專利名稱：滑動(dòng)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種在其上形成有一種干性涂層潤(rùn)滑劑涂層的滑動(dòng)部件，使其耐磨性提高而摩擦系數(shù)降低。
背景技術(shù)：
各種滑動(dòng)部件相對(duì)于所接觸的配合部件滑動(dòng)是已知的。在這種滑動(dòng)部件上，基(母)體(基材)的表面形成一層由樹脂粘合劑、硬質(zhì)顆粒和固體潤(rùn)滑劑等構(gòu)成的涂層(膜)。該涂層使滑動(dòng)部件的耐磨性提高而摩擦系數(shù)降低(參考下列專利文獻(xiàn)1至3)。
當(dāng)專利文獻(xiàn)1至3中所述的涂層為一層時(shí)，可能會(huì)有涂層與基體的附著力不夠的情況。如果附著力不夠，涂層可能會(huì)在比較短的時(shí)間內(nèi)從基體表面剝落下來，這取決于滑動(dòng)部件的使用條件。因此，由涂層所提高的耐磨性和降低的摩擦系數(shù)的持續(xù)時(shí)間(壽命)受到影響。有鑒于此，必要時(shí)為保證附著力而在基體上先涂覆一層底涂(底漆)。然后，在底涂的上層涂覆涂層。其結(jié)果是，工時(shí)和費(fèi)用增加。
在使用滑動(dòng)性能差的鋁合金和鎂合金做基體時(shí)，如果使用條件荷刻，則會(huì)發(fā)生卡咬(膠著，粘附)或擦磨。由于鋁合金和鎂合金的摩擦系數(shù)大，用這些材料作基體時(shí)，可采用以下兩種方法。第一種方法是在基體表面鍍鎳、錫或做改性覆蓋膜處理。第二種方法是用數(shù)種固體潤(rùn)滑劑和熱硬化樹脂混合制成的干性涂層(膜)覆蓋或涂覆基體表面。任何方法均使處理費(fèi)用增加。
在復(fù)雜的鍍覆工藝中，固體潤(rùn)滑劑被分散，該鍍覆能有效防止卡咬現(xiàn)象出現(xiàn)。但是，復(fù)雜的鍍覆工藝所形成的鍍層具有大的摩擦系數(shù)并且造價(jià)昂貴。另外，使鍍層增厚需要額外的拋光加工，這妨礙鍍層與鋁合金的匹配。
將數(shù)種固體潤(rùn)滑劑與常規(guī)的熱硬化樹脂混合的組合物被用來做涂層。但是，由于附著性低，涂層容易從基體上剝落下來。導(dǎo)致滑動(dòng)部件提前磨損。
為克服上述滑動(dòng)部件的缺點(diǎn)，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人開發(fā)了具有低摩擦系數(shù)和高耐磨性的干性涂層潤(rùn)滑劑(參考下面的專利文獻(xiàn)4)。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，該干性涂層潤(rùn)滑劑對(duì)基體的附著性增加，并且可以使涂層的單層厚度增加，而無論基體的種類如何。但是，為了進(jìn)一步提高滑動(dòng)性能，還需要滑動(dòng)部件的摩擦特性如摩擦系數(shù)、耐磨性以及防止卡咬基體的性能進(jìn)一步改善。
日本專利延遲公開第10-37962號(hào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利延遲公開第7-97517號(hào)[專利文獻(xiàn)3]日本專利延遲公開第6-279708號(hào)[專利文獻(xiàn)4]日本專利申請(qǐng)第2002-16023號(hào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是在上述情形下做出的，其目的是提供一種能進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)同時(shí)提高耐磨性和附著性的滑動(dòng)部件。
本發(fā)明的滑動(dòng)部件包括一個(gè)基體和一種涂層，該涂層由干性涂層潤(rùn)滑劑制成并且形成在該基體的要形成為滑動(dòng)表面的至少部分表面上。該基體的所述部分表面設(shè)有條紋(溝紋)，以使其以十點(diǎn)平均粗糙度(也稱表面粗糙度十點(diǎn)高度或輪廓微觀不平度十點(diǎn)高度)(JIS B0601(2001))表示的表面粗糙度為8至18μmRz。該干性涂層潤(rùn)滑劑含有一種聚酰胺酰亞胺樹脂、至少一種選自于環(huán)氧硅烷和環(huán)氧樹脂的涂層改進(jìn)劑和至少一種選自于氮化硅和氧化鋁的硬質(zhì)顆粒。
通常，在滑動(dòng)部件的基體表面上形成條紋，以防止產(chǎn)生卡咬。由于基體表面設(shè)有條紋，使基體即使因涂層磨損而暴露的表面直接接觸(貼靠)配合部件，滑動(dòng)部件卡咬于配合部件的情況也可以確實(shí)減少。
可以推定隨著涂層的表面粗糙度變小，則摩擦系數(shù)降低。使基體的表面粗糙度小對(duì)涂層的表面粗糙度有影響。相反，在基體表面形成的防止卡咬的條紋使基體的表面粗糙度大，這導(dǎo)致涂層的表面粗糙度大。這和上面的要求相反。
本申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)過刻苦和仔細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)了設(shè)有條紋的滑動(dòng)部件的優(yōu)選表面粗糙度和涂層的優(yōu)選成分，從而減小滑動(dòng)部件的摩擦系數(shù)。由條紋確定的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度優(yōu)選為8至18μmRz。涂層優(yōu)選由具有特別組成(組分)的干性涂層潤(rùn)滑劑制成。
根據(jù)上述滑動(dòng)部件，由干性涂層潤(rùn)滑劑形成的涂層可獲得各種優(yōu)點(diǎn)，如摩擦系數(shù)降低、耐磨性提高和附著性增加。另外，條紋的形成可起到防止卡咬的作用。還有，滑動(dòng)部件的摩擦力降低的效果，與沒有設(shè)置條紋的滑動(dòng)部件以及與設(shè)有條紋的表面的十點(diǎn)平均表面粗糙度小于或大于8至18μmRz的情況相比十分顯著。
環(huán)氧硅烷為一種較佳的涂層改進(jìn)劑。干性涂層潤(rùn)滑劑最好是包括至少一種選自于聚四氟乙烯、二硫化鉬和石墨的固體潤(rùn)滑劑。
涂層的表面粗糙度，其十點(diǎn)平均粗糙度最好為0.5至7μmRz。較好的涂層膜厚為8至20μm。典型的滑動(dòng)部件為活塞，條紋和涂層形成在其裙部上。
根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)部件，可以由干性涂層潤(rùn)滑劑提供降低摩擦系數(shù)的作用、提高附著性的作用和提高耐磨性的作用。另外，還顯示出由條紋的形成所產(chǎn)生的防烘烤作用。
此外，利用干性涂層潤(rùn)滑劑與形成條紋所產(chǎn)生的特殊表面粗糙度的特殊組合，可以進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)和進(jìn)一步提高耐磨性。這些優(yōu)點(diǎn)由特殊的構(gòu)造形成，基體的部分表面設(shè)置條紋，以使以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為8至18μmRz；而干性涂層潤(rùn)滑劑含有聚酰胺酰亞胺樹脂、至少一種選自于環(huán)氧硅烷和環(huán)氧樹脂的涂層改進(jìn)劑和至少一種選自于氮化硅和氧化鋁的硬質(zhì)顆粒。


結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)說明能更好地理解本發(fā)明，可容易地對(duì)本發(fā)明及其諸多優(yōu)點(diǎn)獲得更完整的了解，所有這些構(gòu)成公開內(nèi)容的一部分。
圖1為顯示磨損試驗(yàn)方法的示意圖；圖2為表示磨損試驗(yàn)(i)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖3為表示磨損試驗(yàn)(ii)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖4為表示摩擦試驗(yàn)(i)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖5為表示摩擦試驗(yàn)(ii)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖6為表示摩擦試驗(yàn)(iii)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖7為表示附著力試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖8為表示刮擦(scuff)評(píng)估試驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖；圖9為表示刮擦評(píng)估試驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖；圖10為表示機(jī)器摩擦評(píng)估試驗(yàn)方法的示意圖；圖11為表示摩擦評(píng)估試驗(yàn)(i)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；以及圖12為表示摩擦評(píng)估試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
大概描述了本發(fā)明之后，參考在此提供的具體的優(yōu)選實(shí)施例—其目的只是用于描述而非對(duì)所附的權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限制，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步加深理解。
干性涂層潤(rùn)滑劑包括具有樹脂粘合劑的熱穩(wěn)定性和高耐磨性和大附著性的聚酰胺酰亞胺樹脂，硬質(zhì)顆粒和噴膜(涂層)改進(jìn)劑。如果必要，對(duì)于干性涂層潤(rùn)滑劑，可以將固體潤(rùn)滑劑和聚酯改性硅樹脂合在一起。此外，如有必要還可以加入一種顏料。具有這種組成的干性涂層潤(rùn)滑劑可以使滑動(dòng)部件具有高耐磨性，低摩擦系數(shù)和高附著性。
本發(fā)明的干性涂層潤(rùn)滑劑包括的主要成分為聚酰胺酰亞胺樹脂，還包括聚酰胺酰亞胺樹脂的涂層改進(jìn)劑，以及硬質(zhì)顆粒。
因?yàn)槌尚螛渲瑯?gòu)成干性涂層的主要部分，可以用熟知的具有優(yōu)秀的耐熱性和附著性的聚酰胺酰亞胺樹脂。市售的聚酰胺酰亞胺樹脂可用來涂覆基體。
涂層改進(jìn)劑是提高含有硬質(zhì)顆粒、固體潤(rùn)滑劑和樹脂粘合劑的樹脂粘合劑的性能的添加物質(zhì)。它特別能提高樹脂粘合劑的聚酰胺酰亞胺的性能，從而使干性涂層潤(rùn)滑劑的物質(zhì)性質(zhì)改善。
環(huán)氧樹脂或環(huán)氧硅烷作為涂層改進(jìn)劑被單獨(dú)使用或者兩者被合在一起使用。環(huán)氧硅烷最好是單獨(dú)使用。聚酯改性硅樹脂可以和環(huán)氧硅烷一起使用。
為提高干性涂層潤(rùn)滑劑的耐磨性和附著性，相對(duì)于100體積份的聚酰胺酰亞胺樹脂，環(huán)氧樹脂的添加量最好是0.5至10體積份。環(huán)氧樹脂的添加量低于0.5體積份就沒有效果，所以是不可取的。環(huán)氧樹脂的添加量高于10體積份就降低耐磨性和附著性，因而也是不可取的。
環(huán)氧樹脂與液態(tài)的聚酰胺酰亞胺樹脂具有好的相溶性。在聚酰胺酰亞胺樹脂中加入環(huán)氧樹脂作為涂層改進(jìn)劑，不僅由于相親性強(qiáng)而使聚酰胺酰亞胺樹脂對(duì)鋁的附著性提高，而且由于環(huán)氧樹脂和聚酰胺酰亞胺樹脂的反應(yīng)(聚酰胺酰亞胺樹脂本身的縮合反應(yīng))使耐磨性提高。
環(huán)氧硅烷可提高固體潤(rùn)滑劑和硬質(zhì)顆粒相對(duì)于聚酰胺酰亞胺樹脂的分散性。身為液態(tài)并具有無機(jī)結(jié)構(gòu)的環(huán)氧硅烷，具有與無機(jī)固體例如鋁的相親性的并具有有機(jī)基。環(huán)氧硅烷作為涂層改進(jìn)劑使用可提高聚酰胺酰亞胺樹脂和無機(jī)固體之間的分散性。具有環(huán)氧基的環(huán)氧硅烷可以有助于使附著性提高。
相對(duì)于100體積份的聚酰胺酰亞胺樹脂，環(huán)氧硅烷的添加數(shù)量最好是0.5至5體積份。環(huán)氧硅烷的添加數(shù)量小于0.5體積份時(shí)，就沒有效果，是不可取的。環(huán)氧硅烷的添加數(shù)量大于5體積份時(shí)，降低了耐磨性和附著性，也是不可取的。
最好是將1至12體積份的聚酯改性硅樹脂加入到100體積份的聚酰胺酰亞胺樹脂中。用聚酯改性硅樹脂作為涂層改進(jìn)劑和聚酰胺酰亞胺樹脂一起，可以使涂層表面粗糙度變小，并能形成低摩擦系數(shù)的涂層。
聚酯改性硅樹脂特別在噴涂產(chǎn)品中是能夠完成涂層表面實(shí)現(xiàn)低摩擦系數(shù)的添加劑。由于與聚酰胺酰亞胺樹脂的相親性小，聚酯改性硅樹脂不與聚酰胺酰亞胺樹脂反應(yīng)。但是噴涂薄膜形成時(shí)會(huì)在聚酰胺酰亞胺樹脂表面形成硅薄膜。它具有降低界面張力的特性，所以噴涂薄膜使其流平性提高而得以平滑。
不能達(dá)到聚酯改性樹脂的效果的酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂(蜜胺樹脂)是不可取。它們與聚酰胺酰亞胺樹脂的相親性差，不與之反應(yīng)，以異物存在于樹脂粘合劑中。
為平衡滑動(dòng)部件的耐磨性和配合部件的磨損，作為硬質(zhì)顆粒可以采用莫氏硬度9的氧化鋁(Al2O3)和氮化硅(Si3N4)。如果硬質(zhì)顆粒的硬度大于這個(gè)值，配合部件的磨損量就會(huì)變大。如果低于這個(gè)值，滑動(dòng)部件的耐磨性就會(huì)不夠。氮化硅或氧化鋁可以單獨(dú)使用，或者兩者可以合在一起使用。
硬質(zhì)顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選為0.1至5μm，而更好的平均顆粒直徑為小于2μm。平均顆粒直徑小于0.1μm時(shí)，耐磨性和附著性降低，而不可取。顆粒直徑大于5μm時(shí)，對(duì)配合部件具有較大的配合攻擊(損傷)性，而不可取。除了平均顆粒直徑小之外，還要求顆粒大小(粒度)分布均勻，以保持耐磨性和限制對(duì)配合部件的磨損。分布不均勻?qū)е缕湫阅茏兓允遣豢扇〉摹?br> 相對(duì)于100體積份的聚酰胺酰亞胺樹脂，硬質(zhì)顆粒的添加數(shù)量?jī)?yōu)選是1至15體積份，更好的是5至10體積份。為使涂層的摩擦系數(shù)更小，優(yōu)選為2體積份，而為了使涂層的耐磨性大，則優(yōu)選為6至9體積份。
關(guān)于硬質(zhì)顆粒的形狀，可取的是用燃燒方法制造的配合攻擊性較小的球形。更好的是用氣相晶體生長(zhǎng)方法制造的塊狀，以及用破碎方法制造的碎粉也是可取的。
干性涂層潤(rùn)滑劑優(yōu)選是加入固體潤(rùn)滑劑。聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化鉬(MoS2)和石墨可以作為固體潤(rùn)滑劑使用。特別是可以使用以乳液聚合、懸浮聚合或者破碎方法制造的聚四氟乙烯。
相對(duì)于100體積份的聚酰胺酰亞胺樹脂，固體潤(rùn)滑劑的添加數(shù)量?jī)?yōu)選是1至12體積份，而更好的是1至6體積份。
滑動(dòng)部件在潤(rùn)滑狀態(tài)下使用時(shí)，最好是加入較少量的固體潤(rùn)滑劑，以減少耐磨性和增加摩擦系數(shù)。優(yōu)選地是以12體積份為上限。另一方面，滑動(dòng)部件在非潤(rùn)滑狀態(tài)下使用時(shí)，最好是加入較多的固體潤(rùn)滑劑，以提高耐磨性降低摩擦系數(shù)。優(yōu)選地以1體積份為下限。在非潤(rùn)滑狀態(tài)不形成由條紋產(chǎn)生的油槽。但是，由于覆蓋薄膜的形成而達(dá)到使摩擦系數(shù)降低的效果，并且由于樹脂表面的接觸而達(dá)到了防止卡咬的效果。
固體潤(rùn)滑劑需要小尺寸和以較少的數(shù)量顯示效果，而平均顆粒直徑最好是小于或等于5μm?；瑒?dòng)部件典型地作為活塞使用，其部分部位上形成有條紋和涂層。另外，本發(fā)明的滑動(dòng)部件可以適用于各種用途的部件，比如活塞環(huán)、墊片和離合器，而與潤(rùn)滑的狀態(tài)無關(guān)。同樣，對(duì)滑動(dòng)部件基體的種類沒有任何限制，各種不同的基體都可以應(yīng)用。
本發(fā)明的滑動(dòng)部件的至少一部分滑動(dòng)表面上設(shè)有條紋。條紋形成為使其十點(diǎn)平均粗糙度為8至18μmRz。另外，滑動(dòng)部件的至少一部分滑動(dòng)表面上還用噴涂干性涂層潤(rùn)滑劑的方法設(shè)有涂層(覆蓋膜)。當(dāng)配合部件的滑動(dòng)表面的表面粗糙度小于或等于3μmRz時(shí)，滑動(dòng)部件顯示出極小的摩擦系數(shù)。
可以采用表面粗糙度小于或等于8μmRz的基體，或者采用表面粗糙度經(jīng)拋光后具有小于或等于3μmRz的表面粗糙度的基體。此外，也可以采用其滑動(dòng)表面拋光后達(dá)到鏡面水平的表面粗糙度0.5至1.5μmRz的基體。在任何情況下，基體的滑動(dòng)表面上還設(shè)有條紋。條紋形成為使以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為8至18μmRz。對(duì)于這種條紋的形成，其節(jié)距選為200至300μm，深度選為6至12μm。
在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，在表面粗糙度為8至18μmRz的帶有條紋的基體滑動(dòng)表面上，還形成有涂層。涂層的表面粗糙度優(yōu)選為0.5至7μmRz，該涂層的較佳厚度為8至20μm。
如上所述，發(fā)明人在刻苦而仔細(xì)的研究后發(fā)現(xiàn)，在基體滑動(dòng)表面上形成的條紋，以及在這樣形成的滑動(dòng)表面上形成的涂層，可以減少摩擦系數(shù)?；瑒?dòng)表面的表面粗糙度為8至18μmRz，涂層由干性涂層潤(rùn)滑劑制成。
滑動(dòng)部件的摩擦系數(shù)降低的原因如下。第一，條紋的形成在滑動(dòng)表面上產(chǎn)生規(guī)則的凹凸。形成于滑動(dòng)表面的涂層具有凹凸紋。在涂層的凹陷的表面部分，填入油形成油槽。這樣，滑動(dòng)部件在潤(rùn)滑狀態(tài)下滑動(dòng)，從而使滑動(dòng)部件的摩擦系數(shù)降低。
另外，由于形成規(guī)則的凹凸，油槽也有規(guī)則地形成。在形成油槽(條紋)的表面上降低摩擦系數(shù)的作用是恒定的。
相反，即使是在一通過將普通的干性涂層潤(rùn)滑劑噴在帶有條紋的滑動(dòng)表面上而形成涂層時(shí)，也可能在涂層表面形成小的凹凸。但是，用具有普通組成的干性涂層潤(rùn)滑劑使涂層變厚是困難的，涂層表面在摩擦開始時(shí)就會(huì)由于干性涂層潤(rùn)滑劑的差的耐磨性而被磨平。由于這個(gè)原因，在初始摩擦?xí)r油槽不形成或消失，上述的降低摩擦系數(shù)的效果沒有達(dá)到。
此外，涂層上形成的凹凸使這部分滑動(dòng)表面與配合部件接觸的面積變窄。由于普通組成的干性涂層潤(rùn)滑劑的較小的耐磨性，涂層與配合部件接觸部分的磨損量大于未接觸部分。這樣，接觸部分的涂層在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)磨損。當(dāng)涂層磨損后，位于涂層下面的具有較大摩擦系數(shù)的基體就露出來了。
這樣，帶有條紋的滑動(dòng)表面的摩擦系數(shù)大于沒有條紋的。通常，不帶條紋的滑動(dòng)部件—基體的表面粗糙度小—的摩擦系數(shù)具有降低的摩擦系數(shù)。
帶有條紋的滑動(dòng)部件的用十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度優(yōu)選地是8至18μmRz。如果表面粗糙度小于或大于該范圍，則降低摩擦系數(shù)的效果減小。為進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)，帶有條紋的滑動(dòng)表面的表面粗糙度更好的是在8至15μm。為進(jìn)一步提高耐磨性，表面粗糙度優(yōu)選為11至18μm。
涂層的層(膜)厚根據(jù)基體的上述表面粗糙度來確定，以使涂層具有足夠的表面粗糙度。優(yōu)選的膜厚為8至20μm。通過在這個(gè)范圍內(nèi)選擇膜厚，可形成由條紋造成的凹凸以降低摩擦系數(shù)。
0.5至7μmRz的涂層表面粗糙度對(duì)進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)有作用。更好的是表面粗糙度低于或等于3μm。
還有，在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，在基體滑動(dòng)表面上形成的條紋，除了降低摩擦系數(shù)的作用外，還可提供與普通條紋同樣的效果。即使涂層磨損或剝落后，條紋也可以防止滑動(dòng)部件與配合部件發(fā)生卡咬。
涂層可以用常規(guī)方法形成，比如用參考文獻(xiàn)4(日本專利延遲公開第2002-16023)中所公開的方法。首先，基體的滑動(dòng)表面用普通的拋光(研磨)加工如用拋光車床進(jìn)行拋光，用切削加工在其上形成條紋。然后，用脫脂溶劑或脫脂堿通過施以超聲波去除涂層表面的油分和污物(污漬)。
基體預(yù)熱至60至80℃，然后用已知的方法如氣噴法或絲網(wǎng)印刷方法形成涂層。涂層通過預(yù)干燥流平之后，在已知的條件，如180℃條件下烘烤和硬化90分鐘，或者在200℃條件下進(jìn)行20分鐘。
烘烤條件如時(shí)間和溫度可選擇設(shè)置。比如，較低的烘烤溫度需要較長(zhǎng)的烘烤時(shí)間，而較高的烘烤溫度則需要較短的烘烤處理。
對(duì)于帶有條紋的滑動(dòng)表面，可以和上述處理一起進(jìn)行蝕刻處理、噴水或噴砂處理。這些處理可以產(chǎn)生一個(gè)新的表面，該表面上形成表面粗糙度為30μmRz的微細(xì)而尖銳的凹凸。干性涂層潤(rùn)滑劑進(jìn)入到微細(xì)的凹凸之間，通過錨定作用顯示出相當(dāng)于電鍍的附著性。在新的表面上形成的凹凸不是規(guī)則的，但是要取得錨定效果并不需要其規(guī)則性。
在這個(gè)處理的實(shí)例中，通過設(shè)置節(jié)距為200至300μm和深度為6至12μm的條紋而形成表面粗糙度為8至15μmRz的滑動(dòng)表面。在此滑動(dòng)表面上，用蝕刻方法形成表面粗糙度為6至30μmRz的新的表面。
在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，涂層可以根據(jù)滑動(dòng)部件的用途，只形成于基體的一部分上或者形成于基體的全部。涂層也可以形成于整個(gè)滑動(dòng)表面或者只是滑動(dòng)表面的一部分上。
涂層涂覆在整個(gè)滑動(dòng)表面可以使涂覆工藝的工時(shí)較少。部分涂覆可以獲得以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。那就是，最小面積的涂覆可以減少干性涂層潤(rùn)滑劑需要的工時(shí)，而接觸配合部件的小的滑動(dòng)表面可進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)。另外，為提高潤(rùn)滑劑的流動(dòng)，可以在部分滑動(dòng)部件上進(jìn)行厚度為20μm的條紋樣圖案印刷涂覆。這樣，就可以獲得流體摩擦降低至小的摩擦系數(shù)而且成本低的滑動(dòng)部件。
在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，該涂層可以用幾種干性涂層潤(rùn)滑劑涂覆兩層或三層的方式來形成，這些干性涂層潤(rùn)滑劑具有在各干性涂層潤(rùn)滑劑的組成范圍內(nèi)的不同的組成。比如，將含有較多硬顆粒的第一層(耐磨損層)涂在基體側(cè)面之后，在第一層的上表面涂上含有較少硬顆粒的第二層(親和層)。
也可以在基體側(cè)面形成含有較多硬顆粒和涂層改進(jìn)劑的第一層(附著層、耐磨層)之后，在第一層的上表面上形成含有較少硬顆粒的第二層(親和層)。此外，在基體側(cè)面形成含有較多硬顆粒的第一層(耐磨層)之后，在第一層的上表面上形成含有較多固體潤(rùn)滑劑和較少硬顆粒的第二層(以適應(yīng)于非潤(rùn)滑和烘烤)。
在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，干性涂層潤(rùn)滑劑由于其出色的附著性，無論對(duì)何種基體都表現(xiàn)出很好的附著性。對(duì)基體的種類沒有限制，但是鑄鐵、鋼、各種鋁合金、鎂合金、錫合金等均可以被優(yōu)先選用。在有些情況下，為保證基體的耐磨性，該合金包括硬的結(jié)晶物質(zhì)，用硬質(zhì)成分(硬顆粒和硬纖維)加強(qiáng)的鋁合金，和鎂合金。在這種情況下，可對(duì)硬質(zhì)顆粒的顆粒直徑和添加數(shù)量加以選擇，以獲得理想的附著性。
在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，覆蓋膜可以通過絲網(wǎng)印刷形成，比如參考文獻(xiàn)4(日本專利延遲公開2002-16023)中公開的例子。
具體實(shí)施例下面，參考實(shí)施例來解釋本發(fā)明。
實(shí)施例1
在本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，用一個(gè)鋁合金做的測(cè)試片(AC8A)做基體。在基體上用切削加工制成槽寬為200至300μm和深度為6至12μm的條紋。基體的十點(diǎn)平均粗糙度為6至12μmR2。然后對(duì)基體進(jìn)行堿脫脂處理。
使用30重量份的聚酰胺酰亞胺樹脂作為干性涂層潤(rùn)滑劑，1重量份的環(huán)氧硅烷作為涂層改進(jìn)劑，以及10重量份的氧化鋁作為硬質(zhì)顆粒。下面要解釋的實(shí)施例1、實(shí)施例2至5和對(duì)比例1至5的干性涂層潤(rùn)滑劑的構(gòu)成等，如表1和2所示。
表1實(shí)施例1 實(shí)施例2 實(shí)施例3 實(shí)施例4實(shí)施例5

表2 對(duì)比例1 對(duì)比例2 對(duì)比例3 對(duì)比例4 對(duì)比例5

現(xiàn)解釋實(shí)施例1的滑動(dòng)部件的涂層的形成方法。
干性涂層潤(rùn)滑劑的調(diào)制在N-甲基-2吡咯烷酮溶液中溶解15％重量的聚酰胺酰亞胺樹脂，相對(duì)于100％重量的聚酰胺酰亞胺樹脂，加入表1和表2所示的重量百分比的涂層改進(jìn)劑和硬質(zhì)顆粒，并攪拌混合。然后，用球磨機(jī)或三輥磨機(jī)混合該溶液，以獲得實(shí)施例1的干性涂層潤(rùn)滑劑，其中的固體物質(zhì)均勻地分布于N-甲基-2吡咯烷酮溶液中。
覆蓋層的形成將這樣調(diào)制的干性涂層潤(rùn)滑劑涂覆在如此準(zhǔn)備好的基體上，以形成覆蓋層。用絲網(wǎng)印刷方法進(jìn)行涂覆，使膜厚為13μm。絲網(wǎng)印刷的條件如下。刮刀(squeeze)為尿烷(氨基甲酸乙酯)性質(zhì)的，硬度為80，形狀為劍形；絲網(wǎng)目數(shù)為80號(hào)，刮刀與絲網(wǎng)的接觸角度為90度；工作進(jìn)給速度為15rpm。涂覆之后，涂層在60℃預(yù)干燥10分鐘，在180℃烘烤和硬化90分鐘。這樣就獲得了實(shí)施例1的滑動(dòng)部件。
實(shí)施例2實(shí)施例2的滑動(dòng)部件，除了帶有條紋的滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度(條紋粗糙度)為8μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3實(shí)施例3的滑動(dòng)部件，除了帶有條紋的滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為13μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4實(shí)施例4的滑動(dòng)部件，除了帶有條紋的滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為15μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5實(shí)施例5的滑動(dòng)部件，除了帶有條紋的滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為18μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
對(duì)比例1對(duì)比例1的滑動(dòng)部件，除了干性涂層潤(rùn)滑劑的組成以外，與實(shí)施例1相同。即，在與實(shí)施例1相同的基體的滑動(dòng)表面上，設(shè)置條紋，使其以十點(diǎn)平均粗糙度表示的條紋粗糙度為11μmRz。具有表1和表2所示的配比的干性涂層潤(rùn)滑劑利用與實(shí)施例1相同的方式涂覆在滑動(dòng)表面上。
對(duì)比例2對(duì)比例2的滑動(dòng)部件，除了以十點(diǎn)平均粗糙度表示的條紋粗糙度為3μmRz的以外，與實(shí)施例1相同。在對(duì)比例2的滑動(dòng)部件上，用組成與實(shí)施例1相同的干性涂層潤(rùn)滑劑以與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行涂覆，從而形成覆蓋層。
對(duì)比例3對(duì)比例3的滑動(dòng)部件，除了以十點(diǎn)平均粗糙度表示的條紋粗糙度為6μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
對(duì)比例4對(duì)比例4的滑動(dòng)部件，除了以十點(diǎn)平均粗糙度表示的條紋粗糙度為21μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
對(duì)比例5對(duì)比例5的滑動(dòng)部件，除了以十點(diǎn)平均粗糙度表示的條紋粗糙度為30μmRz以外，與實(shí)施例1相同。
各特性的評(píng)估方法(1-1)磨損試驗(yàn)(i)用LFW試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損試驗(yàn)。如圖1所示，實(shí)施例1和對(duì)比例1的滑動(dòng)部件(測(cè)試件)被用在測(cè)試塊的側(cè)面。用開孔部件FC250作為配合部件(測(cè)試環(huán))。
如圖2所示，對(duì)各個(gè)滑動(dòng)部件在試驗(yàn)開始后經(jīng)過30分鐘、90分鐘和150分鐘時(shí)的磨損深度進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比。試驗(yàn)條件如下。負(fù)載為45N，速度為1.8m/s，潤(rùn)滑劑為KWS7330(5W-20)，而溫度設(shè)定為室溫且此后不予控制。
(1-2)磨損試驗(yàn)(ii)用與磨損試驗(yàn)(i)相同的試驗(yàn)機(jī)和配合部件，對(duì)于實(shí)施例1、對(duì)比例1和2的滑動(dòng)部件，在試驗(yàn)開始后經(jīng)過5分鐘時(shí)測(cè)量磨損深度。試驗(yàn)條件，除了試驗(yàn)時(shí)間以外，和磨損試驗(yàn)(i)的相同。試驗(yàn)結(jié)果示于圖3。
(2-1)摩擦試驗(yàn)(i)用與磨損試驗(yàn)相同的LEW試驗(yàn)機(jī)和配合部件，并使用與實(shí)施例1和對(duì)比例1相同的測(cè)試件。試驗(yàn)條件為，負(fù)載45N，潤(rùn)滑劑為KWS 7330(5W-20)，試驗(yàn)時(shí)間為90分鐘，溫度為80℃。在1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm和5000rpm各轉(zhuǎn)速下分別測(cè)量摩擦力(KPa)。試驗(yàn)結(jié)果示于圖4。
(2-2)摩擦試驗(yàn)(ii)用與磨損試驗(yàn)(i)相同的LEW試驗(yàn)機(jī)和配合部件，并使用與實(shí)施例1至4和對(duì)比例1至5相同的測(cè)試件。試驗(yàn)條件與摩擦試驗(yàn)(i)的相同。為計(jì)算摩擦系數(shù)(μ)，計(jì)算試驗(yàn)開始后經(jīng)過30分鐘時(shí)各轉(zhuǎn)速的摩擦系數(shù)的平均值，然后計(jì)算出所有轉(zhuǎn)速的平均值。試驗(yàn)結(jié)果示出圖5。
(2-3)摩擦試驗(yàn)(iii)用與磨損試驗(yàn)(i)相同的LEW試驗(yàn)機(jī)和配合部件，并使用與實(shí)施例1和對(duì)比例1和2相同的測(cè)試件。試驗(yàn)條件與摩擦試驗(yàn)(i)的相同。為計(jì)算摩擦系數(shù)(μ)，計(jì)算試驗(yàn)開始后0分鐘和5分鐘時(shí)各轉(zhuǎn)速的摩擦系數(shù)的平均值，然后計(jì)算出在開始后0和5分鐘時(shí)所有轉(zhuǎn)速的平均值。試驗(yàn)結(jié)果示于圖6。
(3)附著試驗(yàn)先將實(shí)施例和對(duì)比例的滑動(dòng)部件煮沸60分鐘。然后，用油壓式附著性試驗(yàn)機(jī)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)部件，用壓力逐漸增強(qiáng)的噴油垂直噴射在滑動(dòng)部件上。移動(dòng)噴油使之噴射整個(gè)涂覆表面。試驗(yàn)后，肉眼觀察各個(gè)滑動(dòng)部件的涂層有無剝落的情況，以此對(duì)剝落開始和結(jié)束時(shí)的油壓進(jìn)行比較和評(píng)估。試驗(yàn)的條件為油壓為0到200MPa，溫度為室溫。試驗(yàn)結(jié)果示于圖7。
(4)刮擦評(píng)估試驗(yàn)刮擦評(píng)估試驗(yàn)用磨損試驗(yàn)的相同操作方法進(jìn)行。使用在上述磨損試驗(yàn)中涂層剝落的實(shí)施例1至5和對(duì)比例1至4的滑動(dòng)部件進(jìn)行試驗(yàn)。從試驗(yàn)開始到出現(xiàn)擦傷的時(shí)間作為刮擦的量度。試驗(yàn)結(jié)果示出圖8和9。
(5-1)用實(shí)際的機(jī)器做摩擦評(píng)估試驗(yàn)(i)實(shí)施例1和比較例1的滑動(dòng)部件被安裝在1GY單活塞發(fā)動(dòng)機(jī)上，以測(cè)試其在發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)運(yùn)行階段的摩擦。試驗(yàn)條件如下。發(fā)動(dòng)機(jī)的排量為500cm3，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)速)為2000rpm，缸壓為900KPa。用于測(cè)量摩擦的傳感器連接在其中安置有滑動(dòng)部件(活塞)的氣缸上。基于傳感器(浮動(dòng)缸套系統(tǒng)，float liner system)的輸出值計(jì)算摩擦力(N)。
用實(shí)際的機(jī)器做試驗(yàn)的方法示意圖如圖10所示，試驗(yàn)結(jié)果示于圖11。在圖11的坐標(biāo)中，作用在活塞上的向上的力變?yōu)橄蛳碌牧r(shí)的點(diǎn)表示為0。高于該點(diǎn)的力表示為正值，低于該點(diǎn)的力表示為負(fù)值。即圖11中示出的摩擦力(N)的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)于實(shí)際摩擦力。這意味著隨著圖11所示的摩擦力接近零，實(shí)際的摩擦力降低。
(5-2)用實(shí)際的機(jī)器做摩擦評(píng)估試驗(yàn)(ii)用與摩擦試驗(yàn)(i)相同的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)在1000rpm、2000rpm和3000rpm中變化，計(jì)算各轉(zhuǎn)數(shù)下的摩擦力(KPa)。試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。
摩擦試驗(yàn)(i)(ii)如圖2所示，實(shí)施例1的滑動(dòng)部件的耐磨性比對(duì)比例1的滑動(dòng)部件明顯提高。這是由實(shí)施例1和對(duì)比例1的干性涂層潤(rùn)滑劑的不同組成(組分)造成的。涂覆具有實(shí)施例1的組成的干性涂層潤(rùn)滑劑的涂層比涂覆具有對(duì)比例1的普通組成的干性涂層潤(rùn)滑劑的涂層具有更大的耐磨性。
如圖3所示，對(duì)比例2的滑動(dòng)部件的磨損量小于對(duì)比例1的，而實(shí)施例1的磨損量還小于對(duì)比例2的。
在對(duì)比例1的滑動(dòng)部件上形成有條紋，使滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為8至18μmRz，但是其涂層由普通成分的干性涂層潤(rùn)滑劑形成。相反，在對(duì)比例2的滑動(dòng)部件上形成有條紋，使滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度在8至18μmRz的范圍之外，但是其涂層由具有實(shí)施例1的組成的干性涂層潤(rùn)滑劑形成。對(duì)比例2的滑動(dòng)部件的磨損量相比對(duì)比例1的滑動(dòng)部件降低的原因推定為是由于干性涂層潤(rùn)滑劑的不同組成。
實(shí)施例1的滑動(dòng)部件的磨損量比對(duì)比例2進(jìn)一步減少。在實(shí)施例1中，涂層中含有和對(duì)比例2相同的干性涂層潤(rùn)滑劑，并形成有條紋，使滑動(dòng)表面的十點(diǎn)平均粗糙度為8至18μmRz。該磨損量的減少推定為是由干性涂層潤(rùn)滑劑的涂層本身的低摩擦性導(dǎo)致的。由于實(shí)施例1和對(duì)比例2的干性涂層潤(rùn)滑劑相同，使涂層的摩擦系數(shù)降低的效果不明顯。但是，由于形成于條紋凸出部分的涂層的較高部分首先被磨損，而使磨損量降低。
總之，根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)部件，由于磨損量的減少，令使用壽命得以延長(zhǎng)。
摩擦試驗(yàn)(i)(ii)(iii)如圖4所示，實(shí)施例1的滑動(dòng)部件的摩擦力比對(duì)比例1的減小。在活塞裙部施加有大的負(fù)載而轉(zhuǎn)數(shù)大的區(qū)域，這一趨勢(shì)很顯著。表明形成涂層的干性涂層潤(rùn)滑劑的不同組成導(dǎo)致了這一結(jié)果。
如圖5所示，實(shí)施例1至5的滑動(dòng)部件的摩擦系數(shù)比對(duì)比例2至4的減低。前者在滑動(dòng)部件上形成有條紋，使其十點(diǎn)平均粗糙度為8至18μmRz，而后者所形成的條紋使其十點(diǎn)平均粗糙度在8至18μmRz的范圍之外?？紤]到其涂層含有相同成分的干性涂層潤(rùn)滑劑，形成具有十點(diǎn)平均粗糙度為8至18μmRz的條紋有助于進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)。
如圖6所示，對(duì)比例2的滑動(dòng)部件比對(duì)比例1具有更出色的摩擦系數(shù)降低效果。在對(duì)比例2中，條紋形成為在與本發(fā)明不同的范圍內(nèi)，涂層由和本發(fā)明相同組成的干性涂層潤(rùn)滑劑制成。在對(duì)比例1中，條紋也形成為在與本發(fā)明相同的范圍內(nèi)，但是涂層由普通組成的干性涂層潤(rùn)滑劑制成。
本發(fā)明的滑動(dòng)部件比對(duì)比例1具有更出色的摩擦系數(shù)降低效果。從這一點(diǎn)來看，滑動(dòng)部件的表面粗糙度和干性涂層潤(rùn)滑劑的組成的特殊組合，顯示出摩擦系數(shù)的顯著的降低作用。
可以肯定的是使涂層的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為0.5至7μmRz可以進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)，盡管這里未給出細(xì)節(jié)。
附著試驗(yàn)如圖7所示，實(shí)施例1的滑動(dòng)部件比對(duì)比例1的滑動(dòng)部件具有更出色的附著性。這一點(diǎn)顯示出具有本發(fā)明的組成的干性涂層潤(rùn)滑劑比普通的干性涂層潤(rùn)滑劑具有更高的附著性。
刮擦評(píng)估試驗(yàn)如圖8所示，盡管實(shí)施例1和對(duì)比例1的滑動(dòng)表面都形成有條紋，但實(shí)施例1的耐刮擦性與對(duì)比例1的相比同等或更好。就是說，由于實(shí)施例1的滑動(dòng)部件的耐磨性高于對(duì)比例1，實(shí)施例1的基體在因涂層磨損而接觸配合部件之前的時(shí)間變長(zhǎng)。
如圖9所示，實(shí)施例1至5的滑動(dòng)部件的耐刮擦性(即防烘烤性能)比對(duì)比例2至4的更優(yōu)異。前者所形成的條紋使滑動(dòng)表面的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為8至18μmRz，而后者所形成的條紋使表面粗糙度在這個(gè)范圍以外。因此在這個(gè)十點(diǎn)平均粗糙度范圍內(nèi)的條紋可以更好地起到油槽的作用。
用實(shí)際的機(jī)器進(jìn)行摩擦評(píng)估試驗(yàn)如圖11所示，在爆發(fā)階段(行程)施加大的負(fù)載時(shí)，實(shí)施例1的滑動(dòng)部件顯示出顯著的降低摩擦力的作用。如圖12所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)高的區(qū)域摩擦力的降低效果很顯著。正如所顯示的，本發(fā)明的滑動(dòng)部件在高轉(zhuǎn)數(shù)和大負(fù)載情況下可顯示出顯著的降低摩擦力的作用。從摩擦力的降低作用來看，該滑動(dòng)部件可優(yōu)選地用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，并能顯示出改善的燃料消耗率(里程數(shù))。
在充分描述了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可以在不超出包括權(quán)利要求在內(nèi)所闡述的本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)進(jìn)行許多改動(dòng)和變更。
權(quán)利要求
1.一種滑動(dòng)部件，它包括一個(gè)基體和一種涂層，該涂層由干性涂層潤(rùn)滑劑制成并且形成在該基體的要形成為滑動(dòng)表面的至少部分表面上，其特征在于該基體的所述部分表面設(shè)有條紋，以使其以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為8至18μmRz；該干性涂層潤(rùn)滑劑含有一種聚酰胺酰亞胺樹脂、至少一種選自于環(huán)氧硅烷和環(huán)氧樹脂的涂層改進(jìn)劑和至少一種選自于氮化硅和氧化鋁的硬質(zhì)顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其特征是，該涂層改進(jìn)劑為環(huán)氧硅烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其特征是，該干性涂層潤(rùn)滑劑還包括一種選自于聚四氟乙烯、二硫化鉬和石墨的固體潤(rùn)滑劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其特征是，該涂層的以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為0.5至7μmRz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其特征是，該涂層的厚度為8至20μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其特征是，所述滑動(dòng)部件為一種活塞，所述條紋和涂層形成于活塞的裙部上。
全文摘要
本發(fā)明要提供一種耐磨性和附著性提高而摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低的滑動(dòng)部件。該滑動(dòng)部件基體的部分表面上設(shè)有條紋，以使其以十點(diǎn)平均粗糙度表示的表面粗糙度為8至18μmRz。一種干性涂層潤(rùn)滑劑含有一種聚酰胺酰亞胺樹脂、至少一種選自于環(huán)氧硅烷和環(huán)氧樹脂的涂層改進(jìn)劑和至少一種選自于氮化硅和氧化鋁的硬質(zhì)顆粒。這樣的構(gòu)造不僅能提高滑動(dòng)部件的耐磨性和附著性，而且能降低滑動(dòng)部件的摩擦系數(shù)。
文檔編號(hào)C10M169/04GK1499094SQ20031010300
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者前田藏人 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社