專利名稱：用于輕金屬材料的滑動(dòng)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輕金屬材料的滑動(dòng)材料。
在汽車工業(yè)中，密封構(gòu)件被廣泛地應(yīng)用于防止供給到油路中的油的滲漏。例如用于自動(dòng)變速裝置(稱為AT)。為了降低AT重量的目的，用于AT中的大多數(shù)部件被專門(mén)用輕金屬材料諸如鋁基合金制造(例如ADC-12Z，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，從而使密封環(huán)與輕金屬材料制成的對(duì)抗或配合部件滑動(dòng)接觸。如果密封環(huán)由鋼材料制成，那么由輕金屬材料制成的配合部件的磨損就會(huì)異常增加。與之相反，如果密封環(huán)由軟金屬材料制成，密封環(huán)的表面就會(huì)極度磨損。實(shí)際上，已有經(jīng)驗(yàn)得出當(dāng)鑄鐵材料制成的密封環(huán)裝配到ADC-12Z制成的旋轉(zhuǎn)軸上的環(huán)槽里時(shí)，在油壓為1MPa(約10kgf/cm2)下，油滲漏量為500-1000cc/min。
為了解決鑄鐵材料制成的密封環(huán)和ADC-12Z制成的軸這一組合中前文所述的漏油的矛盾，開(kāi)發(fā)了一種由具有大熱膨脹系數(shù)的合成樹(shù)脂制成的密封環(huán)。然而，這種密封環(huán)對(duì)于由鋁基合金制成的相對(duì)于密封環(huán)滑動(dòng)的配合元件有不利影響，即，鋁基合金制成的配合元件的滑動(dòng)表面發(fā)生極度磨損。為了降低磨損或磨蝕，提出了由聚四氟乙烯(稱為PTFE)制成的密封環(huán)、由有碳纖維和PTFE作填料的聚醚-醚酮(稱為PEEK)制成的密封環(huán)或由PEEK、碳纖維、PTFE和絹云母粉末組成的材料制成的密封環(huán)(見(jiàn)日本特許公開(kāi)專利公報(bào)(KOKAI)262976/1993)。當(dāng)這種密封環(huán)用于防止滑動(dòng)接觸的密封環(huán)與鋁基合金制成的對(duì)抗的或配合的元件之間的油滲漏時(shí)，該對(duì)抗的或配合的元件的磨損很大，無(wú)可否認(rèn)，上述組份的密封環(huán)在鋁基合金的對(duì)抗或配合元件特別要求減輕重量的應(yīng)用場(chǎng)合沒(méi)有用途。
為此，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于輕金屬材料的滑動(dòng)材料以克服先有技術(shù)中遇到的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種滑動(dòng)材料，其具有好的耐磨性并適于抑制輕金屬材料相對(duì)于滑動(dòng)材料的滑動(dòng)磨損。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)提供一種含有聚醚-醚酮和/或聚醚-氮化物以及絹云母—加入20-35wt％的絹云母—的滑動(dòng)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，該滑動(dòng)材料與輕金屬材料滑動(dòng)接觸并將涂搽在它們之間的油密封住。
優(yōu)選用上述滑動(dòng)材料制造一種密封環(huán)，并使用輕金屬或鋁基合金制造的旋轉(zhuǎn)或往復(fù)軸與該密封環(huán)相配合。
根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)材料相對(duì)于輕金屬材料具有好的耐磨性，而借助該滑動(dòng)材料，輕金屬材料的磨損程度也降低了。即，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)材料和對(duì)抗或配合輕金屬材料之間的相對(duì)滑動(dòng)表面有油時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)材料表現(xiàn)出優(yōu)良的抗磨相關(guān)性。換而言之，使抑制滑動(dòng)材料和輕金屬材料的磨損不超過(guò)預(yù)定的或確定的磨損量成為可能。
例如，本發(fā)明的滑動(dòng)材料可以通過(guò)材料的擠出或注塑工藝制造，它由VICTRE-PEEK(英國(guó)I.C.I.的商品名)和/或聚醚氮化物即PEN(日本Idemitsu化學(xué)公司)和還有一種固體潤(rùn)滑劑絹云母組成。
本發(fā)明的滑動(dòng)材料含有絹云母，這樣其自身耐磨性能好并且配合部件諸如ADC-12Z的磨損程度也低。因?yàn)椴患尤胩祭w維滑動(dòng)材料的流動(dòng)性會(huì)提高，這樣制造密封環(huán)就容易。優(yōu)選將20-35wt％的絹云母加入到由PEEK和/或PEN組成的基礎(chǔ)材料中。為了滑動(dòng)材料極好的自身耐磨性能和配合部件的諸如輕金屬材料(例如ADC-12Z)配合部件的更低的磨損程度，更優(yōu)選將30wt％的絹云母加入到由PEEK和/或PEN組成的基礎(chǔ)材料中。絹云母的大小為325目或更小，平均直徑約為10μ，稱取適當(dāng)重量的絹云母，將稱好的絹云母加入到擠出機(jī)中制成顆粒。將這些顆粒加入到注塑機(jī)中注塑成密封環(huán)。
前述目的和其它目的以及本發(fā)明的特點(diǎn)通過(guò)下述優(yōu)選的實(shí)施例會(huì)更為清楚，如附圖中所示，在實(shí)施例中本發(fā)明應(yīng)用于一種用于輕金屬材料的滑動(dòng)部件上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明在PEEK基礎(chǔ)材料中加入絹云母后將得材料之結(jié)構(gòu)的顯微照片(×100)；圖2是根據(jù)本發(fā)明PEN基礎(chǔ)材料中加入絹云母后所得材料之結(jié)構(gòu)的顯微照片(×100)；圖3是磨損或磨耗試驗(yàn)儀器的示意圖；圖4是用本發(fā)明的PEEK基礎(chǔ)材料的D材料和對(duì)照的合成樹(shù)脂材料進(jìn)行比較耐磨試驗(yàn)的結(jié)果圖；圖5是用PEEK作為基礎(chǔ)材料進(jìn)行耐磨試驗(yàn)的結(jié)果圖；圖6是用本發(fā)明的PEN基礎(chǔ)材料的丁材料與對(duì)照的合成樹(shù)脂材料進(jìn)行比較耐磨試驗(yàn)的結(jié)果圖；圖7是用PEN作為基礎(chǔ)材料進(jìn)行耐磨試驗(yàn)的結(jié)果圖8是油滲漏試驗(yàn)儀器的截面視圖；圖9是由本發(fā)明的D材料制成的密封環(huán)與常規(guī)材料制成的活塞環(huán)比較進(jìn)行油滲漏試驗(yàn)的結(jié)果圖；圖10是在圖8中所示的試驗(yàn)儀器上用本發(fā)明的D材料、常規(guī)材料和ADC-12Z作為密封環(huán)和軸進(jìn)行比較的50小時(shí)耐用性試驗(yàn)的結(jié)果圖。
在PEEK基礎(chǔ)材料和/或PEN基礎(chǔ)材料中加入大小為325目或更小、平均直徑約為10μ的絹云母。在這些材料混合并攪勻后，將混合好的材料裝入擠出裝置中制成顆粒，為了提供密封環(huán)形試樣，這些顆粒被加入到注塑機(jī)中。
用根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)材料制成的密封環(huán)每件的外徑為55mm，內(nèi)徑為50mm，寬度為3mm。用磨床將寬度從3mm降低到2.5mm。
對(duì)比試驗(yàn)的密封環(huán)形成樣(A、A′、B和C)用下述材料模塑而成。
A材料在PEEK基礎(chǔ)材料中加入15wt％的碳纖維和15wt％的PTFE。
A′材料在PEN基礎(chǔ)材料中加入15wt％的碳纖維和15wt％的PTFE。
B材料在PTFE基礎(chǔ)材料中加入10wt％的碳纖維和30wt％的青銅粉末。
C材料在PTFE基礎(chǔ)材料中加入30wt％的Sumi-Casper E101(日本Sumitomo化學(xué)公司的商品名)。
測(cè)定每個(gè)本發(fā)明的試樣和對(duì)比試樣在滑動(dòng)狀態(tài)下的耐磨性能，試驗(yàn)條件列于表1。
表1
由ADC-12Z(JIS，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))制成的配合部件外徑為80mm，內(nèi)徑為20mm，厚度為10mm。 ATF油通過(guò)20mm的中心孔供給到配合部件上。
本發(fā)明的滑動(dòng)材料的顯微結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其中PEEK和PEN表現(xiàn)為白色部分，作為填料的用來(lái)保持低磨損程度的絹云母表現(xiàn)為黑暗部分。
制造試樣的注塑條件如下所述。
模具溫度150℃
噴嘴溫度400℃注塑壓力1500kg/cm2圖3為磨損或磨耗試驗(yàn)裝置的示意圖，其中圓盤(pán)夾具1與鋁基盒金(ADC-12Z)制成的直徑80mm厚度10mm的圓盤(pán)2可分開(kāi)地裝配在一起。潤(rùn)滑油通過(guò)其中的油通道3提供到圓盤(pán)2的中心。由合適的液壓裝置(未畫(huà)出)在圓盤(pán)夾具1的右邊(在圖3中)施加預(yù)定的壓力。試樣夾具4裝配到旋轉(zhuǎn)軸上，使該可旋轉(zhuǎn)的夾具4與夾具1相對(duì)。與夾具4可分開(kāi)地裝配在一起的環(huán)狀試樣5外直徑為55mm，內(nèi)直徑為50mm，寬度為2.5mm。
在該測(cè)試裝置中，以預(yù)定的壓力P施加到圓盤(pán)夾具1上使鋁基合金的圓盤(pán)2壓到試樣5上。在施加壓力P時(shí)，試樣5以固定的速度旋轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑油通過(guò)油通道3供至試樣5和圓盤(pán)2之間的滑動(dòng)面上。
該試驗(yàn)裝置在下述條件下操作。1)由下列材料制成的密封環(huán)形對(duì)比試樣A材料在PEEK基礎(chǔ)材料中加入15wt％的碳纖維和15wt％的PTFE。
A′材料在PEN基礎(chǔ)材料中加入15wt％的碳纖維和15wt％的PTFE。
B材料在PTFE基礎(chǔ)材料中加入10wt％的碳纖維和30wt％的青銅粉末。
C材料在PTFE基礎(chǔ)材料中加入30wt％的Sumi-Casper E101(日本Sumitomo化學(xué)公司的商品名)。2)根據(jù)本發(fā)明的試樣(環(huán)形)D-O材料列于表2和表3。3)接觸面的壓強(qiáng)用合適的液壓裝置在圓盤(pán)夾具1上施加12kg/cm2壓強(qiáng)。當(dāng)在該圓盤(pán)夾具上施加12kg/cm2壓強(qiáng)時(shí)，在固定的壓力條件下使圓盤(pán)2與每個(gè)試樣5滑動(dòng)接觸，油通過(guò)油通道3供給到圓盤(pán)2和每個(gè)試樣5的滑動(dòng)面上。
潤(rùn)滑油ATF油溫80℃供油速率200cc/min4)運(yùn)行距離運(yùn)行距離(或延續(xù)距離)7.2km圓盤(pán)2與每個(gè)試樣5的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度2m/S。5)測(cè)定將每個(gè)試樣運(yùn)行7.2km距離后，將圓盤(pán)2和每個(gè)試樣5從試驗(yàn)裝置卸下。對(duì)于圓盤(pán)2，測(cè)量在圓盤(pán)2的滑動(dòng)表面上形成的環(huán)狀凹槽形式的所有磨損痕跡的載面區(qū)域；對(duì)于每個(gè)試樣5，測(cè)量其磨損量。
表2
表3
<p>所得結(jié)果如圖4-圖7所示。當(dāng)使用PEEK基礎(chǔ)材料作為試樣、用ADC-12Z作為圓盤(pán)時(shí)(見(jiàn)圖4和圖5)，發(fā)現(xiàn)由材料A、B、C、E和I制成的試樣磨損量很大。當(dāng)使用PEN基礎(chǔ)材料作為試樣、用ADC-12Z作為圓盤(pán)時(shí)(見(jiàn)圖6和圖7)，發(fā)現(xiàn)由材料A′、B、C、K和O制成的試驗(yàn)片磨損量很大。
在圖4-圖7中，各個(gè)上半部分表示每個(gè)試樣在經(jīng)過(guò)7.2km運(yùn)行距離后的磨損量，各個(gè)下半部分表示每個(gè)圓盤(pán)(ADC-12Z的試樣在經(jīng)過(guò)7.2km運(yùn)行距離后磨損痕跡的平均磨損深度。這些圖明顯表明，試樣B和C表現(xiàn)出大的自磨損程度而相應(yīng)的配合部件也表現(xiàn)出大的磨損程度。試樣A和A′與本發(fā)明的試樣的磨損程度相同而配合部件(ADC-12Z)的磨損程度高。
對(duì)于加入絹云母的量與ADC-12Z配合材料的磨損相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)使用20wt％或更少的絹云母對(duì)該磨損相關(guān)性有不利影響，使用35wt％或更多的絹云母則表現(xiàn)了抗拉斷強(qiáng)度低。絹云母從滑動(dòng)表面剝落也有可能發(fā)生。
從所得的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)由含有PEEK和/或PEN基礎(chǔ)材料及約30wt％絹云母(350目或更小)的材料制成的試樣獲得了最好的滑動(dòng)性能。絹云母是軟的而不會(huì)使鋁基合金的配合部件損傷。
關(guān)于用本發(fā)明的滑動(dòng)材料制成的密封環(huán)的應(yīng)用領(lǐng)域是裝配到用于AT的旋轉(zhuǎn)軸(ADC-12Z)上的環(huán)形凹槽內(nèi)，密封環(huán)由D材料制成，外徑為52mm，寬度為2.3mm，厚度為2.3mm。
圖8所示為用來(lái)測(cè)試ADC-12Z軸的耐磨性、D材料密封環(huán)相對(duì)于ADC-12Z軸的滑動(dòng)密封性和極好密封性的耐久時(shí)間的試驗(yàn)裝置。旋轉(zhuǎn)軸7由ADC-12Z制成，在其外緣表面有一對(duì)環(huán)狀凹槽8.8，在槽中嵌有密封環(huán)9、10。當(dāng)軸7旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封環(huán)9、10的外緣表面與碳鋼(S45C，日本標(biāo)準(zhǔn))制成的套11之內(nèi)表面滑動(dòng)接觸。帶油表12的供油管13連接到套11上在密封環(huán)9、10之間處，帶閥15的排油管連接到套11的底壁。從密封環(huán)9、10滲漏的油通過(guò)排油管14放入杯16中，測(cè)量杯16中的油量。
試驗(yàn)條件如下。
油用于汽車傳動(dòng)的變速箱油軸速2000rpm油壓12kg/cm2試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間50小時(shí)圖9所示為耐力試驗(yàn)后測(cè)得的油溫和油滲漏結(jié)果。進(jìn)行油滲漏試驗(yàn)所用的是本發(fā)明的D材料(見(jiàn)表2)制成的密封環(huán)、B材料制成的密封環(huán)和常規(guī)的鑄鐵密封環(huán)。本發(fā)明的密封環(huán)表現(xiàn)出穩(wěn)定的密封性能并在寬的油溫變化范圍內(nèi)油滲漏增加得較少。
圖10所示為在油溫是120℃時(shí)密封環(huán)的滑動(dòng)表面的磨損量和軸(ADC-12Z)的磨損量。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的D材料密封環(huán)呈現(xiàn)較低的磨損程度。
本發(fā)明的J材料含有PEN基礎(chǔ)材料和30wt％的絹云母(350目或更小)，在與上述條件相同的情況下對(duì)J材料制成的密封環(huán)進(jìn)行耐用性試驗(yàn)。測(cè)量油滲漏量。其試驗(yàn)結(jié)果與D材料的試驗(yàn)結(jié)果相同。即J材料的密封環(huán)表現(xiàn)出穩(wěn)定的密封性能和在寬的油溫變化范圍內(nèi)，油滲漏增加得較少。
盡管展示和描述這些優(yōu)選的實(shí)施例，應(yīng)認(rèn)為不超出附加權(quán)利要求的范圍可以做出許多變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種滑動(dòng)材料，其與輕金屬材料滑動(dòng)接觸并且有密封油供給到兩者之間的滑動(dòng)接觸表面，該材料含有聚醚-醚酮和絹云母，其中加入的絹云母為20-35wt％。
2.一種滑動(dòng)材料，其與輕金屬材料滑動(dòng)接觸并且有密封油供給到兩者之間的滑動(dòng)接觸表面，該材料含有聚醚氮化物和絹云母，其中加入的絹云母為20-35wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的滑動(dòng)材料，進(jìn)一步含有聚醚-醚酮。
4.一種密封環(huán)，由權(quán)利要求1、2和3中任意一項(xiàng)的材料制成。
全文摘要
一種用于輕金屬材料的滑動(dòng)材料含有聚醚-醚酮和/或聚醚氮化物。進(jìn)一步在滑動(dòng)材料中加入20-35wt％的絹云母作為固體潤(rùn)滑劑以提高該滑動(dòng)材料自身的耐磨性和與該滑動(dòng)材料的配合部件的耐磨性。
文檔編號(hào)B01D53/14GK1166518SQ9611004
公開(kāi)日1997年12月3日 申請(qǐng)日期1996年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月29日
發(fā)明者坂田辰榮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理研