專利名稱：：與輕金屬一起使用的滑動部件的制作方法
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特性的滑動部件。密封件如密封圈用于汽車工業(yè)中防止自動變速器漏油。同時，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，通過密封圈滑動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，則密封圈的滑動表面要承受過度的磨蝕。雖然安裝于用鋁合金ADC-10或ADC-12制造的自動變速器的旋轉(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。然而，隨著油泵尺寸變得越來越小以試圖使自動變速器變得更輕，不能再使用鑄鐵圈，因為它們造成大量漏油。盡管已提出由合成樹脂制造的密封圈作為一種解決辦法，但帶來的問題是鋁合金部件在與密封圈滑動接觸中承受的異常磨損。為消除此缺點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)明的一個目的在于提出一種新的滑動部件，用來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，上述目的可通過提供一種包括聚醚醚酮樹脂的滑動部件實現(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表面的波紋(不規(guī)則形狀)而不能提供第一個滑動表面。同時，試圖通過如下方式改進滑動表面的性能將滑動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償氧化鋁不充分的潤滑性能。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變速器的密封圈，據(jù)信它們各自不能提供滑動表面的潤滑性。因此，為解決此問題以使鋁合金，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，并通過雙螺桿擠出機形成顆粒。使用的填料為無定形氧化鋁粉末(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)制備測試材料(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型磨蝕機的主要部件示意圖；圖3為表示為測定本發(fā)明組合物進行的磨蝕相關(guān)試驗的結(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機的主要部件截面圖；圖7為表示通過對比用本發(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為表示通過對比用本發(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)明的一個實施方案。將表1中所示的試驗材料A-I用雙螺桿擠出機捏合。捏合條件是加熱器溫度400℃，螺桿轉(zhuǎn)速50rpm和粉末加料機轉(zhuǎn)速65rpm。將約3mm的擠出捏合物料放在自動切粒機中形成長度約3-4m/m的顆粒。同時，在試驗中制備用于使合適組成范圍變窄的試驗片，其中在模塑壓力130Mpa，噴嘴溫度400℃，模具溫度170℃和擠壓比60％下，對顆粒料進行相對于ADC-12的磨蝕相關(guān)性試驗。制備具有圈形狀的試驗片，使其可在后面進行用作實際機器中的旋轉(zhuǎn)軸密封圈的評估。其中一個圈如圖1中標(biāo)號10(11)所示。該圈具有特定圈縫隙(兩級型)，其外徑為59mm，內(nèi)徑為54.4mm，厚度為2.4mm。通過用PEEK作為基礎(chǔ)材料，對于常規(guī)鑄鐵圈不能容易進行的機加工可通過模塑實現(xiàn)，由此獲得兩級圈縫隙。通過提供具有復(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，進行下面描述的磨蝕試驗。圖2為表示磨蝕試驗機1的主要部件。該試驗機具有一支架2，其上以可自由拆卸方式支撐一個由鋁合金(ADC-12Z)制備的盤3(其直徑為80mm，厚度為10mm)。將用于試驗片的支架4與旋轉(zhuǎn)軸5相連，該支架能夠相對于盤支架2自由旋轉(zhuǎn)。將用作試驗片的上述密封圈固定在試驗片支架4上并使其與盤3滑動接觸。對支架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潤滑油6中。磨蝕試驗條件如表2中所示。表2圖3說明磨蝕試驗結(jié)果。已發(fā)現(xiàn)組合物G、H具有與鑄鐵相同，相對于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，為了判斷無定形氧化鋁的效果，在表2所示的條件下用粒徑不超過1μ的結(jié)晶氧化鋁對組合物G進行磨蝕相關(guān)性試驗。試驗結(jié)果如表4所示。發(fā)現(xiàn)加入的結(jié)晶氧化鋁增加了對AD-12的磨蝕并且動摩擦系數(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片當(dāng)用作實際密封圈時其密封性、自磨蝕和對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所示的試驗機試驗旋轉(zhuǎn)密封圈。圖6所示的試驗機具有一固定在旋轉(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，同時密封圈10、11的側(cè)面與軸9的圈凹槽的側(cè)面滑動接觸。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℃試驗時間連續(xù)試驗100小時</table></tables>圖7為表示當(dāng)試驗了密封圈側(cè)面磨蝕性100小時后，由廣泛用于自動變速器的ADC-12制備的軸9中機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，同時與用碳纖維增強的常規(guī)PEEK樹脂圈相比對ADC-12軸的凹槽破壞更小。對于至關(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)明非常具有實用性并非常有助于降低重量和未來汽車要求的對燃料消耗的改進。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、降低對由ADC制造的軸的磨蝕，同時可以通過在汽車自動變速器中使用鋁合金實現(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，進行本發(fā)明的顯而易見的各種不同實施方案，因此應(yīng)理解本發(fā)明不受其具體的實施方案限制，除非所附的權(quán)利要求進行了限定。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部件，所述聚醚醚酮樹脂包括作為粘結(jié)劑的15-20wt％的無定形氧化鋁粉、3～8wt％的石墨粉和6-9％的碳粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動部件，其中無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的滑動部件，其中碳粉是多孔的。4.根據(jù)權(quán)利要求3的滑動部件，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的滑動配件，其中滑動部件為具有兩級縫隙的圈。全文摘要為防止漏油和降低對軸的磨蝕,一種代替常規(guī)鑄鐵密封圈用作自動變速器中的由輕鋁合金制造的旋轉(zhuǎn)軸的密封圈的滑動部件,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C08K3/22GK1175605SQ97118510公開日1998年3月11日申請日期1997年8月12日優(yōu)先權(quán)日1996年8月12日發(fā)明者辰榮坂田申請人:株式會社理研