滑動部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及滑動部件，其中由燒結(jié)體形成的基材中的滑動部分含有氟聚合物。該 滑動部件具有高耐磨性，并且可以適用于無潤滑軸承、油泵轉(zhuǎn)子、凸輪環(huán)等中。
【背景技術(shù)】
[0002] 氟樹脂在化學(xué)上非常穩(wěn)定，并且具有低粘附性和低摩擦性（低摩擦系數(shù)）。由于這 些特性，氟聚合物被廣泛用于諸如密封件和包裝（seals and packing)等各種工業(yè)產(chǎn)品、以 及炊具等消費(fèi)品中。
[0003] 無潤滑軸承等滑動部件要求低的摩擦系數(shù)，并且往往要求耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。 因此，據(jù)預(yù)測，在不久的將來，滑動部件將由氟聚合物形成。然而，滑動部件要求高耐磨性， 而氟聚合物存在磨損方面的問題。因此，除非氟聚合物的耐磨性得到改善，否則難以將氟聚 合物應(yīng)用于滑動部件中。
[0004] 已知的是，可通過向氟聚合物添加填料從而提高氟聚合物的耐磨性。然而，填料可 能損害氟聚合物所固有的優(yōu)異特性，如低摩擦性。在這種情況中，專利文獻(xiàn)1描述了一種通 過電離輻射來改善氟聚合物的耐磨性的方法，并且其披露了由經(jīng)過電離輻射的氟聚合物形 成的滑動部件。
[0005] 據(jù)認(rèn)為，輻射會損害氟聚合物的機(jī)械性能。然而，在特定條件下的輻射可改善機(jī)械 性能。例如，專利文獻(xiàn)2披露了 ：在結(jié)晶熔點(diǎn)以上的溫度下以及不存在氧的條件下，劑量在 約lkGy至lOMGy范圍內(nèi)的電離輻射（如電子束輻射）能夠抑制由輻射導(dǎo)致的聚四氟乙烯 (PTFE)的斷裂伸長率或斷裂強(qiáng)度的降低，相反，使得低結(jié)晶性的橡膠表現(xiàn)出彈性、并提高屈 服強(qiáng)度。
[0006] 滑動部件有這樣的問題：由滑動造成的發(fā)熱會導(dǎo)致滑動部件表面溫度升高，從而 使滑動部件更易于磨損。為了解決該問題，已知這樣的方法，其中通過將氟聚合物緊密地粘 附至充當(dāng)基材的金屬材料制散熱器，從而制造滑動部件的方法（專利文獻(xiàn)3)。在該滑動部 件中，散熱器能夠散熱并防止氟聚合物溫度升高（該溫度升高是由于因滑動造成的發(fā)熱而 導(dǎo)致的）。然而，在這種情況中，除了氟聚合物的高耐磨性外，還要求氟聚合物膜和基材之間 的良好的粘附性。
[0007] 引用列表
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利No. 3566805
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利No. 3317452
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本未審查專利申請公開No. 2011-208802

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 技術(shù)問題
[0013] 在專利文獻(xiàn)3中，用氟聚合物包覆金屬材料基材。然而，考慮到更有效的散熱，可 由燒結(jié)體形成基材。專利文獻(xiàn)3并未描述由燒結(jié)體形成的基材。此外，與金屬材料不同的 是，燒結(jié)體具有粗糙的表面。因此，即使在相同條件下形成氟聚合物膜，氟聚合物膜對燒結(jié) 體的粘附性也將不同于氟聚合物對金屬材料的粘附性。
[0014]因此，本發(fā)明的目的是提供這樣一種滑動部件，該滑動部件具有足夠的耐磨性，并 且對于由燒結(jié)體形成的基材具有良好的粘附性。
[0015] 解決問題的手段
[0016] 本發(fā)明人為了解決上述問題進(jìn)行了深入研宄，由此發(fā)現(xiàn)：通過將基材燒結(jié)體的真 密度比（fulldensity ratio)調(diào)節(jié)在預(yù)定范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)足夠的耐磨性和低磨損性，以及 對由燒結(jié)體形成的基材的改善的粘附性。
[0017] 本發(fā)明的主旨包含在如下[1]至[4]之中：
[0018] [1] -種滑動部件，包括：由交聯(lián)的氟聚合物形成的表層；以及基材，其緊密地粘 附至所述表層，其中所述基材為真密度比在〇. 75至0. 96范圍內(nèi)的燒結(jié)體，所述基材由熱傳 導(dǎo)率高于氟聚合物的材料形成，并且所述表層的厚度在lym至300 ym范圍內(nèi)。
[0019] [2]根據(jù)[1]所述的滑動部件，其中所述基材為鐵系燒結(jié)體。
[0020] [3]根據(jù)[1]或[2]所述的滑動部件，其中所述表層的厚度在10 ym至100 ym范 圍內(nèi)。
[0021] [4]根據(jù)[1]至[3]中任意一項(xiàng)所述的滑動部件，其中所述氟聚合物為選自由聚四 氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、和四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物構(gòu)成的組中的 至少一者。
[0022] 發(fā)明的有益效果
[0023] 本發(fā)明能夠提供這樣一種滑動部件，該滑動部件具有足夠的耐磨性，并且對由燒 結(jié)體形成的基材具有改善的粘附性。
[0024] 附圖簡要說明
[0025] [圖1]圖1為實(shí)施例和比較例中推力（thrust)磨損試驗(yàn)（環(huán)-盤（ring-on-disk) 磨損評價(jià)）的示意性透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明。本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施方案和實(shí)施 例。可在不損害本發(fā)明主旨的前提下，對這些實(shí)施方案和實(shí)施例進(jìn)行變型。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的滑動部件包括由交聯(lián)的氟聚合物形成的表層、以及緊密粘附至該表 層的基材。
[0028] 氟聚合物指含氟的樹脂。從機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)品性的角度來看，形成表層的氟聚 合物優(yōu)選為聚四氟乙烯（PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP)、或者四氟乙烯-全氟烷 基乙烯基醚共聚物（PFA)。其中，由于PTFE具有尤其高的機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)品性和耐熱性， 因此更加優(yōu)選。在不損害本發(fā)明主旨的前提下，氟聚合物可含有其他成分。例如，PTFE可 含有基于共聚性單體的微量聚合單元，所述共聚性單體為（例如）全氟（烷基乙烯基醚）、 六氟丙烯、（全氟烷基）乙烯、或者三氟氯乙烯。氟聚合物可為兩種或多種氟聚合物的混合 物。
[0029] 由氟聚合物形成的表層必須粘附至基材。當(dāng)表層剝落、基材裸露出來時(shí)，滑動部件 無法發(fā)揮其功能。
[0030] 由此，為了改善對基材的粘附性，將氟聚合物和基材同時(shí)暴露于電離輻射。未發(fā)生 交聯(lián)或者交聯(lián)不充分會導(dǎo)致氟聚合物的低耐磨性和低機(jī)械強(qiáng)度。電離輻射的劑量通常在約 lkGy至1500kGy的范圍內(nèi)。
[0031] 由氟聚合物形成的表層的厚度優(yōu)選為1 um以上，更優(yōu)選為10 ym以上。表層厚度 過小是不利的，這是因?yàn)榛牡耐共繒尸F(xiàn)于表層上。表層厚度的上限優(yōu)選為300 y m，更優(yōu) 選為100 ym。當(dāng)表層厚度過大時(shí)，因滑動而在部件表面上產(chǎn)生的熱量不易于傳導(dǎo)至基材， 且難以抑制部件的表面溫度的升高。這趨向于造成耐磨性不足。當(dāng)表層厚度在優(yōu)選范圍內(nèi) 時(shí)，因滑動而在滑動面上產(chǎn)生的熱量能被有效地導(dǎo)向基材，并且易于消散。這樣能夠抑制滑 動部件的表面溫度的升高并改善耐磨性。
[0032] 通常通過推力磨損試驗(yàn)（環(huán)-盤磨損評價(jià)），在壓力下使圓筒在樣品上旋轉(zhuǎn)來測量 磨損，從而評價(jià)耐磨性。具體而言，通常利用該試驗(yàn)方法中發(fā)生急劇磨損時(shí)的壓力（P)與轉(zhuǎn) 速（V)的乘積（臨界PV)來評價(jià)耐磨性和動態(tài)摩擦系數(shù)（i〇。本發(fā)明的滑動部件的臨界 PV非常高，并且具有良好的滑動性（lubricity)、高耐磨性和低動態(tài)摩擦系數(shù)。
[0033] 基材由熱傳導(dǎo)率高于氟聚合物的燒結(jié)體形成。通過在低于原料粉末的熔點(diǎn)的溫度 下加熱該原料粉末的聚集體，從而形成該燒結(jié)體。更具體而言，通過用原料粉末填充具有 產(chǎn)品形狀的金屬模具、在預(yù)定壓力下壓縮原料粉末、并且將所得成形體燒結(jié)，從而形成燒結(jié) 體。
[0034] 原料粉末可為金屬粉末或非金屬粉末。金屬粉末可為鐵粉或非鐵金屬粉末。鐵粉 可為純鐵粉、諸如碳鋼粉末的鐵合金粉末、或者部分燒結(jié)的鐵粉。非鐵金屬粉末可為銅、鎳、 錳、鉻或鋁等金屬或者不含鐵的合金的粉末。非金屬粉末可為非金屬的粉末，如石墨粉末或 陶瓷粉末。
[0035] 基材的真密度比（即，形成基材的燒結(jié)體的密度與構(gòu)成該基材的金屬的密度之 比）優(yōu)選為0. 75以上，更優(yōu)選為0. 80以上。真密度比小于0. 75可導(dǎo)致滑動部件的強(qiáng)度不 足。真密度比的上限優(yōu)選為0.96,更優(yōu)選為0.89。真密度比大于0.96趨向于導(dǎo)致低的表 面孔隙率，以及導(dǎo)致對由氟聚合物形成的表層的粘附性不足。
[0036] 基材的體積大于由氟聚合物形成的表層的體積?；木哂懈吣蜔嵝?，從而能夠經(jīng) 受由滑動產(chǎn)生的熱量。當(dāng)形成基材的燒結(jié)體的熱傳導(dǎo)率低于表層的氟聚合物的熱傳導(dǎo)率 時(shí)，則因滑動而產(chǎn)生于部件表面的熱量難以消散，并且難以抑制部件表面溫度的升高。當(dāng)基 材的體積小并且因此熱容量小時(shí)，則很難使通過相同方式產(chǎn)生的熱量消散，并難以抑制部 件表面溫度的升高。
[0037] 基材的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為0. 001cal/°C ? cm ? s以上，更優(yōu)選為0. 01cal/°C ? cm ? s 以上，還更優(yōu)選為0. lcal/°C ? cm ? s以上。
[0038] 基材由熱傳導(dǎo)率高于氟聚合物的材料形成。不含填料的氟聚合物的熱傳導(dǎo)率為 約0. 0005cal/°C ? cm ? s(PTFE為0. 0005cal/°C ? cm ? s)。由此，當(dāng)基材的熱傳導(dǎo)率小于 0. 001cal/°C ? cm ? s時(shí)，這可能造成熱量從由氟聚合物形成的表層向基材的轉(zhuǎn)移不充分。 基材優(yōu)選具有盡可能高的