專利名稱：推力軸承用滑動構件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種推力軸承用滑動構件。更具體地，本發明涉及這樣的推力軸承用 滑動構件，其具有形成在鐵基構件上的磷酸鋅鈣的化學轉化涂層、熱固性樹脂和固體潤滑 劑。因而，所述鐵基構件和所述樹脂膜之間的粘合性能是優異的，并且推力軸承用滑動構件 的耐熱性也是優異的。
背景技術：
通常，與徑向軸承相比，推力軸承難以形成楔形油膜(其通過軸的旋轉而形成)， 并且難以提供滑動表面足夠程度的潤滑油，因此推力軸承通常在邊界潤滑條件下使用。艮口， 與徑向軸承的滑動條件相比，推力軸承的滑動條件更為苛刻，因而推力軸承用滑動構件基 本上具有含有熱固性樹脂和固體潤滑劑的樹脂膜(所述樹脂膜形成在金屬基構件上，例如 鐵基構件)以承受這種苛刻的滑動條件。例如，這種推力軸承用滑動構件用于斜板式壓縮器的斜板。斜板式壓縮器通過活 塞在汽缸中往復運動、同時跟隨斜板的旋轉運動而在汽缸中壓縮氣體，并且斜板向位于斜 板和活塞之間的、起配對構件作用的底托滑動。斜板式壓縮器的斜板適用于來自底托的高 壓力和高速旋轉。因此，由于存在下列一些情況滑動構件的溫度因為滑動而達到約200°C的高溫， 所以用于斜板式壓縮器的斜板的推力軸承用滑動構件需要具有高的耐熱性。因此，推力軸 承用滑動構件上形成的樹脂膜需要具有足以耐受約200°C的高溫的高耐熱性，因而，通常具 有高耐熱性的熱固性樹脂被用作樹脂成分。因此，當制造推力軸承用滑動構件時，在形成樹 脂膜后的最終加工步驟中在200°C或更高的溫度下進行固化。對于鍍覆樹脂膜的推力軸承用滑動構件，在金屬基構件和樹脂膜之間提供中 間層，以改善金屬基構件和樹脂膜之間粘附性能并防止金屬基構件由于暴露而咬粘 (seizure) 0此時中間層通常根據金屬噴射法或金屬燒結法來形成。然而，由于金屬噴射 法和金屬燒結法需要高的成本，因此作為以更低成本形成中間層的方法，使用磷酸錳鈣或 磷酸鋅鈣的溶液通過轉化處理法形成磷酸錳鈣和磷酸鋅鈣的化學轉化涂層正在引起注意 (例如參見專利文獻1)。專利文獻1 日本專利未審查申請公開No. JP-A-58-081220
發明內容
本發明所要解決的問題在常規推力軸承用滑動構件中，當通過金屬噴射法或金屬燒結法形成中間層時， 盡管這些方法需要高的成本，但是容易獲得具有足以耐受200°C或更高的高溫的高耐熱性 的中間層，并且即使樹脂膜在最終加工步驟中在200°C或更高的溫度下固化時中間層也 不產生起泡。相反，當通過轉化處理法形成中間層以降低成本時，無法獲得具有能夠耐受 200°C或更高的高溫的高耐熱性的滑動構件。這是由于在最終加工步驟中在200°C或更高的溫度下固化時，由于化學轉化涂層破裂而產生氣體，因此樹脂膜發生起泡。因此，本發明的目的是提供這樣的推力軸承用滑動構件，其具有能夠耐受200°C或 更高的高溫的高耐熱性。推力軸承用滑動構件具有鐵基構件上的化學轉化涂層以及含有熱 固性樹脂和固體潤滑劑的樹脂膜。另外，中間層可通過轉化處理法形成以降低成本。解決問題的手段作為我們研究以獲得所述目的的結果，本發明人發現磷酸鋅鈣的化學轉化涂層具 有高的耐熱性，并且不會由于化學轉化涂層的破裂而產生氣體，以及在最終加工步驟中在 200°C或更高的溫度下樹脂膜不產生起泡等。本發明人還發現鐵基構件通過所述化學轉化 涂層可以牢固地粘附到所述樹脂膜。因此，完成了本發明。S卩，為了實現上述目的，根據本發明提供下列方面。(1) 一種推力軸承用滑動構件，其中磷酸鋅鈣的化學轉化涂層形成在通過噴丸處 理法處理的鐵基構件上，以及形成樹脂膜，所述樹脂膜包含需要在200°C或更高的溫度下烘烤的熱固性樹脂和 固體潤滑劑。(2)如⑴所闡述的推力軸承用滑動構件，其中所述熱固性樹脂是聚酰胺樹脂或 聚酰胺酰亞胺樹脂。(3)如(1)或(2)所闡述的推力軸承用滑動構件，其中所述固體潤滑劑是選自氟碳 聚合物、石墨和二硫化鉬中的至少一種物質。發明的優點根據本發明，提供這樣的推力軸承用滑動構件，其具有能夠耐受200°C或更高的高 溫的優異耐熱性，原因在于當樹脂膜在200°C或更高的溫度下固化時，不會發生由于中間層 的化學轉化涂層的破裂而產生的氣體。另外，通過在化學轉化涂覆處理前進行噴丸處理，基材的表面積增加，因而鐵基構 件和化學轉化涂層之間的粘附性能得到改善。另外，即使當滑動構件的底層由于在長時間使用中滑動而暴露時，由于化學轉化 涂層和樹脂膜處于混合條件下，因此與配對構件主要由鐵構成的情況相比，滑動構件難以 發生咬粘。即，即使當鐵基構件由于樹脂膜和化學轉化涂層磨耗而暴露在通過噴丸處理而 粗糙化的鐵基構件表面的凸出區域中時，化學轉化涂層或樹脂膜、或者兩者全部保留在粗 糙化的鐵基構件表面的凹陷區域中，因此，與在不進行噴丸處理的條件下暴露的具有光滑 表面的鐵基構件的情況相比，滑動構件難以發生和配對構件的咬粘附圖簡要說明
圖1示出磷酸鋅鈣的差熱分析結果。圖2示出磷酸錳的差熱分析結果。圖3示出磷酸鋅的差熱分析結果。圖4示出實施例1中形成的斜板的外觀。圖5示出比較例1中形成的斜板的外觀。圖6示出實施例1和比較例2中形成的用于測試各斜板的高壓大氣摩擦磨耗試驗 用高壓大氣摩擦磨耗試驗裝置的示意圖。圖7示出在高壓大氣摩擦磨耗測試中與實施例1和比較例2中形成的各斜板接觸的底托背面的隨時間變化的溫度的圖，和測試中各斜板的隨時間變化的摩擦系數的圖。圖8示出實施例1中形成的斜板在高壓大氣摩擦磨耗試驗后的外觀。圖9 (a)和9 (b)示出比較例2中形成的斜板在高壓大氣摩擦磨耗試驗后的外觀。圖10(a)至10(e)示出實施例1中形成的斜板在高壓大氣摩擦磨耗試驗后的外 觀，和通過掃描電子顯微鏡放大的一部分斜板的外觀。附圖標記說明1旋轉軸2 斜板3 底托4接收治具5固定軸本發明的最佳實施方式本發明的推力軸承用滑動構件中使用的鐵基構件可以合適地選自目前用作推力 軸承用滑動構件的鐵基構件的材料，例如碳鋼。在本發明中，在鐵基構件通過噴丸處理法處 理后，在其上形成化學轉化涂層。所述噴丸處理法可以根據用于噴丸處理的熟知方法來進 行，其中基材表面在高壓下噴射丸材料的微細顆粒。另外，鐵基構件的表面粗糙度Rz優選 通過噴丸處理法被控制為在1至15 μ m的范圍內。另外，噴丸處理法使鐵基構件的表面積 增大，并且使鐵基構件和化學轉化涂層之間的粘附性能得到改善。此外，化學轉化涂層的表 面積也增大，并且化學轉化涂層和樹脂膜之間的粘附性能得到改善。通過使用用于形成磷酸鋅鈣的化學轉化涂層的水溶液，在本發明中作為鐵基構件 上的中間層的磷酸鋅鈣的化學轉化涂層得以形成。例如，水溶液含有鋅離子、鈣離子和磷酸 離子。此時，化學轉化涂層通過下列方式形成將通過噴丸處理法處理的鐵基構件浸入用 于形成化學轉化涂層的水溶液中，然后對其干燥，對于其形成方法并不限定。另外，根據需 要，可適當地調節形成的磷酸鋅鈣的化學轉化涂層的厚度，特別地，優選厚度為10 μ m或更 薄(除了 Oym)。在本發明中，在形成為鐵基構件上的中間層的磷酸鋅鈣的化學轉化涂層上，形成 樹脂膜，所述樹脂膜含有需要在200°C或更高的溫度下固化的熱固性樹脂和固體潤滑劑。此 時，作為樹脂膜的樹脂成分，可使用在推力軸承用滑動構件中使用的具有優異耐熱性的各 種熱固性樹脂，例如聚酰亞胺樹脂和聚酰胺酰亞胺樹脂，特別地，優選使用聚酰亞胺樹脂和 聚酰胺酰亞胺樹脂，另外，從滑動特性的角度來看，聚酰亞胺樹脂是更特別優選使用的，在 低摩擦和高溫下尤其是如此。對于熱固性樹脂，可以單獨地使用一種熱固性樹脂，或如果 需要可以使用混合狀態下的兩種或多種熱固性樹脂。具體而言，可以優選使用這樣的熱固 性樹脂，例如由 TORAY INDUSTRIES, INC.生產的 T0RENIECE (商標)和由 UBE INDUSTRIES, LTD.，生產的U-VARNISH。如果需要，樹脂膜中樹脂成分的含量可合適地調節，通常所述含量 優選為30體積％至80體積％，特別地，更優選為40體積％至70體積％另一方面，作為樹脂膜中的固體潤滑劑，可以使用推力軸承用滑動構件中使用的 各種固體潤滑劑。例如，可以使用氟碳聚合物(例如聚四氟乙烯)、石墨、二硫化鉬、二硫化 鎢和氮化硼，特別地，優選使用氟碳聚合物、石墨和二硫化鉬。對于固體潤滑劑，可以單獨地 使用一種固體潤滑劑，或如果需要可以使用兩種或多種固體潤滑劑的混合物。另外，優選的是，固體潤滑劑的平均粒徑為0. 1至45 μ m。另外，可以加入氧化鈦顆粒、氧化銅顆粒、氧化 鋁顆粒等作為摩擦控制劑。這些摩擦控制劑的平均粒徑優選為Inm至10 μ m。樹脂膜中的 固體潤滑劑的含量優選為20體積％至70體積％，特別優選為30體積％至60體積％，盡管 如果需要其可合適地調節。可以根據在推力軸承用滑動構件中形成樹脂膜的傳統方法來進行樹脂膜的形成。 通常，用于形成樹脂膜的涂料組合物初始通過使用Henschel混合器、高速混合器、球磨機、 轉鼓混合器、砂磨機、捏合器等將預定量的熱固性樹脂和固體潤滑劑、以及合適量的有機溶 劑混合來制備。本文中，取決于使用的熱固性樹脂的種類，可使用能夠溶解使用的熱固性樹 脂的有機溶劑，例如可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲苯、醇等。根據需要的樹脂膜涂料 的粘度，使用的有機溶劑的量可以調節以獲得合適的值。隨后，通過噴射法、輥涂法、浸漬法、篩網印刷法、絲印法等，用于形成樹脂膜的制 備的涂料組合物被涂覆在形成為鐵基構件上的中間層的磷酸鋅鈣的化學轉化涂層上，然后 將用于形成樹脂膜的涂料組合物的涂覆膜干燥和固化。這樣，可以形成樹脂膜。本文中，用于形成樹脂膜的涂料組合物的涂覆膜的干燥可以使用干燥烘箱來進 行，固化可以使用惰性爐、在為200°C或更高但低于樹脂成分和固體潤滑劑成分的分解點的 溫度下進行。另外，樹脂膜的厚度優選為2至50 μ m，盡管如果需要其可合適地調節。固化 時間優選為10分鐘至2小時，盡管其取決于固化溫度。本發明的推力軸承用滑動構件在 200°C或更高的溫度下進行固化。本發明的推力軸承用滑動構件適于廣泛應用于斜板式壓縮器的斜板和多種機器 的滑動構件，更具體地，其適用于推力滑動軸承(如墊圈)的滑動構件。
實施例現在通過參照實施例來更詳細地描述本發明，但本發明不應該被理解為以任何方 式受限于下列實施例。(差熱分析)分別對磷酸鋅鈣、磷酸錳和磷酸鋅在氮氣氣氛中、在設定為26°C至350°C的溫度 范圍內、升溫速率為15Cel/min的條件下進行差熱分析。對磷酸鋅鈣進行差熱分析的結果 進行作圖，如圖1所示，對磷酸錳進行差熱分析的結果進行作圖，如圖2所示，以及對磷酸鋅 進行差熱分析的結果進行作圖，如圖3所示由這些差熱分析結果的圖可見，發現在使用磷酸鋅鈣時不產生破裂，即使當其溫 度達到350°C時也是如此，而在使用磷酸錳時在約20(TC的溫度下產生破裂，在使用磷酸鋅 時在約170°C的溫度下產生破裂。〈實施例1>將表面粗糙度Rz在1至10 μ m的范圍內的噴丸處理的斜板鐵基構件浸入磷酸鋅 鈣的水溶液中，此后在干燥烘箱中進行干燥。這樣，在基材上形成作為中間層的3μπι厚的 磷酸鋅鈣的化學轉化涂層。然后，通過捏合機將60體積％的聚酰胺酰亞胺樹脂(由Hitachi Chemical Co.，Ltd.，生產)、20體積％的聚四氟乙烯(由KITAMURA LIMITED生產)和20 體積％的石墨(由Nippon Graphite Industries, Ltd.，生產，其平均粒徑為1 μ m)以及合 適量的作為有機溶劑的N-甲基-2-吡咯烷酮混合，從而制得用于形成樹脂膜的涂料組合物。用于形成樹脂膜的涂料組合物通過輥涂法涂覆在形成為斜板鐵基構件上的中間層的磷 酸鋅鈣的化學轉化涂層上。然后，將用于形成樹脂膜的涂料組合物的涂覆膜在干燥烘箱中 干燥。此后，將涂覆膜在惰性爐中在270°C下固化1小時。通過車床對固化后獲得的樹脂膜 進行旋盤加工，以在樹脂膜表面中形成預定數量的同心布置的凹槽，其深度為1至10 μ m， 間距為0. 05至0. 20mm,從而制得斜板式壓縮器的斜板。在這樣制備的斜板中，樹脂膜通過磷酸鋅鈣的化學轉化涂層牢固地粘附到斜板鐵 基構件。獲得的斜板的外觀的照片示于圖4中。此外，如此后描述的，檢測獲得的斜板高壓 大氣摩擦磨耗試驗。<比較例1>按照與實施例1相同的方式制備斜板，不同之處在于通過使用磷酸錳來代替實施 例1中的磷酸鋅鈣，形成磷酸錳的化學轉化涂層作為中間層。這樣獲得的斜板的樹脂膜起泡，并且樹脂膜和斜板鐵基構件的粘附性較差。獲得 的斜板的外觀的照片示于圖5中。<比較例2>按照與實施例1相同的方式制備斜板，不同之處在于不形成在實施例1中形成為 中間層的磷酸鋅鈣的化學轉化涂層。如此后描述的，檢測這樣獲得的斜板旋轉負荷試驗。〈粘附強度試驗〉通過使用Shimadzu Autograph (由 SHIMADZU Corporation 制造)，分別對實施例 1和比較例2中獲得的斜板進行粘附強度試驗。測試條件治具使用粘附劑粘附至斜板的樹脂膜表面，并且治具沿著斜板的徑向 向外拉引。(試驗結果)獲得的試驗結果示于表1中。表 1 由表1示出的結果清晰可見，本發明的推力軸承用滑動構件在粘附性方面是優異 的。(高壓大氣摩擦磨耗試驗)通過使用圖6示出的高壓大氣摩擦磨耗試驗裝置1，在下列條件下對實施例1和 比較例2中獲得的各斜板進行高壓大氣摩擦磨耗試驗。所述測試裝置裝配有固定于旋轉軸 1的底部的斜板2，此外，三個底托3位于接收治具4的上面，從而被構造為由固定軸5來施 加向上負荷。并且，斜板2被設計為當旋轉軸1旋轉時相對底托3旋轉。測試條件轉速保持恒定為1，OOOrpm。負荷保持為7. 5MPa。測試時間設定為360 分鐘。潤滑條件冷凍劑大氣干燥條件。(評價標準和試驗結果)
評價標準以1，OOOrpm在7. 5MPa下完全運行360分鐘被認為是合格線。試驗結果實施例1中制得的斜板通過合格線。在持續運行68分鐘時，比較例2中制得的斜板發生咬粘。在高壓大氣摩擦磨耗測試中與斜板2接觸的底托3背面的隨時間變化的溫度的 圖、和斜板2的隨時間變化的摩擦系數的圖示于圖7中。由圖7示出的圖清晰可見，與比較 例2中獲得的斜板相比，實施例1中獲得的斜板在長期的時間流逝的情況下引起底托背面 的溫度和斜板的摩擦系數較小的變化，并且明顯地，實施例1中獲得的斜板可以穩定地使 用較長時間。另外，實施例1中獲得的斜板在旋轉負荷試驗結束后的外觀示于圖8中，比較例2 中獲得的斜板在旋轉負荷試驗結束后的外觀示于圖9中。圖9(a)是斜板的整個外觀，并且 (b)是放大的部分外觀。根據這些圖，比較例2中獲得的斜板的鐵基構件表面暴露，從而發 生咬粘。因此，明顯的是，與比較例2中獲得的斜板在使用后經歷的樹脂膜的損壞相比，實 施例1中獲得的斜板在使用后經歷的樹脂膜的損壞更為輕微，即，由這些圖還清晰可見，實 施例1中獲得的斜板可穩定地使用較長時間。另外，實施例1中獲得的斜板在旋轉負荷試驗結束后的外觀示于圖10中。在圖10 中，圖10(a)是如圖8中所示的整體形式的整個外觀，圖10(b)是使用掃描電子顯微鏡放大 100倍的一部分斜板的外觀，圖10(c)是使用掃描電子顯微鏡放大500倍的一部分斜板的外 觀，圖10(d)是通過EDX分析斜板中的C成分的結果，以及圖10(e)是通過EDX分析斜板中 的Zn成分的結果。由圖10清晰可見，實施例1中獲得的斜板的中的磷酸鋅鈣的化學轉化 涂層暴露，然而，明顯的是，這種條件對于滑動性能的影響不大于諸如比較例2之類的鐵基 構件暴露的情況。盡管已經參照其具體例子詳細地說明了本發明，但對本領域技術人員而言顯而易 見的是，在不背離本發明的精神和范圍的情況下可進行各種修改和改變。本申請基于2007 年12月21日提交的日本專利申請(申請No. 2007-330698)，其全部內容通過引用的方式并 入本文中。工業實用性根據本發明，即使當樹脂膜在200°C或更高的高溫下固化時，形成為中間層的化學 轉化涂層也不會通過破裂而產生氣體，結果，可以提供具有足以耐受200°C或更高的高溫的 優異耐熱性的推力軸承用滑動構件。另外，通過在化學轉化涂覆處理前進行噴丸處理，基材的表面積增加，因而鐵基構 件和化學轉化涂層之間的粘附性得到改善。另外，即使當滑動構件的底層由于在長時間使用中滑動而暴露時，由于化學轉化 涂層和樹脂膜處于混合條件下，因此與配對構件主要由鐵構成的情況相比，本發明的滑動 構件難以發生咬粘。更具體地，即使當樹脂膜和化學轉化涂層磨耗、并且鐵基構件暴露在通 過噴丸處理而粗糙化的鐵基構件表面的凸出區域中時，化學轉化涂層或樹脂膜、或者兩者 全部保留在粗糙化的基材表面的凹陷區域中，結果，與在不進行噴丸處理的條件下暴露的 具有光滑表面的鐵基構件的情況相比，本發明的滑動構件難以發生和配對構件的咬粘。
權利要求
一種推力軸承用滑動構件，其中磷酸鋅鈣的化學轉化涂層形成在通過噴丸處理法處理的鐵基構件上，以及形成樹脂膜，所述樹脂膜包含需要在200℃或更高的溫度下固化的熱固性樹脂和固體潤滑劑。
2.如權利要求1所闡述的推力軸承用滑動構件，其中 所述熱固性樹脂是聚酰胺樹脂或聚酰胺酰亞胺樹脂。
3.如權利要求1或2所闡述的推力軸承用滑動構件，其中所述固體潤滑劑是選自氟碳聚合物、石墨和二硫化鉬中的至少一種物質。
全文摘要
本發明旨在提供高耐熱性的推力軸承用滑動構件，其可以通過轉化處理法形成中間層以降低成本，從而以低成本制造，其包括形成在鐵基構件上的化學轉化涂層和形成在所述化學轉化涂層上的包括熱固性樹脂和固體潤滑劑的樹脂膜，并且可以耐受200℃或更高的高溫。同時本發明涉及推力軸承用滑動構件，其特征在于包括進行噴丸處理的鐵基構件，其上形成磷酸鋅鈣的化學轉化涂層，并且還形成樹脂膜，所述樹脂膜包含需要在200℃或更高的溫度下烘烤的熱固性樹脂和固體潤滑劑。
文檔編號F16C17/04GK101903666SQ20088012188
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月17日 優先權日2007年12月21日
發明者坂本記啟, 山根恭平, 袴田光昭 申請人:大豐工業株式會社