專利名稱：具有滑動薄膜的部件、裝置、組份、壓縮機及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種形成在滑動表面上的滑動薄膜、一種用于形成滑動薄膜的組合物、一種包括滑動薄膜的滑動件、一種由滑動件制成的滑動裝置、以及一種斜盤式壓縮機，還涉及一種滑動裝置的示例、以及一種用于形成滑動薄膜的方法和一種用于制造該滑動件的方法。
背景技術：
裝配在汽車上的設備例如發(fā)動機和用于空調器的斜盤式壓縮機設置有用于滑動工作的滑動件。參照斜盤式壓縮機作為示例，其設置有線性滑動的活塞、滑動地與活塞接觸的缸孔、旋轉地滑動的斜盤、與斜盤滑動地接觸的滑履、主軸、以及與主軸滑動地接觸同時支承該主軸的軸承。潤滑劑通常供應到這種滑動件的滑動表面上以便主動地實現(xiàn)潤滑。在斜盤式壓縮機的情況下，在斜盤式壓縮機中存在的霧狀潤滑劑基本上保持滑動表面之間的潤滑。
然而，斜盤式壓縮機在啟動或負載突然波動之后可能出現(xiàn)滑動表面的潤滑狀態(tài)變差或甚至是暫時無潤滑狀態(tài)的情況。即使出現(xiàn)這種情況，優(yōu)選的是通過例如抑制滑動表面之間咬合從而保持滑動表面之間的穩(wěn)定滑動特性。
從這種觀點來看，包括固體潤滑劑的滑動薄膜可設置在例如斜盤式壓縮機中的斜盤表面上。例如未審查的日本專利(KOKAI)No.8-199327、未審查的日本專利(KOKAI)No.8-199327、未審查的日本專利(KOKAI)No.11-193780、未審查的日本專利(KOKAI)No.2003-183685披露了這種滑動薄膜。具體地說，未審查的日本專利(KOKAI)No.8-199327披露了一種相反表面覆蓋有固體潤滑劑層(例如滑動薄膜)的斜盤，其中合成樹脂加入到例如MoS2、聚四氟乙烯(以下簡稱為“PTFE”)、和石墨(以下簡稱為“Gr”)固體潤滑劑中。未審查的日本專利(KOKAI)No.11-193780披露了一種斜盤，其中的一個在活塞壓縮沖程中承受大載荷的表面設置有固體潤滑劑層，另一個表面設置有熱噴涂層。未審查的日本專利(KOKAI)No.2003-183685披露了這樣一種斜盤，相反的表面覆蓋有固體潤滑劑層，其中除了MoS2、PTFE、Gr之外還混合有Ni、Fe、Cr、和Co。
然而，由于尺寸減小、重量減輕、和其它嚴格的要求，在滑動薄膜之間的載荷大于常規(guī)的情況。對于承受大載荷的斜盤式壓縮機而言，通過簡單地使得滑動表面設置有上述的常規(guī)固體潤滑劑層就不能必要地確保令人滿意的防止咬合的性能。

發(fā)明內容
在基于以上情況下作出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種滑動薄膜，與上述的常規(guī)固體潤滑劑層相比，該滑動薄膜展示出更好的防止咬合的特性。而且，本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于形成該滑動薄膜的組合物、一種包括滑動薄膜的滑動件、一種由滑動件制成的滑動裝置、以及一種斜盤式壓縮機，以及一種滑動裝置的示例。此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于形成滑動薄膜的方法和一種用于制造該滑動件的方法。
注意到未審查的日本專利(KOKAI)No.11-193780還披露了例如錫(Sn)、鉛(Pb)、銦(In)的金屬作為固體潤滑劑包含在滑動薄膜內。然而，該專利根本沒有披露其中實際混合有Sn、Pb、In的滑動薄膜。其僅僅是涉及這些金屬作為某種固體潤滑劑。而且，該專利披露了獲得Sn基鍍敷層或Sn基熱噴涂層。然而，其僅僅是將這些處理作為用于僅包括固體潤滑劑的滑動薄膜的某種底涂層。
未審查的日本專利(KOKAI)No.2003-183685還披露了一種混合在固體潤滑劑層的鎳顆粒粉末，其具有有助于在固體潤滑劑層中的MoS2和石墨粘接到配合的滑動表面上的作用。然而，這種作用與Sn等的作用完全地不同，與以下描述的本發(fā)明的低熔點材料的作用完全不同。因此，以下將詳細描述的本發(fā)明的低熔點材料與未審查的日本專利(KOKAI)No.2003-183685披露的鎳在技術角度來看完全不同。
斜盤式壓縮機已經(jīng)是公知的。然而，以上描述可類似地應用于葉片式的壓縮機和渦旋式壓縮機以及其它形式的壓縮機。而且，以上描述不限于壓縮機，而是可類似地應用于通常的在惡劣條件下工作的滑動裝置。
因此，為了解決該問題，本發(fā)明的發(fā)明人認真地進行了研究，并且重復進行了實驗。因此，發(fā)明人構思到出來在常規(guī)的固體潤滑劑之外在滑動薄膜中再加入低熔點材料(例如Sn)，并且還確認所獲得的滑動薄膜展示出良好的抗咬合特性。因此，發(fā)明人完成了本發(fā)明。
(滑動薄膜)例如，本發(fā)明的滑動薄膜是這樣一種滑動薄膜，其包括固體潤滑劑；用于使得該固體潤滑劑保持在基底的表面上的粘合劑樹脂，該粘合劑樹脂展示出玻璃轉化溫度；以及低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點。
當本發(fā)明的滑動薄膜設置在基底的表面上時，與帶有常規(guī)滑動薄膜的基底相比，提高了在基底與其配合部件之間的抗咬合特性。因此，設置有所獲得的基底的滑動裝置的可靠性和耐用性得到改善。此外，可以預料到本發(fā)明的滑動薄膜不僅提高了抗咬合特性，而且還降低了滑動表面之間摩擦系數(shù)。注意，除了提高抗咬合特性之外，耐磨性的提高和摩擦系數(shù)的降低在下文中適當?shù)亟y(tǒng)稱為“良好的滑動特性”。
還沒有明確滑動薄膜為何能夠具有良好的滑動特性。然而，所確信的是，包含在本發(fā)明的滑動薄膜中的低熔點材料至少有效地吸收了在惡劣潤滑狀態(tài)下滑動工作所產生的摩擦熱，惡劣潤滑狀態(tài)例如為差潤滑狀態(tài)和無潤滑狀態(tài)。因此，本發(fā)明的滑動薄膜抑制了由摩擦熱引起的變差，因此延長了滑動薄膜的壽命。因此現(xiàn)在可確信提高了該滑動薄膜的抗咬合特性。以下將詳細描述該優(yōu)點。
通常，當較差的潤滑狀態(tài)和無潤滑狀態(tài)出現(xiàn)時，基底及其配合部件(以下統(tǒng)稱為“滑動件”)已經(jīng)設置有包括固體潤滑劑的滑動薄膜，以便抑制基底與配合部件之間的咬合。然而，如上所述，對于常規(guī)的滑動薄膜而言不能容易地確保令人滿意抗咬合特性，這是因為對于滑動件的潤滑條件和工作環(huán)境而言在近來變得更加惡劣。
本發(fā)明的發(fā)明人考慮到，引起該缺陷的原因在于摩擦熱使得常規(guī)薄膜迅速變差。即，當滑動薄膜穩(wěn)定運動時，或多或少地產生摩擦熱。當潤滑劑充分地供應到滑動表面之間時，這種滑動薄膜的變差不太可能發(fā)生，這是因為在滑動表面之間的潤滑劑薄膜降低了滑動表面之間的摩擦系數(shù)并且分散了其間施加的壓力，并且潤滑劑還使得摩擦熱排散出去，因此產生較少的摩擦熱。
然而，當滑動表面變成較差的潤滑狀態(tài)和無潤滑狀態(tài)時，幾乎沒有潤滑產生的優(yōu)點。即使固體潤滑劑可以或多或少地降低滑動表面之間的摩擦系數(shù)，在預定時間之后摩擦熱迅速增加，并且由此使得滑動薄膜的溫度快速升高。
在滑動薄膜中，固體潤滑劑通常借助粘合劑樹脂保持在滑動件的表面上。聚酰胺酰亞胺(以下稱為“PAI”)是良好耐熱性的粘合劑樹脂的代表示例，其具有大約400-500攝氏度的耐熱溫度。然而，當摩擦熱使得滑動薄膜的溫度升高時，即使這種具有良好耐熱性的滑動薄膜也會軟化(包括玻璃轉化)和質量變差甚至破壞。因此，樹脂失去了使得固體潤滑劑保持在滑動件的表面上的能力。因此，滑動件與配合部件直接接觸，沒有受到滑動薄膜的保護。由此使得滑動件出現(xiàn)咬合。
即使是本發(fā)明的滑動薄膜，在惡劣滑動的情況下也會出現(xiàn)類似的溫度迅速升高。
然而，本發(fā)明的滑動薄膜包括低熔點材料，該低熔點材料的熔點低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度，并且該低熔點材料與粘合劑樹脂混合。當摩擦熱使得本發(fā)明的滑動薄膜的溫度迅速升高時，低熔點材料在粘合劑樹脂軟化之前借助潛熱吸收了大量的摩擦熱，潛熱遠遠大于比熱。因此，防止本發(fā)明的滑動薄膜的溫度的升高。由此可抑制或阻止粘合劑樹脂的軟化，最終防止本發(fā)明的滑動薄膜的質量變差。因此可使得固體潤滑劑長期穩(wěn)固地保持在滑動件的表面上。
在本發(fā)明的滑動薄膜中，熔點低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的低熔點材料可抑制或阻止本發(fā)明的滑動薄膜因所產生的摩擦熱而引起的該滑動薄膜的溫度升高。因此，與常規(guī)情況相比，本發(fā)明的滑動薄膜可更長期地穩(wěn)定地保持良好的滑動特性。因此，可確信本發(fā)明的滑動薄膜明顯地提高了滑動件之間的抗咬合特性。然而，由低熔點材料獲得的這些特點和優(yōu)點僅僅是本發(fā)明的滑動薄膜展示出良好的抗咬合特性的一部分因素。應當注意，以上的機理不能解釋本發(fā)明的滑動薄膜的所有的良好滑動特性。如以下所述，當特定成分(例如滑動產物形成元素)出現(xiàn)在配合部件的滑動表面上時，發(fā)明人確認該特定成分和包含在該滑動薄膜中的低熔點材料形成了新的滑動產物。所獲得的新的滑動產物展示出進一步改善滑動特性的優(yōu)點，例如除了上述的提高抗咬合特性之外還降低滑動表面之間的摩擦系數(shù)和增加耐磨性。
注意，在本發(fā)明中，粘合劑樹脂的玻璃轉化溫度作為低熔點材料的熔點的門限值引入，這是因為玻璃轉化溫度是樹脂特別是聚合物的耐熱性的重要特征指數(shù)。另外注意，本發(fā)明涉及的包括滑動薄膜的部件是示意性的，例如軸承。
(滑動件)本發(fā)明提供了一種包括上述的本發(fā)明的滑動薄膜的滑動件。例如，本發(fā)明可提供這樣的滑動件，其包括基底；和如權利要求1所述的形成在該基底的表面上的滑動薄膜。
該滑動件的典型示例是用于斜盤式壓縮機的斜盤。
(滑動裝置和斜盤式壓縮機)本發(fā)明提供了一種包括上述的滑動薄膜的滑動裝置。例如，本發(fā)明可提供這樣的滑動裝置，其包括基底，在該基底上形成有如權利要求1所述的滑動薄膜；和與該基底的該滑動薄膜滑動地接觸的配合部件。
這種滑動裝置可以是斜盤式壓縮機，或者是斜盤式壓縮機之外的其它壓縮機。在下文中，本發(fā)明參照斜盤式壓縮機來描述滑動裝置的典型示例?？捎糜诟鞣N斜盤式壓縮機，例如排量可變的斜盤式壓縮機、和排量不可變的斜盤式壓縮機、單頭活塞的斜盤式壓縮機、和雙頭活塞的斜盤式壓縮機。
特定實施例涉及一種斜盤式壓縮機，其包括主軸；與該主軸一起旋轉的斜盤；具有柱形缸孔的缸體，該缸孔軸向延伸并且在斜盤側開口；具有與該斜盤接合的接合裝置的活塞，該活塞由擺動的斜盤來驅動，并且該活塞具有從接合裝置連續(xù)地延伸活塞頭，該活塞裝配在該缸體的該缸孔中，并且依據(jù)擺動的斜盤從而在缸孔中往復移動；可擺動地保持在活塞的接合裝置上的成對的滑履，該滑履與該斜盤的表面滑動接觸；和形成在該滑履和該斜盤的表面中的至少一個表面上的本發(fā)明的滑動薄膜。在這種情況下，本發(fā)明的滑動薄膜可形成斜盤的表面上和/或滑履的表面上?；钊臄?shù)量可以是單個或多個?；钊O置有一對的滑履。當然，多個活塞設置有多對滑履。
(用于滑動薄膜的組合物)本發(fā)明可提供一種用于滑動薄膜的組合物，作為形成該滑動薄膜的原材料。例如，本發(fā)明可以是一種用于滑動薄膜的組合物，該組合物包括固體潤滑劑；展示出玻璃轉化溫度的粘合劑樹脂；以及低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點，由此形成本發(fā)明的滑動薄膜。
這種滑動薄膜組合物的特定示例可以是滑動薄膜的涂料和滑動薄膜的轉印薄膜。
(用于形成滑動薄膜的方法)本發(fā)明提供了一種用于形成滑動薄膜的方法，其包括將用于滑動薄膜的涂料涂敷到基底的表面上，該涂料包括展示出玻璃轉化溫度的粘合劑樹脂的漆料；低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點；和分散在該漆料中的固體潤滑劑；以及借助加熱對在該涂敷步驟之后形成的涂料薄膜進行烘焙，由此形成本發(fā)明的滑動薄膜。
其次，本發(fā)明還提供了一種用于形成滑動薄膜的方法，其包括將借助印刷漿料從而形成的轉印薄膜轉印到基底的表面上，該漿料包括展示出玻璃轉化溫度的粘合劑樹脂；低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點，并且該低熔點材料與該粘合劑樹脂混合；和與該粘合劑樹脂混合的固體潤滑劑；以及借助加熱對在該轉印步驟之后形成在該基底的表面上的該轉印薄膜進行烘焙，由此形成本發(fā)明的滑動薄膜。
(制造滑動件的方法)本發(fā)明提供了一種制造滑動件的方法，該滑動件包括基底和借助上述的第一和第二方法形成在該基底的表面上的滑動薄膜。


參照對優(yōu)選實施例的下列描述并結合附圖，可以更好地理解本發(fā)明的目的、特征和方面，在附圖中圖1是斜盤式壓縮機的截面圖，其中具有依據(jù)本發(fā)明的示例的滑動裝置；圖2是斜盤與用于斜盤式壓縮機的滑履滑動接觸的放大截面圖；圖3是用于評價滑動薄膜展示出的抗咬合特性的干式制動測試的視圖；圖4是設置有各種滑動薄膜的滑動件展示出的咬合時間的圖表；圖5是用于評價滑動薄膜的摩擦力的滑塊-環(huán)的測試的設備的示意圖表；圖6是無低熔點材料的滑動件的摩擦力振動與時間、摩擦力振動在滑塊-環(huán)的測試中的圖表；圖7是包括20％重量百分比的Sn的低熔點材料的滑動件的摩擦力振動與時間、摩擦力振動在滑塊-環(huán)的測試中的圖表；圖8是在滑塊-環(huán)的測試之后在塊狀測試件表面中產生的最大磨損深度的柱狀圖；圖9是在干式制動測試之后含28％Sn的滑動薄膜的電子掃描圖象(以下稱為“SEM”)；以及圖10是在干式制動測試之后含28％Sn的滑動薄膜的電子掃描圖象(以下稱為“EPMA”)。
具體實施例方式
參照以下的優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明，以便更好地理解本發(fā)明，其中這些優(yōu)選實施例僅僅是示意性的而非限定性的。
以下參照本發(fā)明的特定實施例來詳細描述本發(fā)明。然而，應當注意，以下的詳細描述以及本發(fā)明所涉及的實施例不僅適用于本發(fā)明的滑動薄膜，而且還適用于本發(fā)明的滑動件、用于滑動薄膜的組合物、滑動裝置、斜盤式壓縮機、用于形成滑動薄膜的方法、以及用于制造滑動件的方法。而且，還應當注意，其取決于以下的特定實施例中的一個實施例最優(yōu)化的目的和性能要求。
(1)低熔點材料低熔點材料的一種展示出熔點低于粘合劑樹脂的玻璃轉化溫度的材料，該粘合劑樹脂是本發(fā)明的滑動薄膜的另一組份。作為低熔點材料的代表性示例，可構想到例如單金屬材料、合金、和金屬互化物的金屬材料。然而，低熔點材料不限于這些材料，低熔點材料金屬元素和非金屬元素的化合物。而且，不限于無機化合物，低熔點材料還可以是有機元素，例如合成樹脂。低熔點材料包括各種材料中的單種材料，或者可以包括適當?shù)亟M合的多種材料。
當考慮到使用聚酰亞胺(以下稱為“PI”)或聚酰胺酰亞胺(以下稱為“PAI”)時，具有良好耐熱性的代表性的樹脂作為粘合劑，其展示出大約200-500攝氏度的玻璃轉化溫度Tg。考慮該事實，以下將提出低熔點材料的一些示例。注意到在括號中的數(shù)值表明了低熔點材料的熔點范例。
作為單金屬物質，可使用單一物質的低熔點材料，例如銦(In157攝氏度)、錫(Sn232攝氏度)、鉍(Bi271攝氏度)、鉛(Pb327攝氏度)。當然，低熔點材料可以是這些低熔點材料的合金。作為帶有低共熔的組合物的Sn基合金的示例，可提出使用Sn-52In(118攝氏度)、Sn-58Bi(139攝氏度)、Sn-37Pb(183攝氏度)、Sn-3.5Ag(221攝氏度)、Sn-0.7Cu(227攝氏度)。而且，可使用Sn-3Ag-0.5Cu(217-220攝氏度)和Sn-3Ag-2Bi-1In(209-217攝氏度)。注意，在括號中的位于三元合金和四元合金之后的數(shù)值代表“固相線溫度-液相線溫度”。另外需注意，所有合金組合物以重量百分比％來表示，其中整體上表示為重量的100％。
因此，可以構想到各種物質作為低熔點材料。然而，低熔點材料優(yōu)選為從包括純錫、錫合金、和錫化合物的一組物質中選擇的一種。這些Sn基材料展示出低熔點以及大的潛熱。而且，錫是較便宜的元素并且對環(huán)境影響較小。
由于低熔點材料的比例取決于本發(fā)明的滑動薄膜的規(guī)格和類型以及所使用的固體潤滑劑的粘合劑樹脂的比例，因此難以明確地表明在本發(fā)明的滑動薄膜中的低熔點材料的比例。然而，低熔點材料的比例的下限例如優(yōu)選為重量百分比為0.1％，較優(yōu)選為重量百分比為0.5％，更優(yōu)選為重量百分比為2％，并且低熔點材料的比例的上限例如優(yōu)選為重量百分比為60％，較優(yōu)選為重量百分比為50％，更優(yōu)選為重量百分比為40％，其中本發(fā)明的滑動薄膜的整體表示為重量百分比100％。注意這些上限和下限可以適當?shù)亟M合。
即使當滑動薄膜中存在少量的低熔點材料時，也可以增加滑動薄膜的耐用性，以便增強抗咬合特性。然而，當?shù)腿埸c材料的含量過低時，低熔點材料的有益效果降低。另一方面，當?shù)腿埸c材料的含量過高時，這也不是優(yōu)選的，這是因為固體潤滑劑和粘合劑樹脂的含量相對地下降，導致滑動件本身的特性下降。
低熔點材料可優(yōu)選為均勻地分散在本發(fā)明的滑動薄膜中或靠近本發(fā)明的滑動薄膜的表層。因此，低熔點材料優(yōu)選為粒狀或顆粒狀。低熔點材料的特定形狀例如顆粒直徑和縱橫比并不重要，但是可基于本發(fā)明的滑動薄膜的規(guī)格以及低熔點材料的可用性和成本來適當?shù)剡x擇。然而，可給出以下的示例低熔點材料的顆粒直徑優(yōu)選為大約在0.1-100微米的范圍內，較優(yōu)選為在0.1-50微米的范圍內，更優(yōu)選為0.5-20微米的范圍內，更優(yōu)選為1-5微米的范圍內。具有過小的顆粒直徑的低熔點材料不僅難以實現(xiàn)，而且非常昂貴。另一方面，具有過大顆粒直徑的低熔點材料不是優(yōu)選的，這是因為其從本發(fā)明的滑動薄膜上突起。即，低熔點材料的最大顆粒直徑優(yōu)選為本發(fā)明的所希望的滑動薄膜的薄膜厚度或更小。然而，依據(jù)滑動件和滑動裝置的規(guī)格，本發(fā)明的已經(jīng)形成的滑動薄膜可在經(jīng)過拋光之后再使用。因此，“低熔點材料的最大顆粒直徑優(yōu)選為本發(fā)明的滑動薄膜的薄膜厚度或更小”根本不是本發(fā)明必要條件。
注意，用于低熔點材料的原材料粉末可以是機械壓碎的粉末或者霧化粉末，并且其制造方法不重要。另外注意，即使當使用粉末狀的低熔點材料時，對于低熔點材料而言也不必在本發(fā)明的滑動薄膜中保持原材料當時的初始形狀。而且，可以通過在形成本發(fā)明的滑動薄膜之后對本發(fā)明的滑動薄膜的表面進行研磨或拋光從而改變低熔點材料的顆粒狀形式。此外，當本發(fā)明的滑動薄膜加熱到低于粘合劑樹脂的玻璃轉化溫度的溫度時，低熔點材料可以完全地或部分地熔化以便擴散到本發(fā)明的滑動薄膜中。
低熔點材料不限于上述形式，可以想象低熔點材料與現(xiàn)有形式本質地不同。例如，當Sn粉末用作低熔點材料的原材料時，并且當形成Sn顆粒分散的形式的本發(fā)明的滑動薄膜時，當然可以構想到Sn可以與其它元素發(fā)生反應以便形成化合物或合金。只要這些新的產物展示出低于粘合劑樹脂的玻璃轉化溫度的熔點，這些新的產物就包含在本發(fā)明的低熔點材料內。注意，這些新的產物包括以下描述的滑動產物。即，稱為本發(fā)明的低熔點材料的成分不必保持在滑動薄膜中開始的材料形式，而且可在形成本發(fā)明的滑動薄膜之后變?yōu)槠渌男问?。例如，作為新的產物，可構想到例如上述的Sn-0.7Cu和Sn-3.5Ag的低熔點合金。在本發(fā)明的滑動薄膜的形成過程中，足夠量的Cu或Ag粉末與Sn粉末混合。其后，在本發(fā)明的滑動薄膜的粘合劑樹脂的焙烤階段或使用本發(fā)明的滑動薄膜的階段中，Sn與Cu或Ag可以形成Sn-Cu合金或Sn-Ag合金，以便變?yōu)樾碌牡腿埸c材料。
在本發(fā)明的滑動薄膜中的低熔點材料的含量被認為顯著地影響在粘合劑樹脂在玻璃轉化溫度時經(jīng)歷玻璃轉化之前由低熔點材料吸收的摩擦熱的總熱量。然而，當?shù)腿埸c材料在短時間內吸收摩擦熱時，低熔點材料的顆粒直徑分布也被認為可影響本發(fā)明的滑動件的溫度升高，而不限于其含量。因此，所希望的是依據(jù)本發(fā)明的滑動薄膜的所需規(guī)格來控制低熔點材料的比例和形式。
(2)粘合劑樹脂粘合劑樹脂使得固體潤滑劑和低熔點材料穩(wěn)固地固定或保持在基底的表面上。粘合劑樹脂的類型并不特別重要。然而，優(yōu)選的是粘合劑樹脂本身也可展示出良好的滑動特性。
對于粘合劑樹脂而言，可從包括例如熱固樹脂、熱塑性樹脂、非熱塑性樹脂、結晶樹脂、和非結晶樹脂的一組中適當?shù)剡x擇至少一種樹脂。具體地說，例如可提出使用PAI(280攝氏度)、聚酰亞胺(以下稱為“PI”，410攝氏度)、聚醚醚酮(以下稱為“PEEK”，143攝氏度)、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯、液晶聚合物(以下稱為“LCP”，360攝氏度)、聚醚砜(以下稱為“PES”，230攝氏度)、聚醚酰亞胺(以下稱為“PEI”，217攝氏度)。注意，在括號中的數(shù)值表示示例性的粘合劑樹脂的玻璃轉化溫度Tg。特別的，PAI是作為粘合劑樹脂的適當選擇，其具有良好的滑動特性，例如耐磨性、耐熱性、且經(jīng)濟高效。
粘合劑樹脂不必包括單種樹脂或包括多種混合在一起的樹脂。而且，粘合劑樹脂不能只包括純樹脂，而是除了樹脂之外還包括強化顆粒，強化顆粒分散在樹脂中以便加強樹脂作為粘合劑的功能。而且，還可使用耦合劑，以便不僅提高固體潤滑劑和低熔點材料的適應性而且如果需要還可提高強化顆粒在粘合劑樹脂中的適應性。此外，在粘合劑樹脂中可以使用溶劑以便使得固體潤滑劑分散。
除了固體潤滑劑和低熔點材料的適當含量之外，可平衡在本發(fā)明的滑動薄膜中的粘合劑樹脂的比例。然而，粘合劑樹脂的比例的下限例如優(yōu)選為體積百分比為20％，較優(yōu)選為體積百分比為30％，并且粘合劑樹脂的比例的上限例如優(yōu)選為體積百分比為80％，較優(yōu)選為體積百分比為70％，其中本發(fā)明的滑動薄膜整體表示為體積百分比為100％。注意，這些上限和下限可以適當?shù)亟M合。
粘合劑樹脂的比例過低導致固體潤滑劑和低熔點材料分離，從而使得所獲得滑動薄膜的耐磨性下降。相反，粘合劑樹脂的比例過高導致固體潤滑劑和低熔點材料的比例相對明顯下降，由此使得所獲得的滑動薄膜的滑動特性變差。優(yōu)選的是，依據(jù)所使用的固體潤滑劑和本發(fā)明的滑動薄膜的規(guī)格，適當?shù)乜刂普澈蟿渲谋壤?br> (3)固體潤滑劑固體潤滑劑的類型并不重要。不僅可使用單種固體潤滑劑，還可使用混合在一起的多種固體潤滑劑。當使用多種固體潤滑劑時，單獨的固體潤滑劑可以彼此對滑動特性進行補償，以便從整體來看可形成具有良好滑動特性的滑動薄膜。
對于這種固體潤滑劑而言，可使用以下的固體潤滑劑PTFE、乙烯四氟乙烯(以下稱為“ETFE”)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(以下稱為“FEP”)、二硫化鉬(MoS2)、二硫化鎢(WS2)、氟化鈣(CaF2)、石墨(C)、和氮化硼(BN)。
在本發(fā)明的滑動薄膜中的固體潤滑劑的比例取決于該滑動薄膜的規(guī)格。然而，固體潤滑劑的比例的下限例如優(yōu)選為體積百分比為20％，較優(yōu)選為體積百分比為30％，并且粘合劑樹脂的比例的上限例如優(yōu)選為體積百分比為80％，較優(yōu)選為體積百分比為70％，其中本發(fā)明的滑動薄膜整體表示為體積百分比為100％。注意，這些上限和下限可以適當?shù)亟M合。
特別的，固體潤滑劑優(yōu)選為包括從PTFE、MoS2、石墨的一組物質中選擇的至少一種。而且，固體潤滑劑較優(yōu)選為包括這三種物質化合在一起。獨立的固體潤滑劑的比例可優(yōu)選為對于PTFE為10-40％體積百分比，對于MoS2為5-30％體積百分比，對于石墨為10-30％體積百分比，其中本發(fā)明的滑動薄膜整體表示為體積百分比為100％。在這種情況下，對于本發(fā)明的滑動薄膜整體表示為體積百分比為100％，PAI的體積為50-80％重量百分比。
固體潤滑劑的比例過低導致所獲得的滑動薄膜的滑動特性變差。另一方面，固體潤滑劑的比例過高導致粘合劑樹脂和低熔點材料的比例相對明顯下降并且使得固體潤滑劑分離，從而使得所獲得滑動薄膜的耐磨性下降。優(yōu)選的是，依據(jù)所使用的固體潤滑劑的類型和本發(fā)明的滑動薄膜的規(guī)格，適當?shù)乜刂乒腆w潤滑劑的優(yōu)化比例。
(4)基底、配合部件、和滑動件基底是滑動件的底層。本發(fā)明的滑動件包括至少一個表面由本發(fā)明的滑動薄膜覆蓋的基底?；椎牟牧峡梢允卿X合金、鎂合金、鋼、鑄鐵、陶瓷、和樹脂中的任何材料?；卓梢孕纬蔀槠矫嫘螤?、柱形、球形中的任何形狀。
為了加強滑動薄膜與基底的表面之間的粘接，可通過切割、噴丸、或陽極氧化處理使得基底的表面具有適當?shù)拇植诙?即基底的表面粗糙化)。或者，基底的表面可設置有熱噴涂層。
配合部件是當其與本發(fā)明的滑動薄膜滑動接觸時相對于該滑動薄膜移動的部件。配合部件的表層特性和材料不重要。然而，與基底相似，配合部件可設置有與本發(fā)明的滑動薄膜相似的滑動薄膜。對于基底的描述可類似地應用于配合部件的材料和形狀。注意，在本說明書中，為了描述簡明，部件中的基底的至少一個表面上形成有本發(fā)明的滑動薄膜的部件適當?shù)胤Q為“滑動件”。
本發(fā)明的滑動件展示出良好的滑動特性，并且因此適用于在惡劣的滑動狀態(tài)下的部件。例如，這種部件可以是軸、軸承座圈、軸承環(huán)、內燃機的活塞、和用于機動車空調器的斜盤式壓縮機的斜盤和滑履。
滑動件的所需滑動特性取決于其應用場合。然而，適當?shù)氖?，本發(fā)明的滑動薄膜的厚度優(yōu)選為在0.1-120微米的范圍內，較優(yōu)選為5-100微米、更優(yōu)選為5-60微米。厚度過薄的滑動薄膜難以穩(wěn)定地長期保持滑動特性。另一方面，厚度過大的滑動薄膜不是優(yōu)選的，這是因為制造這種滑動薄膜的時間較長從而導致制造成本過高。
(5)滑動產物由低熔點材料實現(xiàn)的吸收摩擦熱的作用被認為是由于其中一個原因引起的，即如上所述本發(fā)明的滑動薄膜比常規(guī)的滑動薄膜展示出更高抗咬合特性。然而，本發(fā)明的發(fā)明人確認，在本發(fā)明人重復地進行各種測試和分析以便認真研究本發(fā)明的滑動薄膜之后，在特定的滑動狀態(tài)下在滑動表面形成了新的滑動產物。該滑動產物被認為或多或少地進一步提高了滑動件之間的滑動特性。具體地說，除了上述的抗咬合特性之外，該滑動產物被認為進一步有助于降低滑動表面之間的摩擦系數(shù)并且提高了滑動薄膜的耐磨性，因此滑動產物還改善了本發(fā)明的滑動薄膜的滑動特性、可靠性和耐用性。
滑動產物被認為是新的合金或化合物，其通過于低熔點材料或組份的一部分發(fā)生反應而形成。注意，該化合物包括金屬互化物。與低熔點材料反應以便形成滑動產物的滑動產物形成元素可與低熔點材料一起包含在本發(fā)明的滑動薄膜中，或者靠近配合部件與該滑動薄膜滑動接觸的滑動表面。然而，優(yōu)選的是，滑動薄膜包括低熔點材料和滑動產物形成元素，這是因為無論配合部件的成分如何均可形成滑動產物。
當滑動產物形成元素存在于配合部件的側面上適，在本發(fā)明的滑動薄膜的側面與配合部件的側面之間出現(xiàn)滑動產物的轉移。例如，當滑動產物形成在配合部件的滑動表面上適，本發(fā)明的滑動薄膜的組份轉移到配合部件。即使當滑動產物形成在另一側上時，也可相似地出現(xiàn)該轉移。因此，滑動產物可形成在滑動薄膜的側面或配合部件的側面上，或者可形成這兩個側面上。而且，所形成的滑動產物可作為薄膜完全或部分地覆蓋滑動表面?；蛘撸瑒赢a物以分散形式存在于滑動表面上。存在的滑動產物的形式并不重要。
作為這種滑動產物的某些示例，可使用鎳合金和鎳化合物，其由包括Sn、Pb、In、或Bi及Ni的低熔點材料以及滑動產物形成元素形成。例如，當?shù)腿埸c材料包括Sn且滑動產物形成元素包括Ni時，滑動產物包括Sn-Ni化合物。采用斜盤式壓縮機作為示例，低熔點材料可形成斜盤的表面，并且鎳鍍層可形成在與斜盤滑動接觸的滑履的表面上，本發(fā)明的滑動薄膜包括Sn。在這種情況下，Sn-Ni化合物層可作為新的產物形成。依據(jù)本發(fā)明人進行的實驗和研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所獲得的Sn-Ni化合物層如此形成，即，使得該化合物層粘接到滑履的表面上，以便形成新的滑動表面，其中Sn是微小顆粒并分散。
作為另一示例，可形成“第二”滑動產物層。當固體潤滑劑包括與Sn在一起的MoS2顆粒時，本發(fā)明人注意到這樣的情況，包括Sn-S-Mo的滑動產物層在早期階段中通過摩擦形成在本發(fā)明的滑動薄膜的表面上，該滑動產物層被認為進一步提高了該滑動薄膜的耐磨性。注意，存在多種滑動產物連續(xù)形成的情況。在這種情況下，滑動產物分別稱為并分為“第一”滑動產物、“第二”滑動產物、“第三”滑動產物等，以便方便描述。注意，階數(shù)越高的滑動產物層越遠離地形成在本發(fā)明的滑動薄膜的滑動表面上。
(6)用于滑動薄膜的組合物、用于形成滑動薄膜的方法、用于制造滑動件的方法依據(jù)本發(fā)明的用于滑動薄膜的組合物包括用于形成本發(fā)明的滑動薄膜所需的成分，即，至少為固體潤滑劑、粘合劑樹脂、和低熔點材料?；诒景l(fā)明的滑動薄膜的規(guī)格，本發(fā)明的組合物包含其它的成分。而且，本發(fā)明的組合物采用的形式取決于形成本發(fā)明的滑動薄膜的方法。例如，當該滑動薄膜通過涂敷形成在基底的表面上時，本發(fā)明的組合物適于作為滑動薄膜的涂料，其中粘合劑樹脂作為漆料。而且，當本發(fā)明的滑動薄膜由轉印方法形成時，本發(fā)明的組合物適于作為用于滑動薄膜的漿料，以便例如形成更便于絲網(wǎng)印刷的轉印薄膜。
當在基底的表面上由滑動薄膜的涂料形成該滑動薄膜時，該形成方法包括以下步驟將用于滑動薄膜的涂料涂敷到基底的表面上，涂料的粘性適當?shù)鼗谕糠蠓椒▉砜刂?；以及對在該涂敷步驟之后借助例如加熱所形成的涂料薄膜進行烘焙。該涂敷步驟可借助刷涂、噴涂、和浸沒在涂料浴槽中來實現(xiàn)。更具體地說，可采用已知的涂敷方法，例如輥涂敷、輥涂布、空氣噴涂涂敷、無空氣的噴涂涂敷、靜電涂敷、電沉積涂敷和絲網(wǎng)印刷。
在烘焙步驟中，涂敷在基底的表面上的涂料薄膜在預定的條件下被加熱，以便穩(wěn)固地形成滑動薄膜并同時使得所形成的滑動薄膜粘接到基底的表面上。烘焙步驟可與干燥步驟組合，該干燥步驟用于使得在涂敷步驟之后所形成的涂料薄膜干燥。而且，當粘合劑樹脂包括熱固樹脂時，熱固樹脂經(jīng)過交聯(lián)以便在烘焙步驟中固化。
當在基底的表面上通過轉印步驟形成本發(fā)明的滑動薄膜時，該形成步驟包括以下步驟借助將用于滑動薄膜的漿料絲網(wǎng)印刷到安裝基底上從而形成轉印薄膜；將所獲得的轉印薄膜轉印到基底的表面上；以及對于基底的表面形成的涂料薄膜進行烘焙。已經(jīng)描述了本發(fā)明的用于形成的方法。然而，應當理解對于形成方法的上述描述可類似地應用于制造本發(fā)明的滑動件的方法中。
(7)滑動裝置本發(fā)明的滑動裝置包括形成有本發(fā)明的滑動薄膜的滑動件；以及與該滑動件的滑動薄膜滑動接觸的配合部件。對于這樣滑動裝置而言，可構想到許多不同類型的裝置。例如，即使限于機動車的領域，也具有發(fā)動機、各種泵、用于空調器的斜盤式壓縮機。在下文中，斜盤式壓縮機即用于機動車空調器的制冷劑壓縮機作為示例詳細描述，并且其上形成有本發(fā)明的滑動薄膜的斜盤也將參照附圖進行詳細描述。
圖1示出了本發(fā)明的滑動裝置的實施例的斜盤式壓縮機“C”的截面圖。斜盤式壓縮機“C”包括前殼體16、缸體10、和后殼體18，在圖中以從左到右的順序布置。前殼體16、缸體10、和后殼體18形成殼體21，其中設置有轉軸50、斜盤60、單頭活塞14(以下稱為活塞14)、和電磁控制閥90。
在缸體10中，形成有多個柱形缸孔12，以便以環(huán)形方式圍繞缸體10的軸向中心。活塞14往復地裝配在相應的缸孔12中。前殼體16安裝到缸體10的軸向相反端面中的一個端面上。后殼體18借助閥板20安裝到缸體10的軸向相反端面中的另一個端面上。
入口腔22和出口腔24設置在后殼體18與閥板20之間。入口腔22和出口腔24分別借助入口端口26和出口端口28與未示出的制冷循環(huán)回路連接。而且，閥板20設置有入口孔32、入口閥34、出口孔36、和出口閥38。
轉軸50在缸體10的軸向中部被旋轉地支承。轉軸50的相反端中的一個端部與未示出的驅動源連接。斜盤60可軸向相對移動且相對于轉軸50傾斜地安裝。斜盤60設置有通孔61，其位于斜盤60的軸向中心線上，并且轉軸50穿過該通孔。通孔61具有沿上下方向朝向相反側開口的尺寸從大到小逐漸減小的內徑，因此在相反側開口橫截地形成窄縫。旋轉盤62固定在轉軸50上，并且還借助止推軸承64可旋轉地支承在前殼體16上。
鉸接機構66使得斜盤60與轉軸50一起旋轉，并且同時使得斜盤傾斜。注意，斜盤60的傾斜伴隨著相對于轉軸50的軸向移動。鉸接機構66包括支承臂67、導向銷69、和斜盤60的通孔61、以及轉軸50的外周表面。支承臂67固定到設置到旋轉盤62上。導向銷69固定地設置在斜盤60上，并且可滑動地裝配到支承臂67的導向孔68中。
活塞14包括接合裝置70和活塞頭72。接合裝置70以類似凹座的形式與斜盤60的外周接合?；钊^72與接合裝置70成一體，并且分別可滑動地裝配到缸孔12中?；钊^72是中空的以便減輕重量?；钊^72、缸孔12、閥板20共同地形成壓縮腔。注意，接合裝置70借助成對的半球形冠狀滑履76與斜盤60的外周接合。注意，活塞14稱為單頭活塞，這是因為接合裝置70的僅一個相反側設置有活塞頭72。
旋轉的斜盤60使得活塞14往復地運動。具體地說，斜盤60的選擇運動借助滑履76轉變成活塞14的線性往復運動。在吸氣沖程過程中，活塞14從上死點移動到下死點，在入口腔22中的制冷劑氣體經(jīng)由入口孔32和入口閥34被吸入到缸孔12內的壓縮腔中。在壓縮沖程過程中，活塞14從下死點移動到上死點，保持在缸孔12內的壓縮腔中的制冷劑氣體被壓縮，并且經(jīng)由出口孔36和出口閥38排到出口腔24中。當制冷劑氣體被壓縮時，壓縮的反作用力軸向地作用在活塞14上。前殼體16經(jīng)由活塞14、斜盤60、旋轉盤62、和止推軸承64從而承受該壓縮反作用力。
通氣通道80設置成穿過缸體10。通氣通道80使得出口腔24與斜盤腔86連接，該斜盤腔形成在前殼體16與缸體10之間。在通氣通道80的中部附近，設置有電磁閥90。包括計算機的未示出的控制設備基于關于冷卻負荷的信號來控制供應給電磁閥90的電磁線圈92的電流。
在轉軸50中，設置有排氣通道100。排氣通道100的相反端部中的一個端部通向設置在缸體10的中心附近的支承孔102，并且相反端部中的另一個端部通向斜盤腔86。注意，支承孔102經(jīng)由排氣端口104與入口腔22連通。
斜盤式壓縮機“C”是排量可變式的壓縮機。即，作為高壓側的出口腔24與作為低壓側的入口腔22之間的壓力差可用于控制斜盤腔86內的壓力。因此，可以控制在斜盤腔86內的壓力、作用在活塞14的后端上的壓力、以及缸孔12內的壓縮腔壓力之間的壓力，壓縮腔壓力作用與活塞14的前端。因此，斜盤60的傾斜角度可改變，以便改變活塞14的行程，由此控制斜盤式壓縮機“C”的出口排量。注意，可通過給電磁控制閥90通電或斷電，使得斜盤腔86與出口腔24連通或切斷斜盤腔86與出口腔24的連通，從而可實現(xiàn)對斜盤腔86中的壓力的控制。
注意，在依據(jù)本實施例的斜盤式壓縮機“C”中，除了少數(shù)的鉸接機構66之外，用于改變斜盤60的傾斜角度的裝置還包括缸孔12、活塞14、入口腔22、出口腔24、支承孔102、通氣通道80、斜盤腔86、電磁控制閥90、排氣通道100、排氣端口104、以及未示出的控制設備。
缸體10和活塞14由鋁合金制成?；钊?4的外周表面設置有氟碳樹脂涂層。氟碳樹脂涂層防止與類似金屬直接接觸，以便加強抗咬合特性，并且同時盡可能地減小活塞14與缸孔12之間裝配空間(或間隙)。
活塞14的接合裝置70大致形成為截面為U形，并且包括成對的臂120、122和連接器124。臂120、122沿穿過活塞頭72的軸向中心線的方向彼此平行地延伸。連接器124使得臂120、122的基部端彼此連接。在臂120、122的彼此面對的內側向表面中，形成有凹形的球面128，其相應地作為滑履保持表面。注意，這兩個凹形球面128位于相同的球面上。
參照圖2，滑履86形成半球形的冠狀形狀，并且包括球面132和平表面138。球面132即滑履76的外周表面中的一個表面大致形成為凸形的球面。平表面138即滑履76的外周表面中的另一個表面大致形成為平的。在球面132上，滑履76由活塞14的凹形球面128可滑動地保持。在平表面138上，滑履76與相對的滑動表面140、142即斜盤60的外周相反表面接觸。因此，滑履76在相反側面上保持斜盤60的外周。當滑履76如此保持斜盤60時，成對的滑履76設計成便于使得球面132的凸形球面位于相同的球面上。即，滑履76形成為半球形的冠狀形狀，其比實際的半球小大約斜盤60的厚度的一半。
斜盤60的基底160包括球墨鑄鐵，例如按照日本工業(yè)標準(以下稱為JIS)的FCD700、FCD600、FCD500。或者，基底160可包括設備結構的碳綱鋼，例如按照JIS的S45C和S55C；鉻鉬鋼，例如按照JIS的SCM，或銅合金。
在基底160的相反側面162、163上，形成有固體潤滑劑層166，以及本發(fā)明的滑動薄膜。固體潤滑劑層166包括MoS2、石墨、和PTFE(即固體潤滑劑)；錫細粉(即低熔點材料)，以及PAI(即粘合劑樹脂)。固體潤滑劑層166具有大約10-20微米的厚度。注意，固體潤滑劑層166僅僅是本發(fā)明的滑動薄膜的一個示例。依據(jù)斜盤式壓縮機“C”的規(guī)格，可使用其它的固體潤滑劑層。
固體潤滑劑層166可按以下方式形成，例如，液體涂料(即本發(fā)明的用于滑動薄膜的組合物)包括上述的固體潤滑劑層166的組分，該涂料借助噴涂或轉印均勻地粘接到基底160的外表面上。注意，在此的術語“轉印”意味著使用用于輥涂敷的涂料進行絲網(wǎng)印刷。噴涂是涂料噴涂到在先固定的基底160上的方法，以便涂料均勻地粘接到基底160上。在噴涂或轉印之后所形成的涂料薄膜進行烘焙以便固化。最后，涂料薄膜的外表面被拋光，以便使得固體潤滑劑層166具有可適當?shù)乜刂频念A定的尺寸和粗糙度。
固體潤滑劑層166的存在使得斜盤60展示出良好的滑動特性，例如足夠的抗咬合特性和低摩擦。因此，即使斜盤式壓縮機“C”在惡劣狀態(tài)下(例如無潤滑狀態(tài)或潤滑較差的狀態(tài)下)工作時，可避免在斜盤60與滑履76之間(即滑動件之間)出現(xiàn)咬合。因此，可確保斜盤式壓縮機“C”展示出高耐用性和高可靠性。
注意，與固體潤滑劑層166類似的滑動薄膜可形成在缸孔12的內周表面上和活塞14的活塞頭72的表面上，并且滑動薄膜還形成在滑履76的外周表面上和接合裝置70的凹形球面128的表面上。
成對的滑履76通常由按照JIS(日本工業(yè)標準)的SUJ2高碳鉻軸承鋼制成，但是其可以由鋁合金制成，其表面設置有鎳鍍層。具體地說，成對的滑履76可包括由鋁合金制成的基底，該鋁合金包含硅，例如Al-Si基合金，相當于按照JIS的A4032，還包括形成在基底上的鎳基鍍層薄膜，例如Ni-P、Ni-B、Ni-P-B、和Ni-P-B-W鍍層薄膜。注意，鎳基鍍層薄膜可由單個薄膜形成或由多個不同或相同類型的薄膜形成。
與固體潤滑劑層166類似的滑動薄膜以及上述的鎳基鍍層薄膜可覆蓋基底的整個表面，或者僅僅覆蓋承受惡劣滑動狀態(tài)的基底的表面的一部分。
排量可變的斜盤式壓縮機作為本發(fā)明的滑動裝置的實施例進行了描述。然而，本發(fā)明的滑動裝置并不限于此。壓縮機作為一種滑動裝置可以是排量可變或排量固定的。而且，其壓縮系統(tǒng)可以是往復式的系統(tǒng)，例如斜盤式系統(tǒng)、擺動系統(tǒng)、或旋轉式系統(tǒng)，例如葉片式系統(tǒng)或渦旋式系統(tǒng)。此外，在用于空調器的壓縮機的情況下，制冷劑的類型并不重要。例如制冷劑可以是用于碳氟化合物的替代制冷劑，或者可以是二氧化碳。
示例以下將描述設置有多個本發(fā)明的滑動薄膜的示例的滑動件，并且對于其滑動薄膜的滑動特性進行評價。
(制備用于滑動薄膜的涂料)以下物質加入到粘合劑樹脂PAI的樹脂漆料中，即PTFE粉末，具有0.2-100微米平均顆粒直徑的固體潤滑劑；具有0.3-10微米平均顆粒直徑的石墨粉末；具有3-40微米平均顆粒直徑的MoS2粉末；以及各種金屬粉末，具有5-20平均顆粒直徑的低熔點材料。添加劑在樹脂漆料中攪拌并分散。由此制備成用于滑動薄膜的涂料。
當形成的(除了低熔點材料之外的)整個滑動薄膜表示為重量百分比100％(以下由“％”表示)時，化合物比例控制成如下情況對于PAI為34.49％；對于PTFE為20.73％；對于石墨為10.85％；對于MoS2為33.93％。注意，表1列出了低熔點材料的類型及其化合物比例。
(試樣的制造方法)為了模擬斜盤式壓縮機的斜盤，環(huán)形盤制備成基底。注意，環(huán)形環(huán)由鑄鐵(例如按照JIS的FCD700)制成，并且具有95毫米的外徑、16毫米的內徑、和6毫米的厚度。在除去油脂且清洗基底的表面之后，用于滑動薄膜的上述各種涂料通過噴涂涂敷到各個表面上，同時控制涂敷量，(即涂敷步驟)。形成有涂料薄膜的基底放置在保持有空氣的加熱爐內，并且加熱到200攝氏度一小時以便使得涂料薄膜干燥并烘焙，(即烘焙步驟)。在冷卻基底之后，所形成的滑動薄膜的表面被拋光，以便將滑動薄膜的厚度控制在大約10微米。此刻，滑動薄膜展示出按照JIS的1.0-3.2微米的粗糙度Rz。因此，制備成表面覆蓋有滑動薄膜的滑動件(即試樣)。
為了模擬斜盤式壓縮機的滑履，采用了半球形的冠狀部件作為與滑動薄膜滑動接觸的配合部件。該配合部件的滑動表面形成為直徑13.5毫米的圓。配合部件由鋁合金(例如重量百分比12％的鋁和重量百分比4％的硅)制成。而且，配合部件的滑動表面經(jīng)過無電極的鎳鍍敷。此外，另一配合部件由按照JIS的SUJ2軸承鋼制成，并且其滑動表面不進行任何的鍍敷。
(干式制動測試)通過使用如圖3所示的干式制動測試設備，可測量咬合(卡缸)時間。在此，咬合時間意味著設置有滑動薄膜的基底(以下簡稱為“斜盤”)與鎳鍍敷的配合部件(以下簡稱為“滑履”)彼此咬合的時間。干式制動測試設備將預定載荷施加到斜盤和滑履上，并且使得它們在預定的氣體環(huán)境下無潤滑地滑動。因此，干式制動測試設備可再現(xiàn)接近實際設備(即斜盤式壓縮機)在無潤滑狀態(tài)下的情況。
具體地說，干式制動測試在兩種測試氣體環(huán)境下即在二氧化碳氣體和CFC替代氣體(例如R134a)中進行。而且，如圖3所示，垂直載荷從圖中的上面施加到兩個滑履上，其控制在200kgf(即1961N)。注意，斜盤和滑履為平面接觸并且其間的壓力為大約2MPa?；瑒铀俣瓤刂圃?0.4米/秒。注意，滑動速度是圍繞斜盤和滑履接觸的假想圓的圓心旋轉的平均速度。為了以不同方式來表示，斜盤以3000rpm的速度旋轉，同時滑履保持固定，并且滑履穩(wěn)定地在斜盤上相對移動。此外，在用于保持滑履的球形座中，埋設有用于測量滑履的溫度的熱電偶。
為了判斷是否出現(xiàn)了咬合，需觀察扭矩的改變，該扭矩是驅動馬達用于使斜盤以恒定速度旋轉所需的扭矩。即，連續(xù)地測量扭矩隨時間的改變，并且當扭矩增大15kgf·cm或更突然的改變時，可判斷出現(xiàn)了咬合。
以下的表1和表2總結了由此測量的相應的滑動薄膜的咬合時間的結果。表1代表了當包含在滑動薄膜中的低熔點材料的類型和含量(以整個滑動薄膜為100％重量百分比時的重量百分比％表示)改變時，在2MPa的二氧化碳氣體環(huán)境中測量的滑動薄膜的咬合時間。表2代表了當使用采用Sn基低熔點材料并展示出特別優(yōu)于表1所示的其它滑動薄膜的滑動特性的滑動薄膜時，咬合時間取決于滑履的類型和測試氣體環(huán)境的情況。
表1

測試氣體環(huán)境2MPa-二氧化碳；并且干燥表2

注意，表2中的試樣No.11、試樣No.14、試樣No.17、試樣No.20、試樣No.23、試樣No.26分別與表中的試樣No.1、試樣No.2、試樣No.6、試樣No.7、試樣No.8、試樣No.9相同。而且，圖4示出了表2所示的咬合時間的散點圖。在圖4中，由于咬合時間在相同的測試條件也是波動的，因此由實心點“●”表示多個數(shù)據(jù)。在對應于圖4的表2中列出多個咬合時間。
(ring on block試驗)根據(jù)圖5所示的環(huán)-塊試驗裝置，對于在基材上實施了滑動薄膜的滑動部件的試驗片測定了摩擦力的時間變化。在該試驗裝置中，在規(guī)定環(huán)境的無潤滑狀態(tài)下(干燥狀態(tài))，使方柱塊狀的試驗片在圓筒狀的配對材料上滑動，并對其施加規(guī)定荷載，利用作用在試驗片上的反作用力來測定作用在滑動面上的摩擦力。在此所使用的試驗片是從由滑動薄膜(厚度約20μm)包覆的環(huán)狀圓盤(前述的斜盤)上切出的6.5×7.0×6.0mm的方柱塊部件(圖5)。配對材料的外周面與試驗片的滑動薄膜滑動地接觸。配對材料由φ35mm的鉻鋼(JIS相當于SCR420的材料)制成，其表面進行滲碳處理，表面粗糙度研磨成Rz1.7μm左右。另外，試驗片準備兩種滑動薄膜包含20％質量的作為低熔點材料的Sn所得的試驗片；不含有低熔點材料的試驗片。
該環(huán)塊試驗在大氣環(huán)境中進行10分鐘。從圖上方施加到試驗片上的垂直荷載為0.87kgf(8.5N)。滑動速度恒定為100mm/sec。換言之，對試驗片進行固定，同時使配對材料以54rpm恒定地旋轉，由此進行試驗。但是，在該試驗前，以上述滑動速度預先進行垂直荷載0.22kgf(2.2N)×1分鐘的慣性運轉、接著進行垂直荷載0.44kgf(4.3N)×1分鐘的慣性運轉。另外，隨著本試驗的進行，試驗片與配對材料之間的滑動面積變大，所以面壓力也隨之降低，從試驗后的表面觀察，可以推定出兩者間的面壓力為10kgf/cm2(1Mpa)左右。
圖6和圖7示出了表示由環(huán)塊試驗得到的摩擦力的時間變化的圖表。圖6是滑動薄膜中沒有低熔點材料的情況，圖7是在滑動薄膜中含有20％的Sn的情況。
在觀察環(huán)塊試驗后的各試驗片的滑動面時，在滑動薄膜中沒有低熔點材料的情況下磨耗寬度為1.69mm。如果將其換算成磨耗深度則相當于約20.3μm。另一方面，在滑動薄膜中含有20％的Sn的情況下，磨耗寬度為1.32mm，如果將其換算成磨耗深度則相當于約12.4μm。圖7對比地示出了各磨耗深度。
(SEM分析及EPMA分析)使用在滑動薄膜中含有20％的Sn的試驗用材料進行干燥制動(dry lock)試驗(在與表2中的試驗用材料No.14相同的條件下)，對試驗后的斜盤及滑履的滑動表面進行了SEM(電子掃描顯微鏡)及EPMA(電子束微分析)分析。觀察的滑動面是從試驗開始150秒后的燒結前的滑動面。圖8示出了其滑動薄膜的SEM照片，圖9示出了其EPMA照片。
作為上述分析的結果，確認了在斜盤一側的滑動薄膜中，Sn不是呈粒子狀而是處于廣泛地分布在滑動薄膜中的狀態(tài)(圖9)。此外，還確認了在實施了鍍鎳的滑履表面上具有Sn或Ni-Sn化合物(滑動生成物)。進而，還確認了在該Ni-Sn化合物的表面上，通過從滑動薄膜中移出的MoS2與Sn而形成了新的(第二)滑動生成物層(Sn-S-Mo化合物)。
(評價)從表1、表2及圖4可知，通過使滑動薄膜含有低熔點材料，燒結時間延長為以往的4倍～5倍。即使配對材料或滑動氣體環(huán)境發(fā)生變化，通過本發(fā)明的滑動薄膜來提高抗咬合性的趨勢基本不變。作為該主要原因，首先，在粒子狀的低熔點材料熔融等而廣泛地分布到滑動薄膜中之際(參照圖9)，吸收摩擦熱量，抑制滑動薄膜的熱劣化而延長了其壽命。進而，從圖4可知，若滑動薄膜含有作為低熔點材料的Sn，在配對材料的表面上實施鍍鎳，則其抗咬合性的提高效果格外顯著。
作為該主要原因，從前述EPMA的分析結果可知，認為是在配對材料的滑履表面上新形成的滑動生成物(Ni-Sn化合物)或者進一步在該Ni-Sn化合物表面上形成的第二滑動生成物層的影響。該滑動生成物或第二滑動生成物層存在于滑動面上，降低了滑動面之間的摩擦系數(shù)，其結果，提高了抗咬合性。這一點從圖6及圖7的結果就可以明顯地看出。即、在不含有低熔點材料的現(xiàn)有滑動薄膜的情況下(圖6(a))，在無潤滑(干燥)狀態(tài)下持續(xù)滑動5分鐘左右后，摩擦力急劇地上升并劇烈地變化。認為產生了燒結而導致了上述現(xiàn)象。另一方面，在含有低熔點材料的本發(fā)明滑動薄膜的情況下(圖6(b))，在試驗過程中摩擦力(即、摩擦系數(shù))非常穩(wěn)定，幾乎沒有變動。這一點不拘泥于在無潤滑(干燥)狀態(tài)下的滑動，穩(wěn)定的滑動特性得到保持，不產生燒結。
此外，如表2或圖4的結果可知，在設置了含有Sn的滑動薄膜的情況下，即使在高面壓力(2Mpa)的CO2氣體環(huán)境的嚴酷環(huán)境下，也可以確認為以往的替代氟利昂(R134a)氣體環(huán)境同等以上的、非常優(yōu)異的抗咬合性。這樣高的抗咬合性在含有20％以上的Sn的情況下當然可以得到，即使在含有2％左右的Sn的情況下也可以得到。
另外，即使是Sn類材料，在將熔點比粘接劑樹脂(PAI)的玻璃轉移溫度高出很多的Sn-20％Cu(液相線溫度545℃)混雜在滑動薄膜中的情況下，不能得到上述的效果，只示出了與完全不含有低熔點材料的以往滑動薄膜同樣的抗咬合性。
進而，在干燥鎖定試驗中，在以熱電偶對滑履的表面溫度進行測定時，含有低熔點材料的滑動薄膜與不含有低熔點材料的滑動薄膜相比，其溫度上升緩慢。該主要原因被認為是如前所述，由低熔點材料的熔融發(fā)揮了吸收摩擦熱的吸熱效果、以及利用滑動生成物使摩擦系數(shù)穩(wěn)定等。
盡管詳細地描述了本發(fā)明的最佳實施方式，但是本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可對實施本發(fā)明的結構和實施方式進行各種改變和變型。
權利要求
1.一種滑動薄膜，其包括固體潤滑劑；用于使得該固體潤滑劑保持在基底的表面上的粘合劑樹脂，該粘合劑樹脂展示出玻璃轉化溫度；以及低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點。
2.如權利要求1所述的滑動薄膜，其特征在于，該低熔點材料包括從由單種金屬物質、合金、和化合物構成的一組材料中選擇的至少一種材料。
3.如權利要求1所述的滑動薄膜，其特征在于，該低熔點材料包括從由低熔點的單種金屬物質、合金、和化合物構成的一組材料中選擇的至少一種材料，該低熔點的單種金屬物質包括從錫(Sn)、鉛(Pb)、銦(In)、和鉍(Bi)中選擇的至少一種元素，該合金包括所述元素中的至少一種，該化合物包括所述元素中的至少一種。
4.如權利要求1所述的滑動薄膜，其特征在于，相對于重量百分比100％的整體而言其包括重量百分比0.1-60％的該低熔點材料。
5.如權利要求1所述的滑動薄膜，其特征在于，還包括與低熔點材料發(fā)生反應的滑動產物形成元素，以便在滑動表面上形成具有良好滑動特性的新的滑動產物。
6.如權利要求5所述的滑動薄膜，其特征在于，該低熔點材料包括從錫(Sn)、鉛(Pb)、銦(In)、和鉍(Bi)中選擇的至少一種低熔點金屬；包括鎳(Ni)的所述滑動產物形成元素；和該滑動產物包括從鎳合金和鎳化合物構成的一組物質中選擇的至少一種，該鎳合金和鎳化合物由從錫(Sn)、鉛(Pb)、銦(In)、鉍(Bi)、和鎳(Ni)中選擇的至少一種低熔點金屬形成。
7.一種滑動件，其包括基底；和如權利要求1所述的形成在該基底的表面上的滑動薄膜。
8.如權利要求7所述的滑動件，其特征在于，該滑動件作為用于斜盤式壓縮機的斜盤。
9.一種滑動裝置，其包括基底，在該基底上形成有如權利要求1所述的滑動薄膜；和與該基底的該滑動薄膜滑動地接觸的配合部件。
10.一種斜盤式壓縮機，其包括主軸；與該主軸一起旋轉的斜盤；具有柱形缸孔的缸體，該缸孔軸向延伸并且在斜盤側開口；具有與該斜盤接合的接合裝置的活塞，該活塞由擺動的斜盤來驅動，并且該活塞具有從接合裝置連續(xù)地延伸活塞頭，該活塞裝配在該缸體的該缸孔中，并且依據(jù)擺動的斜盤從而在缸孔中往復移動；可擺動地保持在活塞的接合裝置上的成對的滑履，該滑履與該斜盤的表面滑動接觸；和如權利要求1所述的形成在該滑履和該斜盤的表面中的至少一個表面上滑動薄膜。
11.如權利要求10所述的斜盤式壓縮機，其特征在于，其包括形成在該滑履和該斜盤的表面中的一個表面上的滑動薄膜，并且還包括與包含在滑動薄膜中的低熔點材料發(fā)生反應的滑動產物形成元素，以便形成具有良好滑動特性的新的滑動產物，該滑動產物形成元素存在于該滑履和該斜盤的表面中的與滑動薄膜滑動接觸的另一表面上。
12.如權利要求11所述的斜盤式壓縮機，其特征在于，該低熔點材料包括Sn；該滑動產物形成元素包括Ni；和該滑動產物包括Sn-Ni化合物。
13.如權利要求12所述的斜盤式壓縮機，其特征在于，包含在滑動薄膜中的該固體潤滑劑包括從聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨構成的一組中選擇的至少一種；和包含在滑動薄膜中的該粘合劑樹脂包括聚酰胺酰亞胺。
14.一種用于滑動薄膜的組合物，該組合物包括固體潤滑劑；展示出玻璃轉化溫度的粘合劑樹脂；以及低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點，由此形成如權利要求1所述的滑動薄膜。
15.如權利要求14所述的組合物，其特征在于，該組合物用于制成用于滑動薄膜的涂料或用于滑動薄膜的轉印薄膜。
16.一種用于形成滑動薄膜的方法，其包括將用于滑動薄膜的涂料涂敷到基底的表面上，該涂料包括展示出玻璃轉化溫度的粘合劑樹脂的漆料；低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點；和分散在該漆料中的固體潤滑劑；以及借助加熱對在該涂敷步驟之后形成的涂料薄膜進行烘焙，由此形成如權利要求1所述的滑動薄膜。
17.一種制造滑動件的方法，該滑動件包括基底和借助如權利要求16所述的方法形成在該基底的表面上的滑動薄膜。
18.一種用于形成滑動薄膜的方法，其包括將借助印刷漿料從而形成的轉印薄膜轉印到基底的表面上，該漿料包括展示出玻璃轉化溫度的粘合劑樹脂；低熔點材料，該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點，并且該低熔點材料與該粘合劑樹脂混合；和與該粘合劑樹脂混合的固體潤滑劑；以及借助加熱對在該轉印步驟之后形成在該基底的表面上的該轉印薄膜進行烘焙，由此形成如權利要求1所述的滑動薄膜。
19.一種制造滑動件的方法，該滑動件包括基底和借助如權利要求18所述的方法形成在該基底的表面上的滑動薄膜。
全文摘要
一種滑動薄膜，其包括固體潤滑劑、粘合劑樹脂、和低熔點材料。粘合劑樹脂用于使得該固體潤滑劑保持在基底的表面上，該粘合劑樹脂展示出玻璃轉化溫度。該低熔點材料展示出低于該粘合劑樹脂的該玻璃轉化溫度的熔點。低熔點材料的潛熱可吸收在滑動件之間產生的摩擦熱，因此阻止粘合劑樹脂的變差。因此，該滑動薄膜可獲得更好的抗咬合特性。
文檔編號C10M125/22GK1699445SQ200510074639
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權日2004年5月21日
發(fā)明者杉浦學, 杉岡隆弘, 川浦宏之, 小林孝雄, 渡邊吾朗, 鈴木憲一, 太刀川英男, 長谷川英雄 申請人:株式會社豐田自動織機