル、又は油性液体に基く液体によって構成されている。
そのような摩擦仕上げ工程は二硫化タングステン粉末の発射による処理の前の金属部品の表面状態の準備および最適化にとって必須である。
デバリングの工程c1)は処理の間に部品Pを、望ましい表面粗さRaを得るための研磨剤を含有する第1酸化水溶液と一緒に、通常振動ボウル内で連続的に攪拌することにある。この工程の間に、膜の硬度が下層の金属の硬度よりも小さい酸化物膜が部品の表面に形成される。膜より硬度が大きいが下層の金属の硬度より小さい硬度の研磨剤が部品の表面に衝突し、その際に前記表面の粗さを低減させる研磨剤の機械的作用によってこの膜は徐々に除かれる。目安として、デバリングのこの第1工程c1)は60分以上の間実施されるべきである。
研磨の第2工程c2)は、好適には研磨剤を含有する第2非酸化水溶液と一緒に部品を連続的に攪拌することにある。この研磨の第2工程は研磨剤の機械的作用によって第1工程c1)の間に形成された酸化物膜をすべて取り除くことに役立つ。目安として、研磨のこの第2工程c2)のための処理時間は120分以上であるべきである。
これらの2つの工程c1)およびc2)の最後に、表面粗さRaは、あらかじめ決められた第1の閾値S1より低いあらかじめ決められた第2の閾値S2以下である、例えば約0.1μmである値に低減されている。次いで、有利には工程c3)が表面浄化のために提供され、前もって行われた清浄化に起因して非常に信頼性が高い表面粗さ(Ra)の検査の工程に続く。問題の清浄化は、検査結果が代表的表面粗さの測定であることを保証することを目的としている。その結果、部品の表面は、湿潤性でない、アセトン型の溶媒を使用することが可能であるように第1の仕上げ工程a)の最後におけるよりも少ない汚れを提供する。
図1において、表面清浄化の工程c”)は部品Pを指し示す単一の矢印によって象徴的に示されている。上述の工程c3)で記載されているように、表面清浄化、例えば比較的湿潤性でないアセトン型の溶媒を使用することにより、測定検査の結果に対する良好な代表値を保証するために表面の粗さを検査する前に行われる。
摩擦仕上げ工程c)の最後に、そして恐らくマイクロサンディング工程c’)の後におよび表面清浄化の工程c”)の後に、部品Pは最適には二硫化タングステンの発射処理に供される。仕上げ処理に付随した粗さは研磨処理によって大きく減少させられ、一方マイクロサンディングがもしあれば、形成される皮膜の接着性を増加させるように表面を同様に活性化したことであろう。
それで、工程d)の間、部品Pは、高速且つ大気温度にて二硫化タングステン(WS2)粉末の発射に供される。
目安として、WS2粉末が小片の形状で低温度および高速度で発射される処理条件のために、処理される表面の面に対して45°〜135°の範囲である発射ジェットの傾斜角度、発射ノズルの出口と部品Pとの距離が典型的には20mm〜100mmの範囲にあり、ほぼ5バール〜10バールの圧力を用いることが可能である。これらの処理条件は、WS2粉末が処理される部品の表面に衝突して微粒子に分かれるように高速で発射されることを可能とする。
さらに、図1に示されているように、WS2粉末の発射の工程d)の後にその表面の清浄化の工程d’)、続いての検査を含む方法を提供することも可能である。前の工程c3)およびc”)のためのように、湿潤性でないアセトン型の溶媒を用いて、その結果検査計測の良好な結果の表示を保証する方法で表面清浄化が行われ得る。
これが、0.2μmより小さいRa値を有する表面粗さ、0.03未満の動摩擦係数(WS2対WS2および平面上平面)および0.07未満の静摩擦係数(WS2対WS2および平面上平面)を示す処理された部品が得られることを保証する。
得られる濡れ性は同様に、それが水性液体にとっては非常に不良であっても油圧油、特に炭化水素又はリン酸エステル、又は油性液体に基いた液体にとって非常に良好であるかぎり、同様に非常に際だっている。
図4のグラフにおける曲線C1、C2、およびC3は液体/固体の時間(秒で)に応じた接触角(°)の変動に対応している。曲線C1は従来型の処理方法に対応し、曲線C2およびC3はそれぞれ最終の清浄化がある場合と無い場合の本発明による処理に対応している。
皮膜は、このように、部品の表面に形成された連続的な膜のために非常に低い摩擦係数を有して、自己潤滑性であり、これが非常に幅広い温度範囲で起る摩擦係数を有する皮膜が得られ、前記皮膜はさらに親油性で且つ疎水性である。これは電解法に相当する前述の従来技術と比較して顕著な進歩を示している。
上に述べたように、図5において、高強度スレンレス製であり、そしてシーリングアセンブリ102を滑る軸Xの滑り棒101を含む油圧シーリングシステム100が示される。シーリングアセンブリ102は、肩部107と108の間に配置されている支持要素105に形成されているハウジング106に収容されている。
シーリングアセンブリ102は第1材料で作られている案内軸受け103および第1材料よりも低い硬度の第2材料で作られているシーリングガスケット104で構成されている。例として、案内軸受け103を構成する第1材料は熱可塑性ポリマーであり、そしてシーリングガスケット104を構成する第2材料はゴムである。図面上、滑り棒101が右から左に動くと、棒101上をスライドし得る案内軸受け103は圧縮によってシーリングガスケット104と協働し、その際にシーリングを強化する。
滑り棒101にライニングを施すWS2皮膜の二つの作用はシーリングアセンブリ102を構成する両方の構成103、104との協働を最適化する。
これは、特に航空機ブレーキの油圧リングのピストンに配置するための摩擦棒に適用可能である。そのような摩擦棒の役割は、ブレーキのディスクに制動力を加えるときにピストンを導くことであり、ロッドはポリテトラフルオロエチレン製の案内軸受とエチレンプロピレンタイプのエラストマー製のシーリングガスケットを構成するシーリングシステムに取り付けられている。そのような棒/ガスケットのシステムは多くの要件を満足し得て、特にそれは、ガスケットの磨耗および棒へのダメージを抑えるのに役立つ優れた摩擦挙動を示し得て、そして油圧油に対するピストンの良好な密封性を示し得る。
Claims (12)
- 高強度鋼製の機械部品にその用途に必要である摩擦および潤滑の特性を与える前記部品の表面の処理方法であって、その方法が下記の連続的工程:
a)部品(P)を、その表面の粗さ(Ra)をあらかじめ決められた第1閾値(S1)以下の値に下げるために構成された第1仕上げ工程に供すること、
b)次いで、部品(P)を、脱脂洗浄液を用いる表面清浄化に供すること、
c)前記方法で清浄化された部品(P)を、先ずその表面粗さ(Ra)をあらかじめ決められた第1閾値(S1)より低いあらかじめ決められた第2閾値(S2)以下の値にさらに下げるために、そして次に油圧油によってその濡れ性を高めるために構成された摩擦仕上げ工程に供すること、そして
d)前記部品(P)を、高速且つ大気温度にて、砕ける小片(p)の形状である二硫化タングステン(WS2)粉末の発射に供し、それによって緻密質および自己潤滑性の堆積物を前記部品の表面に生じさせること
を含むことを特徴とする機械部品の表面の処理方法。 - 摩擦仕上げ工程c)が、所望とする表面粗さ(Ra)が得られるまで研磨剤を含む酸化性の第1の水溶液と一緒に処理のための部品(P)を連続的に攪拌することによりデバリングを行う第1工程c1)を含み、研磨剤を含む非酸化性の第2の水溶液と一緒に連続的攪拌に前記部品を供することにより研磨を行う第2工程c2)がそれに続くことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 摩擦仕上げ工程c)が、表面清浄化を行う第3工程c3)を含み、表面粗さ(Ra)の検査がそれに続くことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- あらかじめ決められた第1の表面粗さの閾値(S1)が実質的に0.2μmであり、且つあらかじめ決められた第2の表面粗さの閾値(S2)が実質的に0.1μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程d)の間に発射される粉末が、ほぼ例外なく純粋WS2で構成されていて、そして0.8μm〜1.5μmの範囲の主要寸法(D)を有し、そして0.1μm程度の厚さ(E)を有する形状が実質的に六角形である小片(p)の形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 摩擦仕上げ工程c)の後に、WS2粉末の発射の工程d)の間に後に堆積される皮膜の接着性を高めるため、部品(P)の表面を活性化するために構成された、マイクロサンディングを行う追加的な工程c’)を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- マイクロサンディング工程c’)の後に表面清浄化工程c”)、次いで表面粗さ(Ra)の検査が続けられることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- マイクロサンディング工程c’)が、マイクロサンディングの結果として増加されている表面粗さ(Ra)が前記のあらかじめ決められた第1の表面粗さの閾値(S1)より小さいまま存続するように構成されることを特徴とする請求項6又は7に記載の方法。
- マイクロサンディング工程c’)が、非酸化物であって且つ5μm〜15μmの範囲にある粒径の粒子を用いて実施されることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の方法。
- WS2粉末の発射工程d)の後に、表面清浄化の工程d’)、続いて表面粗さ(Ra)、濡れ性および摩擦係数の検査が含まれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- シーリングアセンブリ(102)においてスライド可能な滑り棒(101)を備えている油圧シーリングシステムであって、前記シーリングアセンブリ(102)が第1材料で作られている案内軸受け(103)および第1材料よりも低い硬度の第2材料で作られているシーリングガスケット(104)で構成されていて、且つ請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法を実施することによって、前記滑り棒が、案内軸受け(103)に対して求められている潤滑特性およびシーリングガスケット(104)に対して求められている摩擦特性を提供するように加工されている外径面(110)を有することを特徴とする油圧シーリングシステム。
- 前記案内軸受け(103)を構成している第1材料が熱可塑性ポリマーであり、前記シーリングガスケット(104)を構成している第2材料がゴムであることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
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