DE102008015790A1

DE102008015790A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE102008015790A1
Application number: DE102008015790A
Authority: DE
Inventors: Takuya Inuyama Tanaka; Masahito Inuyama Fujita
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2008-10-09
Also published as: US20080241515A1; GB2448067A9; GB0805510D0; GB2448067B; JP2008240785A; GB2448067A

Abstract

In einem Gleitlager wird eine Überzugsschicht (2), die ein Bindemittelharz und einen festen Schmierstoff enthält, auf einer Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht oder eines Grundmaterials (2) gebildet. Ein flockenförmiges Metall (3) wird als ein thermisch leitender Füllstoff der Überzugsschicht (2) zugesetzt. Die flockenförmigen Metalle (3) sind nah aneinander oder befinden sich in Kontakt miteinander, um eine Wärmebrücke auszubilden, die Wärme von der Oberfläche der Überzugsschicht (2) zu dem Grundmaterial (1) transferieren kann. Die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht (2) wird auf 0,4 W/m.K oder mehr eingestellt, so dass die auf der Oberfläche der Überzugsschicht (2) gebildete Wärme, die von der Rotation einer paarenden Welle herrührt, leicht auf die Seite einer Lagerlegierungsschicht 1 abgeführt werden kann, die Abnahme der Festigkeit der Überzugsschicht (2) unterdrückt werden kann und die Schmiegsamkeit und die Antifresseigenschaft erhöht werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager, in dem eine Überzugsschicht, die ein Bindemittelharz und einen festen Schmierstoff enthält, auf einem Grundmaterial vorgesehen ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Als Gleitlager wie ein Radiallager, welches in Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt wird, sind im Allgemeinen solche im Gebrauch, bei denen eine Al- oder Cu-Lagerlegierung an ein Stützmetall gebunden ist. In den letzten Jahren wurden mit zunehmender Motorenleistung und Umdrehungsgeschwindigkeit der Motoren Verbesserungen in den Gleiteigenschaften wie anfängliche Schmiegsamkeit und Antifresseigenschaft erforderlich, und es wurde üblich, eine Überzugsschicht auf einer Oberfläche einer Lagerlegierungsschicht vorzusehen, um diesen Erfordernissen zu genügen.
Als Überzugsschicht gibt es eine Metallüberzugsschicht, die eine Zinnlegierungsschicht oder dergleichen und eine Harzüberzugsschicht einschließt, worin ein fester Schmierstoff oder dergleichen in einem Grundharz enthalten ist. Die JP-A-07-238936 und die JP-A-2000-240657 offenbaren ein Gleit- bzw. Radiallager, das die Harzüberzugsschicht aufweist. Die Überzugsschicht, die in der JP-A-07-238936 offenbart ist, wird hergestellt, indem ein wärmehärtendes Harz wie ein Polyimidharz, ein Epoxyharz und ein Phenolharz als Grundharz eingesetzt werden und ein fester Schmierstoff wie Molybdänsulfid (im Weiteren MoS₂ bezeichnet) und Graphit (im Weiteren als Gr bezeichnet) dem Grundharz zugesetzt werden. Die in der JP-A-2000-240657 offenbarte Überzugsschicht wird hergestellt, indem ein wärmehärtendes Harz wie ein Polyimidharz, ein Epoxyharz und ein Phenolharz als Grundharz eingesetzt werden und ein leicht sulfurisierbares Weichmetallteilchen aus Cu, Sn, Ag, Zn und dergleichen dem Grundharz zugesetzt werden.
Im Folgenden wird das Grundharz als Bindemittelharz in dem Sinn bezeichnet, dass ein Additiv damit kombiniert wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der JP-A-07-238936 wird ausgeführt, dass das Bindemittelharz, welches die Überzugsschicht darstellt, die Schmiegsamkeit zeigt, indem sie durch eine paarende Welle verschlissen wird, und der feste Schmierstoff weist sowohl die Schmiegsamkeit als auch eine den Reibungskoeffizienten herabsetzende Wirkung auf.
In der JP-A-2000-240657 wird ausgeführt, dass die leicht sulfurisierbaren Weichmetallteilchen in der Überzugsschicht mit Schwefel in dem Schmieröl reagieren und Sulfide bilden, die in ihrem Schmiervermögen auf einer Teilchenoberfläche hervorragend sind, so dass eine den Reibungskoeffizienten verringernde Wirkung erzielt wird.
Da jedoch die Harzüberzugsschicht ein Harz mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit als Grundharz einschließt, ist dessen thermische Leitfähigkeit gering und es ist schwierig, Wärme abzuleiten, die in Folge der Rotation der paarenden Welle auf einer Harzüberzugsschichtoberfläche gebildet wird, an eine Lagerlegierungsschichtseite abzuführen. In der Harzüberzugsschicht mit geringer Wärmestrahlung gegenüber der Lagerlegierungsschichtseite wie in diesem Fall gibt es den Fall, dass die Harzüberzugsschicht während der Rotation der paarenden Welle eine hohe Temperatur erreicht, wodurch die Festigkeit und Härte herabgesetzt wird, was zu einem Ab- bzw. Wegbrechen und zum Festfressen führt.
Wenn die Harzüberzugsschicht dünn ausgestaltet wird (zum Beispiel dünner als 3 μm), kann die an die Lagerlegierungsschicht abgegebene freigesetzte Wärmemenge erhöht werden und die Verringerung der Festigkeit und Härte kann bis zu einem gewissen Umfang unterdrückt werden. Selbst wenn jedoch das Leistungsvermögen in Bezug auf die Wärmefreisetzung verbessert wird, wenn die Harzüberzugsschicht dünn ausgestaltet wird, gibt es eine Obergrenze für die Erhöhung der freigesetzten Wärmemenge der Harzüberzugsschicht, die in ihrer thermischen Leitfähigkeit ursprünglich gering ist. Deshalb kann eine Zunahme der Temperatur nicht vermieden werden und eine Verringerung der Festigkeit und Härte in Folge des Temperaturanstiegs ist unausweichlich. Währenddessen wird die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht im Allgemeinen aufgeraut, so dass sie sich in einem zurück- und vorspringenden Zustand befindet, um die Haftung an die Harzüberzugsschicht zu erhöhen. Wenn die dünne Harzüberzugsschicht in der Härte verringert wird, wirkt eine lokale Belastung auf der Harzüberzugsschicht an den hervorstehenden Teilen der Lagerlegierungsschicht, die sich in einem zurück- und vorspringenden Zustand befindet, und es treten die Probleme des Ab- bzw. Wegbrechens an diesen Stellen und des Festfressens in Folge ungenügender Schmiegsamkeit auf.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht worden und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gleitlagers, in dem eine Überzugsschicht, die ein Bindemittelharz und einen festen Schmierstoff enthält, auf der Oberfläche eines Grundmaterials vorgesehen ist, so dass die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht erhöht werden kann, um das Wärmeabführungsvermögen an eine Seite des Grundmaterials zu verbessern und eine hervorragende Antifresseigenschaft zu erhalten, selbst wenn die Überzugsschicht dünn ausgestaltet wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist die in Patentanspruch 1 definierte Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere flockenförmige(s) Metall(e), ein Kaliumtitanat-Whisker und Ruß der Überzugsschicht als ein thermisch leitender Füllstoff zugesetzt werden, so dass die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht auf 0,4 W/m·K oder mehr eingestellt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird die Überzugsschicht auf der Oberfläche des Grundmaterials (das im Allgemeinen aus einem Metall hergestellt wird) aufgebracht. Als Grundmaterial, auf dem die Überzugsschicht vorgesehen wird, sind zahlreiche Formen denkbar. Im Allgemeinen ist es bei einem Gleitlager, in dem eine Lagerlegierung auf ein Stahlstützmetall aufgebracht wird, häufig der Fall, dass eine Lagerlegierungsschicht als Grundmaterial eingesetzt wird und die Überzugsschicht auf einer Oberfläche der Lagerlegierungsschicht aufgebracht wird. Ebenso ist es möglich, das Stahlstützmetall selbst als Grundmaterial zu verwenden und die Überzugsschicht auf der Oberfläche des Stahlstützmetalls zu bilden. In diesem Fall kann zur Erhöhung der Haftfähigkeit der Überzugsschicht eine poröse Metallschicht durch Aufsintern oder thermisches Aufsprühen beispielsweise einer Kupferlegierung auf die Oberfläche des Stahlstützmetalls vorgesehen werden. Indem die Überzugsschicht auf der Oberfläche des Grundmaterials vorgesehen wird, können die Schmiegsamkeit und die Antifresseigenschaft erhöht werden. Als ein Bindemittelharz für die Überzugsschicht können ein wärmehärtendes Harz wie ein Polyimid harz, ein Epoxyharz und ein Phenolharz verwendet werden. Ein wärmebeständiges Harz wie ein Polyamid-imid (im Weiteren als PAI bezeichnet) und Polybenzimidazol (im Weiteren als PBI bezeichnet) können ebenso verwendet werden.
Indem die Überzugsschicht einen festen Schmierstoff enthält, kann der Reibungskoeffizient verringert und die Schmiegsamkeit erhöht werden. Als fester Schmierstoff können MoS₂, Gr, Polytetrafluorethylen (im Weiteren als PTFE bezeichnet), Wolframdisulfid (im Weiteren als WS₂ bezeichnet) und Gemische davon und dergleichen eingesetzt werden.
Die Überzugsschicht kann zusätzlich zu dem festen Schmierstoff zur Erhöhung der Abriebbeständigkeit harte Teilchen enthalten. Des Weiteren können wie gemäß der JP-A-2000-240657 leicht sulfurisierbare Weichmetallteilchen zur Verwendung als festes Schmiermittel enthalten sein. Als solche harten Teilchen können Nitride wie Siliciumnitrid (Si₃N₄), Oxide wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliciumoxid (SiO₂) und Titanoxid (TiO₂) und Carbide wie Siliciumcarbid (SiC) und Gemische davon verwendet werden. Als leicht sulfurisierbare Weichmetallteilchen können Cu, Sn, Ag, Zn und dergleichen eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisch leitender Füllstoff wie ein flockenförmiges Metall, ein Kaliumtitanat-Whisker und Ruß der auf der Grundmaterialoberfläche ausgebildeten Überzugsschicht wie oben beschrieben zugesetzt werden. Wenn der thermisch leitende Füllstoff in der Überzugsschicht enthalten ist, wird die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht hoch. Der Grund, warum die thermische Leitfähigkeit hoch wird, liegt darin, dass eine Wärmebrücke durch den thermisch leitenden Füllstoff ausgebildet wird.
Während 1 eine schematische Ansicht des Falles ist, in dem ein flockenförmiges Metall 3 in einer Überzugsschicht 2 auf einer Oberfläche eines Grundmaterials 1 beispielsweise enthalten ist, erstreckt sich das Metall 3, das sich flockenförmig ausbreitet, weit in die Ebene, so dass es im Vergleich zu einem körnigen Teil eine große Oberfläche aufweist, selbst wenn das Metall 3 das gleiche Volumen wie das körnige Metall aufweist. Die Größe des flockenförmigen Metalls 3 ist so bemessen, dass es im Durchschnitt in ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 10 μm passt. Auf diese Weise befinden sich die flockenförmigen Metalle 3, die sich in Richtung einer Ebene erstrecken, nahe aneinander oder können vielfach miteinander in Kontakt stehen, so dass die Brücke, über die die Wärme der Oberfläche der Überzugsschicht 2 zu dem Grundmaterial 1 transferiert wird, durch die flockenförmigen Metalle 3 ausgebildet wird, die sich nahe beieinander oder in Kontakt miteinander befinden.
Die 2 zeigt den Fall, in dem ein Titanat-Whisker 4 in der Überzugsschicht 2 enthalten ist. In diesem Fall wird der Kaliumtitanat-Whisker 4 zu einem Whisker geformt (d. h. zu einem Faserkristall bzw. Nadelkristall) und ist daher im Vergleich zu einem granulären mit dem gleichen Volumen lang und dünn. Die Größe des Kaliumtitanat-Whiskers 4 beträgt etwa 0,5 μm in seinem Durchmesser und etwa 20 μm in seiner Länge. Die langen Kaliumtitanat-Whisker 4 können sich vielfach nahe aneinander befinden und sind manchmal länger als die Dickenausdehnung der Überzugsschicht 2. Deshalb kann sich ein Titanat-Whisker 4 zwischen der Oberfläche der Überzugsschicht 2 und dem Grundmaterial 1 erstrecken, so dass der Kaliumtitanat-Whisker 4 eine Brücke bildet, die leicht Wärme von der Oberfläche der Überzugsschicht 2 auf das Grundmaterial 1 transferiert.
Die 3 zeigt den Fall, in dem Ruß 5 in der Überzugsschicht 2 enthalten ist. Der Ruß 5 ist sehr kleinteilig (mit Durchmessern von etwa 3 bis 50 nm) und die Zahl der Rußarten 5 ist im Vergleich zu den flockenförmigen Metallen 3 und den Kaliumtitanat-Whiskern 4, welche in demselben Volumen vorliegen, signifikant groß bzw. hoch. Deshalb sind die Rußarten 5 nahe beieinander oder haben vielfach die Möglichkeit, einan der zu kontaktieren. Durch diese Rußarten 5, die sich nahe beieinander oder in Kontakt miteinander befinden, wird eine Brücke ausgebildet, über die die Wärme der Oberfläche der Überzugsschicht 2 auf das Grundmaterial 1 überführt wird.
Die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht wird auf 0,4 W/m·K oder mehr durch Zugabe eines solchen thermisch leitenden Füllstoffs eingestellt.
Der Gehalt des thermisch leitenden Füllstoffs, der der Überzugsschicht zugesetzt wird, beträgt vorzugsweise 5 bis 20 Volumenprozent im Fall des flockenförmigen Metalls (Patentanspruch 2), im Fall des Kaliumtitanat-Whiskers beträgt er vorzugsweise 1 bis 15 Volumenprozent und im Fall von Ruß vorzugsweise 1 bis 10 Volumenprozent (Patentanspruch 4). In dem Fall, dass der Gehalt innerhalb dieser Bereiche liegt, kann eine Überzugsschicht mit hervorragender thermischer Leitfähigkeit in einfacher Weise erhalten werden.
Der Gehalt beträgt in dem Fall, in dem zwei oder mehrere der flockenförmigen Metalle, Kaliumtitanat-Whisker und Ruß der Überzugsschicht als thermisch leitender Füllstoff zugesetzt werden, vorzugsweise insgesamt 25 Volumenprozent oder weniger (Patentanspruch 5). In dem Fall, in dem der Gehalt innerhalb dieses Bereiches liegt, ist die thermische Leitfähigkeit hervorragend und es kann zuverlässig ein niedriger Reibungskoeffizient aufrechterhalten werden.
Wenn der thermisch leitende Füllstoff der Überzugsschicht zugesetzt wird, kann die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht wie oben beschrieben erhöht werden. In der Überzugsschicht mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit (0,4 W/m·K oder mehr) wird in der Überzugsschicht in Folge der Rotation der paarenden Welle entstehende Wärme in günstiger Weise von der Überzugsschicht auf die Lagerlegierungsschicht übertragen, und deshalb kann verhindert werden, dass die Überzugsschicht eine ungewöhnlich hohe Temperatur erreicht. Deshalb können die Verringerung der Festigkeit und der Härte der Überzugsschicht unterdrückt werden. Weiterhin ist der thermisch leitende Füllstoff relativ hart und somit wird die Härte der Überzugsschicht durch Zugabe des thermisch leitenden Füllstoffs erhöht. In diesem Fall beträgt die Härte der Überzugsschicht vorzugsweise HV20 bis HV40 (Patentanspruch 6). Innerhalb dieses Bereichs wird die Überzugsschicht kaum durch die Vertiefungen und Vorsprünge auf der Grundmaterialoberfläche beeinflusst, und selbst wenn auf den vorspringenden Teil der Grundmaterialoberfläche eine lokale Last einwirkt, kann das Auftreten von Rissen, Brüchen und dergleichen in der Überzugsschicht verhindert werden. Dementsprechend kann das Auftreten von abrasivem Verschleiß, der durch Fremdteilchen hervorgerufen wird, die abgesprungene Teilchen der Überzugsschicht in Folge eines Risses, Bruches oder dergleichen sind, vermieden werden. Zusätzlich ist es möglich, das Auftreten einer lokalen Last zu vermeiden, da die Schmiegsamkeit günstig ist.
In der vorliegenden Erfindung kann die Dicke der Überzugsschicht, der der thermisch leitende Füllstoff zugesetzt worden ist, auf weniger als 3 μm (Patentanspruch 7) eingestellt werden. In diesem Fall wird die Dicke der Überzugsschicht basierend auf der mikroskopischen Methode gemäß JISK5600 bestimmt. Wenn die Oberfläche des Grundmaterials 1 sich in der zurück- und vorspringenden Form, wie sie in 5 gezeigt ist, befindet, wird der Abstand T von der Spitze bzw. dem Scheitelpunkt des hervorspringenden Teils (oder von dem Durchschnittswert der Höhen der Scheitelpunkte der hervorspringenden Teile in einem vorbestimmten Bereich, wenn die Höhen der vorspringenden Teile sich voneinander unterscheiden) zu der Oberfläche der Überzugsschicht (oder dem Durchschnitt der Höhen der Scheitelpunkte der hervorspringenden Teile in einem vorbestimmten Bereich, falls Vertiefungen und Erhöhungen vorliegen) als Dicke der Überzugsschicht angesehen. Da die Überzugsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung in der thermischen Leitfähigkeit wie oben beschrieben hervorragend ist, kann Wärme, die sich an der Oberfläche der Überzugsschicht bildet, leicht an das Grundmaterial abgeführt werden, so dass kaum eine Verringerung in der Festigkeit des Harzes in Folge der auf der Oberfläche der Überzugsschicht entstehenden Wärme auftritt. Demgemäß wird, selbst wenn die Dicke der Überzugsschicht dünn ausgestaltet wird, die Überzugsschicht kaum durch die Vertiefungen und Vorsprünge auf der Oberfläche der Lager- und Legierungsschicht beeinflusst und das Auftreten von Rissen, Brüchen oder dergleichen in der Überzugsschicht kann vermieden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER FIGUREN
Die 1 ist ein Schnitt, welcher schematisch einen Zustand einer Überzugsschicht zeigt, der erfindungsgemäß flockenförmige Metalle zugesetzt worden sind.
Die 2 ist ein Schnitt, der einen Zustand einer Überzugsschicht zeigt, der Kaliumtitanat-Whisker erfindungsgemäß zugesetzt worden sind.
Die 3 ist ein Schnitt, der schematisch den Zustand einer Überzugsschicht zeigt, der Rußarten erfindungsgemäß zugesetzt worden sind.
Die 4 ist ein Schnitt eines Radiallagers, der eine erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt und
die 5 ist eine schematische Ansicht, welche die Beziehung zwischen den Vertiefungen und den Vorsprüngen einer Lagerlegierungsschichtoberfläche und der Dicke einer Überzugsschicht zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung im Detail auf Grundlage einer Ausführungsform beschrieben.
Eine Grundform eines Gleitlagers, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt worden ist, ist in 4 gezeigt. Ein Gleitlager 6 nach 4 wird als Radiallager für beispielsweise einen Motor konfiguriert und weist eine Dreischichtstruktur mit einer Stützmetallschicht 7, die Stahl enthält, einer Lagerlegierungsschicht 1 auf einer Oberfläche der Stützmetallschicht 7 und einer Überzugsschicht 2 auf der Oberfläche der Lagerlegierungsschicht 1 auf. Für die Lagerlegierungsschicht 1 können eine Al- oder Cu-Legierung verwendet werden, jedoch wird in dieser Ausführungsform eine Kupferlegierung eingesetzt.
Die Überzugsschicht 2 wird hergestellt, indem ein festes Schmiermittel einem Bindemittelharz zugesetzt wird. Als Bindemittelharz können ein wärmehärtendes Harz wie ein Polyimidharz, ein Epoxyharz und ein Phenolharz und ein hitzebeständiges Harz wie PAI und PBI verwendet werden. Als festes Schmiermittel können MoS₂, Gr, PTFE, WS₂ und dergleichen und Gemische daraus eingesetzt werden.
Das Gleitlager 6 wird wie folgt hergestellt. Zunächst wird eine gesinterte Cu-Legierung auf die Oberfläche der Stützmetallschicht 7 aufgesprüht, in einem Ofen mit reduzierender Atmosphäre gesintert und anschließend gewalzt. Dieses Verfahren wird zweimal wiederholt, so dass ein Bimetall erhalten wird, worin die Lagerlegierungsschicht 1 auf die Stützmetallschicht 7 aufgebracht ist. Anschließend wird das Bimetall zu einer vorbestimmten Form verarbeitet, um das Gleitlager 6 wie das oben beschriebene Radiallager für den Motor herzustellen.
Die benannten Erfinder erhalten eine Vielzahl von Teststücken, indem das auf die oben genannte Weise hergestellte Bimetall in eine vorbestimmte Form geschnitten wird. Anschließend wird eine Aufrauung durchgeführt, so dass die Rauigkeit der Oberfläche der Lagerlegierungsschicht jeder der Teststücke die maximale Höhe (Rmax) von 1,5 bis 2 μm annimmt.
Zwischenzeitlich werden Überzugsflüssigkeiten hergestellt, indem die festen Schmierstoffe und die thermisch leitenden Füllstoffe, die aus den in Tabelle 1 gezeigten Komponenten bestehen, den Bindemittelharzen, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind, zugesetzt werden, um die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen zu erhalten, und diese weiterhin mit einem organischen Lösungsmittel verdünnt werden. Die Überzugsflüssigkeiten werden auf die aufgerauten Oberflächen der Lagerlegierungen der Teststücke bzw. Probekörper beispielsweise mittels eines Walzendruckverfahrens (ein Verfahren, bei dem eine Überzugsflüssigkeit auf der Walzenoberfläche gleichförmig verteilt wird und die Überzugsflüssigkeit auf der Lagerlegierungsschicht unter Verwendung der Walze aufgebracht wird) aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Überzugsflüssigkeiten passieren die Probekörper einen Trockenofen und einen Sinterofen, um ein Trocknen zur Verdampfung und Entfernung des organischen Lösungsmittels von den Überzugsflüssigkeiten und ein Härten der Überzugsflüssigkeiten zur Herstellung der Überzugsschichten durchzuführen. Die Proben der Beispiele 1 bis 15, die in Tabelle 1 gezeigt sind, werden in dieser Weise erhalten. Durch ein Herstellungsverfahren, das dem oben beschriebenen ähnlich ist, werden die Proben der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 mit den Überzugsschichten erhalten, die die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen aufweisen.

In Bezug auf die Überzugsschicht von jeder der auf die vorgenannte Art hergestellten Proben wurden die Härte, Dicke und thermische Leitfähigkeit gemessen. Für jede der Proben wurde der Test auf Fresserscheinungen unter der in Tabelle 2 gezeigten Bedingung durchgeführt und das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Im Übrigen bedeutet Fressbelastung einen Oberflächendruck, bei dem ein Probekörper in einem Test Fresserscheinungen zeigt, in dem der Oberflächendruck, der auf den Probekörper ausgeübt wird, um 1 MPa alle zehn Minuten erhöht wird.

[TABELLE 2]

	TESTBEDINGUNG	EINHEIT
GRÖSSE DES PROBEKÖRPERS	AUSSENDURCHMESSER 27,2 × INNENDURCHMESSER 22,0	mm
SPEZIFISCHE BELASTUNG	AKKUMULIEREND 1 MPa ALLES 10 min	MPa
GESCHWINDIGKEIT	2	m/s
SCHMIERÖL	SAE#30	-
ÖLTEMPERATUR	60	°C
SCHMIERWEISE	TROPFEN VON ÖL	-
MATERIAL DER PAARENDEN WELLE	S55C	-
HÄRTE DER PAARENDEN WELLE	500–700	HV10
RAUIGKEIT DER PAARENDEN WELLE	1 μm ODER WENIGER	Rmax

Aus den Ergebnissen des Tests auf das Auftreten von Fresserscheinungen ergibt sich, dass die Beispiele 1 bis 15, worin die thermischen Leitfähigkeiten der Überzugsschichten 0,4 W/m·K oder mehr betragen, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 bis 8, in denen die thermischen Leitfähigkeiten weniger als 0,4 W/m·K betragen, in Bezug auf ihre Antifresseigenschaft hervorragend sind.
Aus den Vergleichsbeispielen 1 und 8 und den Vergleichsbeispielen 2, 3 und 7 ergibt sich, dass selbst bei Zusatz von sphärischem Metall und insbesondere von sphärischem Kupfer als thermisch leitender Füllstoff die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht nicht erhöht oder nur in sehr geringem Umfang erhöht wird. Andererseits ergibt sich, dass die thermischen Leitfähigkeiten in den Beispielen 1 bis 15 signifikant erhöht werden, in denen das flockenförmige Metall, der Kaliumtitanat-Whisker und der Ruß als der thermisch leitende Füllstoff zugesetzt werden, und das flockenförmige Metall, der Kaliumtitanat-Whisker und der Ruß sind zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit effektiv.
Aus Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 6 ergibt sich jedoch, dass zur Einstellung der thermischen Leitfähigkeit der Überzugsschicht auf 0,4 W/m·K oder darüber durch Zugabe lediglich der flockenförmigen Metalle, es erforderlich ist, 5 Volumenprozent oder mehr zuzugeben, wenn PAI als Bindemittelharz eingesetzt wird. Ebenso ergibt sich aus Beispiel 11 und Vergleichsbeispiel 4, dass bei Zugabe von lediglich Kaliumtitanat-Whiskern 1 Volumenprozent oder mehr erforderlich sind und es ergibt sich aus Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 5, dass bei Zugabe von lediglich Ruß 1 Volumenprozent oder mehr erforderlich ist.
Aus den Beispielen 1 bis 15 ergibt sich, dass die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht proportional zu dem Gehalt an thermisch leitendem Füllstoff zunimmt. Unter dem Gesichtspunkt der Antifresseigenschaft ergibt sich jedoch, dass im Fall des flockenförmigen Metalls 20 Volumenprozent oder weniger gemäß den Beispielen 3 und 4 bevorzugt sind, im Fall von Kaliumtitanat-Whiskern 15 Volumenprozent oder weniger gemäß den Beispielen 6 und 7 bevorzugt sind, im Fall der Rußarten 10 Volumenprozent oder weniger gemäß den Beispielen 9 und 10 bevorzugt sind und die Gesamtmenge der thermisch leitenden Füllstoffe vorzugsweise gemäß den Beispielen 1 bis 14 und Beispiel 15 25 Volumenprozent oder weniger beträgt. Zusätzlich kann eine ausreichende Menge an festen Schmierstoffen für den Fall, dass die Füllstoffe innerhalb dieser Bereiche liegen, enthalten sein, und deshalb kann der Reibungskoeffizient der Überzugsschicht niedrig gehalten werden.
Wie oben beschrieben sind die Beispiele 1 bis 15 im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 hervorragend in ihrer Antifresseigenschaft. Was die Härte anbetrifft, so weist Beispiel 8 die geringste Härte von HV20 auf und deshalb wird die Härte der Überzugsschicht vorzugsweise auf HV20 oder darüber eingestellt. Da die Antifresseigenschaft abnimmt, wenn die Härte nach Beispielen 6 und 7 HV40 übersteigt, ist HV40 oder weniger bevorzugt.
Was als nächstes die Dicke der Überzugsschicht anbetrifft, so ergibt sich aus den Vergleichsbeispielen 1 und 8, dass im Fall von geringer thermischer Leitfähigkeit die Antifresseigenschaft signifikant abnimmt, wenn die Dicke auf kleiner 3 μm eingestellt wird. Andererseits ergibt sich aus den Beispielen 12 bis 14, dass im Falle von hoher thermischer Leitfähigkeit eine Verringerung der Antifresseigenschaft nicht festgestellt werden kann, selbst wenn die Dicke der Überzugsschicht auf weniger als 3 μm eingestellt wird, während die Antifresseigenschaft im Gegenteil zunimmt. Wenn nämlich die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht hoch ist, weist die Überzugsschicht ein hervorragendes Wärmeabgabevermögen auf, so dass es nicht zu einer Verringerung der Härte der Überzugsschicht kommt und die Überzugsschicht kaum durch Vertiefungen und Vorsprünge der Lagerlegierungsschicht (Grundmaterial)-Oberfläche beeinträchtigt wird. Die Deformation der Überzugsschicht ist nämlich geringer, da die Überzugsschicht dünn ist und die wahre Kontaktfläche mit der paarenden Welle klein wird, so dass die entstehende Wärmemenge verringert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 07-238936 A [0003, 0003, 0005]
- JP 2000-240657 A [0003, 0003, 0006, 0013]

Claims

Gleitlager, umfassend ein Grundmaterial und eine Überzugsschicht auf einer Oberfläche des Grundmaterials, wobei die Überzugsschicht ein Bindemittelharz und einen festen Schmierstoff enthält, worin ein oder mehrere flockenförmige Metall(e), ein Kaliumtitanat-Whisker und Ruß der Überzugsschicht als thermisch leitfähiger Füllstoff zugesetzt werden, so dass die thermische Leitfähigkeit der Überzugsschicht 0,4 W/m·K oder mehr beträgt.
Gleitlager nach Anspruch 1, worin das flockenförmige Metall der Überzugsschicht als der thermisch leitende Füllstoff zugesetzt wird und der Gehalt des flockenförmigen Metalls 5 Volumenprozent bis 20 Volumenprozent beträgt.
Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, worin der Kaliumtitanat-Whisker der Überzugsschicht als der thermisch leitende Füllstoff zugesetzt wird, und der Gehalt des Kaliumtitanat-Whiskers 1 Volumenprozent bis 15 Volumenprozent beträgt.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Ruß der Überzugsschicht als der thermisch leitende Füllstoff zugesetzt wird und der Gehalt des Rußes 1 Volumenprozent bis 10 Volumenprozent beträgt.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin zwei oder mehrere Arten des flockenförmigen Metalls, des Kaliumtitanat-Whiskers und des Rußes der Überzugsschicht als der thermisch leitende Füllstoff zugesetzt werden und der Gehalt des thermisch leitenden Füllstoffs 25 Volumenprozent oder weniger beträgt.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Härte der Überzugsschicht HV20 bis HV40 beträgt.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Dicke der Überzugsschicht weniger als 3 μm beträgt.