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WO2006092126A1 - Gegenstand mit reibungsvermindernder beschichtung und verfahren zur herstellung einer beschichtung - Google Patents

Gegenstand mit reibungsvermindernder beschichtung und verfahren zur herstellung einer beschichtung Download PDF

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WO2006092126A1
WO2006092126A1 PCT/DE2006/000371 DE2006000371W WO2006092126A1 WO 2006092126 A1 WO2006092126 A1 WO 2006092126A1 DE 2006000371 W DE2006000371 W DE 2006000371W WO 2006092126 A1 WO2006092126 A1 WO 2006092126A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
article
weight
dispersion
finely divided
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2006/000371
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Stecher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Original Assignee
STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH filed Critical STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Priority to US11/817,546 priority Critical patent/US8119577B2/en
Publication of WO2006092126A1 publication Critical patent/WO2006092126A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F16C33/201—Composition of the plastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2601/00—Inorganic fillers
    • B05D2601/20—Inorganic fillers used for non-pigmentation effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2208/00—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers
    • F16C2208/20—Thermoplastic resins
    • F16C2208/36—Polyarylene ether ketones [PAEK], e.g. PEK, PEEK

Definitions

  • the invention relates to an article with a support point at which the article intentionally comes into frictional contact with an opponent or counterpart.
  • Such an article may be a sliding or friction bearing on which different parts of one or more devices move against each other under pressure, in particular moving parts of a machine or other mechanical device.
  • the contiguous at the support surfaces of the object and the corresponding counterpart may be made of metal, ceramic or any other solid material. Rub these materials directly against each other, so the support can heat due to friction, with a deformation of the support point and increased wear can occur. Due to the friction and due to thermal expansion even the undisturbed movement of the object and counterpart can be hindered against each other.
  • known objects with bearing points therefore either have a separate sliding or friction bearing or are to be provided with a friction-reducing coating at the critical point. It is known, for example, to manufacture such solid sliding and friction bearings made of Teflon, silicone, PEEK, PA, PI, PA / PI or a natural or artificial hard rubber. It is also known, in juxtaposed objects, which press against each other at low pressure, a friction-reducing coating of Teflon, Po Apply lyimid and / or polyamide. Also known for this purpose are coatings of sintered metal.
  • a disadvantage of the known objects with a rubbing surface is that while the friction at the point of contact with respect to a contact point without coating is reduced, that the wear, in particular the friction-reducing insert or the friction-reducing layer, is still too high, and that the known friction reducing coatings and inserts have only a limited temperature resistance and a limited mechanical strength.
  • the high wear leads to a shorter service life or requires frequent replacement of the friction-reducing inserts or coatings.
  • metallic sliding coatings are known for high loads in terms of pressure and speed, but have poor dry running properties.
  • plastics are known as bonded coatings or massive solid plastic bearings, which have good dry-running properties, but are unsuitable for high loads.
  • Object of the present invention is to provide an article with an aforementioned sliding or rubbing contact point, which is improved in terms of friction and / or wear and is versatile.
  • thermoplastic polymer may be selected from the family of polyaryletherketones (PAEK) such as e.g. polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polyetherketoneetherketone (PEKKEK) and mixtures thereof.
  • PAEK polyaryletherketones
  • the polymer may also comprise a liquid crystal polymer (LCP). With slight limitations but still very good results, PPS can also be used. Particularly preferred are PEEK and PEK, as well as mixtures of PEEK and PEK. These polymers are characterized in that they have a higher mechanical strength while maintaining high temperature resistance. Surprisingly, it has been found that the friction on such a coating can also be reduced with these polymers.
  • thermoplastic polymer Even coatings consisting exclusively of the thermoplastic polymer show very good wear properties. Homogeneous and mechanically highly resistant coatings are obtained, which have significantly lower wear and at the same time lower friction than known coatings of PI, PAI or PDFE.
  • the coating may have a layer thickness from 5 .mu.m to eg 50 .mu.m, advantageously from 5 to 30 .mu.m and for most applications sufficiently from 10 to 20 .mu.m. It can be seen that layers of approximately 3 ⁇ m are homogeneously mixed in the desired strength. can be made and that from 5 ⁇ m the sliding and wear properties can already reach an optimum.
  • a further advantage of the coating with a small layer thickness according to the invention is that the heat removal from such thin layers into the e.g. metallic carrier material under the coating at the support point is improved. This is particularly interesting in applications where high frictional forces and as a result high frictional heat arise. In the case of coatings according to the invention, they can be removed more quickly before overheating occurs, which can lead to the melting of the coating or generally to its damage or destruction. This also improves the durability of the coating or of the article provided with a coating compared to known coatings.
  • thermoplastics which adjust when the glass transition temperature is exceeded, in particular a reduced mechanical strength, can not be observed when the thin coating according to the invention is heated above the glass transition temperature of the thermoplastic. This could be due to a strain effect of the thin coating on the underlying surface, which has a positive effect on the material properties of the thin layer and prevents the glass transition or at least its negative effects on the layer properties. Due to the good adhesive properties of the coating on suitable substrates, this effect is further enhanced.
  • the coating can still solid particulate fillers in a total amount up at most 10 percent by weight, in particular up to a maximum of 5 percent by weight.
  • the fillers are selected in such a way that on the one hand they do not reduce the temperature resistance of the coating and on the other hand they do not increase the friction, but still have a high mechanical strength.
  • Suitable fillers may be selected from (nano-) ceramic particles, metallic particles or Kieseler- de. Also suitable are quartz or diamond. Surprisingly, it has been found that these fillers practically do not increase the friction of the coating, but can even further increase the hardness and the wear resistance of the coating.
  • the coating and finely divided metallic particles may be included, the z.
  • particulate fillers are preferably rounded and not sharp-edged or angular. It is also advantageous if the particle size of the fillers is approximately one order of magnitude below the desired layer thickness for the coating. It is furthermore advantageous if the corresponding particles are contained in a size distribution which is only narrowly dimensioned, so that a particle size, for example, based on the d ⁇ 0 value, moves in only small quantities. Fibers are no longer available in the then required for thin layers small size and thus not suitable as fillers for the coating according to the invention.
  • the high-performance thermoplastic is preferably present in a purity of at least 95 percent by weight and in particular more than 97 percent by weight, so that a maximum of 5 percent by weight of the polymer matrix consists of other preferably equally hard and high-temperature resistant polymers and in particular thermoplastics.
  • the fluoropolymers usually contained in known overlays, such as in particular PTFE bring no advantages for the sliding layer according to the invention, so that the sliding layer is preferably free of fluoropolymers.
  • a friction-reducing coating may also contain a dry lubricant in a proportion of, for example, at most 10 percent by weight, the proportion of fillers contained in the polymer matrix and / or of the dry lubricant advantageously not exceeding 10 percent by weight either individually or in total exceeds.
  • a dry lubricant may be selected from compounds having a layered structure, such as graphite and molybdenum sulfide.
  • the high performance thermoplastic polymer is contained in a proportion of at least 60% by weight.
  • up to 20 percent by weight of molybdenum sulfide and additionally up to 20 percent by weight of graphite as filler or dry lubricant in the coating are suitable.
  • An advantageous friction-reducing coating of an article comprises, for example, the following components: A) 90 to 100 percent by weight of thermoplastic polymer selected from PEEK, PEK, LCP, PPS and mixtures of PEEK and PEK,
  • the multilayer structure may comprise, as the lowermost layer, an adhesive layer in which 30 to 90 percent by weight of finely divided metallic particles are contained in addition to the said high-performance thermoplastic polymer.
  • Adhesive layers results over the common thermoplastic components all sub-layers a stable multi-layer structure of the entire coating, which also has a significantly improved adhesion to particular metallic surfaces. It is also advantageous that such an adhesive layer does not impair the mechanical properties of the coating.
  • the metallic particles in the adhesive layer the metal selection is subject to much fewer restrictions, since these particles do not have to contribute to the reduction of the friction of the entire coating. Therefore, for example, iron-containing particles or those made of light or non-ferrous metal are very suitable.
  • Inventive articles with a friction and / or wear-reducing coating have a coating thickness which has the desired use with regard to contact force, ambient temperature, chemical environment and relative speed of the sliding or rubbing against each other Surface is adapted.
  • a coating designed for not too high chemical requirements can already be realized with a layer thickness of up to approx. 10 ⁇ m.
  • the coating can be applied with good adhesion to surfaces of metal, ceramic or plastic, provided that it withstands the production-related high temperatures of the film-forming process.
  • the metal or ceramic surface under the coating has a suitable roughness, this can increase the mechanical strength of the coating and further reduce the filler content of those substances which only serve to increase the strength.
  • two methods are available for applying the coating which reduces friction or wear. It is possible, for example, to apply the coating dry in the form of a powder coating and to convert the primarily applied powder layer into a homogeneous coating in a second thermal step.
  • the powder coating can be electrostatically supported by electrically charging the powder to be applied, while the object to be coated is earthed or connected in opposite polarity. It is also possible to carry out the coating on a preheated surface of the article to which the particles can adhere by melting constituents.
  • the powder particles can be sprayed, sprinkled or otherwise applied. Subsequently, the compression of the layer takes place.
  • the object together with the applied powder layer are brought in an oven to a temperature which is at least above the melting point of the polymers contained in the powder layer.
  • Another particularly advantageous possibility for the production of a coating consists first of all of a dispersion which comprises all constituents of the coating in finely divided form in a e.g. aqueous, water and / or alcohols comprising solvent or solvent mixture dispersed, applied to the article, to dry the coating and then subjected to a thermal treatment as in the powder coating.
  • a dispersion which comprises all constituents of the coating in finely divided form in a e.g. aqueous, water and / or alcohols comprising solvent or solvent mixture dispersed
  • the dispersion may be applied by dipping, painting, spraying or otherwise.
  • the coating may be in the form of a plurality of successively adjoining ones
  • the solvent can be evaporated off the applied dispersion layer. It is also possible, after each individual step, to carry out a temperature treatment for melting or at least pre-compacting the dispersion layer.
  • the number of coating steps to be carried out is determined with regard to the desired layer thickness and depending on the particle size of the dispersion in the dispersion. solid (thermoplastic and filler) and determined by the chosen application method.
  • FIG. 1 shows an article with an applied dispersion layer in schematic cross-section
  • FIG. 2 shows an article having a coating according to the invention
  • FIG. 3 shows a process sequence during the coating by means of different process stages
  • FIG. 4 shows a flow chart for a coating by means of dispersion methods.
  • An article to be coated or a region of the article to be coated represents the substrate SU to be coated.
  • the surface to be coated may first be subjected to a chemical and / or mechanical activation treatment.
  • a mechanical roughening for example by means of sandblast blower, or etching with
  • Acids, alkalis or a plasma treatment can be used.
  • a corresponding pretreated surface has additional chemical / physical binding sites, is clean and free of grease and in the case of a roughening has a larger surface, resulting in better adhesion of the applied coating.
  • a degree of roughness of up to 20 ⁇ m (RZ or height) is advantageous, the roughness-related height differences on the surfaces to be coated being max. should be about 50% of the desired layer thickness of the coating.
  • the layer thickness to be selected for the thickness of the finished coating is then measured from a mean level of the crests or depressions formed by the roughening.
  • Optimum roughness can also be set by means of a correspondingly rough intermediate layer, which can be produced in a simple manner in the desired surface roughness.
  • a correspondingly rough intermediate layer which can be produced in a simple manner in the desired surface roughness.
  • sintered ceramic layers or sintered bronzes are suitable for this purpose.
  • FIG. 1 shows a substrate SU coated in this way with an applied dispersion layer DS.
  • the remaining area not to be coated can be covered or a dispersion application method can be selected which can differentiate between different surface areas, for example brushing or printing.
  • the cover can also be made with a shadow mask during the spraying of the dispersion.
  • This shadow mask can also be designed in the form of a film, which is applied to the surface of the substrate SU and leaves out the areas of the surface to be coated. After applying the dispersion layer DS, the film may be removed and e.g. be deducted, wherein the overlying applied areas of the dispersion layer DS are deducted.
  • FIG. 3 shows a variant of the method with which a higher layer thickness can nevertheless be achieved despite a small particle diameter selected for the solids contained in the dispersion.
  • the first dispersion layer DS1 as shown in FIG. 3a, at least the solvent is removed, alternatively additionally the first dispersion layer is additionally pre-compressed by a temperature treatment.
  • the dispersion coating is repeated and a second dispersion layer DS2 is applied.
  • this layer can also be precompressed and the coating step can be repeated again.
  • the multilevel structure of dispersion layers is heated in a final step to a temperature above the melting point of the thermoplastic. to give a fully compressed, nonporous closed coating BS on the substrate SU.
  • a composition which is suitable for application by means of dispersion processes and which is also friction-reduced according to the invention contains e.g. Solids in the following proportions by weight:
  • the solids are optionally dispersed with adjuvants in a solvent which is water, or is advantageously miscible or mixed with water, e.g. Alcohol and especially isopropanol.
  • a solvent which is water, or is advantageously miscible or mixed with water, e.g. Alcohol and especially isopropanol.
  • the dispersion mixture then contains about 30 weight percent of the above solids.
  • the method comprises, as step 1, preparing and preparing the powder mixture.
  • the ingredients selected from thermoplastic polymer, filler and dry lubricant are either brought to a suitable particle size, preferably by grinding and / or by subsequent sorting according to the grain size according to a desired narrow particle size distribution.
  • the solvent is prepared, which is preferably technically safe and harmless to health, preferably on an aqueous basis and in particular from a mixture of alcohol and water, for example from isopropanol and water.
  • a tel composition contains from 25 to 75 weight percent isopropanol in water.
  • a solvent with about 75 weight percent isopropanol in water is particularly preferred.
  • the dispersion is prepared by adding the solvent to the prepared powder mixture, maintaining a solids content of preferably 30 to 50 percent by weight.
  • dispersants known per se may be added in small amounts.
  • step 4 the surface of the article is coated, for example by spraying, dipping, brushing, printing or by spin coating.
  • the most homogeneous possible layer thickness of the dispersion layer is sought and, if appropriate, areas of the surface which are not to be coated are cut off from the coating.
  • step 5 the solvent is removed, preferably by evaporation, which may optionally be assisted by negative pressure.
  • the article with the applied dried dispersion layer is converted into a homogeneous coating by heating and melting the thermoplastics, and then the article is cooled again.
  • a second variant V2 follows step 6, wherein after the first dispersion layer has melted, a new dispersion layer is applied (step 4) and compacted accordingly (steps 5 to 7).
  • a third variant V3 of the method after producing a first coating after step 6, a second second partial layer of the coating, which is different from the first coating, is applied.
  • a further dispersion is prepared according to process steps 1 to 3 and thus the article coated according to steps 4 to 6.
  • the method according to the variants V1 and V2 can be modified by repeating individual process steps or individual process step sequences in order to achieve a desired layer thickness.
  • An advantageous application of the invention finds an object whose bearing point is designed as a sliding bearing.
  • a plain bearing may be suitable for receiving a rotating shaft or may facilitate translational movements due to reduced friction and improved wear behavior occurring only during normal operation of a device consisting of article and counterpart.
  • Coatings according to the invention can also reduce the rolling friction and therefore be used in roller bearings. It is of course also possible to use the invention in a variety of camps, even if the support point is exposed to no friction with the counterpart. It can therefore be used for static and dynamic bearings and machine parts while also fulfilling simple sealing functions, whereby it always has only slight wear. Areas of application can be found in mechanical and electromechanical devices, in machines and in internal combustion engines. Concrete non-exhaustive examples of possible further applications are, therefore, connecting rod bearings, ben, piston rods, piston rings and piston seals in internal combustion engines, pumps and compressors, dynamic seals or wheel suspensions.
  • the invention is preferably used for lying in the power flow bearing surfaces, for example in cylinder head gaskets in particular for the stoppers, which must absorb the majority of the contact pressure and therefore particularly high forces and thus high frictional forces are exposed.

Landscapes

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Abstract

Ein Gegenstand mit einer kleinen Auflagestelle, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch in reibenden Kontakt mit einem Gegenstück tritt, wird vorgeschlagen, zur Verminderung des Verschleißens und zur Erniedrigung der Reibung eine Beschichtung an der Auflagestelle vorzusehen, die ein thermoplastisches Polymer umfasst, welches aus Hochleistungsthermoplasten wie PAEK, PEEK, PEK, LCP, PPS oder Mischungen daraus ausgewählt ist. Die Beschichtung kann in einem trockenen Pulververfahren oder mittels eines Dispersionsverfahrens aufgebracht werden.

Description

Beschreibung
Gegenstand mit reibungsvermindernder Beschichtung und Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung
Die Erfindung betrifft einen Gegenstand mit einer Auflagestelle, an der der Gegenstand bestimmungsgemäß in reibendem Kontakt mit einem Widerpart oder Gegenstück tritt. Ein solcher Gegenstand kann ein Gleit- oder Reiblager sein, an dem sich verschiedene Teile einer oder mehrerer Vorrichtungen unter Druck gegeneinander bewegen, insbesondere bewegliche Teile einer Maschine oder einer sonstigen mechanischen Vorrichtung.
Die an der Auflagestelle aneinanderreihenden Oberflächen von Gegenstand und entsprechendem Gegenstück können aus Metall, Keramik oder einem beliebigen anderen festen Werkstoff bestehen. Reiben diese Materialien direkt gegeneinander, so kann sich die Auflagestelle infolge der Reibung erhitzen, wobei eine Verformung der Auflagestelle und ein erhöhter Verschleiß auftreten können. Durch die Reibung und infolge thermischer Ausdehnung kann sogar die ungestörte Bewegung von Gegenstand und Gegenstück gegeneinander behindert werden.
Üblicherweise weisen bekannte Gegenstände mit Auflagestellen daher entweder ein separates Gleit- oder Reiblager auf oder sind an der kritischen Stelle mit einer reibungsvermindernden Beschichtung zu versehen. Bekannt ist es beispielsweise, solche massiven Gleit- und Reiblager aus Teflon, Silikon, PEEK, PA, PI, PA/PI oder einem natürlichen oder künstlichen Hartgummi zu fertigen. Bekannt ist es auch, bei aneinanderreihenden Gegenständen, die unter geringem Druck gegeneinander drücken, eine reibungsvermindernde Beschichtung aus Teflon, Po- lyimid und/oder Polyamid aufzubringen. Auch sind zu diesem Zweck Beschichtungen aus Sintermetall bekannt .
Nachteilig an den bekannten Gegenständen mit reibender AufIa- gestelle ist, dass damit zwar die Reibung an der Auflagestelle gegenüber einer Auflagestelle ohne Beschichtung vermindert ist, dass jedoch der Verschleiß, insbesondere des reibungs- vermindernden Einsatzes oder der reibungsvermindernden Schicht, immer noch zu hoch ist, und dass die bekannten rei- bungsvermindernden Beschichtungen und Einlagen nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit und eine begrenzte mechanische Festigkeit aufweisen. Der hohe Verschleiß führt zu einer geringeren Lebensdauer oder erfordert ein häufiges Auswechseln der reibungsvermindernden Einsätze oder Beschichtungen.
Beispielsweise sind metallische Gleitbeschichtungen für hohe Lasten bezüglich Druck und Geschwindigkeit bekannt, weisen aber schlechte Trockenlaufeigenschaften auf.
Für niedrige Lasten sind Kunststoffe als Gleitlacke oder massive Vollkunststofflager bekannt, die zwar gute Trockenlauf- eigenschaften besitzen, für hohe Lasten aber ungeeignet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gegenstand mit einer eingangs genannten gleitenden oder reibenden Auflagestelle anzugeben, der bezüglich Reibung und/oder Verschleiß verbessert und vielseitig einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfinder haben gefunden, dass die Reibung und/oder der Verschleiß an der Auflagestelle mit einer dünnen Schicht einer Beschichtung reduziert werden kann, die im Wesentlichen aus einem Hochleistungsthermoplasten besteht. Dieses thermoplastische Polymer kann ausgewählt sein aus der Familie der Polyaryletherketone (PAEK) wie z.B. aus Polyetheretherketon (PEEK) , Polyetherketon (PEK) , Polyetherketonetherketon (PEKKEK) und Mischungen daraus. Das Polymer kann auch ein flüssigkristallines Polymer (LCP) umfassen. Mit leichten Einschränkungen aber immer noch sehr guten Ergebnissen kann auch PPS eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind PEEK und PEK, sowie Mischungen aus PEEK und PEK. Diese Polymere zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine höhere mechanische Festigkeit bei gleichzeitig gegebener hoher Temperaturbeständigkeit aufweisen. Überraschend zeigt sich, dass mit diesen Polymeren auch die Reibung auf einer solchen Beschichtung vermindert werden kann.
Auch ausschließlich aus dem thermoplastischen Polymer bestehende Beschichtungen zeigen sehr gute Verschleißeigenschaf- ten. Es werden homogene und mechanisch hoch belastbare BeSchichtungen erhalten, die einen wesentlich niedrigeren Verschleiß bei gleichzeitig niedriger Reibung als bekannte BeSchichtungen aus PI, PAI oder PDFE aufweisen.
Die Beschichtung kann eine Schichtdicke ab 5μm bis z.B. 50 μm, vorteilhaft von 5 bis 30μm und für die meisten Anwendungen ausreichend von 10 bis 20μm aufweisen. Es zeigt sich, dass Schichten ab ca. 3μm homogen in der gewünschten Festig- keit hergestellt werden können und dass ab 5μm die Gleit- und Verschleißeigenschaften bereits ein Optimum erreichen können.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtung mit geringer Schichtdicke ist, dass die Wärmeabfuhr aus solchen dünnen Schichten in das z.B. metallische Trägermaterial unter der Beschichtung an der Auflagestelle verbessert ist. Das ist insbesondere bei Anwendungen interessant, bei denen hohe Reibungskräfte und in deren Folge hohe Reibungswärmen entstehen. Bei erfindungsgemäßen Beschichtungen können diese schneller abgeleitet werden, bevor eine Überhitzung eintritt, die zum Aufschmelzen der Beschichtung oder allgemein zu deren Beschädigung oder Zerstörung führen kann. Damit ist auch die Haltbarkeit der Beschichtung bzw. des mit einer Beschichtung ver- sehenen Gegenstands gegenüber bekannten Beschichtungen verbessert .
Weiter wurde gefunden, dass die nachteiligen Effekte von Thermoplasten, die sich beim Überschreiten der Glasübergangs- temperatur einstellen wie insbesondere eine verringerte mechanische Festigkeit, beim Erhitzen der erfindungsgemäßen dünnen Beschichtung über die Glasübergangstemperatur des Thermoplasten nicht beobachtet werden können. Dies könnte auf einen Verspannungseffekt der dünnen Beschichtung mit der dar- unter liegenden Oberfläche zurückzuführen sein, die sich positiv auf die Materialeigenschaften der dünnen Schicht auswirkt und den Glasübergang oder zumindest dessen negative Folgen auf die Schichteigenschaften verhindert . Durch die guten Hafteigenschaften der Beschichtung auf geeigneten Unter- gründen wird dieser Effekt weiter verstärkt.
Neben den thermoplastischen Polymeren kann die Beschichtung noch feste feinteilige Füllstoffe in einem Gesamtanteil bis maximal 10 Gewichtsprozent, insbesondere bis maximal 5 Gewichtsprozent enthalten. Die Füllstoffe sind dabei so ausgewählt, dass sie zum einen die Temperaturbeständigkeit der Be- schichtung nicht reduzieren und zum anderen auch die Reibung nicht erhöhen, dabei aber dennoch eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Geeignete Füllstoffe können ausgewählt sein aus (nano-) keramischen Partikeln, metallischen Partikeln oder aus Kieseler- de. Gut geeignet sind auch Quarz oder Diamant. Überraschend wurde gefunden, dass diese Füllstoffe die Reibung der Be- schichtung praktisch nicht erhöhen, dafür aber die Härte und die Verschleißfestigkeit der Beschichtung noch weiter erhöhen können .
In der Beschichtung können auch feinteilige metallische Partikel enthalten sein, die z. B. aus Aluminium, Bronze, Kupfer, Zinn Chrom, Nickel, Antimon, Titan, Zirkon, Mangan, Co- bald, Zink und deren Oxiden oder aus Eisenoxid ausgewählt sind.
Allgemein gilt, dass partikelförmige Füllstoffe vorzugsweise abgerundet und nicht scharfkantig oder eckig sind. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Partikelgröße der Füllstoffe unge- fähr eine Größenordnung unter der gewünschten Schichtdicke für die Beschichtung liegt. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die entsprechenden Partikel in einer nur eng bemessenen Größenverteilung enthalten sind, sodass sich eine beispielsweise auf den dΞ0-Wert bezogene Partikelgröße sich in nur en- gen Größen bewegt. Fasern sind in der dann für dünne Schichten erforderlichen geringen Größe nicht mehr verfügbar und somit als Füllstoffe für die erfindungsgemäße Beschichtung nicht geeignet . Der Hochleistungsthermoplast liegt vorzugsweise in einer Reinheit von mindestens 95 Gewichtsprozent und insbesondere von mehr als 97 Gewichtsprozent vor, so dass maximal 5 Ge- wichtsprozent der Polymermatrix aus anderen vorzugsweise e- benfalls harten und hochtemperaturbeständigen Polymeren und insbesondere Thermoplasten besteht. Die üblicherweise in bekannten Gleitschichten enthaltenen Fluorpolymere wie insbesondere PTFE bringen für die erfindungsgemäße Gleitschicht keine Vorteile, so dass die Gleitschicht vorzugsweise frei von Fluorpolymeren ist.
Neben oder alternativ zu dem Füllstoff kann eine reibungsver- mindernde Beschichtung außerdem einen Trockenschmierstoff in einem Anteil bis beispielsweise maximal 10 Gewichtsprozent enthalten, wobei der Anteil der in der Polymermatrix enthaltenen Füllstoffe und/oder des Trockenschmierstoffs vorteilhaft die bereits genannten 10 Gewichtsprozent weder einzeln noch in Summe überschreitet. Ein solcher Trockenschmierstoff kann ausgewählt sein aus Verbindungen, die eine Schichtstruktur aufweisen, wie beispielsweise Graphit und Molybdänsulfid.
Für eine Variante gilt, dass das thermoplastische Hochleistungspolymer in einem Anteil von zumindest 60 Gewichtsprozent enthalten ist. Für diesen Fall sind bis zu 20 Gewichtsprozent Anteil Molybdänsulfid und zusätzlich bis zu 20 Gewichtsprozent Graphit als Füllstoff bzw. Trockenschmierstoff in der Beschichtung geeignet .
Eine vorteilhafte reibungsvermindernde Beschichtung eines Gegenstands umfasst beispielsweise folgende Komponenten: A) 90 bis 100 Gewichtsprozent thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus PEEK, PEK, LCP, PPS und Mischungen aus PEEK und PEK,
B) 0 bis 10 Gewichtsprozent feinteiliger Füllstoff und/oder
C) 0 bis 10 Gewichtsprozent Trockenschmierstoff.
Eine vorteilhafte reibungsvermindernde und/oder verschleißvermindernde Beschichtung für einen Gegenstand mit einer Auf- lagestelle kann auch mit einer Beschichtung erhalten werden, die einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Insbesondere kann der Mehrschichtaufbau als unterste Schicht eine Haftschicht umfassen, in der neben dem genannten thermoplastischen Hochleistungspolymer 30 bis 90 Gewichtsprozent feinteilige metal- lische Partikel enthalten sind. Mit solchen metallhaltigen
Haftschichten ergibt sich über die allen Teilschichten gemeine thermoplastische Komponente ein stabiler Mehrschichtaufbau der gesamten Beschichtung, der außerdem eine wesentlich verbesserte Haftung auf insbesondere metallischen Oberflächen aufweist. Vorteilhaft ist es auch, dass eine solche Haftschicht die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung nicht verschlechtert. Bezüglich der metallischen Partikel in der Haftschicht ist die Metallauswahl wesentlich weniger Beschränkungen ausgesetzt, da diese Partikel nicht zur Vermin- derung der Reibung der gesamten Beschichtung beitragen müssen. Gut geeignet sind daher beispielsweise eisenhaltige Partikel oder solche aus Leicht- oder Buntmetall.
Erfindungsgemäße Gegenstände mit einer reibungs- und/oder verschleißvermindernden Beschichtung weisen eine Beschich- tungsstärke auf, die den gewünschten Einsatz bezüglich Auflagekraft, Umgebungstemperatur, chemische Umgebung und Relativgeschwindigkeit der gegeneinander gleitenden oder reibenden Oberflächen angepasst ist . Eine für nicht zu hohe chemische Anforderungen ausgelegte Beschichtung kann beispielsweise bereits mit einer Schichtdicke bis ca. 10 μm verwirklicht werden.
Die Beschichtung kann mit guter Haftung auf Oberflächen aus Metall, Keramik oder auch Kunststoff aufgebracht werden, sofern dieser die herstellungsbedingten hohen Temperaturen des Schichterzeugungsprozesses übersteht .
Wenn die Metall- oder Keramik-Oberfläche unter der Beschichtung eine geeignete Rauhigkeit aufweist, kann dies die mechanische Festigkeit der Beschichtung erhöhen und der Füllstoffanteil an solchen Stoffen noch weiter reduziert werden, die nur Erhöhung der Festigkeit dienen.
Zum Aufbringen der die Reibung oder den Verschleiß vermindernden Beschichtung bieten sich prinzipiell zwei Verfahren an. Möglich ist es beispielsweise, die Beschichtung trocken in Form einer Pulverbeschichtung aufzubringen und die primär aufgebrachte Pulverschicht in einem zweiten thermischen Schritt in eine homogene Beschichtung zu überführen. Die PuI- verbeschichtung kann elektrostatisch unterstützt werden, indem das aufzubringende Pulver elektrisch aufgeladen wird, der zu beschichtende Gegenstand dagegen geerdet oder gegenpolig angeschlossen wird. Möglich ist es auch, die Beschichtung auf einer vorgeheizten Oberfläche des Gegenstands durchzuführen, an der die Partikel durch Aufschmelzen von Bestandteilen anhaften können.
Die Pulverpartikel können aufgesprüht, aufgestreut oder anderweitig aufgebracht werden. Anschließend erfolgt die Verdichtung der Schicht . Dazu kann der Gegenstand mitsamt der aufgebrachten Pulverschicht in einem Ofen auf eine Temperatur gebracht werden, die zumindest oberhalb des Schmelzpunktes der in der Pulverschicht enthaltenen Polymeren liegt. Dazu kann es vorteilhaft sein, den Gegenstand mit der Pulver- schicht einem Temperaturprogramm auszusetzen, welches bestimmte Haltezeiten bei bestimmten Temperaturen vorsieht und entsprechend eine geeignete Abkühlung mit einschließt. Möglich ist es auch, die Temperaturbehandlung in einem Tunnelofen durchzuführen, der verschieden temperierte Zonen auf- weist, durch die der Gegenstand mit entsprechenden Verweilzeiten hindurchgeführt wird.
Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung einer Beschichtung besteht darin, zunächst eine Disper- sion, die sämtliche Bestandteile der Beschichtung in feintei- liger Form in einem z.B. wässrigen, Wasser und/oder Alkohole umfassenden Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch disper- giert enthält, auf den Gegenstand aufzutragen, die Beschichtung zu trocknen und anschließend wie bei der Pulverbeschich- tung einer -thermischen Behandlung zu unterziehen.
Die Dispersion kann dazu durch Tauchen, Aufstreichen, Aufsprühen oder anderweitig aufgebracht werden. Zum Erzielen höherer Schichtdicken kann es vorteilhaft sein, die Beschich- tung in Form mehrerer sich hintereinander anschließender
Schritte durchzuführen. Nach jedem Schritt kann beispielsweise das Lösungsmittel aus der aufgebrachten Dispersionsschicht abgedampft werden. Möglich ist es auch, nach jedem Einzelschritt eine Temperaturbehandlung zum Aufschmelzen oder zu- mindest ein Vorverdichten der Dispersionsschicht durchzuführen. Die Anzahl der durchzuführenden Beschichtungsschritte wird im Hinblick auf die gewünschte Schichtdicke und in Abhängigkeit von der Partikelgröße des in der Dispersion ent- haltenen Feststoffs (Thermoplast und Füllstoff) sowie durch das gewählte Aufbringverfahren bestimmt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figuren dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung und sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Die Erfindung soll ach nicht auf die Ausführungsbei- spiele beschränkt sein. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Gegenstand mit einer aufgebrachten Dispersionsschicht im schematischen Querschnitt,
Figur 2 zeigt einen Gegenstand mit erfindungsgemäßer Be- schichtung,
Figur 3 zeigt eine Verfahrensfolge bei der Beschichtung an- hand verschiedener Verfahrensstufen,
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Beschichtung mittels Dispersionsverfahren.
Ein zu beschichtender Gegenstand bzw. ein zu beschichtender Bereich des Gegenstands stellt das zu beschichtende Substrat SU dar. Die zu beschichtende Oberfläche kann zunächst einer chemischen und/oder mechanischen Aktivierungsbehandlung unterzogen werden. Dazu kann eine mechanische Aufrauung, bei- spielsweise mittels Sandstrahlgebläse, oder ein Ätzen mit
Säuren, Laugen oder eine Plasmabehandlung eingesetzt werden. Eine entsprechend vorbehandelte Oberfläche weist zusätzliche chemisch/physikalische Bindungsstellen auf, ist sauber und fettfrei und besitzt im Falle einer Aufrauung eine größere Oberfläche, was zu einer besseren Haftung der aufzubringenden Beschichtung führt. Vorteilhaft ist ein Rauigkeitsgrad von bis zu 20μm (RZ bzw. Höhe) , wobei die rauigkeitsbedingten Hö- henunterschiede auf den zu beschichtenden Oberflächen max. ca. 50% der gewünschten Schichtdicke der Beschichtung betragen sollten. Die zu wählende Schichtdicke für die Dicke der fertigen Beschichtung bemisst sich dann von einem mittleren Niveau der durch die Aufrauung gebildeten Kuppen bzw. Vertie- fungen.
Eine optimale Rauigkeit kann auch durch eine entsprechend raue Zwischenschicht eingestellt werden, die sich in einfacher Weise in der gewünschten oberflächlichen Rauigkeit her- stellen lässt. Insbesondere sind dazu gesinterte Keramikschichten oder Sinterbronzen geeignet.
Auf diese Oberfläche wird anschließend eine Schicht DS einer Dispersion aufgebracht, die in einem Lösungsmittel oder Lö- sungsmittelgemisch dispergiert sämtliche Komponenten der Beschichtung in feinteiliger und möglichst homogener Partikel - größenverteilung enthält. Es wird ein Aufbringverfahren gewählt, welches zum Herstellen einer gewünschten Schichtdicke geeignet ist. Figur 1 zeigt ein dermaßen beschichtetes Sub- strat SU mit einer aufgebrachten Dispersionsschicht DS.
Nach Durchführen eines Temperaturprogramms, während dessen das mit der Dispersionsschicht DS versehene Substrat bzw. der Gegenstand auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des in der Dispersion enthaltenen Thermoplasten erhitzt wird, wird eine homogene Beschichtung BS erhalten, die porenfrei und damit dicht ist und einen guten mechanischen Zusammenhalt sowie eine gute Haftung auf dem Substrat SU aufweist. Figur 2 zeigt den fertigen Gegenstand.
Dabei ist es möglich, die Beschichtung nur auf einem Teilbe- reich der Oberfläche durchzuführen. Der übrige, nicht zu beschichtende Bereich kann dabei abgedeckt werden oder es wird ein Aufbringverfahren für die Dispersion gewählt, welches zwischen verschiedenen Oberflächenbereichen differenzieren kann, beispielsweise Aufstreichen oder Aufdrucken. Die Abde- ckung kann auch mit einer Schattenmaske während des Aufsprü- hens der Dispersion erfolgen. Diese Schattenmaske kann auch in Form einer Folie ausgebildet sein, die auf der Oberfläche des Substrats SU aufgebracht wird und die zu beschichtenden Bereiche der Oberfläche ausspart . Nach dem Aufbringen der Dispersionsschicht DS kann die Folie entfernt und z.B. abgezogen werden, wobei die darüber aufgebrachten Bereiche der Dispersionsschicht DS mit abgezogen werden.-
Figur 3 zeigt eine Variante des Verfahrens, mit dem trotz ei- nes kleiner gewählten Partikeldurchmessers der in der Dispersion enthaltenen Feststoffe dennoch eine höhere Schichtdicke erzielt werden kann. Dazu wird nach dem Aufbringen der ersten Dispersionsschicht DSl, wie in Figur 3a dargestellt, zumindest das Lösungsmittel entfernt, alternativ zusätzlich noch die erste Dispersionsschicht durch eine Temperaturbehandlung entsprechend vorverdichtet. In einem zweiten Schritt wird die Dispersionsbeschichtung wiederholt und eine zweite Dispersionsschicht DS2 aufgebracht. Gegebenenfalls kann auch diese Schicht vorverdichtet und der Beschichtungsschritt erneut wiederholt werden. Abschließend, wie in Figur 3c dargestellt, wird der aus mehreren Teilschichten bestehende Aufbau an Dispersionsschichten in einem abschließenden Schritt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Thermoplasten ge- bracht, wobei eine vollständig verdichtete, porenfreie geschlossene Beschichtung BS auf dem Substrat SU erhalten wird.
Eine für die Aufbringung mittels Dispersionsverfahren geeig- nete und auch erfindungsgemäß reibungsverminderte Zusammensetzung enthält z.B. Feststoffe in folgenden Gewichtsanteilen:
97 Gewichtsprozent PEEK 1 Gewichtsprozent nanoteiliges Al2O3 1 Gewichtsprozent MoS Pulver
1 Gewichtsprozent Graphitpulver
Die Feststoffe werden gegebenenfalls mit Hilfsmitteln in einem Lösungsmittel dipergiert, welches Wasser ist, oder vor- teilhaft mit Wasser mischbar bzw. gemischt ist, z.B. Alkohol und insbesondere Isopropanol . Die Dispersionsmischung enthält dann ca. 30 Gewichtsprozent der oben genannten Feststoffe.
In Figur 4 ist der eben beschriebene Verfahrensablauf anhand eines Ablaufdiagramms noch einmal deutlicher dargestellt. Das Verfahren umfasst als Schritt 1 ein Herstellen und Vorbereiten der Pulvermischung. Dazu werden die Inhaltsstoffe, die ausgewählt sind aus thermoplastischem Polymer, Füllstoff und Trockenschmierstoff entweder auf eine geeignete Partikelgröße gebracht, vorzugsweise durch Mahlen und/oder durch anschließendes Sortieren nach der Korngröße gemäß einer gewünschten möglichst engen Korngrößenverteilung.
Parallel dazu wird im Schritt 2 das Lösungsmittel vorberei- tet, welches vorzugsweise umweittechnisch und gesundheitlich unbedenklich ist, vorzugsweise auf wässeriger Basis und insbesondere aus einer Mischung aus Alkohol und Wasser, z.B. aus Isopropanol und Wasser besteht. Eine vorteilhafte Lösungsmit- telZusammensetzung enthält beispielsweise 25 bis 75 Gewichtsprozent Isopropanol in Wasser. Besonders bevorzugt ist ein Lösungsmittel mit ca. 75 Gewichtsprozent Isopropanol in Wasser.
Im Schritt 3 wird die Dispersion hergestellt, indem die vorbereitete Pulvermischung mit dem Lösungsmittel versetzt wird, wobei ein' Feststoffanteil von vorzugsweise 30 bis 50 Gewichtsprozent eingehalten wird. Zur Verbesserung der Disper- sionsstabilität können in geringen Anteilen an sich bekannte Dispersionshilfsmittel zugesetzt werden.
In Schritt 4 wird die Oberfläche des Gegenstands beschichtet, beispielsweise durch Besprühen, Tauchen, Bestreichen, Bedru- cken oder durch Aufschleudern. Dabei wird eine möglichst homogene Schichtdicke der Dispersionsschicht angestrebt und gegebenenfalls nicht zu beschichtende Bereiche der Oberfläche von der Beschichtung ausgespart.
In Schritt 5 wird das Lösungsmittel entfernt, vorzugsweise durch Abdampfen, was gegebenenfalls durch Unterdruck unterstützt werden kann.
Im nächsten Schritt 6 wird der Gegenstand mit der aufgebrach- ten getrockneten Dispersionsschicht durch Erhitzen und Aufschmelzen der Thermoplasten in eine homogene Beschichtung ü- berführt und anschließend der Gegenstand wieder abgekühlt.
Im Anschluss an diesen Schritt 6 kann am Punkt 7 eine fertige Beschichtung erhalten werden.
Gemäß einer Variante Vl des Verfahrens ist es möglich, direkt nach Schritt 5 die Schritte 4 bis 7 nochmals durchzuführen. Eine zweite Variante V2 schließt sich an den Schritt 6 an, wobei nach dem Aufschmelzen der ersten Dispersionsschicht eine neue Dispersionsschicht aufgebracht (Schritt 4) und ent- sprechend verdichtet wird (Schritte 5 bis 7) .
Gemäß einer dritten Variante V3 des Verfahrens wird nach dem Herstellen einer ersten Beschichtung nach Schritt 6 eine zweite, von der ersten Beschichtung verschiedene zweite Teil- schicht der Beschichtung aufgebracht. Dazu wird gemäß der Verfahrensschritte 1 bis 3 eine weitere Dispersion hergestellt und damit der Gegenstand gemäß der Schritte 4 bis 6 beschichtet . Auch hier kann das Verfahren gemäß der Varianten Vl und V2 durch Wiederholung einzelner Verfahrensschritte o- der einzelner Verfahrensschrittfolgen abgewandelt werden, um eine gewünschte Schichtdicke zu erzielen.
Insbesondere bei der Verwendung feinteiliger Partikel für die Dispersion kann eine besonders homogene Beschichtung erhalten werden, die aufgrund der geringen Partikeldurchmesser eine Mehrfachbeschichtung vorteilhaft bzw. erforderlich macht.
Mit einer erfindungsgemäß erzeugten Beschichtung wird ein Verschleißversuch durchgeführt und mit einer herkömmlichen, aus einem Sintermetall bestehenden Beschichtung verglichen.
Während sich unter gegebener Belastung und Anfangsschichtdicke mit der herkömmlichen Beschichtung nach einer gegebenen Zeit ein Verschleiß von 15 μm Schichtdickenreduktion ergibt, wird mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung unter gleicher Belastung bei gleicher Anfangsschichtdicke ein reduzierter
Verschleiß in Form einer Schichtdickenreduzierung von nur 2 μm beobachtet. Dies zeigt die Überlegenheit der neuen Beschichtung und die verbesserte Verschleißfestigkeit . Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele erläutert wurde, ist sie nicht auf dieses beschränkt. Mögliche Variationen ergeben sich insbesondere durch geeignete Auswahl an Füllstoffen und gegebenenfalls durch Mischungen unterschiedlicher Füllstoffe. Die eingesetzten Mengenverhältnisse der Bestandteile der Beschichtung werden in Abhängigkeit von der gewünschten Belastung der Beschichtung gewählt . Ebenso die Schichtdicken, die nicht auf die angegebenen Bei- spiele beschränkt sind. Vorteilhaft wird die Beschichtung auf metallischen Oberflächen aufgebracht, wobei die Beschichtung jedoch auch auf anderen Oberflächen wie beispielsweise Keramik, Glas oder geeigneten Kunststoffen erfolgen kann.
Eine vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung bei einem Gegenstand, dessen Auflagestelle als Gleitlager ausgebildet ist. Ein solches Gleitlager kann zum Aufnehmen einer rotierenden Welle geeignet sein oder nur im bestimmungsgemäßen Betrieb einer aus Gegenstand und Gegenstück bestehenden Vor- richtung auftretende Translationsbewegungen durch verminderte Reibung bei verbessertem Verschleißverhalten zu erleichtern. Erfindungsgemäße Beschichtungen können auch die Rollreibung reduzieren und daher in Rollenlagern eingesetzt werden. Möglich ist natürlich auch, die Erfindung in den verschiedensten Lagern einzusetzen, auch wenn die Auflagestelle keiner Reibung mit dem Gegenstück ausgesetzt ist. Sie kann also für statische und dynamische Lager und Maschinenteile eingesetzt werden und dabei auch noch einfache Dichtungsfunktionen erfüllen, wobei sie stets einen nur geringen Verschleiß auf- weist. Anwendungsgebiete finden sich in mechanischen und e- lektromechanischen Vorrichtungen, in Maschinen sowie in Verbrennungsmotoren. Konkrete nicht abschließende Beispiele für mögliche weitere Anwendungen sind daher Pleuellager, KoI- ben, Kolbenstangen, Kolbenringe und Kolbendichtungen in Verbrennungsmotoren, Pumpen und Kompressoren, dynamische Dichtungen oder auch Radaufhängungen.
Allgemein ist die Erfindung für im Kraftfluss liegende Auflageflächen bevorzugt einsetzbar, beispielsweise bei Zylinderkopfdichtungen insbesondere für die Stopper, die den überwiegenden Teil des Anpressdrucks aufnehmen müssen und daher besonders hohen Kräften und damit auch hohen Reibungskräften ausgesetzt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Gegenstand mit einer Auflagestelle, an der der Gegenstand bestimmungsgemäß in Kontakt mit einem Gegenstück tritt, bei dem Auflagestelle eine Verschleiß und Reibung mindernde Beschichtung aufweist, die im Wesentlichen ein thermoplastisches Polymer um- fasst, welches ausgewählt ist aus der Familie der Po- lyaryletherketone wie PEEK und PEK, aus LCP, PPS oder aus Mischungen von PEEK und PEK die eine Schichtdicke von 5 - 50 μm besitzt die das thermoplastische Polymer in einem Anteil von
90 bis 100 Gewichtsprozent enthält bei der der auf 100 Gewichtsprozent fehlende Anteil aus feinteiligen Füllstoffen und feinteiligen Trockenschmierstoffen ausgewählt ist .
2. Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung frei von fluorhaltigen Polymeren ist.
3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem die Beschichtung eine Schichtdicke von 5 - 30 μm und insbesondere von 10 bis 20μm aufweist.
4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in der Beschichtung feste feinteilige Füllstoffe in einem Anteil bis maximal 5 Gewichtsprozentprozent enthalten sind.
5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Füllstoffe ausgewählt sind aus (nano) keramischen Partikeln, metallischen Partikeln, Kieselerde, Quarz oder Diamant .
6. Gegenstand nach Anspruch 5 , bei dem die metallischen Partikel aus Aluminium, Bronze, Kupfer, Zinn, Chrom, Nickel, Antimon, Titan, Zirkon, Mangan, Co- bald, Zink und deren Oxiden sowie aus Eisenoxid ausgewählt sind.
7. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Beschichtung als Trockenschmierstoff Graphit oder Molybdänsulfid in einem Anteil bis maximal je 2 Gewichtsprozent enthält.
8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Beschichtung umfassend
A) 85 - 100 Gewichtsprozent thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus PEEK, PEK oder Mischungen aus PEEK und PEK,
B) 0 - 10 Gewichtsprozent feinteiliger Füllstoff, sowie Cl) 0 - 5 Gewichtsprozent Graphit oder Molybdänsulfid als Trockenschmierstoff.
9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Beschichtung die Oberschicht eines mehrschichtigen Aufbaus darstellt, wobei als unterste Schicht eine Haft- schicht vorgesehen ist, in der neben dem gleichen thermoplastischen Polymer wie in der Beschichtung bis 90 Gewichtspro- zent feinteilige metallische Partikel enthalten sind.
10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die maximale Partikelgröße der Füllstoffe eine Größenordnung unter der Schichtdicke der Beschichtung gewählt ist.
11. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Anteil des thermoplastischen Polymer in der Beschichtung 95 Gewichtsprozent und mehr beträgt.
12. Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf einen Gegenstand, bei dem eine Dispersion verwendet wird, die die Komponenten der Beschichtung in feinteiliger Form in einem Lösungsmittel dispergiert enthält, wobei zumindest ein feinteiliges thermoplastisches Polymer enthalten ist, ausgewählt aus der Familie der Polyaryletherketone PAEK wie PEK, PEKKEK oder PEEK, LCP, PPS und Mischungen aus PEK und PEEK, bei dem die Dispersion in einer gegebenen Schichtdicke auf den Gegenstand aufgebracht wird bei dem der Gegenstand vorübergehend auf eine Temperatur gebracht wird, die über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers liegt, wobei eine homogene dichte Beschichtung in einer Schichtdicke von 5 - 50μm erhalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem für die Dispersion ein Lösungsmittel auf der Basis von Isopropanol und Wasser verwendet wird, das neben Wasser 25 bis 75 Gewichtsprozent Isopropanol enthält, bei dem die Dispersion inklusive des Polymeren .und der Füllstoffe 20 bis 50 Gewichtsprozent feinteilige Feststoffe enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Gegenstand partiell beschichtet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem eine Dispersion verwendet wird, die Komponenten der Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in feinteiliger Form enthält .
16. Verwendung eines Gegenstands nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Gleitlager.
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