专利名称：用于轻金属材料的滑动材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于轻金属材料的滑动材料。
在汽车工业中，密封构件被广泛地应用于防止供给到油路中的油的渗漏。例如用于自动变速装置(称为AT)。为了降低AT重量的目的，用于AT中的大多数部件被专门用轻金属材料诸如铝基合金制造(例如ADC-12Z，日本工业标准)，从而使密封环与轻金属材料制成的对抗或配合部件滑动接触。如果密封环由钢材料制成，那么由轻金属材料制成的配合部件的磨损就会异常增加。与之相反，如果密封环由软金属材料制成，密封环的表面就会极度磨损。实际上，已有经验得出当铸铁材料制成的密封环装配到ADC-12Z制成的旋转轴上的环槽里时，在油压为1MPa(约10kgf/cm2)下，油渗漏量为500-1000cc/min。
为了解决铸铁材料制成的密封环和ADC-12Z制成的轴这一组合中前文所述的漏油的矛盾，开发了一种由具有大热膨胀系数的合成树脂制成的密封环。然而，这种密封环对于由铝基合金制成的相对于密封环滑动的配合元件有不利影响，即，铝基合金制成的配合元件的滑动表面发生极度磨损。为了降低磨损或磨蚀，提出了由聚四氟乙烯(称为PTFE)制成的密封环、由有碳纤维和PTFE作填料的聚醚-醚酮(称为PEEK)制成的密封环或由PEEK、碳纤维、PTFE和绢云母粉末组成的材料制成的密封环(见日本特许公开专利公报(KOKAI)262976/1993)。当这种密封环用于防止滑动接触的密封环与铝基合金制成的对抗的或配合的元件之间的油渗漏时，该对抗的或配合的元件的磨损很大，无可否认，上述组份的密封环在铝基合金的对抗或配合元件特别要求减轻重量的应用场合没有用途。
为此，本发明的主要目的是提供一种用于轻金属材料的滑动材料以克服先有技术中遇到的上述缺点。
本发明的另一个目的是提供一种滑动材料，其具有好的耐磨性并适于抑制轻金属材料相对于滑动材料的滑动磨损。
本发明的目的可以通过提供一种含有聚醚-醚酮和/或聚醚-氮化物以及绢云母—加入20-35wt％的绢云母—的滑动材料来实现，该滑动材料与轻金属材料滑动接触并将涂搽在它们之间的油密封住。
优选用上述滑动材料制造一种密封环，并使用轻金属或铝基合金制造的旋转或往复轴与该密封环相配合。
根据本发明的滑动材料相对于轻金属材料具有好的耐磨性，而借助该滑动材料，轻金属材料的磨损程度也降低了。即，当根据本发明的滑动材料和对抗或配合轻金属材料之间的相对滑动表面有油时，根据本发明的滑动材料表现出优良的抗磨相关性。换而言之，使抑制滑动材料和轻金属材料的磨损不超过预定的或确定的磨损量成为可能。
例如，本发明的滑动材料可以通过材料的挤出或注塑工艺制造，它由VICTRE-PEEK(英国I.C.I.的商品名)和/或聚醚氮化物即PEN(日本Idemitsu化学公司)和还有一种固体润滑剂绢云母组成。
本发明的滑动材料含有绢云母，这样其自身耐磨性能好并且配合部件诸如ADC-12Z的磨损程度也低。因为不加入碳纤维滑动材料的流动性会提高，这样制造密封环就容易。优选将20-35wt％的绢云母加入到由PEEK和/或PEN组成的基础材料中。为了滑动材料极好的自身耐磨性能和配合部件的诸如轻金属材料(例如ADC-12Z)配合部件的更低的磨损程度，更优选将30wt％的绢云母加入到由PEEK和/或PEN组成的基础材料中。绢云母的大小为325目或更小，平均直径约为10μ，称取适当重量的绢云母，将称好的绢云母加入到挤出机中制成颗粒。将这些颗粒加入到注塑机中注塑成密封环。
前述目的和其它目的以及本发明的特点通过下述优选的实施例会更为清楚，如附图中所示，在实施例中本发明应用于一种用于轻金属材料的滑动部件上。
图1是根据本发明在PEEK基础材料中加入绢云母后将得材料之结构的显微照片(×100)；图2是根据本发明PEN基础材料中加入绢云母后所得材料之结构的显微照片(×100)；图3是磨损或磨耗试验仪器的示意图；图4是用本发明的PEEK基础材料的D材料和对照的合成树脂材料进行比较耐磨试验的结果图；图5是用PEEK作为基础材料进行耐磨试验的结果图；图6是用本发明的PEN基础材料的丁材料与对照的合成树脂材料进行比较耐磨试验的结果图；图7是用PEN作为基础材料进行耐磨试验的结果图8是油渗漏试验仪器的截面视图；图9是由本发明的D材料制成的密封环与常规材料制成的活塞环比较进行油渗漏试验的结果图；图10是在图8中所示的试验仪器上用本发明的D材料、常规材料和ADC-12Z作为密封环和轴进行比较的50小时耐用性试验的结果图。
在PEEK基础材料和/或PEN基础材料中加入大小为325目或更小、平均直径约为10μ的绢云母。在这些材料混合并搅匀后，将混合好的材料装入挤出装置中制成颗粒，为了提供密封环形试样，这些颗粒被加入到注塑机中。
用根据本发明的滑动材料制成的密封环每件的外径为55mm，内径为50mm，宽度为3mm。用磨床将宽度从3mm降低到2.5mm。
对比试验的密封环形成样(A、A′、B和C)用下述材料模塑而成。
A材料在PEEK基础材料中加入15wt％的碳纤维和15wt％的PTFE。
A′材料在PEN基础材料中加入15wt％的碳纤维和15wt％的PTFE。
B材料在PTFE基础材料中加入10wt％的碳纤维和30wt％的青铜粉末。
C材料在PTFE基础材料中加入30wt％的Sumi-Casper E101(日本Sumitomo化学公司的商品名)。
测定每个本发明的试样和对比试样在滑动状态下的耐磨性能，试验条件列于表1。
表1
由ADC-12Z(JIS，日本工业标准)制成的配合部件外径为80mm，内径为20mm，厚度为10mm。 ATF油通过20mm的中心孔供给到配合部件上。
本发明的滑动材料的显微结构如图1和图2所示，其中PEEK和PEN表现为白色部分，作为填料的用来保持低磨损程度的绢云母表现为黑暗部分。
制造试样的注塑条件如下所述。
模具温度150℃
喷嘴温度400℃注塑压力1500kg/cm2图3为磨损或磨耗试验装置的示意图，其中圆盘夹具1与铝基盒金(ADC-12Z)制成的直径80mm厚度10mm的圆盘2可分开地装配在一起。润滑油通过其中的油通道3提供到圆盘2的中心。由合适的液压装置(未画出)在圆盘夹具1的右边(在图3中)施加预定的压力。试样夹具4装配到旋转轴上，使该可旋转的夹具4与夹具1相对。与夹具4可分开地装配在一起的环状试样5外直径为55mm，内直径为50mm，宽度为2.5mm。
在该测试装置中，以预定的压力P施加到圆盘夹具1上使铝基合金的圆盘2压到试样5上。在施加压力P时，试样5以固定的速度旋转，润滑油通过油通道3供至试样5和圆盘2之间的滑动面上。
该试验装置在下述条件下操作。1)由下列材料制成的密封环形对比试样A材料在PEEK基础材料中加入15wt％的碳纤维和15wt％的PTFE。
A′材料在PEN基础材料中加入15wt％的碳纤维和15wt％的PTFE。
B材料在PTFE基础材料中加入10wt％的碳纤维和30wt％的青铜粉末。
C材料在PTFE基础材料中加入30wt％的Sumi-Casper E101(日本Sumitomo化学公司的商品名)。2)根据本发明的试样(环形)D-O材料列于表2和表3。3)接触面的压强用合适的液压装置在圆盘夹具1上施加12kg/cm2压强。当在该圆盘夹具上施加12kg/cm2压强时，在固定的压力条件下使圆盘2与每个试样5滑动接触，油通过油通道3供给到圆盘2和每个试样5的滑动面上。
润滑油ATF油温80℃供油速率200cc/min4)运行距离运行距离(或延续距离)7.2km圆盘2与每个试样5的相对转动速度2m/S。5)测定将每个试样运行7.2km距离后，将圆盘2和每个试样5从试验装置卸下。对于圆盘2，测量在圆盘2的滑动表面上形成的环状凹槽形式的所有磨损痕迹的载面区域；对于每个试样5，测量其磨损量。
表2
表3
<p>所得结果如图4-图7所示。当使用PEEK基础材料作为试样、用ADC-12Z作为圆盘时(见图4和图5)，发现由材料A、B、C、E和I制成的试样磨损量很大。当使用PEN基础材料作为试样、用ADC-12Z作为圆盘时(见图6和图7)，发现由材料A′、B、C、K和O制成的试验片磨损量很大。
在图4-图7中，各个上半部分表示每个试样在经过7.2km运行距离后的磨损量，各个下半部分表示每个圆盘(ADC-12Z的试样在经过7.2km运行距离后磨损痕迹的平均磨损深度。这些图明显表明，试样B和C表现出大的自磨损程度而相应的配合部件也表现出大的磨损程度。试样A和A′与本发明的试样的磨损程度相同而配合部件(ADC-12Z)的磨损程度高。
对于加入绢云母的量与ADC-12Z配合材料的磨损相关性，发现使用20wt％或更少的绢云母对该磨损相关性有不利影响，使用35wt％或更多的绢云母则表现了抗拉断强度低。绢云母从滑动表面剥落也有可能发生。
从所得的试验结果发现由含有PEEK和/或PEN基础材料及约30wt％绢云母(350目或更小)的材料制成的试样获得了最好的滑动性能。绢云母是软的而不会使铝基合金的配合部件损伤。
关于用本发明的滑动材料制成的密封环的应用领域是装配到用于AT的旋转轴(ADC-12Z)上的环形凹槽内，密封环由D材料制成，外径为52mm，宽度为2.3mm，厚度为2.3mm。
图8所示为用来测试ADC-12Z轴的耐磨性、D材料密封环相对于ADC-12Z轴的滑动密封性和极好密封性的耐久时间的试验装置。旋转轴7由ADC-12Z制成，在其外缘表面有一对环状凹槽8.8，在槽中嵌有密封环9、10。当轴7旋转时，密封环9、10的外缘表面与碳钢(S45C，日本标准)制成的套11之内表面滑动接触。带油表12的供油管13连接到套11上在密封环9、10之间处，带阀15的排油管连接到套11的底壁。从密封环9、10渗漏的油通过排油管14放入杯16中，测量杯16中的油量。
试验条件如下。
油用于汽车传动的变速箱油轴速2000rpm油压12kg/cm2试验持续时间50小时图9所示为耐力试验后测得的油温和油渗漏结果。进行油渗漏试验所用的是本发明的D材料(见表2)制成的密封环、B材料制成的密封环和常规的铸铁密封环。本发明的密封环表现出稳定的密封性能并在宽的油温变化范围内油渗漏增加得较少。
图10所示为在油温是120℃时密封环的滑动表面的磨损量和轴(ADC-12Z)的磨损量。发现本发明的D材料密封环呈现较低的磨损程度。
本发明的J材料含有PEN基础材料和30wt％的绢云母(350目或更小)，在与上述条件相同的情况下对J材料制成的密封环进行耐用性试验。测量油渗漏量。其试验结果与D材料的试验结果相同。即J材料的密封环表现出稳定的密封性能和在宽的油温变化范围内，油渗漏增加得较少。
尽管展示和描述这些优选的实施例，应认为不超出附加权利要求的范围可以做出许多变化和改进。
权利要求
1.一种滑动材料，其与轻金属材料滑动接触并且有密封油供给到两者之间的滑动接触表面，该材料含有聚醚-醚酮和绢云母，其中加入的绢云母为20-35wt％。
2.一种滑动材料，其与轻金属材料滑动接触并且有密封油供给到两者之间的滑动接触表面，该材料含有聚醚氮化物和绢云母，其中加入的绢云母为20-35wt％。
3.根据权利要求2的滑动材料，进一步含有聚醚-醚酮。
4.一种密封环，由权利要求1、2和3中任意一项的材料制成。
全文摘要
一种用于轻金属材料的滑动材料含有聚醚-醚酮和/或聚醚氮化物。进一步在滑动材料中加入20-35wt％的绢云母作为固体润滑剂以提高该滑动材料自身的耐磨性和与该滑动材料的配合部件的耐磨性。
文档编号B01D53/14GK1166518SQ9611004
公开日1997年12月3日 申请日期1996年5月29日 优先权日1996年5月29日
发明者坂田辰荣 申请人:株式会社理研