JP2022532146A - 減摩コーティング製剤組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
減摩コーティング製剤組成物に用いられる樹脂(a)は、後述するコーティング膜のマトリクスポリマーとして機能する。樹脂の例は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリベンズイミダゾール、ポリフェニルスルホネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、ポリ-ブチルチタネート、ポリアクリルアルキド樹脂、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、フルオロポリマー、及びこれらの混合物を含む。好ましい樹脂は、ポリアミドイミド、(ポリイミド)、及び(ポリアミド)を含み、ポリアミドイミドが最も好ましい。
減摩コーティング製剤組成物に用いられる金属硫化物は、モリブデン及びコバルトを備えている。金属硫化物は少なくとも2つの金属を備えているため、混合金属硫化物とも呼ばれる。金属硫化物の金属元素がコバルト及びモリブデンである場合、金属硫化物を、コバルト-二硫化モリブデンと呼ぶこともでき、式(Co,Mo)S2又はCoxMo(1-x)S2と記述することができる。式において、xは1未満の数である。
減摩コーティング製剤組成物は、任意選択的に固体潤滑剤(c)を備えることができる。固体潤滑剤は、上で開示した金属硫化物(b)とは異なる。固体潤滑剤の非限定的な例は、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン(PE)、及びそれらの混合物を含む。グラファイトが好ましい。
減摩コーティング製剤組成物は、任意選択的に、コーティング特性を向上させる目的で溶媒(d)を備えることができる。溶媒は、バインダー樹脂の種類に応じて選択することができる。使用可能な溶媒は、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びシクロヘキサノン等のケトン類、酢酸メチル及び酢酸エチル等のエステル類、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素類、エタノール、2-プロパノール、ジアセトンアルコール(DAA)等のアルコール類、メチルクロロホルム、トリクロロエチレン、及びトリクロロトリフルオロエタン等の有機ハロゲン化合物、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-エチル-2-ピロリドン(NEP)、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(dimethylpropanemide)、メチルイソピロリドン(MIP)、ジメチルホルムアルデヒド(DMF)、ジメチルアセトアルデヒド(DMAC)、及びこれらの混合物を含む。好ましい溶媒はDMI、NEP、及びキシレンである。
本明細書中に説明する減摩コーティング製剤組成物は、本発明の目的が損なわれない限り、UV吸収剤、安定剤、抗酸化剤、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、顔料、染料、及び分散剤等の追加成分を任意選択的に含んでいてもよい。存在する場合、追加成分の量は、減摩コーティング製剤組成物の固形分100重量部に対して、0.1~5重量部の範囲であることが好ましい。
本発明の第2の態様は、上述の減摩コーティング製剤組成物から形成されるコート膜に関する。膜は、上で説明した組成物を基材の表面上に塗布し、次いで、それを加熱して塗布された組成物を硬化させることによって形成される。基材は、金属、プラスチック、木材、エラストマー、複合材等であってもよい。コーティングは、任意の従来の方法、例えば、刷毛塗り、浸漬、及び噴霧によって表面に塗布することができる。コーティングの厚さは、膜の要求される特性及び寿命から特定されるが、通常5~20マイクロメートルである。減摩コーティング製剤組成物を基材の表面に塗布すると、それを乾燥させて溶媒(該当する場合)を蒸発させ、硬化させてコート膜を形成する。硬化プロセスは、基板の性質及び樹脂の種類によって変わる。例えば、硬化は、オーブン中で、100~280℃の間の温度で30~90分間行うことができる。
本発明の第3の態様は、上述の減摩コーティング製剤組成物から形成される潤滑膜を有する摺動部材に関する。摺動部材は、コンプレッサの斜板、エンジンタペット、カムシャフト、クランクシャフト、エンジンメタル、エンジンピストン、エンジン締結具、滑り軸受、ピストンリング、ギヤ、ドアロック、ブレーキシム、又はブレーキクリップから選択することができる。
表1に示す原材料を用いて、実施例において組成物を調製した。
化学量論量の硫化アンモニウム[(NH4)2S]及びヘプタモリブデン酸アンモニウム[(NH4)2Mo7O24-4H2O]を水溶液中で混合し、60℃で1時間撹拌した(その間に固体は完全に溶解する)。得られた水溶液を、酢酸コバルト[Co(C2H3O2)2]の水溶液の化学量論量と共に追加漏斗から酢酸溶液中に60℃で共滴下し、1時間撹拌した。得られた固体材料{(NH4)4[Co(MoS4)3]}を濾過し、80℃で乾燥させた。次いで、乾燥材料をパージした窒素炉に入れ、500℃まで昇温し、約1時間保持して、固体を最終硫化生成物に還元した。加熱後、炉を窒素雰囲気下に維持しながら自然冷却させた。
合成すると、CoxMo(1-x)S2は、粉末X線回折によって、親MoS2構造中に存在するものと同じ相を示すが、しかし、ナノ結晶構造のため、ピークはより弱く、より幅が広い。走査電子顕微鏡法/電子分散分光法(SEM-EDS)によって、コバルトは粒子全体に比較的均一に分布し、粒径は略2ミクロン以下であると推定される。これらは、数百nm程度のより小さな一次粒子径のクラスターであるように見え、幾つかの大きな凝集物も存在する。大きな凝集物は、粉砕プロセス中に減摩コーティング製剤に破壊される可能性がある。
試験1:ボールオンプレート摩耗試験
ボールオンプレート摩耗試験をASTM G-133に従って行った。直径1/2インチの鋼球(11)を、鋼(又は他の材料)クーポンに塗布された減摩コーティング(21)と10Nの力で接触させた。試験試料を4mmのストローク長で前後に合計10,000回の通過(又は5000サイクル)の間、往復させる際に、荷重を試験全体を通して維持した。参考のために、ASTM G-133による試験セットアップ(1)の形状を図1に示す。
LFW-1試験は、ASTM-D 2714に従う、減摩コーティングに関して頻繁に行われる別の摩耗試験である。この乾燥試験は、コーティングされた試験リング(ロックウェル硬度60)に対して72rpmで比較的高い荷重(2860N)で行われ、上部ブロックが下にあるシャフト上で回転するリングに荷重を印加する形状となっている。摩耗試験形状の略図については図2を参照されたい。
表2及び3に開示する減摩コーティング製剤組成物を調製し、試験した。成分(樹脂、MoS2又はCoxMo(1-x)S2、固体潤滑剤、溶媒、及び添加剤)を粉砕及び後続の濾過によって混合し、次いで、基材上に噴霧して試験膜を作製した。樹脂を硬化させるために、試験膜を80℃で10分間、続いて230℃で1時間加熱した。
試料8及び11の製剤を用いて、長期ボールオンプレート試験を行った。試料8及び11の膜厚はそれぞれ13.7及び11.0マイクロメートルであった。試料8を有する製剤は、試料11よりも破損前にずっと長く持続する。試料11の対照試料は、相対湿度の大きな変化から有意な影響がないことを確実にするために、冬季及び夏季に試験した。
Claims (12)
- 減摩コーティング製剤組成物であって、
(a)樹脂と、
(b)モリブデン及びコバルトを備える金属硫化物と、を備え、
前記金属硫化物中のモリブデン及びコバルトのモル比は99:1~1:99である、
減摩コーティング製剤組成物。 - 前記金属硫化物の量は、前記減摩コーティング製剤組成物の固形分100重量部に対して、10~60重量部である、請求項1に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- 前記金属硫化物の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡で観察して0.1~10マイクロメートルである、請求項1に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- 前記金属硫化物以外の少なくとも1つの(c)固体潤滑剤を更に備える、請求項1に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- 前記固体潤滑剤は、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリエチレンから選択される、請求項4に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- (d)溶媒を更に備える、請求項1に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- 前記樹脂は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリベンズイミダゾール、ポリフェニルスルホネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、ポリ-ブチルチタネート、ポリアクリル-アルキド樹脂、ポリエーテルケトンケトン、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、又はフルオロポリマーから選択される、請求項1に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- 前記金属硫化物中のモリブデン及びコバルトの比は85:15~95:5である、請求項1に記載の減摩コーティング製剤組成物。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載の減摩コーティング製剤組成物から形成されるコート膜。
- 前記膜は、コンポーネントの金属表面上に形成される、請求項9に記載のコート膜。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載の減摩コーティング製剤組成物から形成される潤滑膜を有する、摺動部材。
- 前記摺動部材は、コンプレッサの斜板、エンジンタペット、カムシャフト、クランクシャフト、エンジンメタル、エンジンピストン、エンジン締結具、滑り軸受、ピストンリング、ギヤ、ドアロック、ブレーキシム、及びブレーキクリップから選択される、請求項11に記載の摺動部材。
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