NL1022221C2 - Smeersysteem van het type vaste film dat geschikt is voor het bedekken van een metalen, keramisch of polymeer materiaal dat aan wrijving onderhevig is. - Google Patents

Description

Η Η Korte aanduiding: Smeersysteem van het type vaste film dat geschikt is H voor het bedekken van een metalen, keramisch of polymeer materiaal dat aan wrijving onderhevig is.

H 5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een H smeersysteem van het type vaste film dat geschikt is voor het bedekken H van een metalen, keramisch of polymeer materiaal dat aan wrijving H onderhevig is, omvattende een H i) een drager, 10 ii) vaste smeermiddel bestanddelen, en iii) toevoegmiddelen.

H Het in de aanhef genoemde smeersysteem staat ook bekend als zogenaamde AF-coatings (anti-friction coatings) of glijlakken, welke I coatings als hoogwaardige smeermiddelen van het type vast of droog in het 15 algemeen een onderhoudsvrije blijvende smering verschaffen en voldoen aan extreme eisen waaraan de gebruikelijke vloeibare of consistente smeermiddelen niet kunnen voldoen. Voor de scheiding van basis- en I tegenlichaam hoeft er voor anti-friction coatings geen hydrodynamisch I dragende film via de hydrodynamisch werkende snelheid te worden I 20 opgebouwd, zodat onderdelen, die onder een hoge belasting slechts lage I snelheden bereiken of oscillerende bewegingen uitvoeren, vanaf het begin I van de beweging een werkzame scheidende vaste film tussen de oppervlakken bezitten. Onder extreme bedrijfsomstandigheden, bijvoorbeeld hoge temperaturen en drukken, worden AF-coatings toegepast. Daarnaast worden 25 AF-coatings toegepast in situaties waarin de toegankelijkheid voor vloeibare smeermiddelen lastig is. De in de aanhef genoemde AF-coatings vertonen ook voortreffelijke eigenschappen op het gebied van corrosiebescherming, in samenspraak met slijtagevermindering, drukbelastbaarheid en bestandheid tegen omgevingsinvloeden. In combinatie 30 met de toevoeging van corrosiebeschermingsadditieven is het mogelijk om de bekende op metaal aangebrachte coatings, die gevaarlijk voor het I milieu zijn en in het algemeen op chroom, nikkel of cadmium zijn gebaseerd, te vervangen. Oergelijke, hoofdzakelijk Cr(VI) bevattende coatings dienen, ter verkrijging van de vereiste smerende eigenschappen na I verzinken en passiveren van vet te worden voorzien. Daarnaast is vaak de 5 toepassing van lood bevattende verbindingen en andere zware I metaalverbindingen voorzien, welke bestanddelen echter ten aanzien van I carcinogene eigenschappen bedenkelijk zijn. De Europese wetgeving zal I vanaf 2003 de zware metalen lood en cadmium en medio 2007 Cr(VI) verbieden voor toepassing in automobielen. De in de onderhavige 10 beschrijvingsinleiding toegepaste smeer-systemen worden toegepast als een droge duurzame smering van verbindingsmaterialen, zoals moeren, sluitringen en bouten, scharnieren, slotonderdelen, zoals pallen, H stiften, behuizingen en hendels, magneten, lagers, bussen, assen en dergelijke, waarbij sprake is van een constante wrijvingscoëfficiënt, een 15 breed temperatuurgebied, een contactdrukbelasting die de strekgrens van H de meeste metallische materialen overschrijdt. Veroudering of verharsing treedt in het onderhavige smeersysteem niet op. Bovendien is het onderhavig smeersysteem zelfs na een langdurige rustperiode nog werkzaam. Een ander aspect van het onderhavige smeersysteem is dat het een 20 langdurige corrosiebeschermingsfilm verschaft, waarbij sprake is van een H voortreffelijke hechting, zelfs bij extreme vervorming van het werkstuk, waarbij geen sprake is van afschilfering. Het onderhavige smeersysteem is H ook minder gevoelig voor stof, vuil, vocht en chemische invloeden, bestandheid tegen straling ten opzichte van reeds in de handel 25 verkrijgbare smeermiddel systemen en is bovendien eenvoudig aan te brengen op voorbehandelde werkstuk-oppervlakken.

De volgens de stand van de techniek bekende AF-coatings, H zoals bijvoorbeeld bekend uit het Amerikaans octrooi schrift 5.554.020, H kunnen worden beschouwd als suspensies van vaste smeerstoffen met een H 30 zeer kleine deeltjesgrootte, zoals bijvoorbeeld MoS2, grafiet of PTFE in anorganische en organische bindmiddelen en oplosmiddelen.

H Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen H van een smeersysteem dat door zorgvuldige selectie van de geschikte vaste smeermiddel bestanddelen op maat gemaakte AF-coatïngs voor industriële toepassingen kunnen worden bereid.

5 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een vast smeersysteem dat vanuit milieu-oogpunt geen I belastende vaste bestanddelen bezit.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het H verschaffen van een smeersysteem dat geen toepassing van Cr(VI) 10 bevattende precoatings ter verkrijging van de beoogde smerende I eigenschappen vereist.

I Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het I verschaffen van een vast smeersysteem waarbij een breed temperatuurgebied I wordt bestreken, een contactbelasting wordt bereikt die de strekgrens van 15 de meeste in de praktijk toegepaste metalen overschrijdt en die bovendien een goede bescherming tegen corrosie of schuren vertoont.

I Het in de aanhef genoemde vaste smeersysteem wordt volgens I de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de ii) vaste I smeermiddel bestanddelen zijn gekozen uit de groep bestaande uit Zr(0H)4, I 20 Zr(0H)4.nH20, Zr02.nH20, Bi2S3, grafiet-intercalatieverbindingen, grafiet I geïnhibeerde verbindingen, fyllosilicaatverbindingen en CeF3, of een I combinatie hiervan.

Indien een of meer van de hiervoor genoemde vaste smeermiddelen in het onderhavige vaste smeersysteem worden toegepast, dan 25 worden de hiervoor genoemde doelstellingen bereikt.

Ceriumfluoride (CeF3) is een wit kristal met een hexagonale kristalstructuur en onderscheidt zich door de hogedrukeigenschappen die de eigenschappen van MoS2 aanzienlijk overtreffen, omdat CeF3 onder luchtomstandigheden boven 600 °C thermisch stabiel en tegen oxidatie 30 bestand is.

Zirkoniumhydroxide (Zr(OH)J bezit ook onder I luchtomstandigheden bij hoge temperatuur in het bijzonder tot ongeveer 650 °C een goede stabiliteit, waarbij zirkoniumhydroxide in water onoplosbaar is. Tevens kunnen als zirkonium bevattende verbindingen

Zr(0H)4.nH20 en Zr02.nH20 worden toegepast.

5 In tegenstelling tot het volgens de stand van de techniek I bekende MoS2 bezit pure grafiet ondanks de hexagonale structuur geen I intrinsieke smeereigenschappen omdat de bindingskrachten tussen de I C-lagen te sterk zijn. Het grafietrooster vereist voor het onderling I verschuiven van de grafietlamellen daarom een bepaalde gasvormige stof, I 10 zoals waterdamp of gas, die tussen de lagen wordt ingebracht of I "geïntercaleerd" en de afstand tussen de afzonderlijke lagen vergroot.

Wanneer deze geïntercaleerde stoffen door vacuüm of hoge temperaturen I worden verwijderd, dan neemt het wrijvingsgetal van verbindingen met H grafiet toe naar een waarde boven 0,5. Hierdoor wordt in feite de 15 tribologische gevoeligheid van grafiet ten opzichte van luchtvochtigheid en waterdamp verklaard. Om dit mechanisme tot een minimum te beperken worden volgens de onderhavige uitvinding in grafiet een of meer verbindingen toegepast, gekozen uit de groep bestaande uit FeCl3, CuFeS2, a-Fe2P05, AsF5, NiCl2, CaF2, BaF2, Li F, AgCl, AgF, SbF5, Al Cl3, CuCl2, CoCl2, 20 MnCl2, MoC15, SbCl3, SbCl5, en gehydrateerde verbindingen hiervan om de anti-wrijvingseigenschappen van de grafietverbindingen te verbeteren.

In het onderhavige smeersysteem verdient het met name de voorkeur dat de ii) vaste smeermiddel bestanddelen in het systeem aanwezig zijn in een hoeveelheid minder dan 70 gew.%.

25 De in het onderhavige vaste smeersysteem toegepaste ii) vaste smeermiddel bestanddelen bezitten een deeltjesafmeting kleiner dan 5 pm.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat de ii) vaste smeermiddel bestanddelen een deeltjesafmeting in het gebied van 30 25-300 nm bezitten.

Verder kan worden opgemerkt dat de grafiet-intercalatie- verbindingen en de grafiet geïnhibeerde verbindingen de beschikking hebben over een aspectverhouding van ten minste 6:1.

I Als geschikte ii) vaste smeermiddel bestanddelen, zoals toegepast in het onderhavige smeersysteem, kunnen bovendien I 5 fyllosilieaten worden genoemd, welke verbindingen als zogenaamde H laagvormige silicaatverbindingen kunnen worden omschreven die worden I gekarakteriseerd door tetrahedrale Si4010-lagen en octrahedrale lagen die (Mg, Fe,) of Al bevatten. Tot de hiervoor genoemde groep behoren I kaoliniet, chloriet, serpentine, biotiet, muscoviet, I 10 pyrofyll iet/pirofi 11 iet Al Si 02050H (Hv ~ 100 MPa) of ferripyrofylliet I Fe3+2Si4(OH)2010, marienglas CaS04 (hoog plastisch vervormingsvermogen, hoge I μ), synthetisch hi 11ebrandiet (Ca2Si02.H2), vermiculliet I Mg3(Al ,Si)4010(0H)2.4H20, meixneriet Mg6Al2(0H)18.4(H20), p = 1,95 g/cm3, I ettringiet (Ca6Al2($04)3(0H)1226(H20)) [Hv < 1000 MPa], molybdeenhydroxide- I 15 hydraat [Mo03.nH20], met n = 1/3, 1/2, 1 of 2 (ilsemanniet, Hv ~ 4600 I MPa), trigehydrateerde alumina(ATH), aluminiumtrihydroxide als Al(0H)3, I α-Α1(0Η)3 bayeriet, β-Α1(0Η)3 nordstrandiet, doyleite, γ-Α1(0Η)3, I gibbsiet, hydragilliet, alumina, monogehydrateerd of oxohydroxide I (Al(00H) als γ-(Al (00H) boehmiet en α-(Α1(00Η) diaspore, waarbij met name I 20 de groep serpentine met een dichtheid van 2,2 tot 2,6 g/cm3 de voorkeur I verdient. Als ii) vaste, tot de groep van serpentine behorende I smeermiddel bestanddelen kunnen de volgende hydraten/hydroxiden worden genoemd: a. Antigorite (Mg,Fe)3Si205(0H)4, 25 b. Clinochrysotile Mg3Si205(0H)4 (monoklinisch), c. Lizardite Mg3Si205(0H)4 (trigonaal en hexagonaal), d. Orthochrysotile Mg3Si205(0H)4 (orthorhombisch), e. Parachrysotile (Mg,Fe)3Si205(0H)4 (orthorhombisch), en f. Talk Mg3Si40lo(0H)2.

Om de grafiet-intercalatieverbindingen en de grafiet 30 I geïnhibeerde verbindingen tegen oxidatie te beschermen worden aan het I onderhavige vaste smeermiddel systeem [CS]-oppervlaktecomplexen, Zn3P205, I zinkortho- fosfaat, KH2P04, A1P04 en Li20Mg0P205, of een mengsel hiervan I toegevoegd.

Claims (7)

1. 2. Smeersysteem van het type vaste film volgens conclusie 1, I 15 met het kenmerk, dat de ii) vaste smeermiddelen in het systeem aanwezig I zijn in een hoeveelheid minder dan 70 gew.%.
2. 3. Smeersysteem van het type vaste film volgens een of meer I van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ii) vaste smeermiddelen een deeltjeasafmeting < 5 μπι bezitten.
3. 4. Smeersysteem van het type vaste film volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat ii) vaste smeermiddelen een deeltjesafmeting in het gebied van 15-300 nm bezitten.
4. 5. Smeersysteem van het type vaste film volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de grafiet- 25 intercalatieverbindingen en de grafiet-geïnhibeerde verbindingen een aspectverhouding van ten minste 6:1 bezitten.
5. 6. Smeersysteem van het type vaste film volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als fyllosilieaten de serpentinegroep met een dichtheid van 2,2-2,6 g/cm2 wordt toegepast.
6. 7. Smeersysteem van het type vaste film volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de grafiet- I intercalatieverbindingen en de grafiet-geïnhibeerde verbindingen één of I meer verbindingen zijn ingebouwd, gekozen uit de groep bestaande uit I FeCl 3, CuFeS2, a-Fe2P05, AsF5, Ni Cl2, CaF2, BaF2, Li F, AgCl, AgF, SbF5, I Al Cl3, CuC12, CoCl2, MnCl2, MoC15, SbCl3, SbCl5, en gehydrateerde I 5 verbindingen hiervan om de anti-wrijvingseigenschappen van de H grafietverbindingen te verbeteren.
7. 8. Smeersysteem van het type vaste film volgens een of meer I van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de grafiet- I intercalatieverbindingen en de grafiet-geïnhibeerde verbindingen tegen 10 oxidatie worden beschermd door het hieraan toevoegen van [CS]- oppervlakte-complexen, Zn3P205, zink-orthofosfaat, KH2P04, A1P04 en H Li20Mg0P205, of een mengsel hiervan.