專利名稱：：與輕金屬一起使用的滑動(dòng)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種由其中含粘結(jié)劑的聚醚醚酮組成并顯示不損害輕金屬合金的極好滑動(dòng)特性的滑動(dòng)部件。密封件如密封圈用于汽車工業(yè)中防止自動(dòng)變速器漏油。同時(shí)，為了降低汽車重量，已嘗試使用輕金屬，如鋁合金(例如ADC-12Z(1.5-3.5wt％Cu、10.5-12.0wt％Si、0.30wt％或更少的Mg、1.0wt％或更少的Zn，1.3wt％或更少的Fe，0.5wt％或更少的Mn，0.5wt％或更少的Ni、0.30wt％或更少的Sn和余量的Al，用于壓鑄件)，根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))制造構(gòu)成這些變速器的絕大部分部件。結(jié)果，在大多數(shù)情況下，通過(guò)密封圈滑動(dòng)接觸的部件由輕金屬材料組成。若密封圈由鋼組成，則與其接觸的輕金屬因摩擦要承受高程度的磨蝕。另一方面，若密封圈由軟質(zhì)金屬組成，則密封圈的滑動(dòng)表面要承受過(guò)度的磨蝕。雖然安裝于用鋁合金ADC-10或ADC-12制造的自動(dòng)變速器的旋轉(zhuǎn)軸上的密封圈是由符合JISFC250的鑄鐵構(gòu)成的，但在壓力1Mpa(約10kgf/cm2)下經(jīng)常遇到500-1000cc/min的漏油量。因其優(yōu)點(diǎn)如耐磨性和耐內(nèi)聚性，已開始使用鑄鐵圈，盡管存在所述漏油的缺點(diǎn)。然而，隨著油泵尺寸變得越來(lái)越小以試圖使自動(dòng)變速器變得更輕，不能再使用鑄鐵圈，因?yàn)樗鼈冊(cè)斐纱罅柯┯?。盡管已提出由合成樹脂制造的密封圈作為一種解決辦法，但帶來(lái)的問(wèn)題是鋁合金部件在與密封圈滑動(dòng)接觸中承受的異常磨損。為消除此缺點(diǎn)已提出的密封圈包括由聚四氟乙烯(PTFE)構(gòu)成的密封圈，由填充有碳纖維和PTFE的聚醚醚酮(PEEK)構(gòu)成的密封圈，包括PEEK，碳纖維，PTFE和絹云母的密封圈(參見日本專利特開平5-262976)。然而，越來(lái)越明顯甚至這些密封圈也不適應(yīng)于由輕金屬如鋁合金構(gòu)成的部件，原因是這些部件承受的很大的磨損。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種新的滑動(dòng)部件，用來(lái)代替通常使用的鑄鐵密封圈和合成樹脂密封圈，其中該新密封部件不會(huì)造成漏油且不磨損與其接觸的輕金屬部件。根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過(guò)提供一種包括聚醚醚酮樹脂的滑動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)，所述聚醚醚酮樹脂包括作為粘結(jié)劑的約15-20wt％平均粒徑5μ或更低的無(wú)定形氧化鋁粉、3～8wt％平均粒徑約5μ或更低的石墨粉和6-9％平均粒徑30μ或更低的碳粉。優(yōu)選在聚醚醚酮基礎(chǔ)材料中含15wt％無(wú)定形氧化鋁粉、3wt％石墨粉和6-9wt％多孔碳粉作為粘結(jié)劑。因其非粘性，已考慮采用常規(guī)使用的加入填料的PTFE作為基礎(chǔ)材料。然而，已發(fā)現(xiàn)由于PTFE作為基礎(chǔ)材料隨溫度升高而軟化，因此造成填料滲出且因形成凸起使鋁合金構(gòu)成的軸受到磨損。因此，選用PEEK作為樹脂，原因在于它在高溫下基礎(chǔ)樹脂顯示很少軟化。此外，選擇細(xì)粉作為填料。選擇細(xì)粉末的理由如下硬填料因基礎(chǔ)材料軟化造成的滑動(dòng)表面的波紋(不規(guī)則形狀)而不能提供第一個(gè)滑動(dòng)表面。同時(shí)，試圖通過(guò)如下方式改進(jìn)滑動(dòng)表面的性能將滑動(dòng)表面覆蓋并隱蔽于細(xì)粉末中使基礎(chǔ)樹脂不在表面出現(xiàn)，并將此作為可通過(guò)提供具有鍍層的樹脂材料而獲得的表面層。按如下方式獲得細(xì)碎粉末將平均粒徑5μ或更低的無(wú)定形氧化鋁作為第一種填料。原因是X-射線衍射證明這種粉末顯示未完全轉(zhuǎn)化為α氧化鋁。據(jù)信α氧化鋁在滑動(dòng)表面上起到硬質(zhì)的不破壞填料的作用，由此損害接觸的鋁合金，即由ADC制造的軸。選用由平均粒徑也為5μ或更低的石墨組成的第二種填料作為補(bǔ)償氧化鋁不充分的潤(rùn)滑性能。選用碳粉作為第三種填料。由于氧化鋁和石墨都為都為細(xì)碎粉末，因此它們顯示很小的保油性。若這些粉末被用于自動(dòng)變速器的密封圈，據(jù)信它們各自不能提供滑動(dòng)表面的潤(rùn)滑性。因此，為解決此問(wèn)題以使鋁合金，油膜的損失(最少)，選用平均粒徑30μ或更低的并具有微孔的碳粉作為其中一種填料。將這三種填料按表1中所示的摻混比混合，并通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)形成顆粒。使用的填料為無(wú)定形氧化鋁粉末(平均粒徑0.7μ，JapanlightMetals制造)、石墨粉(平均粒徑1.0μ，SECK.K.制造)和碳粉(平均粒徑30μ，NipponCarbonCo.Ltd制造)。用作基礎(chǔ)材料的樹脂為VictrexPeek(PEEK)，由ICIK.K.制造。如表1所示，用如下?lián)交毂?按石墨的量計(jì))制備測(cè)試材料(A-I)氧化鋁15-25％，碳粉6-12％，余量PEEK樹脂表1(wt.-％)</tables>圖1為表示具有特定圈縫隙的密封圈(兩級(jí)型)的部分透視圖；圖2為用于使本發(fā)明組合物變窄的Matsubara型磨蝕機(jī)的主要部件示意圖；圖3為表示為測(cè)定本發(fā)明組合物進(jìn)行的磨蝕相關(guān)試驗(yàn)的結(jié)果的圖。圖4為表示本發(fā)明組合物中的組合物G中無(wú)定形氧化鋁與結(jié)晶氧化鋁之間的差別影響ADC-12部件磨蝕程度的圖。圖5為表示本發(fā)明組合物中的組合物G中無(wú)定形氧化鋁與結(jié)晶氧化鋁之間的差別影響ADC-12部件摩擦系數(shù)的程度的圖。圖6為表示用于試驗(yàn)使用本發(fā)明材料的密封圈性能和現(xiàn)有密封圈性能的試驗(yàn)機(jī)的主要部件截面圖；圖7為表示通過(guò)對(duì)比用本發(fā)明材料的密封圈性能和現(xiàn)有密封圈性能獲得的結(jié)果圖；圖8為表示通過(guò)對(duì)比用本發(fā)明材料的密封圈性能和現(xiàn)有密封圈性能獲得的結(jié)果圖。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。將表1中所示的試驗(yàn)材料A-I用雙螺桿擠出機(jī)捏合。捏合條件是加熱器溫度400℃，螺桿轉(zhuǎn)速50rpm和粉末加料機(jī)轉(zhuǎn)速65rpm。將約3mm的擠出捏合物料放在自動(dòng)切粒機(jī)中形成長(zhǎng)度約3-4m/m的顆粒。同時(shí)，在試驗(yàn)中制備用于使合適組成范圍變窄的試驗(yàn)片，其中在模塑壓力130Mpa，噴嘴溫度400℃，模具溫度170℃和擠壓比60％下，對(duì)顆粒料進(jìn)行相對(duì)于ADC-12的磨蝕相關(guān)性試驗(yàn)。制備具有圈形狀的試驗(yàn)片，使其可在后面進(jìn)行用作實(shí)際機(jī)器中的旋轉(zhuǎn)軸密封圈的評(píng)估。其中一個(gè)圈如圖1中標(biāo)號(hào)10(11)所示。該圈具有特定圈縫隙(兩級(jí)型)，其外徑為59mm，內(nèi)徑為54.4mm，厚度為2.4mm。通過(guò)用PEEK作為基礎(chǔ)材料，對(duì)于常規(guī)鑄鐵圈不能容易進(jìn)行的機(jī)加工可通過(guò)模塑實(shí)現(xiàn)，由此獲得兩級(jí)圈縫隙。通過(guò)提供具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圈縫隙，可在寬溫度范圍內(nèi)確保最低礦物油泄漏。為使表1所示的理想組成比例變窄，進(jìn)行下面描述的磨蝕試驗(yàn)。圖2為表示磨蝕試驗(yàn)機(jī)1的主要部件。該試驗(yàn)機(jī)具有一支架2，其上以可自由拆卸方式支撐一個(gè)由鋁合金(ADC-12Z)制備的盤3(其直徑為80mm，厚度為10mm)。將用于試驗(yàn)片的支架4與旋轉(zhuǎn)軸5相連，該支架能夠相對(duì)于盤支架2自由旋轉(zhuǎn)。將用作試驗(yàn)片的上述密封圈固定在試驗(yàn)片支架4上并使其與盤3滑動(dòng)接觸。對(duì)支架2施加軸向壓力P，使盤3與密封圈10之間產(chǎn)生加壓接觸。至少將盤3和密封圈10浸入ATF潤(rùn)滑油6中。磨蝕試驗(yàn)條件如表2中所示。表2圖3說(shuō)明磨蝕試驗(yàn)結(jié)果。已發(fā)現(xiàn)組合物G、H具有與鑄鐵相同，相對(duì)于ADC-12的優(yōu)良磨蝕關(guān)系而言。更具體地，理想的組合物是氧化鋁粉末15％；石墨3％，碳粉6-9％，余量PEEK73-76％。此外，為了判斷無(wú)定形氧化鋁的效果，在表2所示的條件下用粒徑不超過(guò)1μ的結(jié)晶氧化鋁對(duì)組合物G進(jìn)行磨蝕相關(guān)性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。發(fā)現(xiàn)加入的結(jié)晶氧化鋁增加了對(duì)AD-12的磨蝕并且動(dòng)摩擦系數(shù)也上升了30％，如表5所示。因此證明具有本發(fā)明組合物的圈形試驗(yàn)片當(dāng)用作實(shí)際密封圈時(shí)其密封性、自磨蝕和對(duì)ADC-12制備的旋轉(zhuǎn)軸的磨蝕上很有效并且可與由鑄鐵制備的常規(guī)圈比擬。在表3所示的條件下用圖6所示的試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)密封圈。圖6所示的試驗(yàn)機(jī)具有一固定在旋轉(zhuǎn)支架7上并包括J1SS35C的圓柱8。將包括鋁合金(ADC-12Z)的軸9末端插入圓柱8的中空部分。將根據(jù)本發(fā)明制備的密封圈10、11安裝于在軸9外周邊上形成的環(huán)凹槽內(nèi)，軸9的外周邊具有向密封圈10、11供油和從密封圈10、11放出油的液壓通路17、18。設(shè)置于軸9中的排液孔12用于加油，該油是已從密封圈11漏入刻度量筒16中的。還提供一個(gè)三通閥13和卸料管14、15。箱19輸入已漏入刻度量筒16中的任何油。密封圈10、11的外周邊表面與圓柱體8的內(nèi)圓周表面緊密接觸，同時(shí)密封圈10、11的側(cè)面與軸9的圈凹槽的側(cè)面滑動(dòng)接觸。由液壓通路17、18供給的油作用于密封圈10、11的內(nèi)圓周表面和其一個(gè)側(cè)面上。將各密封圈10、11的另一側(cè)面向相應(yīng)的圈凹槽擠壓。試驗(yàn)的密封圈10、11是根據(jù)本發(fā)明的那些密封圈和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的那些密封圈。表3<tablesid="table3"num="003"><tablewidth="754">圓柱體旋轉(zhuǎn)速度6000rpm液壓1MpaATF溫度120-130℃試驗(yàn)時(shí)間連續(xù)試驗(yàn)100小時(shí)</table></tables>圖7為表示當(dāng)試驗(yàn)了密封圈側(cè)面磨蝕性100小時(shí)后，由廣泛用于自動(dòng)變速器的ADC-12制備的軸9中機(jī)加工而成的圈凹槽與密封圈10、11之間的磨蝕相關(guān)性圖。已發(fā)現(xiàn)具有本發(fā)明組合物的密封圈在ADC-12軸中的凹槽磨蝕可與廣泛使用的鑄鐵圈比擬，同時(shí)與用碳纖維增強(qiáng)的常規(guī)PEEK樹脂圈相比對(duì)ADC-12軸的凹槽破壞更小。對(duì)于至關(guān)重要的油密封性，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的密封圈使漏油量降低至現(xiàn)有技術(shù)不能達(dá)到的低程度(為常規(guī)量的1/30)。而不使ADC-12軸的凹槽磨損，如圖8所示。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明非常具有實(shí)用性并非常有助于降低重量和未來(lái)汽車要求的對(duì)燃料消耗的改進(jìn)。此外，該填料組合物還適用于基礎(chǔ)樹脂為PEN(聚醚腈)(其分子結(jié)構(gòu)與PEEK樹脂相似)。因此，通過(guò)呈現(xiàn)良好柔韌性的樹脂圈代替鑄鐵圈作為旋轉(zhuǎn)軸的密封圈，可防止漏油、降低對(duì)由ADC制造的軸的磨蝕，同時(shí)可以通過(guò)在汽車自動(dòng)變速器中使用鋁合金實(shí)現(xiàn)降低重量。由于可在不超出本發(fā)明精神和范圍的條件下，進(jìn)行本發(fā)明的顯而易見的各種不同實(shí)施方案，因此應(yīng)理解本發(fā)明不受其具體的實(shí)施方案限制，除非所附的權(quán)利要求進(jìn)行了限定。權(quán)利要求1.一種與輕金屬合金接觸的包括聚醚醚酮滑動(dòng)部件，所述聚醚醚酮樹脂包括作為粘結(jié)劑的15-20wt％的無(wú)定形氧化鋁粉、3～8wt％的石墨粉和6-9％的碳粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其中無(wú)定形氧化鋁粉的平均粒徑為5μ或更低的，石墨粉的平均粒徑為5μ或更低的，碳粉的平均粒徑為30μ或更低的。3.根據(jù)權(quán)利要求2的滑動(dòng)部件，其中碳粉是多孔的。4.根據(jù)權(quán)利要求3的滑動(dòng)部件，其中輕金屬合金為鋁基合金材料。5.一種與鋁基合金材料接觸的基本上由聚醚醚酮樹脂組成滑動(dòng)部件，所述聚醚醚酮樹脂包括作為粘結(jié)劑的15wt％平均粒徑5μ或更低的無(wú)定形氧化鋁粉、3wt％平均粒徑約5μ或更低的石墨粉和6-9％平均粒徑30μ或更低的碳粉。6.根據(jù)權(quán)利要求5的滑動(dòng)配件，其中滑動(dòng)部件為具有兩級(jí)縫隙的圈。全文摘要為防止漏油和降低對(duì)軸的磨蝕,一種代替常規(guī)鑄鐵密封圈用作自動(dòng)變速器中的由輕鋁合金制造的旋轉(zhuǎn)軸的密封圈的滑動(dòng)部件,它由PEEK樹脂組合物組成,所述PEEK樹脂組合物包括作為粘結(jié)劑的15—20wt%平均粒徑為5μ或更低的無(wú)定型氧化鋁粉、3—8wt%平均粒徑為5μ或更低的石墨粉和6—9%平均粒徑為30μ或更低的碳粉。文檔編號(hào)C08K3/22GK1175605SQ97118510公開日1998年3月11日申請(qǐng)日期1997年8月12日優(yōu)先權(quán)日1996年8月12日發(fā)明者辰榮坂田申請(qǐng)人:株式會(huì)社理研