表面氧化耐磨损润滑剂涂层及形成该涂层的方法技术

本发明专利技术通过更简便的方法、利用更低廉的材料，提供了一种表面氧化耐磨损润滑剂涂层，该涂层能够长时间保持高的润滑性而不磨损基材和涂层，或损坏待接触物。压缩气体和硬度及熔点都低于滑动接触部分基材的两种软金属微粒粉末的混合流体被喷射到滑动接触部分的表面上。使软金属微粒粉末与压缩空气中的氧在滑动接触部分的表面上反应，形成由两种软金属的金属氧化物组成的高熔点金属氧化物膜，其中一种金属氧化物比另一种熔点高。该高熔点的金属氧化物膜包括在朝向待接触物的界面上的厚度０．１μｍ－２μｍ的涂层，该涂层由金属氧化物组成并具有低的摩擦阻力和低的剪切阻力以及集中其上的剪切断裂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。 特别地，本专利技术涉及一种表面氧化耐磨损润滑剂涂层以及形成这种表面 氧化耐磨损润滑剂涂层的方法，该涂层不仅能够提高用于与作为可滑动 接触的配对件的待接触物滑动接触的金属部件(下文称为"滑动接触部 件"，如机械部件、模具和切削工具)的性能，例如耐磨性和润滑性，而 且能够通过增强滑动接触部件的接触部分(下文称为"滑动接触部分") 和提高滑动接触部分的润滑性来降低待接触物的磨损、损坏等。
技术介绍
液体润滑剂，例如油脂，通常用于滑动接触部分的润滑。然而，出 于设计原因或者由于操作环境(例如真空环境，其中液体或吸附气体很容 易蒸发或者解除吸附)所带来的限制可能并不能使用这种液体润滑剂。此 外，随着近年来不断增强的环境保护意识，要求最小限度的使用液体润 滑剂，因为这种液体润滑剂从机器中的泄露会导致环境破坏。作为对这些需求的响应，固体润滑剂正代替液体润滑剂越来越多的用于润滑。这些固体润滑剂的实例包括层状结构如石墨(c)、 二硫化钼(MoS2)、 二硫化钨(WS2)和氮化硼(BN)。实际上，为了通过在滑动接触部分的表面之上形成由这种固体润滑 剂制成的涂层来提高滑动接触部分的润滑性，本专利技术人己提出了一种形 成耐磨损涂层的方法，以预定喷射压力和喷射速度将固体润滑剂如锌、二硫化钼或锡喷射到待加工物的表面上，将固体润滑剂组成中的元素扩散并渗透到滑动接触部分的表面上(日本专利No.3357586)。对于通过喷射这些粉末形成固体润滑剂的涂层，本专利技术人也已经提 出了一种技术，通过喷射构成待形成涂层的基相的金属颗粒如锡和固体 润滑剂颗粒如二硫化钼的混合物来形成基相中分散有固体润滑剂的涂层 (曰本专利No.3357661)。己知层状结构固体润滑剂的问题 技术效果的局限性上述固体润滑剂中，层状结构固体润滑剂如石墨、二硫化钼、二硫 化钩和氮化硼由于与滑动接触部分的摩擦接触而被分解成层从而显示出 它们的润滑性。然而，与液体润滑剂，例如油脂不同，这种固体润滑剂 本身并没有流动性。为此， 一旦分解，固体润滑剂就不能恢复到它们的 原始状态。这意味着固体润滑剂一旦完成它们的分解就会丧失其润滑性。为了克服该问题， 一种必要时将固体润滑剂额外供应到与用作待接 触配对件的待接触物相接触的界面上的系统是必要的，以使得这种层状 结构的固体润滑剂更长时间地保持显示润滑性。关于这一点，对于公开在日本专利No.3357661中的专利技术来说，构造 了形成在滑动接触部分表面之上的涂层，使得固体润滑剂如二硫化钼分 散在用作基相的软金属如锡中。利用该结构，未破损并已经分散在基相 如锡中的二硫化钼由于基相被磨损而出现在与待接触物接触的界面上， 从而恢复二硫化钼的润滑性。然而，不管是否采用这种结构，层状结构固体润滑剂如二硫化钼的 润滑性受到分散在涂层中的层状结构固体润滑剂总量的限制。髙成本或加工困难除了石墨，上述层状结构固体润滑剂通常是昂贵的。特别是近年来， 发展中国家中制造的汽车数量的快速增长剌激了对二硫化钼的需求，二硫化钼正变得不仅更昂贵，而且更难以获得。为此，如果使用昂贵的二硫化钼、二硫化钨或氮化硼作为固体润滑 剂，产品价格本身将猛涨，导致市场中价格竞争的劣势。另一方面，在上述层状结构固体润滑剂中，石墨在价格方面相对其 他层状结构固体润滑剂是有优势的。然而，石墨微粒难以处理，因为它们有粉尘着火或粉尘爆炸的倾向。特别地，如果如日本专利No.3357661 中所述的使用鼓风机将石墨粉与压縮气体一起喷射，需要在可控条件下 进行鼓风以防止发生粉尘着火，因此限制了石墨的使用。软金属涂层的问题 基材带来的局限性不使用如上所述的层状结构的固体润滑剂而提高润滑性的方法包括 在滑动接触部分的表面之上形成软金属如锡的涂层。参照图4A-4C来说明后面通过形成软金属涂层来提高滑动接触部分 的润滑性的原理，摩擦力能够通过凝结和固化部分的面积A和剪切强度s 的乘积(AXs)来确定。在硬金属摩擦抵靠在软金属上的图4A的实施例 中，主要因为软金属容易发生塑性变形，剪切强度s降低。然而，AXs 表示的总摩擦力不会降低，因为凝结和固化部分的面积A因软金属的变形 而增加。相似地，在硬金属摩擦抵靠在硬金属上的图4B的实施例中，即使由 于硬金属发生仅微小而导致塑性变形凝结和固化部分的面积A较小，但由 于剪切强度s较高，AXs代表的摩擦力并不会降低。相反，在硬金属上形成软金属涂层的图4C中所示的实施例中，由于 重量由置于下方的硬金属支撑，凝结和固化部分的面积A较小。此外，由于剪切强度S根据表面上形成的软金属而确定，A和S的乘积，即摩擦阻力 降低。根据通过形成这种软金属的涂层降低摩擦阻力后面的原理，当在具 有在接触待接触物的时候不发生塑性变形的性能的较硬基材上形成软金 属涂层时，显示出通过形成软金属涂层而获得的润滑性。换句话说，如 果基材的硬度太低，使得基材本身在与待接触物接触的时候发生塑性变 形，形成在表面之上的软金属涂层仅能有限的提高润滑性。因涂层磨损而造成的润滑性损失当形成为基材表面上的涂层的低剪切强度软金属承受重复运动且由 于塑性变形而进行传送并恢复原始表面时，通过形成软金属的涂层获得 的润滑性提高能够以显现出的连续润滑的形式观察到。然而，当重复上 述运动和传送时，这种软金属不能恢复原始表面并最后以磨损粉末的形 式从待接触的界面之间排出。这样，软金属涂层逐渐磨损掉或者这种磨 损粉末数量逐渐增加，因此最后丧失其润滑性。这种磨损粉末可能由通过在摩擦表面处与空气中的氧相互作用而硬 化的传送颗粒来产生。更具体来说，当在摩擦的时候以传送颗粒的形式被重复运动和传送 时，形成为涂层的软金属吸收或化学结合空气中的氧，这些传送的颗粒 硬化，使得它们丧失塑性变形性并变得不能恢复原始表面。此外，以这 种方式硬化的传送颗粒刮蹭软金属涂层的表面，或者在一些情况下刮蹭 用作待接触配对件的待接触物，以象滚雪球一样生长到一定程度，使得 它们不能保持在待接触界面之间且从待接触界面之间排出。根据上述机理产生的这种磨损粉末导致软金属涂层逐渐磨损并丧失 其润滑性，此外，由于氧化而硬化的传送粉末损坏了基材或用作待接触 配对件的待接触物。根据形成软金属涂层所固有的润滑缺陷，本专利技术人假设涂层的高润 滑性能够保持较长的时间，同时还通过形成在基材上显示出高硬度并在 与待接触物接触的界面上显示出低摩擦阻力和低剪切阻力的涂层以及通 过防止滑动接触时产生的传送颗粒的硬化来防止基材和用作待接触配对 件的待接触物被损坏。通过以下过程能够实现这样的涂层，该涂层不仅在基材上显示出高 硬度，在与待接触物接触的界面上显示出低硬度，而且如上所述防止了 传送颗粒硬化。通过渗碳或渗氮在滑动接触部分的表面上形成硬质层，或者通过CVD、 PVD等形成陶瓷涂层来提前增强滑动接触部分的表面， 然后将该滑动接触部分的增强表面镀覆贵金属如金(Au)或银(Ag)， 贵金属较软，而且是在空气中不氧化的稳定物质。然而，如果要通过该方法形成涂层，不仅仅需要大的、昂贵的用于 渗碳、渗氮、CVD或PVD的加工设备，而且必须结合包括表面增强和贵 金属镀覆在内的多个不同工序来形成涂层。此外，作为形成在与待接触物相接触的界面之上的涂层材料的贵金 属如金或银是昂贵的，因此其上具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面氧化耐磨损润滑剂涂层，包括由两种不同软金属的微粒粉末生成的两种高熔点金属氧化物，上述每种软金属都具有比滑动接触部分的基材低的硬度和低的熔点，并与滑动接触部分表面上的压缩空气内的氧进行反应，使得两种金属氧化物之一具有比另一种相对更高的硬度，　其中，　在与滑动接触部分的表面上的待接触物接触的界面处形成所述涂层，　所述涂层具有低的摩擦阻力和低的剪切阻力，以及集中到涂层上的剪切断裂，且，　涂层的厚度为０．１μｍ－２μｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫坂四志男，
申请(专利权)人：株式会社不二机贩，
类型：发明
国别省市：JP[日本]