JP7227256B2 - 摺動性コーティング、それを用いた摺動要素及びそれの使用 - Google Patents
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Description
1. 樹脂マトリックスとしてのポリマー及び機能性フィラーを有する摺動性コーティングであって、前記機能性フィラーが、混合相酸化物、任意選択的に及び更なる機能性フィラーを含む、前記摺動性コーティング。
2. 前記混合相酸化物が、硬化摺動性コーティングを基準にして0.1~15体積%、好ましくは0.5~8体積%の割合で含まれていることを特徴とする、前記1.に記載の摺動性コーティング。
3. 前記混合相酸化物が、チタン、コバルト、アルミニウム、ニッケル、アンチモン、クロム、鉄または亜鉛のうちの少なくとも二種の元素を含むことを特徴とする、前記1.または2.に記載の摺動性コーティング。
4. 前記混合相酸化物が、チタンと、コバルト、アルミニウム、ニッケル、アンチモン、クロム、鉄または亜鉛のうちの少なくとも二種の元素とから形成され、特に好ましくはチタン、ニッケル及びアンチモンから形成されることを特徴とする、前記3.に記載の摺動性コーティング。
5. 前記混合相酸化物が、ルチル、スピネルまたはヘマタイト構造の形で存在することを特徴とする、前記1.~4.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
6. 前記混合相酸化物が、0.05~2.0μm、好ましくは0.1~0.5μmの範囲のD50値の形のメジアン粒径を有することを特徴とする、前記1.~5.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
7. 前記機能性フィラーの総割合が、硬化摺動性コーティングを基準にして75体積%を超えないことを特徴とする、前記1.~6.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
8. 更なる機能性フィラーが含まれ、前記フィラーは、固体潤滑剤、硬質材料、及び熱伝導性を改善する物質のうちの一つまたは複数の物質を含むことを特徴とする、前記1.~7.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
9. 前記固体潤滑剤が、層構造を有する金属硫化物、特にMoS 2 、WS 2 、SnS 2 ;グラファイト、六方晶系BN、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ZnS、BaSO 4 及びこれらの混合物のうちの一つまたは複数の物質を含むことを特徴とする、前記8.に記載の摺動性コーティング。
10. 前記硬質材料が、窒化物、炭化物、ホウ化物、酸化物、特にSiC、Si 3 N 4 、B 4 C 3 、立方晶系BNまたはSiO 2 のうちの一つまたは複数の物質を含むことを特徴とする、前記8.または9.に記載の摺動性コーティング。
11. 前記熱伝導性を改善する物質が、Ag、Pb、Au、Sn、Al、BiまたはCuからなる群からの一つまたは複数の金属粉末を含むことを特徴とする、前記8.~10.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
12. 前記金属粉末の割合が、硬化摺動性コーティングを基準にして30体積%以下であることを特徴とする、前記11.に記載の摺動性コーティング。
13. 前記硬質材料の割合が、硬化摺動性コーティングを基準にして10体積%以下、好ましくは5体積%以下であることを特徴とする、前記8.~12.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
14. 前記ポリマーが、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)及びポリエステルイミド、エポキシ樹脂(EP)、フェノール樹脂、ポリベンズイミダゾール(PBI)、シリコーン樹脂、高融点熱可塑性樹脂、特に220℃を超える融点を有する高融点熱可塑性樹脂、ポリアリーレート、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)及びポリ(オキシ-1,4-フェニルスルホニル-1,4-フェニル)(PES)からなる群から選択されることを特徴とする、前記1.~13.のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
15. 金属製基材層と、その上に施与された、前記1.~14.のいずれか一つに記載の少なくとも一つの摺動性コーティングからなる被膜とを有する摺動要素。
16. 前記被膜の厚さが1μmと50μmとの間であることを特徴とする、前記15.に記載の摺動要素。
17. 最大130mmまでの直径を有するラジアル軸受けであり、ここで前記被膜の厚さが5μmと25μmとの間であることを特徴とする、前記15.または16.に記載の摺動要素。
18. 前記金属製基材層が、単一の金属層からなるかまたは複数の金属層の層複合体からなり、この際、前記基材層の露出された層の上に前記被膜が施与されていることを特徴とする、前記15.~17.のいずれか一つに記載の摺動要素。
19. 前記基材層の露出された層が、Cu合金、Al合金、Ni合金、Sn合金、Zn合金、Ag合金、Au合金、Bi合金またはFe合金から形成されていることを特徴とする、前記18.に記載の摺動要素。
20. 前記金属製基材層が、鋼製支持層または金属製軸受け金属層、または鋼製支持層と金属製軸受け金属層、任意選択的に金属製中間層、任意選択的に及び摺動層を含むことを特徴とする、前記18.または19.に記載の摺動要素。
21. 前記摺動層が前記基材層の露出された層を形成し、その上に前記被膜が、カウンタ軸の状態調節のためのなじみ層としてまたは適応のためのなじみ層として形成されていることを特徴とする、前記20.に記載の摺動要素。
22. 前記摺動層が任意選択的にスパッタ層として、特にAlSnからなるスパッタ層として、または電解めっき摺動層として形成されていることを特徴とする、前記21.に記載の摺動要素。
23. 軸受け金属層が、前記基材層の露出された層を形成し、その上に、前記被膜が長い耐用期間を有する摺動層として形成されていることを特徴とする、前記20.に記載の摺動要素。
24. 前記軸受け金属層が、CuSn軸受け金属合金、CuNiSi軸受け金属合金、CuZn軸受け金属合金、CuSnZn軸受け金属合金、AlSn軸受け金属合金、AlSi軸受け金属合金、AlSnSi軸受け金属合金またはAlZn軸受け金属合金をベースとする、前記20.~23.のいずれか一つに記載の摺動要素。
25. Sn、Ni、Ag、Cu、Feまたはそれらの合金からなる中間層が、前記基材層の露出された層を形成し、その上に前記被膜が形成されていることを特徴とする、前記20.に記載の摺動要素。
26. 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとの一つの摺動性コーティングが前記1.~12.のいずれか一つに従い形成されており、ここで、カウンタ軸の状態調節のためのなじみ層としての上側の摺動性コーティング層が、長い耐用期間を有する摺動層としての下側の摺動性コーティング層の上に形成されていること特徴とする、前記15.~25.のいずれか一つに記載の摺動要素。
27. 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが前記1.~12.のいずれか一つに従い形成されており、ここで、良好な滑り特性及び適応特性を有する摺動性コーティングとしての上側の摺動性コーティング層の下に、高い耐摩耗性を有する下側の摺動性コーティング層が形成されていることを特徴とする、前記15.~26.のいずれか一つに記載の摺動要素。
28. 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうち少なくとも一つの摺動性コーティングが、前記9.~18.のいずれか一つに従い形成されており、ここで、前記金属製基材層と、良好な滑り特性及び適応特性を有する摺動層としてまたは高い耐摩耗性を有する摺動層として形成された上側の摺動性コーティング層との間に、添加剤を僅かに含むかまたは全く含まない追加的な摺動性コーティング層が配置されていることを特徴とする、前記15.~27.のいずれか一つに記載の摺動要素。
29. 添加剤を僅かに含むかまたは全く含まない前記摺動性コーティング層が前記摺動層よりも薄く形成されていることを特徴とする、前記28.に記載の摺動要素。
30. 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが前記1.~12.のいずれか一つに従い形成されており、ここで、前記少なくとの二つの摺動性コーティングが、少なくとも、二官能性もしくは環化二官能性化合物、固体潤滑剤、硬質材料、及び熱伝導性を改善する物質からなる群から選択される物質に関して、異なる割合を有することを特徴とする、前記15.~29.のいずれか一つに記載の摺動要素。
31. 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる勾配型層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが前記1.~12.のいずれか一つに従い形成されており、ここで、前記勾配型層系が、層厚の少なくとも一部を考慮した場合に、二官能性もしくは環化二官能性化合物、固体潤滑剤、硬質材料、及び熱伝導性を改善する物質からなる群から選択される少なくとも一種の物質を、増加または減少する割合で含むことを特徴とする、前記15.~30.のいずれか一つに記載の摺動要素。
32. 滑り軸受けシェルまたはブッシュ、特に内燃機関のための滑り軸受けシェルまたはブッシュとして形成されている、前記15.~31.のいずれか一つに記載の摺動要素。
33. 内燃機関のためのピストン、ピストンリング、軸受けシェルまたはブッシュをコーティングするための、前記1.~14.のいずれか一つに記載の摺動性コーティングの使用。
34. 摺動要素の製造方法であって、
i.金属製支持材層の提供、
ii.前記支持体層上への、前記1.~14.のいずれか一つに記載の摺動性コーティングの施与、ここで前記摺動性コーティングは溶剤中に溶解されており、
iii.前記基材層上に被膜を形成しつつの前記摺動性コーティングの硬化、
を含む、前記方法。
35. 前記硬化ステップが、ポリマーの架橋及び溶剤の除去を含む、前記34.に記載の方法。
12 被膜
13 鋼製支持層
14 軸受け金属層
15 中間層
16 摺動性コーティング層
21 金属製基材
22 被膜
23 鋼製支持層
24 軸受け金属層
26 摺動性コーティング層
31 金属製基材
32 被膜
33 鋼製支持層
34 軸受け金属層
35 中間層
36 摺動性コーティング層,なじみ層
37 金属製摺動-またはカバー層
41 金属製基材
42 被膜
43 鋼製支持層
44 軸受け金属層
46 摺動性コーティング層,なじみ層
48 摺動性コーティング層,耐久層
51 金属製基材
52 被膜
53 鋼製支持層
54 軸受け金属層
56 摺動性コーティング層,耐久層
58 摺動性コーティング層,プライマー
Claims (23)
- 樹脂マトリックスとしてのポリマー及び機能性フィラーを有する摺動性コーティングであって、
・前記機能性フィラーが、混合相酸化物、任意選択的に及び更なる機能性フィラーを含み、
・前記混合相酸化物中に含まれる金属元素が、チタン、コバルト、アルミニウム、ニッケル、アンチモン、鉄または亜鉛のうちの少なくとも二種の元素であり、及び
・前記ポリマーが、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)及びポリエステルイミド、エポキシ樹脂(EP)、フェノール樹脂、ポリベンズイミダゾール(PBI)、シリコーン樹脂、ポリアリーレート、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)及びポリ(オキシ-1,4-フェニルスルホニル-1,4-フェニル)(PES)からなる群から選択される、
前記摺動性コーティング。 - 前記混合相酸化物が、硬化摺動性コーティングを基準にして0.1~15体積%の割合で含まれていることを特徴とする、請求項1に記載の摺動性コーティング。
- 前記混合相酸化物が、チタンと、コバルト、アルミニウム、ニッケル、アンチモン、鉄または亜鉛のうちの少なくとも二種の元素とから形成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の摺動性コーティング。
- 前記混合相酸化物が、チタン、ニッケル及びアンチモンから形成されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
- 前記混合相酸化物が、ルチル、スピネルまたはヘマタイト構造の形で存在することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
- 前記混合相酸化物が、0.05~2.0μmの範囲のD50値の形のメジアン粒径を有することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
- 更なる機能性フィラーが含まれ、前記フィラーは、固体潤滑剤、硬質材料、及び熱伝導性を改善する物質のうちの一つまたは複数の物質を含み、ここで、前記機能性フィラーの総割合が、硬化摺動性コーティングを基準にして75体積%を超えないことを特徴とする、請求項1~6のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
- 前記固体潤滑剤が、層構造を有する金属硫化物、グラファイト、六方晶系BN、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ZnS、BaSO4及びこれらの混合物のうちの一つまたは複数の物質を含むことを特徴とする、請求項7に記載の摺動性コーティング。
- 前記硬質材料が、窒化物、炭化物、ホウ化物、酸化物のうちの一つまたは複数の物質を含み、ここで、前記硬質材料の割合が、硬化摺動性コーティングを基準にして10体積%以下であることを特徴とする、請求項7または8に記載の摺動性コーティング。
- 前記硬質材料が、SiC、Si 3 N 4 、B 4 C 3 、立方晶系BNまたはSiO 2 のうちの一つまたは複数の物質を含む、請求項9に記載の摺動性コーティング。
- 前記熱伝導性を改善する物質が、Ag、Pb、Au、Sn、Al、BiまたはCuからなる群からの一つまたは複数の金属粉末を含み、ここで、前記金属粉末の割合が、硬化摺動性コーティングを基準にして30体積%以下であることを特徴とする、請求項7~10のいずれか一つに記載の摺動性コーティング。
- 金属製基材層と、その上に施与された、請求項1~11のいずれか一つに記載の少なくとも一つの摺動性コーティングからなる被膜とを有し、ここで前記金属製基材層が、鋼製支持層または金属製軸受け金属層、または鋼製支持層と金属製軸受け金属層、任意選択的に金属製中間層、任意選択的に及び摺動層を含み、及び前記基材層の露出された層上に前記被膜が施与されている、摺動要素。
- 前記基材層の露出された層が、Cu合金、Al合金、Ni合金、Sn合金、Zn合金、Ag合金、Au合金、Bi合金またはFe合金から形成されている、請求項12に記載の摺動要素。
- 前記摺動層が前記基材層の露出された層を形成し、その上に前記被膜が、カウンタ軸の状態調節のためのなじみ層としてまたは適応のためのなじみ層として形成されていることを特徴とする、請求項12または13に記載の摺動要素。
- 前記摺動層がスパッタ層としてまたは電解めっき摺動層として形成されていることを特徴とする、請求項14に記載の摺動要素。
- 軸受け金属層が、前記基材層の露出された層を形成し、その上に、前記被膜が長い耐用期間を有する摺動層として形成されていることを特徴とする、請求項12または13に記載の摺動要素。
- Sn、Ni、Ag、Cu、Feまたはそれらの合金からなる中間層が、前記基材層の露出された層を形成し、その上に前記被膜が形成されていることを特徴とする、請求項12または13に記載の摺動要素。
- 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが請求項1~11のいずれか一つに従い形成されており、ここで、カウンタ軸の状態調節のためのなじみ層としての上側の摺動性コーティング層が、長い耐用期間を有する摺動層としての下側の摺動性コーティング層の上に形成されているか、あるいは
前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが請求項1~11のいずれか一つに従い形成されており、ここで、良好な滑り特性及び適応特性を有する摺動性コーティングとしての上側の摺動性コーティング層の下に、高い耐摩耗性を有する下側の摺動性コーティング層が形成されていることを特徴とする、請求項12~17のいずれか一つに記載の摺動要素。 - 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが、請求項1~11のいずれか一つに従い形成されており、ここで、前記金属製基材層と、良好な滑り特性及び適応特性を有する摺動層としてまたは高い耐摩耗性を有する摺動層として形成された上側の摺動性コーティング層との間に、添加剤を僅かに含むかまたは全く含まない追加的な摺動性コーティング層が配置されていることを特徴とする、請求項12~18のいずれか一つに記載の摺動要素。
- 前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる多層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが請求項1~11のいずれか一つに従い形成されており、ここで、前記少なくとの二つの摺動性コーティングが、少なくとも、混合相酸化物、固体潤滑剤、硬質材料、及び熱伝導性を改善する物質からなる群から選択される物質に関して、異なる割合を有するか、あるいは
前記被膜が、少なくとも二つの摺動性コーティングからなる勾配型層系であり、そのうちの少なくとも一つの摺動性コーティングが請求項1~11のいずれか一つに従い形成されており、ここで、前記勾配型層系が、層厚の少なくとも一部を考慮した場合に、混合相酸化物、固体潤滑剤、硬質材料、及び熱伝導性を改善する物質からなる群から選択される少なくとも一種の物質を、増加または減少する割合で含むことを特徴とする、請求項12~19のいずれか一つに記載の摺動要素。 - 内燃機関のためのピストン、ピストンリング、軸受けシェルまたはブッシュをコーティングするための、請求項1~11のいずれか一つに記載の摺動性コーティングの使用。
- 摺動要素の製造方法であって、
i.金属製支持材層の提供、
ii.前記支持体層上への、請求項1~11のいずれか一つに記載の摺動性コーティングの施与、ここで前記摺動性コーティングは溶剤中に溶解されており、
iii.前記基材層上に被膜を形成しつつの前記摺動性コーティングの硬化、
を含む、前記方法。 - 前記硬化ステップが、ポリマーの架橋及び溶剤の除去を含む、請求項22に記載の方法。
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