DE10320875A1

DE10320875A1 - Verfahren zur Schmierbehandlung von Elementen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE10320875A1
Application number: DE10320875A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke Kawagoshi; Masayuki Yoshida; Hiroshi Sumiya
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2003-11-27
Also published as: JP2003328155A; US20030213698A1

Abstract

Ein Schmierbehandlungsverfahren für ein Element aus Al oder einer Al-Legierung wird durchgeführt durch Reinigen des Elements; Anodisieren der Oberfläche des gereinigten Elements, um eine 3 bis 30 mum dicke Anodisierungsschicht zu bilden; und Ausbilden eines Schmierfilms, der ein Polyesterharz (30 bis 70 Masseteile), ein teilchenförmiges PTFE (30 bis 70 Masseteile) und keramische (Aluminium-)Teilchen (0,5 bis 5 Masseteile) enthält und der 2 bis 20 mumdick ist, um dadurch dem Element als Al oder Al-Legierung einen ausgezeichneten Adhäsions- und Freißwiderstand sowie Reibungsarmut zu verleihen, und zwar auf kostengünstige und sehr umweltfreundliche Weise.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmierbehandlung von Elementen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Schmierbehandlung von Elementen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung wie beispielsweise einem Gleitelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, um einen Verbundüberzug auf der verschleißfesten Oberfläche des Elements zu bilden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird für die Herstellung von hoch verschleißfesten Gleitelementen angewendet, beispielsweise Kolben und Spiralen für Kompressoren und Klimaanlagen.

(2) Beschreibung des Standes der Technik

Im allgemeinen müssen Gleitelemente friktionsarm sein, um einen Energieübertragungs-Verlust zu verhindern. Wenn das Gleitelement belastet wird, ist eine weitere wichtige Eigenschaft des Gleitelements eine hohe Belastbarkeit, um ein Blockieren bzw. Festfressen des Gleitelements unter einem hohen Flächendruck zu verhindern. Außerdem ist es unter industriellen Gesichtspunkten dringend erforderlich, daß die genannten Eigenschaften der Gleitelemente über längere Zeit beibehalten werden, daß die Gleitelemente eine lange Standzeit (eine hohe Verschleißfestigkeit) haben, und daß sie auf kostengünstige Weise hergestellt werden können. Als ein Verfahren zur Ausbildung von Gleitbeschichtungen für die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Gleitelemente ist in der Praxis eine Hart-Anodisierbehandlung üblich. Die aus der Anodisierbehandlung resultierenden Überzüge bewirken an sich noch keine Verringerung der Friktionskoeffizienten der Gleitelement-Oberflächen. Die Anodisierungsbeschichtungen bewirken jedoch, daß die resultierende Gleitelement-Oberfläche eine bessere Verschleißfestigkeit zeigt und eine große Zahl von Poren aufweist, so daß die Gleitelement-Oberfläche das Öl besser halten kann und somit eine bessere Oberflächenschmierung aufweist.
Das Phänomen des Festfressens wird durch gegenseitigen Kontakt von Metallen des gleichen Typs bewirkt. Um das Festfressen zu verhindern, sind in der Praxis Verfahren üblich, bei denen die Oberflächen, die mit einander in Berührung kommen, mit jeweils unterschiedlichen Metallen galvanisiert werden. Beispielsweise offenbaren die geprüften japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 56-18080 und Nr. 59-9160 das Galvanisieren von Gleitelement-Oberflächen mit Zinn-, Eisen- und Nickelmaterialien. Bei der Verzinnung dient der Zinnüberzug an sich als fester Schmierstoff und kann den Friktionskoeffizienten der Gleitelement-Oberfläche verringern. Eine Verzinnungsschicht ist jedoch weich und hat daher eine kurze Standzeit (eine schlechte Verschleißfestigkeit). Außerdem besteht das generelle Problem, daß Elemente mit komplexer Form und Oberfläche sich nur schwer gleichmäßig galvanisieren lassen und daß die Kosten für das Galvanisieren allgemein hoch sind.

Als kostengünstige Oberflächenbehandlung ist in der Industrie eine chemische Konversionsbehandlung üblich. Als chemische Konversionsbehandlung von Aluminium oder Aluminiumlegierung für ein Gleitelement mit einem Schmierfilm, offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 11-193,478 ein Verfahren, bei dem ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung in eine Behandlungsflüssigkeit getaucht wird, die eine Fluorverbindung und Ammoniumsilicofluorid enthält, und bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 100°C behandelt wird. Die japanische Offenlegungsschrift gibt an, daß infolge der Behandlung eine Überzugsschicht ausgebildet wird, die eine AlOH-F-Verbindung und/oder eine NH₄MgAlF₆-Verbindung enthält. Die resultierende Überzugsschicht an sich bewirkt jedoch keineswegs, daß der Friktionskoeffizient der Oberfläche des behandelten Elements sinkt. Diese Behandlung ist außerdem insofern von Nachteil, als wegen der Fluorverbindungen, die in großer Menge in der Behandlungsflüssigkeit enthalten sind, erhebliche Auflagen für die Reinigung des Abwassers aus dieser Behandlung erfüllt werden müssen und daß sich somit Probleme mit dem Umweltschütz ergeben.

Als Verfahren für die Aufbringung eines Schmiermittel-Decküberzugs auf einer Anodisierungsschicht offenbart beispielsweise die japanische PatentOffenlegungsschrift Nr. 52-39,059 ein Verfahren, bei dem eine Anodisierungsschicht auf einem Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ausgebildet wird, und das resultierende Element anschließend in eine Polytetrafluorethylen-(PTFE-) Lösung getaucht wird, um das Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit der PTFE- Lösung zu imprägnieren. Weiter offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 5-51,794 ein Verfahren, bei dem feine Polytetrafluorethylen-Teilchen elektrochemisch oder chemisch auf der Oberfläche eines Hartanodisierungsschicht, die auf einem Gleitelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ausgebildet ist, absorbiert werden, die Schicht aus den absorbierten Teilchen getrocknet wird, und die Oberfläche der Schicht aus den absorbierten Teilchen mit einem dem Gleitelement entsprechenden Material gerieben wird, um eine mit Schmierfilm überzogene Schicht zu bilden. Bei jedem der genannten Verfahren wird PTFE in den feinen Poren, die in der Anodisierungsschicht ausgebildet wurden, aufgenommen und gespeichert. Bei diesen Verfahren ist jedoch die Fähigkeit des PTFE, sich eng an die Anodisierungsschicht, die auf dem Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ausgebildet wurde, zu binden, gering, und daher binden sich die anhand der genannten Verfahren ausgebildeten PTFE-Schichten nur unzureichend an die Anodisierungsschicht des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung. Die PTFE-Deckschicht trägt zur Senkung des Friktionskoeffizienten der Anodisierungsschicht bei. Die PTFE-Schicht an sich ist jedoch weich und verschleißanfällig und somit ergibt sich das Problem, daß die PTFE- Schicht eine unzureichende Standzeit hat.

Um den Friktionskoeffizienten eines Gleitelements zu senken, wird üblicherweise eine Schmiermittelfarbe (lubricating paint) verwendet. In der Praxis enthält die Schmiermittelfarbe ein Polyamidimidharz als Grundmaterial und ein festes Schmiermittel, wie Molybdändisulfid, Graphit und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) als Pigment. In dieser Schmiermittelfarbe dient das Polyamidimidharz als Bindemittel und somit haftet die Schmiermittelfarbe fest an der Anodisierungsschicht des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung. Bei dieser Behandlung wird üblicherweise eine mit einem organischen Lösemittel verdünnte Schmiermittelfarbe auf die Anodisierungsschicht auf dem Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gesprüht und dort gespeichert. Bei diesem Verfahren entsteht das Problem, daß die schädlichen Dämpfe des organischen Lösemittels in die Atmosphäre entweichen. Um dieses Problem aus Gründen des Umweltschutzes zu lösen, besteht der dringende Bedarf an einer neuen Schmierung, bei der kein organisches Lösemittel verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens für die Schmierbehandlung eines Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, um eine Beschichtung, die eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, einen verringerten Friktionskoeffizienten und ein sehr gutes Gleitvermögen aufweist, auf der Oberfläche des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auszubilden, und zwar auf kostengünstige Weise und unter geringen Umweltschutzauflagen.

Das genannte Ziel kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht werden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung für die Schmierbehandlung eines Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung umfaßt:
Reinigen der Oberfläche des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung;
Durchführen einer Anodisierungsbehandlung der gereinigten Oberfläche des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, um eine verschleißfeste Anodisierungsschicht mit einer Dicke von 3 bis 30 µm auf der Oberfläche des Elements auszubilden; und
Ausbilden eines Schmierfilm-Überzugs, welcher ein Polyesterharz, ein teilchenförmiges Polytetrafluorethylen und keramische Teilchen aufweist und 2 bis 20 µm dick ist, auf der Anodisierungsschicht.

In dem Schmierbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung wird die Anodisierungsbehandlung vorzugsweise in einem Schwefelsäurebad oder einem Oxalsäurebad bei einer Behandlungstemperatur von 0 bis 30°C und einer Stromdichte von 0,5 bis 4 A/dm² durchgeführt.

Im Schmierbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung wird der Schmierfilm-Überzug vorzugsweise dadurch ausgebildet, daß man eine Flüssigkeit, die ein Polyesterharz, Polytetrafluorethylen und keramische Teilchen umfaßt, auf die Anodisierungsschicht aufbringt und dann den aufgebrachten flüssigen Überzug 1 bis 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 100 bis 250°C brennt.

Im Schmierbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung liegen das Polyesterharz (A), das teilchenförmige Polytetrafluorethylen (B) und die keramischen Teilchen (C) im Schmierfilmüberzug vorzugsweise in Massengehalten im Bereich von (A): 30 bis 70 Teilen, (B): 30 bis 70 Teilen und (C): 0,5 bis 5 Teilen vor, jeweils pro 100 Teile von insgesamt (A) + (B) + (C).

Im Schmierbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung sind die keramischen Teilchen vorzugsweise Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,01 bis 0,2 µm.

Im Schmierbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ist das Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung vorzugsweise ein Gleitelement.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die metallischen Elemente, auf die das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, sind Elemente aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird zuerst die Oberfläche des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gereinigt. Der Zweck der Reinigung besteht in der Entfernung von öligen Schmierstoffen (beispielsweise Schneidölen), die während der Herstellung des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf dessen Oberfläche aufgebracht wurden, sowie von Schmutz auf der Oberfläche des Elements. Es besteht keine Beschränkung für die Art des Reinigungsverfahrens. Aus Umweltschutzgründen sind Reinigungsmaterialien, die organische Lösemittel enthalten, für das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht bevorzugt. Vorzugsweise werden wäßrige Alkali-haltige Reinigungsmittel verwendet. Das Oberflächen-gereinigte Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung wird gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung einem Anodisierungsschritt unterzogen.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Dicke der Anodisierungsschicht auf 3 bis 30 µm, vorzugsweise 10 bis 20 µm gesteuert. Die Anodisierungsschicht dient dazu, einen darüber liegenden Schmierfilm-Überzug festzuhalten und die Verschleißfestigkeit und den Freßwiderstand des resultierenden schmierbehandelten Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung zu verbessern. Wenn das Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung einem Gleitvorgang ausgesetzt wird, kann das Gleitelement lokal erheblichem Druck ausgesetzt sein. Die Anodisierungsschicht, die eine druckfeste Schicht darstellt, verhindert den direkten Kontakt des Gleitelements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit einem Metall, auf dem das Gleitelement gleitet, sowie ein Festfressen des Gleitelements. Wenn die Dicke der Anodisierungsschicht unter 3 µm liegt, zeigt das resultierende schmierbehandelte Element eine unzureichende Verschleißfestigkeit. Wenn die Dicke der Anodisierungsschicht dagegen über 30 µm liegt, sind zwar die Eigenschaften des resultierenden Elements zufriedenstellend, aber die Kosten für die Behandlung sind zu hoch, und daraus entstehen wirtschaftliche Nachteile.

Bei der Ausbildung der Anodisierungsschicht im Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ein herkömmliches Schwefelsäure- oder Oxal-Anodisierungsbad verwendet werden. Wenn ein Schwefelsäurebad verwendet wird, wird das Anodisierungsverfahren vorzugsweise bei einer Schwefelsäurekonzentration von 10 bis 20 Masse% und bei einer Behandlungstemperatur von 10 bis 20°C bei einer Stromdichte von 0,5 bis 1,5 A/dm² durchgeführt. Wenn ein Oxalsäurebad verwendet wird, wird das Anodisierungsverfahren vorzugsweise bei einer Oxalsäurekonzentration von 2 bis 5 Masse% und einer Behandlungstemperatur von 25 bis 30°C bei einer Stromdichte von 2 bis 3 A/cm² durchgeführt.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Schmierfilm auf der Vorderseite des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ausgebildet. Ein Hauptzweck des Schmierfilms besteht in der Verringerung der Reibung zwischen dem Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung und einem Metall, auf dem das Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung während eines Gleitvorgangs gleitet. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Dicke des Schmierfilms im Bereich von 2 bis 20 µm, vorzugsweise 6 bis 14 µm gesteuert: Wenn die Dicke des Schmierfilms unter 2 µm liegt, zeigt die resultierende Schicht eine unzureichende reibungsvermindernde Wirkung und somit ein unzureichendes Gleitverhalten. Wenn die Dicke des Schmierfilms über 20 µm liegt, ist zwar die reibungsvermindernde Wirkung zufriedenstellend, aber die Beschichtungskosten steigen und dies führt zu wirtschaftlichen Nachteilen.

Das Material, aus dem der Schmierfilm gebildet wird, umfaßt als Hauptbestandteile ein Polyesterharz, Polytetrafluorethylen und keramische Teilchen, wobei das Polyesterharz als Bindemittel dient, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten und zu binden und um einen starken Überzug zu bilden. Damit der Schmierfilm während des Gleitvorgangs eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, enthält der Schmierfilm vorzugsweise ein Polyesterharz mit hoher mechanischer Festigkeit. Wenn das Gleitelement einem Gleitvorgang unterzogen wird, kommt der Schmierfilm außerdem in Kontakt mit einem Schmieröl. Falls das Gleitelement in einem Kompressor für eine Klimaanlage verwendet wird, enthält die Gleitumgebung zusätzlich zum Schmieröl ein Kühlmittel (Fluorkohlenstoff-Verbindungen, Flon). Darum muß der Schmierfilm in diesem Medium stabil sein. Forschungen auf dem Gebiet der Bindemittelharze mit hoher Beständigkeit gegenüber Schmierölen und Fluorkohlenstoff-Verbindungen haben bestätigt, daß Polyesterharze sich für diesen Zweck am besten eignen. Das teilchenförmige Polytetrafluorethylen ist als friktionsminderndes Mittel im Schmierfilm enthalten.

Das teilchenförmige Polytetrafluorethylen weist vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,05 bis 30 µm, stärker bevorzugt von 0,5 bis 5 µm auf.

Weiter werden keramische Teilchen verwendet, um den Freßwiderstand des Schmierfilms zu verbessern. Wenn das schmierbehandelte Gleitelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, sich festfrißt, wird der Schmierfilm zerstört, und dann wird die Anodisierungsschicht von dem Metall, auf dem das Gleitelement gleitet, in einem solchen Umfang zerstört, daß das Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung in trockenen Kontakt mit dem Metall kommt. Somit kann der Freßwiderstand des Gleitelements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung insgesamt verbessert werden, wenn der Freßwiderstand des Schmierfilms verbessert wird, und somit kann insgesamt die Standzeit des schmierbehandelten Gleitelements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung verbessert werden.

Bei einer bevorzugten Art der Ausbildung des Schmierüberzugs gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird aus Gründen des Umweltschutzes der Schmierfilm aus einem wäßrigen Schmierstoff gebildet. Genauer wird nach der Ausbildung einer Anodisierungsschicht eine wäßrige Behandlungslösung, die ein Polyesterharz, Polytetrafluorethylen-Teilchen und keramische Teilchen in einem wäßrigen Medium enthält, auf der Anodisierungsschicht aufgebracht, und dann wird die resultierende flüssige Schicht aus der wäßrigen Behandlungslösung bei einer Temperatur von 100 bis 250°C, stärker bevorzugt 160 bis 200°C, für 1 bis 20 Minuten, stärker bevorzugt 5 bis 15 Minuten, gebrannt.

Die Dicke des Schmierfilms kann durch Steuern der aufgebrachten Menge der wäßrigen Behandlungsflüssigkeit gesteuert werden. Wenn die Brenntemperatur unter 100°C liegt, kann die Fertigstellung des Brennvorgangs ungünstig in die Länge gezogen werden. Wenn dagegen die Brenntemperatur über 250°C liegt, wird das Polyesterharz möglicherweise nachteilig beschädigt. Wenn die Brenndauer unter einer Minute liegt, wird der Brennvorgang möglicherweise nicht fertig. Wenn die Brenndauer über 20 Minuten liegt, mag zwar das Brennergebnis zufriedenstellend sein, aber die Rentabilität des Zielprodukts kann sinken. Um die Trocknungswirkung während der Ausbildung des Schmierfilms zu verbessern, kann ein Vorwärmen des anodisierten Gleitelements bei einer Temperatur von 80 bis 120°C wirksam sein.

Die Mengenverhältnisse der im Schmierfilm enthaltenen Bestandteile zueinander können durch Steuern der Konzentrationen der Bestandteile, die in der wäßrigen Behandlungslösung enthalten sind, gesteuert werden. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung liegen das Polyesterharz (A), das teilchenförmige Polytetrafluorethylen (B) und die keramischen Teilchen (C) vorzugsweise in Masseanteilen im Bereich von (A): 30 bis 70 Teilen, vorzugsweise 40 bis 60 Teilen, (B): 30 bis 70 Teilen, vorzugsweise 40 bis 60 Teilen, und (C): 0,5 bis 5 Teilen, vorzugsweise 1 bis 3 Teilen vor, jeweils pro 100 Teile von insgesamt (der Summe von) (A), (B) und (C).

Wenn der Gehalt an Polyesterharz (A), bezogen auf (A) + (B) + (C) = 100 Masseteile, unter 30 Masseteilen liegt, ist die Bindungswirkung des Polyesterharzes (A) im Schmierfilm möglicherweise ungenügend und somit wird möglicherweise kein starker Schmierfilm ausgebildet. Wenn andererseits der Gehalt an Polyesterharz (A), pro 100 Teile von insgesamt (A) + (B) + (C), unter 70 Teilen liegt, wird der Gehalt am teilchenförmigen Polytetrafluorethylen (B) zu niedrig, und somit zeigt der resultierende Überzug möglicherweise eine ungenügende Schmierwirkung.

Wenn der Gehalt des teilchenförmigen Polytetrafluorethylens unter 30 Teilen pro 100 Teile von insgesamt (A) + (B) + (C) liegt, zeigt der resultierende Überzug möglicherweise eine ungenügende Schmierwirkung. Wenn andererseits der Gehalt an teilchenförmigem Polytetrafluorethylen über 70 Teilen pro 100 Teile von insgesamt (A) + (B) + (C) liegt, enthält der resultierende Schmierfilm eine ungenügende Menge an Polyesterharz, und der resultierende Schmierfilm zeigt möglicherweise eine ungenügende mechanische Festigkeit. Wenn der Gehalt an keramischen Teilchen unter 0,5 Teilen pro 100 Teile von insgesamt (A) + (B) + (C) liegt, ist außerdem möglicherweise der Freßwiderstand des resultierenden Schmierüberzugs ungenügend, und wenn der Gehalt an den keramischen Teilchen über 5 Teilen liegt, ist möglicherweise die Kontinuität des resultierenden Schmierfilms ungenügend, und er zeigt daher möglicherweise eine ungenügende mechanische Festigkeit.

Die keramischen Teilchen, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden vorzugsweise ausgewählt aus Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,01 bis 0,2 µm, stärker bevorzugt 0,05 bis 0,01 µm. Wenn die Teilchengröße unter 0,01 µm liegt, sind die Teilchen zu fein und der resultierende Schmierfilm zeigt möglicherweise einen ungenügenden Freßwiderstand. Wenn andererseits die Teilchengröße über 0,2 µm liegt, agglomerieren die Teilchen möglicherweise leicht miteinander und infolgedessen kann der resultierende Schmierfilm eine ungenügende Kontinuität aufweisen, und es können stellenweise unerwünschte lokale Adhäsionen des Schmierfilms auftreten.

Die keramischen Teilchen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, können ausgewählt werden aus Siliciumdioxid, Zirkoniumoxid und/oder Titandioxid. Diese keramischen Teilchen können in Mischung mit Aluminiumoxidteilchen verwendet werden.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Es werden auch Vergleichsbeispiele angegeben, um die Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen zu verdeutlichen.
Die Elemente aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, die Behandlungsverfahren für diese Elemente, die Messungen der Dicke der Überzüge und die Bewertung der resultierenden Produkte der Beispiele und Vergleichsbeispiele waren wie nachstehend angegeben.

(1) Ausgangsmaterial

Form und Abmessungen: Platte (40 mm × 40 mm × 1,5 mm (Dicke))

(2) Behandlungsverfahren

Das Element aus Aluminiumlegierung wird 3 Minuten lang in eine 2%-ige wäßrige Lösung eines Reinigungsmittels (Warenzeichen: FINE CLEANER 315, Hersteller NIHON PARKERIZING K. K.) bei einer Temperatur von 60°C eingetaucht, aus der Reinigungslösung genommen und mit Wasser gespült, um das Element zu reinigen. Das gereinigte Element aus Aluminiumlegierung wurde in sämtlichen Beispielen und Vergleichsbeispielen einer Anodisierungsbehandlung unter den für jedes Beispiel und Vergleichsbeispiel angegebenen Bedingungen unterzogen; das anodisierte Element aus Aluminiumlegierung wird 30 Sekunden lang mit Leitungswasser gespült und 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 100°C getrocknet. Die Oberfläche der resultierenden Anodisierungsschicht wurde mit der wäßrigen Schmierflüssigkeit, welche die jeweils in den Beispielen und Vergleichsbeispielen angegebene Zusammensetzung aufweist, überzogen, und zwar durch ein Sprühbeschichtungsverfahren unter Verwendung einer Luftsprühpistole, und der aufgebrachte flüssige Schmierfilm wurde unter den für jedes Beispiel und Vergleichsbeispiel angegebenen Bedingungen getrocknet und gebrannt.

(3) Messungen der Überzugsdicke

Die Dicke jedes Überzugs, der auf dem Element aus Aluminiumlegierung ausgebildet worden war, wurde in µm gemessen.

(4) Bewertung

Für die Adhäsionsprüfung wurde ein Schmierungs-Prüfgerät (Warenzeichen: TRYVOGUIER HEIDO-14DR, Hersteller SHINTOKAGAKU K. K.) verwendet.
Ein Probenstück aus schmierbehandelter Aluminiumlegierung wurde mit einer nicht schmierbehandelten Kugelrolle [speed ball] (SUJ2, Durchmesser: 5 mm) in Kontakt gebracht, und das Probenstück und die Kugel wurden unter einer Last von 10 N und einer Reibgeschwindigkeit von 0,1 m/s bei einer Reibamplitude von 10 mm aneinander gerieben. Das Reiben wurde auf zwei verschiedene Arten durchgeführt, wobei in einer davon die Reibflächen des Probenstücks und der Kugel mit einem Schmieröl (Warenzeichen: ND Oil 8, Hersteller K. K. DENSO) behandelt wurden, und in der anderen kein Schmieröl aufgebracht wurde. Die gesamte Reibstrecke, bis zu der das Probenstück an der Kugel haftete, und der Friktionskoeffizient zwischen dem Probenstück und der Kugel wurden bestimmt und bewertet. Je länger die ermittelte gesamte Reibstrecke, desto besser die Schmierung. Wenn in dem Fall ohne Schmieröl die gesamte Reibstrecke 20 m oder mehr betrug, oder wenn in dem Fall mit Schmieröl die gesamte Reibstrecke 400 m oder mehr betrug, wurde die Schmierung des Probenstücks als zufriedenstellend (gut) bewertet. Außerdem muß der Friktionskoeffizient so niedrig wie möglich sein. Üblicherweise wird der Friktionskoeffizient des Probenstücks mit zufriedenstellend (gut) bewertet.

(b) Festfressungs-Prüfung

Für die Festfressungs-Prüfung wurde ein Friktions- und Abriebs-Prüfgerät (Modell: EFM-III-D, Hersteller TOYO BALDWIN) verwendet.
Ein behandeltes Probenstück wurde für den Test in Kontakt mit einem unbehandelten Aluminiumkranz (ADC10, Innendurchmesser: 23 mm, Außendurchmesser: 25 mm) gebracht, die Gleitflächen des Probenstücks und des Kranzes wurden mit einem Schmieröl beschichtet; und dann wurden das Probenstück und der Kranz unter einer Last von 50 N bei einer Reibgeschwindigkeit von 2 m/Sekunde aneinander gerieben. Die Last wurde nach jeweils 2 Minuten um 50 N erhöht, und die Last, unter der ein Festfressen des Probenstücks an dem Kranz auftrat, wurde bestimmt. Je höher die Last, bei der ein Festfressen auftritt, desto höher der Freßwiderstand des Probenstücks.
Wenn die Last, bei der ein Festfressen auftritt, 800 N oder mehr betrug, wurde der Freßwiderstand des Probenstücks mit zufriedenstellend (gut) bewertet.

BEISPIEL 1

Die oben genannte Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde den folgenden Verfahren unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen. Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht Behandlungsbad: Schwefelsäure 18 Masse%
Behandlungstemperatur: 15°C
Stromdichte: 1 A/dm²
Behandlungsdauer: 60 Minuten
Dicke der Beschichtung: 20 µm

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Zusammensetzung

Polyesterharz: 50 Masse%
Teilchenförmiges PTFE: 48 Masse%
Keramische Teilchen: 2 Masse%
(Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 µm)
Brenntemperatur: 180°C
Brenndauer: 10 Minuten
Dicke der Beschichtung: 10 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

BEISPIEL 2

Das Material aus Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde den folgenden Verfahren unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen: Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht Behandlungsbad: Schwefelsäure 18 Masse%
Behandlungstemperatur: 15°C
Stromdichte: 1 A/dm²
Behandlungsdauer: 75 Minuten
Dicke der Beschichtung: 25 µm

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Zusammensetzung

Polyesterharz: 30 Masse%
Teilchenförmiges PTFE: 66 Masse%
Keramische Teilchen: 4 Masse% (Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,04 µm)
Brenntemperatur: 220°C
Brenndauer: 5 Minuten
Dicke der Beschichtung: 6 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

BEISPIEL 3

Die Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde den folgenden Verfahren unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen: Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht Behandlungsbad: Oxalsäure 4 Masse%
Behandlungstemperatur: 28°C
Stromdichte: 2,5 A/dm²
Behandlungsdauer: 40 Minuten
Dicke der Beschichtung: 5 µm

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Zusammensetzung

Polyesterharz: 68 Masse%
Teilchenförmiges PTFE: 30 Masse%
Keramische Teilchen: 2 Masse% (Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,05 µm)
Brenntemperatur: 240°C
Brenndauer: 3 Minuten
Dicke der Beschichtung: 20 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

BEISPIEL 4

Die Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde den folgenden Verfahren unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen: Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht Behandlungsbad: Oxalsäure 4 Masse%
Behandlungstemperatur: 28°C
Stromdichte: 2,5 A/dm²
Behandlungsdauer: 80 Minuten
Dicke der Beschichtung: 10 µm

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Zusammensetzung

Polyesterharz: 35 Masse%
Teilchenförmiges PTFE: 63 Masse%
Keramische Teilchen: 2 Masse% (Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,05 µm)
Brenntemperatur: 150°C
Brenndauer: 15 Minuten
Dicke der Beschichtung: 15 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 5

Die Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde den folgenden Verfahren unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen: Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht Behandlungsbad: Schwefelsäure 18 Masse%
Behandlungstemperatur: 15°C
Stromdichte: 1 A/dm²
Behandlungsdauer: 60 Minuten
Dicke der Beschichtung: 20 µm

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Zusammensetzung

Polyesterharz: 40 Masse%
Teilchenförmiges PTFE: 59 Masse%
Keramische Teilchen: 1 Masse% (Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,15 µm)
Brenntemperatur: 200°C
Brenndauer: 5 Minuten
Dicke der Beschichtung: 10 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

Die Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde nur dem Reinigungsverfahren unterzogen. Es wurden keine Anodisierungsbehandlung und keine Schmierbehandlung des gereinigten Elements durchgeführt.

Vergleichsbeispiel 2

Die Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde einer Anodisierungsbehandlung unter den folgenden Bedingungen unterzogen, und es wurde keine Behandlung zur Bildung eines Schmierfilms durchgeführt. Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht Behandlungsbad: Schwefelsäure 18 Masse%
Behandlungstemperatur: 15°C
Stromdichte: 1 A/dm²
Behandlungsdauer: 30 Minuten
Dicke der Beschichtung: 10 µm

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Diese Behandlung wurde nicht durchgeführt.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde direkt einer Schmierbehandlung unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen. Es wurde keine Anodisierungsbehandlung des Elements durchgeführt.

Bedingungen für die Ausbildung einer Anodisierungsschicht

Diese Behandlung wurde nicht durchgeführt.

Bedingungen für die Ausbildung eines Schmierfilms

Zusammensetzung

Polyesterharz: 50 Masse%
Teilchenförmiges PTFE: 48 Masse%
Keramische Teilchen: 2 Masse% (Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,05 µm)
Brenntemperatur: 180°C
Brenndauer: 5 Minuten
Dicke der Beschichtung: 10 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 4

Die Aluminiumlegierung für ein Gleitelement wurde einer Verzinnung unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterzogen. Verzinnungs-Bedingungen Behandlungsbad: Alkali-substituiertes Verzinnungsbad
Behandlungstemperatur: 60°C
Behandlungsdauer: 4 Minuten
Dicke der Beschichtung: 1 µm
Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Aus Tabelle 1 geht klar hervor, daß in den Beispielen 1 bis 5 gemäß dem Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung das schmierbehandeltes Element aus Aluminiumlegierung mit einem ausgezeichneten Adhäsions- und Festfreß-Widerstand auf einfache und unkomplizierte Weise erzeugt worden war. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 1, bei dem nur eine Reinigung durchgeführt worden war, zeigte dagegen extrem schlechte Eigenschaften. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 2, das keinen Schmierfilm aufwies, zeigte einen sehr schlechten Adhäsionswiderstand. Das Produkt von Vergleichsbeispiel 3, das keine Anodisierungsschicht aufwies, zeigte ebenfalls einen schlechten Freßwiderstand. Das verzinnte Produkt des Vergleichsbeispiels 4 war in seinem Adhäsionswiderstand und Friktionskoeffizienten ungenügend.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Ausbildung eines Verbundüberzugs, der eine Anodisierungsschicht und einen Schmierfilm umfaßt und der einen ausgezeichneten Adhäsions- und Freßwiderstand zeigt, auf einem Gleitelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, und zwar anhand eines einfachen und unkomplizierten Verfahrens innerhalb kurzer Zeit und zu geringen Kosten. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist außerdem sehr umweltfreundlich.

Claims

1. Verfahren zur Schmierbehandlung eines Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, umfassend:
Reinigen der Oberfläche des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung;
Durchführung einer Anodisierungsbehandlung der gereinigten Oberfläche des Elements aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, um eine Anodisierungsschicht mit einer Dicke von 3 bis 30 µm auf der verschleißfesten Oberfläche des Elements zu bilden; und
Ausbilden eines Schmierfilm-Überzugs, der ein Polyesterharz, ein teilchenförmiges Polytetrafluorethylen und keramische Teilchen umfaßt und der 2 bis 20 µm dick ist, auf der Anodisierungsschicht.

2. Schmierbehandlungsverfahren für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei die Anodisierungsbehandlung in einem Schwefelsäurebad oder einem Oxalsäurebad bei einer Behandlungstemperatur von 0 bis 30°C und einer Stromdichte von 0,5 bis 4 A/dm² durchgeführt wird.

3. Schmierbehandlungsverfahren für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei der Schmierfilm-Überzug durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit, die ein Polyesterharz, ein teilchenförmiges Polyethylen und keramische Teilchen umfaßt, auf die Anodisierungsschicht ausgebildet wird, und die aufgebrachte flüssige Überzugsschicht dann bei einer Temperatur von 100 bis 250°C 1 bis 20 Minuten lang gebrannt wird.

4. Schmierbehandlungsverfahren für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei das Polyesterharz (A), das teilchenförmige Polytetrafluorethylen (B) und die keramischen Teilchen (C) im Schmierfilm- Überzug in Massegehalten in folgenden Bereichen vorliegen: (A): 30 bis 70 Teile, (B): 30 bis 70 Teile und (C): 0,5 bis 5 Teile, jeweils pro 100 Teile von insgesamt (A) + (B) + (C).

5. Schmierbehandlungsverfahren für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei die keramischen Teilchen Aluminiumoxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,01 bis 0,2 µm sind.

6. Schmierbehandlungsverfahren für ein Element aus Aluminium oder Aluminiumoxid nach Anspruch 1, wobei das Element aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ein Gleitelement ist.