[发明专利]用于提供低摩擦表面的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及提供低摩擦表面，特别是提供摩擦化学（tribochemically）沉积低摩擦表面。

背景技术

表面之间的摩擦是导致诸如内燃机和各种机器和机构等机械设备的能量损失的最大原因之一。摩擦也会导致磨损，这限制了上述机械设备的使用寿命。因此，在许多应用中，有一种普遍的要求，即提供具有低摩擦和经历与其他表面接触尽可能少的磨损的表面。最传统的方式是通过使用润滑剂，以减少摩擦。润滑剂保持表面分开，其本身容易受剪切力作用，从而降低了获得相对运动所需的力。诸如油等液体润滑剂仍然是最常用的类型的润滑剂。

某些固体薄膜润滑剂的效用已经被人们所知相当长的时间。下面只是几个例子。美国专利1,654,509描述了嵌入金属粘结剂的石墨以使轴承形成抗磨涂层的应用。已公开的专利申请GB776502A描述了通过以含有磷、硫、硒或卤素原子的气化反应物质处理而形成的保护膜。这些保护膜对于有效的润滑作用提供了至少两个功能优势：（i）它们提供了固体润滑剂的承载膜；以及（ii）它们最大限度地减少抑制金属催化活性的碳化和上漆。GB782263表明，通过在含有碱金属氰化物的熔融盐浴中加热亚铁金属部件至温度高于500℃下使这些部件硫化，碱金属氰酸盐和活性硫会改善它们的耐磨损性和咬合性。已公布的国际专利申请WO03091479A描述了通过在含有合适的添加剂的油中加热来对活塞的活塞环进行化学处理。美国专利5,363,821公开了使用石墨、MoS₂、BN固体润滑剂掺入聚合物载体/粘合剂用于通过喷雾以及随后的热固定在在气缸孔壁上制成抗磨擦涂层的应用。

在已公布的日本专利申请2004-76914也揭示了一种用于生产低摩擦涂层的方法。滑动部件相对于滑动面移动，含有钼和硫的润滑油被供给到该滑动面。钢粉末被添加到聚酰胺酰亚胺树脂中，并在所述润滑油、钼和硫存在的条件下通过相对于该滑动面按压聚酰胺酰亚胺树脂，以在铁表面上发生反应，在树脂的基质中产生二硫化钼。因而，该树脂用作所产生的二硫化钼的粘合剂。

在现有技术中还提出了一些技术，它们描述了通过PVD法、CVD法和/或等离子溅射法产生低摩擦的薄膜。因此，已公布的美国专利申请2005/0214540描述了用于活塞的PVD/CVD涂层，而美国专利4,629,547描述了通过等离子体溅射法获得的低摩擦的含硼的膜。

通常，对于大多数固体润滑剂系统，润滑剂是被沉积到表面上，作为纯润滑剂物质或者作为承载物质内的润滑剂。沉积之后可以伴随不同种类的后处理，典型的是热处理或机械处理。因此，润滑剂将被提供为在将要润滑的表面的顶上的一层。难以在获得良好的粘附性的同时也获得对于相邻表面的低摩擦性。

摩擦膜（tribofilm）在减少摩擦和磨损方面的优点是在摩擦学领域所熟知的。已公布的国际专利申请WO2009/071674已经采用固体润滑剂的摩擦化学沉积，该文献揭示了如何在硫存在时相对于将要被涂覆的表面机械地摩擦一个工具（通常包括Mo或W）来产生摩擦化学沉积膜。这样的摩擦化学沉积薄膜表现出非常吸引人的与光滑度、耐磨性和低摩擦性有关的特性。一个重要的值得注意的方面是：摩擦化学方法也涉及基质材料，导致在基质材料和固体润滑剂之间的逐渐转变。WS₂和MoS₂摩擦膜允许增加润滑剂薄膜强度，作为结果，提高了耐磨损性。而且，在运转期间和运转之后，改善了表面完整性，也减少了劳损。润滑剂薄膜也具有低的边界摩擦。摩擦膜也具有低的边界摩擦。

在WO2009/071674中提出的方法具有小的缺点：工具表面（通常由含有Mo和/或W的合金制成）是在加工过程中被消耗，必须在间隔期间进行更换。另外，摩擦膜的沉积率受限于在固体金属和活性硫之间的相对较慢的非均相反应。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于产生摩擦化学沉积的固体润滑剂涂层的更高生产效率的方法。