專利名稱：：多層滑動部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在液動潤滑、混合潤滑或邊界潤滑條件下使用時能夠表現(xiàn)出極佳摩擦磨耗性質(zhì)的多層滑動部件。
背景技術(shù)：
：專利文獻(xiàn)l:美國專利第2689380號專利文獻(xiàn)2:JP-B-31-2452專利文獻(xiàn)3:JP-B-41-1868專利文獻(xiàn)4:JP-B-61-28846專利文獻(xiàn)5:JP-B-62-33275聚四氟乙烯樹脂(下文縮寫為PTFE)具有極佳的自潤滑性質(zhì)，具有低摩擦系數(shù)、高耐化學(xué)性和高耐熱性，因此被廣泛用于滑動部件，如軸承。但是，僅使用PTFE制成的滑動部件具有較差的抗磨損性和承重能力，因此人們根據(jù)所述滑動部件的用途，使用以下方法彌補(bǔ)PTFE的缺陷(a)在PTFE中加入石墨、二硫化鉬等之類的固體潤滑劑和/或玻璃纖維或碳纖維之類的強(qiáng)化材料，(b)將PTFE填入鋼墊板上形成的多孔燒結(jié)金屬層的孔隙之內(nèi)，并用PTFE涂敷多孔燒結(jié)金屬板的表面。上述(b)形式的滑動部件即為所謂的多層滑動部件。在人們提出的多層滑動部件中，將PTFE或包含鉛或氧化鉛形成的填料的PTFE填入鋼墊板上形成的多孔燒結(jié)金屬層的孔隙內(nèi)，并涂敷在所述多孔燒結(jié)金屬層的表面上(參見專利文獻(xiàn)1、2和3)。另外，人們還提出了這樣的多層滑動部件，其中在PTFE中包含四氟乙烯-六氟丙烯共聚物或者四氟乙烯-全氟垸基乙烯基醚共聚物組成的可熔融模塑的氟樹脂作為另一種填料(參見專利文獻(xiàn)4和5)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明待解決的問題在上述各種滑動部件中，根據(jù)各自合適的工作條件選擇填料，這些條件包括大量不同的工作條件，例如液動潤滑、混合潤滑或邊界潤滑條件，因此很難說這些滑動部件滿足所有這些工作條件。另外，在用于滑動部件的PTFE組合物中，人們嘗試了使用例如石墨、二硫化鉬或其它金屬硫化物、金屬氧化物或無機(jī)纖維(例如玻璃纖維和碳纖維)用作大量工程塑料的填料。但是，盡管這些填料確實(shí)有助于提高樹脂層的耐磨性，它們經(jīng)常會引起損害PTFE所特有的低摩擦性的問題。具體來說，人們廣泛地使用鉛作為填料，因?yàn)樗芴岣邩渲瑢拥哪湍バ裕瑫r不會降低PTFE本身固有的低摩擦性。但是，從近年來環(huán)境污染和公害之類的次一級立足點(diǎn)來看，棄用這種填料是最好的選擇?；谏鲜龇矫嫣岢隽吮景l(fā)明，本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種多層滑動部件，這種部件在大量不同的工作條件下，例如在液動潤滑、混合潤滑或邊界潤滑條件下具有極佳的摩擦磨耗性質(zhì)。解決問題的方法針對上述目標(biāo)，本發(fā)明人進(jìn)行了認(rèn)真的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有以下特征的多層滑動部件能夠在不同的工作條件之下，例如在液動潤滑、混合潤滑或邊界潤滑條件下具有極佳的摩擦磨耗性質(zhì)所述多層滑動部件包括在鋼墊板表面上形成的多孔燒結(jié)金屬板孔隙內(nèi)填充的、以及在所述多孔燒結(jié)金屬層表面上涂敷的樹脂組合物，所述樹脂組合物中包含混合在PTFE中的特定量的磷酸鹽、炭黑、以及可熔融模塑的氟樹脂，或者還包含預(yù)定量的至少一種以下組分石墨、二硫化鉬和低分子量PTFE?；谝陨习l(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。本發(fā)明的第一個要點(diǎn)在于，多層滑動部件包括在金屬墊板表面上形成的多孔燒結(jié)金屬層的孔隙內(nèi)填充的、以及涂敷在該多孔燒結(jié)金屬層表面上的樹脂組合物，所述樹脂組合物包含3-25重量％的磷酸鹽、0.3-3重量％的炭黑、3-30重量％的可熔融模塑的氟樹脂、以及余量的PTFE。另外，本發(fā)明的第二個要點(diǎn)在于，在多層滑動部件中，所述樹脂組合物包含1-5重量％的石墨或2-10重量％的二硫化鉬，和/或3-15重量％的低分子量PTFE。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明，提供了一種多層滑動部件，這種部件在不同的工作條件下，例如在液動潤滑、混合潤滑或邊界潤滑條件下表現(xiàn)出極佳的摩擦磨耗性質(zhì)。下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖簡述圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明的多層滑動部件的一個實(shí)施方式的截面圖。本發(fā)明最佳實(shí)施方式根據(jù)本發(fā)明的多層滑動部件包括在金屬墊板表面上形成的多孔燒結(jié)金屬層的孔隙內(nèi)填充的、以及在所述多孔燒結(jié)金屬層的表面上涂敷的樹脂組合物。所述樹脂組合物是通過混合以下組分形成的磷酸鹽、炭黑、可熔融模塑的氟樹脂、以及作為主要組分的PTFE，優(yōu)選還包含石墨或二硫化鉬和/或低分子量PTFE。磷酸鹽單獨(dú)使用的時候未表現(xiàn)出潤滑性，但是通過將其與PTFE、炭黑和可熔融模塑的氟樹脂的混合物相混合，其表現(xiàn)出以下作用促進(jìn)在配合件表面上形成由PTFE、炭黑和可熔融模塑的氟樹脂組成的混合膜，促進(jìn)在配合件上的滑動，提高了膜在配合件表面上的保持力，提高了耐久性。所述磷酸鹽的混合量通常為3-25重量％，優(yōu)選為10-20重量％。如果混合量小于3重量％，則無法表現(xiàn)出以下效果在配合件表面上形成由PTFE、炭黑、可熔融模塑的氟樹脂組成的混合膜的能力、其配合件表面的保持力、以及混合膜的耐久性。同時，如果混合量大于25重量％，則在配合件表面上形成混合膜的能力會出現(xiàn)問題，使得難以在配合件表面上形成令人滿意的混合膜，因此摩.擦磨耗性質(zhì)會變差。所述磷酸鹽可以包括例如正磷酸、焦磷酸和偏磷酸的金屬鹽、以及它們的混合物。其中優(yōu)選的是焦磷酸和偏磷酸的金屬鹽。優(yōu)選的金屬是堿金屬和堿土金屬，更優(yōu)選的是鈣(Ca)和鎂(Mg)。具體來說，包括例如焦磷酸鈣((^2207)、焦磷酸鎂(Mg2P207)、偏磷酸鈣([Ca(P03)丄)、偏磷酸鎂([Mg(P03)丄)、偏磷酸鋁([Al(P03)3]。)等。由于偏磷酸鈣([Ca(P03)丄)和偏磷酸鎂([Mg(P03)2]n)表現(xiàn)出最令人滿意的上述效果，因此是優(yōu)選的。炭黑具有對作為主要組分的PTFE進(jìn)行強(qiáng)化、并提高耐磨性的效果。另外，由于石墨具有保持油的性質(zhì)，即使是在邊界潤滑或混合潤滑的條件下，在油或脂潤滑中容易出現(xiàn)油或脂短缺的情況時，石墨仍可以保持油的含量，防止出現(xiàn)卡死之類的由于油短缺而造成的缺陷。炭黑的混合量通常為0.3-3重量％，優(yōu)選為0.5-2重量％。如果混合量小于0.3重量％，則上述效果無法有效表現(xiàn)。同時，如果混合量大于3重量％，其在樹脂組合物中的比例較大，會造成耐磨性較低。炭黑可包括乙炔黑、油料爐黑、熱裂炭黑、槽法炭黑、天然氣爐黑等。具體來說，優(yōu)選的炭黑的初級粒度約小于200納米，優(yōu)選為10-100納米，其DBP吸收不小于100毫升/100克，優(yōu)選不小于300毫升/100克，其具有空心結(jié)構(gòu)，提供了一種多孔結(jié)構(gòu)，具有合適的鏈結(jié)構(gòu)。具體來說，優(yōu)選的炭黑可包括KETJENBLACKINTERNATIONALCOMPANY生產(chǎn)的"Ketjenblack(商品名)"和"KetjenblackEC-600JD(商品名)"。所述可熔融模塑的氟樹脂能夠通過與作為主要組分的PTFE互溶而強(qiáng)化PTFE，還能提供耐磨性，而耐磨性不足是PTFE的缺陷。所述可熔融模塑的氟樹脂的混合量通常為3-30重量％，優(yōu)選為5-15重量％，如果混合量小于3重量％，則上述效果無法充分表現(xiàn)。同時，如果混合量大于30重量％，則可熔融模塑的氟樹脂的量較大，盡管可以進(jìn)一步提高耐磨性，但是卻會削弱PTFE所固有的低摩擦性質(zhì)。所述可熔融模塑的氟樹脂包括四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(下文中縮寫為FEP)或四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(下文中縮寫為PFA)。具體來說，所述FEP可包括例如DaikinIndustries,Ltd.生產(chǎn)的"NEOFLONFEP(商品名)"，PFA可包括例如DUPONT-MITSUIFLUOROCHEMICALSCOMPANY,LTD生產(chǎn)的"Teflon(注冊商標(biāo))MP粉末"?？墒褂眉?xì)小粉末PTFE作為組成所述樹脂組合物主要組分的PTFE。具體來說，可包括DUPONT-MITSUIFLUOROCHEMICALSCOMPANY,LTD生產(chǎn)的"Teflon(注冊商標(biāo))6CJ"等，DaikinIndustries,Ltd.生產(chǎn)的"POLYFLONF201(商品名)"等，AsahiGlassCo.,Ltd.生產(chǎn)的"FluonCD090(商品名)"等。所述樹脂組合物中PTFE的混合量等于從樹脂組合物中減去填料混合量之后的剩余量，優(yōu)選不小于50重量％,更優(yōu)選為50-75重量％。在本發(fā)明多層滑動部件的樹脂組合物中，可以混合入1-5重量％的石墨或2-10重量％的二硫化鉬以進(jìn)一步提高耐磨性，以及提高與潤滑油的親合性。另外，本發(fā)明的多層滑動部件的樹脂組合物中可包含3-15重量％的低分子量PTFE，目的是提高滑動早期與配合件的親合性。所述低分子量PTFE是通過例如使高分子量PTFE(模塑粉末或細(xì)小粉末)暴露于輻射而分解以減小其分子量、或者在PTFE聚合過程中控制分子量而得到的PTFE。具體來說，可包括DUPONT-MITSUIFLUOROCHEMICALSCOMPANY,LTD生產(chǎn)的(TLP-10F(商品名))等，DaikinIndustries,Ltd.生產(chǎn)的"LubronL-5(商品名)"等，AsahiGlassCo"Ltd.生產(chǎn)的"FluonL169J(商品名)"等，以及KITAMURALIMITED生產(chǎn)的"KTL-8N(商品名)"等。下面將描述制備金屬墊板的方法、在該墊板表面上整體化地形成多孔燒結(jié)金屬層的方法、以及形成所述多層滑動部件的方法，該部件包括填充在所述多孔燒結(jié)金屬層的孔隙中、以及涂敷在所述多孔燒結(jié)金屬層表面上的樹脂組合物。所用的金屬墊板根據(jù)用途適當(dāng)?shù)剡x自冷軋鋼板(SPCC)，純銅板，例如不含氧的銅(JIS-H-2123中所定義的第1類或第2類不含氧的銅坯段和銅塊)或者紫銅(JIS-H2123中所定義的紫銅坯段和銅塊)，以及磷青銅之類的銅合金板。對于金屬墊板，優(yōu)選使用連續(xù)的帶材，這些帶材以螺旋纏繞的環(huán)巻的形式提供，但是所述金屬墊板并不一定限于連續(xù)帶材，還可將帶材切割成合適的長度。具體來說，當(dāng)使用帶材或鋼板的時候，根據(jù)需要在鋼板上例如鍍銅或鍍錫，以提高耐腐蝕性。用來形成多孔燒結(jié)金屬層的金屬粉末由具有極佳摩擦磨耗性質(zhì)的銅合金(例如青銅或磷青銅)形成，但是根據(jù)目的和用途，也可以由例如除了銅合金以外的鋁合金或鐵形成。所用的這些金屬粉末的顆粒可以具有整體形狀、球形或其它不規(guī)則形狀。它們的粒度優(yōu)選使得顆粒能夠通過80目的篩子，但是無法通過350目的篩子。需要所述多孔燒結(jié)金屬層的金屬粉末顆粒牢固地互相結(jié)合，燒結(jié)的金屬層與上述金屬板帶材牢固地結(jié)合，所述燒結(jié)的金屬層具有預(yù)定的厚度和所需的孔隙率。所述多孔燒結(jié)金屬層的厚度通常為0.15-0.40毫米，優(yōu)選為0.2-0.3毫米。所述多孔燒結(jié)金屬層的孔隙度通常不小于10體積％，優(yōu)選為15-40體積％。具有濕潤性的樹脂組合物可通過以下方法制得將PTFE和上述填料混合起來，然后向得到的混合物中加入石油基溶劑，然后攪拌混合。PTFE和填料相混合的溫度不高于PTFE的室溫轉(zhuǎn)變點(diǎn)(19t:)，優(yōu)選為10-18X:。另夕卜，所得的混合物和石油基溶劑也在上述相同的溫度下攪拌混合。通過采用這樣的溫度條件，可以抑制PTFE的纖絲化，從而可以制得均勻的混合物。所述可用的石油基溶劑包括萘、甲苯、二甲苯，或脂族溶劑或脂環(huán)類溶劑的混合溶劑。以PTFE粉末和填料的混合物為100重量份計(jì)，所用石油基溶劑的比例為15-30重量份。如果所用的石油基溶劑的比例小于15重量份，則在下述對多孔燒結(jié)金屬層進(jìn)行填充和涂敷的步驟中，具有濕潤性的樹脂組合物的延性較差，因此可能發(fā)生燒結(jié)層的不均勻填充和涂敷。另一方面，如果使用的石油基溶劑的比例超過30重量份，不僅填充和涂敷操作會變得困難，而且所述樹脂組合物的涂層厚度的均一性會受到影響，樹脂組合物和燒結(jié)層之間的粘著強(qiáng)度會變差。根據(jù)本發(fā)明的滑動部件是通過以下步驟(a)至(d)制備的。(a)將具有濕潤性的樹脂組合物鋪展在形成于金屬墊板上的多孔燒結(jié)金屬層上，所述金屬墊板選自鋼板和銅或銅合金板，使用輥對其進(jìn)行輥軋，將所述樹脂組合物填入所述多孔燒結(jié)金屬層的孔隙內(nèi)，在所述多孔燒結(jié)金屬層的表面上形成具有均勻厚度的所述樹脂組合物組成的涂層。在此步驟中，所述涂層的厚度設(shè)定為最終產(chǎn)品中所需的樹脂組合物涂層厚度的2-2.2倍。所述樹脂組合物向多孔燒結(jié)金屬層中的填充基本在此步驟中進(jìn)行。(b)將在步驟(a)中進(jìn)行過所述處理的墊板保持在干燥爐內(nèi)，加熱至200-250'C幾分鐘，以除去石油基溶劑。然后使用輥在300-600千克力/厘米2的壓力下對干燥后的樹脂組合物進(jìn)行輥壓處理，制得預(yù)定厚度的涂層。(c)將在步驟(b)中進(jìn)行過所述處理的墊板置入加熱爐內(nèi)，在360-380'C的溫度下加熱幾分鐘至十幾分鐘，以燒結(jié)所述樹脂組合物。然后將所述墊板從所述加熱爐中取出，再次對其進(jìn)行輥壓處理，以調(diào)節(jié)尺寸的變化。(d)對在步驟(c)中進(jìn)行過所述尺寸調(diào)節(jié)處理的墊板進(jìn)行冷卻(空氣冷卻或自然冷卻)，然后根據(jù)需要對其進(jìn)行校正輥壓處理，以校正墊板上的波紋等，從而得到所需的滑動部件。在步驟(a)至(d)制得的滑動部件中，將多孔燒結(jié)金屬層的厚度設(shè)定在0.10-0.40毫米，樹脂組合物形成的涂層的厚度設(shè)定在0.005-0.15毫米。將這樣制得的滑動部件切割成合適的尺寸，用作平坦滑動板，或者將其彎成圓形，用作圓柱形彎曲刷。實(shí)施例下面將參照實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。但是這些實(shí)施例僅僅是說明性的，并不對本發(fā)明構(gòu)成限制。在以下實(shí)施例中，通過以下測試法(1)和(2)評價多層滑動部件的摩擦磨耗性質(zhì)。油內(nèi)推力試驗(yàn)(thmsttest)(l):在表l所列的條件下測量摩擦系數(shù)和磨耗量。摩擦系數(shù)是在開始測試l小時后至測試完成為止的穩(wěn)定時間內(nèi)測定的摩擦系數(shù)。另外，磨耗量顯示了測試完成之后滑動表面的尺寸變化量。刺滑動速度5米/分鐘負(fù)荷300千克力/厘米2試驗(yàn)時間8小時潤滑油酯油(動粘度25毫米V秒(4(TC))配合部件用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的碳鋼(S45C)油內(nèi)推力試驗(yàn)(2):在表2所列的條件下測量摩擦系數(shù)和磨耗量。摩擦系數(shù)是在開始測試l小時后至測試完成為止的穩(wěn)定時間內(nèi)測定的摩擦系數(shù)。另外，磨耗量顯示了測試完成之后滑動表面的尺寸變化量。(表2)滑動速度l米/分鐘負(fù)荷300千克力/厘米2試驗(yàn)時間8小時潤滑油酯油(動粘度25毫米V秒(40'C))配合部件用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的碳鋼(S45C)實(shí)施例l-18和比較例l-4在以下實(shí)施例和比較例中，使用DaikinIndustries,Ltd制備的"POLYFLONF201(商品名)"作為PTFE，使用脂族溶劑和脂環(huán)族溶劑的混合溶劑(ExxonChemicalCompany生產(chǎn)的"Exxsol(商品名)")作為石油基溶劑。首先將表3-7所示的PTFE和填料加入Henschel混合器中，攪拌混合。將20重量份的所述石油基溶劑與100重量份所得到的混合物相混合，在低于所述PTFE的室溫轉(zhuǎn)化點(diǎn)的溫度(15。C)下混合，制得樹脂組合物。將如上所述制得的樹脂組合物鋪展在鋼板形成的墊板表面上形成的多孔燒結(jié)金屬(青銅)層上，用輥進(jìn)行輥壓，以將所述樹脂組合物填充入所述多孔燒結(jié)金屬層的孔隙內(nèi)，以及用該樹脂組合物涂敷所述多孔燒結(jié)金屬層的表面，從而制得在多孔燒結(jié)金屬層上具有樹脂組合物層的多層板。該多層板保持在熱空氣干燥加熱爐內(nèi)，加熱至200。C處理5分鐘，以除去溶劑。然后使用輥在一定壓力下輥壓干燥后的多層板，使得涂敷在所述多孔燒結(jié)金屬層上的樹脂組合物層的厚度設(shè)定在10微米(0.01毫米)。然后將如上所述進(jìn)行過加壓處理的多層板置于加熱爐內(nèi)，在37(TC下加熱IO分鐘，以燒結(jié)樹脂組合物。然后使用輥再次對板進(jìn)行加壓處理，對波紋等進(jìn)行尺寸調(diào)節(jié)和校正，從而制得多層滑動部件。在完成校正之后，對所述多層滑動部件進(jìn)行切割，制得每邊邊長30毫米的多層滑動部件的測試件。圖l顯示了這樣制得的多層滑動部件的截面圖。圖中編號l表示鋼板形成的金屬墊板；2表示多孔燒結(jié)金屬層；3表示填充所述多孔燒結(jié)金屬層2的孔隙、并涂敷多孔燒結(jié)金屬層2表面的由樹脂組合物組成的涂層(滑動層)。表3-7顯示了各多層滑動部件的推力試驗(yàn)(l)和(2)的結(jié)果。表中的混合量用"重量％"表示。應(yīng)注意，使用KETJENBLACKINTERNATIONALCOMPANY生產(chǎn)的"KetjenblackEC-600JD(商品名)"作為炭黑，使用DaikinIndustries,Ltd.生產(chǎn)的"NEOFLONFEP(商品名)"，和DUPONT-MITSUIFLUOROCHEMICALSCOMPANY,LTD生產(chǎn)的"Teflon(注冊商標(biāo))MP粉末"作為可熔融模塑的氟樹脂。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>通過上述測試結(jié)果可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中的多層滑動部件表現(xiàn)出低摩擦系數(shù)和穩(wěn)定的性能，即使在邊界潤滑或混合潤滑條件下，它們整個測試時間內(nèi)的磨耗量也極低。同時，比較例中的多層滑動部件表現(xiàn)出高摩擦系數(shù)和大的磨耗量，其摩擦磨耗性質(zhì)較差。權(quán)利要求1.一種多層滑動部件，其包括填充在形成于金屬墊板表面上的多孔燒結(jié)金屬層的孔隙中、以及涂敷在所述多孔燒結(jié)金屬層表面上的樹脂組合物，所述組合物包含3-25重量％的磷酸鹽、0.3-3重量％的炭黑、3-30重量％的可熔融模塑的氟樹脂以及余量的聚四氟乙烯樹脂。2.如權(quán)利要求l所述的多層滑動部件，其特征在于，所述金屬墊板選自鋼板以及銅或銅合金板。3.如權(quán)利要求1或2所述的多層滑動部件，其特征在于，所述磷酸鹽選自原磷酸、焦磷酸和偏磷酸的金屬鹽。4.如權(quán)利要求l-3中任一項(xiàng)所述的多層滑動部件，其特征在于，所述可熔融模塑的氟樹脂選自四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物。5.如權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的多層滑動部件，其特征在于，所述樹脂組合物包含1-5重量％的石墨作為另外的組分。6.如權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的多層滑動部件，其特征在于，所述樹脂組合物包含2-10重量％的二硫化鉬作為另外的組分。7.如權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的多層滑動部件，其特征在于，所述樹脂組合物包含3-15重量％的低分子量聚四氟乙烯樹脂作為另外的組分。全文摘要揭示了一種多層滑動部件，其中形成在背襯金屬(1)上的多孔金屬燒結(jié)層(2)的孔和表面填充或涂敷了樹脂組合物。所述樹脂組合物包含磷酸鹽、炭黑、熔融氟樹脂和作為主要組分的PTFE。較佳的是，所述樹脂組合物還包含石墨和/或低分子量PTFE。文檔編號C08K3/32GK101102891SQ20058004663公開日2008年1月9日申請日期2005年12月19日優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日發(fā)明者久鄉(xiāng)政文,關(guān)根敏彥,柳瀬澄英申請人:奧依列斯工業(yè)株式會社