專利名稱：自潤滑涂層以及制造自潤滑涂層的方法
自潤滑涂層以及制造自潤滑涂層的方法本發(fā)明涉及由金屬層構(gòu)成的涂層，其中嵌入了能夠通過磨損(wear)釋放的潤滑齊U。本發(fā)明進一步涉及至少在一些部分中施加有涂層的自潤滑部件、制造涂層和自潤滑部件的方法、以及包括至少一種類型的作為離子或絡(luò)合物溶解的金屬以及至少一種潤滑劑的涂層電解質(zhì)。本領(lǐng)域中已知，涂層可影響材料表面處的物理、電和/或化學(xué)性質(zhì)?？山柚诒砻婀こ谭椒ɡ缫员砻嫱繉犹峁δp的機械保護、顯示耐腐蝕性、是生物相容的和/或具有提高的傳導(dǎo)率這樣的方式處理所述表面。在插入式連接接觸物(plug-in connection contacts)中和在壓入式連接器 (press-in connectors)中，它們的摩擦和磨損常常決定了可能動作(actuation)的數(shù)量并確保它們正確地工作。從外部對插入式連接(connection)和壓入式連接的部件施加的降低摩擦并因此降低磨損的上油(Oilings)/涂脂(greasings)只對有限的動作有效并且也不是長期有效，且還可化學(xué)變化。因此，希望得到以更持久的方式提高耐磨性的涂層。WO 2008/122570 A2公開了用于具有擁有至少一種基體金屬的基體的部件的涂層，所述部件例如插頭(Plug)的導(dǎo)電部分。將具有少于50nm納米的平均尺寸且各自具有至少一個功能載體的納米顆粒嵌入金屬基體中。功能載體用于在期望的意義上影響基體的性質(zhì)。例如，作為功能載體的金屬可改變涂層的傳導(dǎo)性。由特別硬的材料例如碳化硅、氮化硼、氧化鋁和/或金剛石構(gòu)成的功能載體可提高基體的硬度并改善經(jīng)涂覆部件的磨損行為。使部件的額外潤滑成為不必要的降低磨損的部件涂層例如從EP0748883A1知曉。 該文獻的所述涂層特征在于其中引入與降低摩擦的物質(zhì)結(jié)合的均勻分布的納米顆粒的金屬層。所述納米顆?？衫缬葾1203、ZrO或TiA構(gòu)成且具有附著至其表面的肥皂化合物。EP 0748833 Al和WO 2008/122570 A2的涂層具有如下缺點影響表面涂層性質(zhì)的實際功能載體嵌入所述金屬層中同時與載體結(jié)合。該結(jié)合導(dǎo)致了額外的方法步驟，增加了材料消耗和涂層更高的成本。因此，本發(fā)明的目的是提供結(jié)構(gòu)簡單且對于制造而言經(jīng)濟的改善的耐磨涂層。根據(jù)本發(fā)明，在開始處提到的涂層和上面提到的涂層電解質(zhì)由于嵌入金屬層中的潤滑劑由至少單支化的有機化合物組成而實現(xiàn)該目的。在開始處提到的用于制造根據(jù)本發(fā)明的涂層的方法通過如下步驟實現(xiàn)該目的a)將至少一種由至少單支化的有機化合物組成的潤滑劑加入到具有至少一種類型的作為離子或絡(luò)合物溶解的金屬的電解質(zhì)溶液中；和b)將來自所述電解質(zhì)溶液的溶解的金屬和所述潤滑劑作為涂層沉積到部件上。在本發(fā)明中，嵌入金屬層中的有機化合物是這樣的潤滑劑其在根據(jù)本發(fā)明的涂層的磨耗(abrasion)和磨損期間在所述涂層的表面上部分暴露并且在那里形成降低磨損的潤滑膜。不需要載體要素例如WO 2008/122570 A2或EP 0 748 883 Al中的無機納米顆粒，使得在本發(fā)明中省略了在進一步的方法步驟中將功能載體(即WO 2008/122570 A2的金屬或EP 0 748 883 Al的肥皂化合物)與載體顆粒結(jié)合。由于在兩個層的接觸期間在有機潤滑化合物或其一部分的最低限度為單原子的中間層中已經(jīng)實現(xiàn)了本發(fā)明涂層的期望的潤滑效果，因此，根據(jù)本發(fā)明的涂層的耐磨性成倍增加，使得可降低需要的層厚度，導(dǎo)致減少的原材料消耗和成本節(jié)約。除了來自無機化學(xué)的例外(例如碳化物)之外，有機化合物是碳與其本身以及其它元素例如H、N、0、Si、B、F、Cl、Br、S、P或這些元素的組合的所有化合物，包括含有很少碳的那些，例如有機硅。根據(jù)本發(fā)明的方案可通過各自彼此獨立的許多配置進一步改進。將在下文中簡要描述這些配置和與之關(guān)聯(lián)的優(yōu)點。優(yōu)選地，所述有機化合物具有基本上三維的分子結(jié)構(gòu)。三維并因此緊湊的分子結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點潤滑劑分子更加均勻地分布在電解質(zhì)溶液中并且附聚(agglomeration) 和聚集(clumping)的風(fēng)險降低。因此，可實現(xiàn)所述潤滑劑在所述電解質(zhì)溶液和所述涂層中的特別均勻的分布。然而，取決于應(yīng)用，也可使用具有基本上鏈狀或平面的分子結(jié)構(gòu)(即， 有機化合物中的原子為基本上線性或片狀排列)的有機化合物。在優(yōu)選的配置中，所述有機化合物(其在下文中也稱為潤滑分子或潤滑劑分子) 是大分子。術(shù)語“大分子”指這樣的分子其由相同或不同的原子或原子團組成并且沿著它們的最大空間尺度的距離具有至少15個原子。這種類型的大分子潤滑劑(其包括聚合物)具有能夠在寬范圍的用途中使用的優(yōu)點并且對于相應(yīng)的應(yīng)用可進行最優(yōu)選擇。只不過必須小心以確保所述大分子和其鏈組成(包括共聚物、混合聚合物和嵌段聚合物)是以使得它們在具有接觸的層系統(tǒng)中具有潤滑性質(zhì)并且未不利地影響電性質(zhì)這樣的方式選擇的。 此外，為了產(chǎn)生不會被作為潤滑劑使用的所述化合物不利地影響的涂層，作為潤滑劑使用的所述化合物當(dāng)然應(yīng)當(dāng)在使用的電解質(zhì)溶液中是化學(xué)穩(wěn)定的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別地，具有約lOnm、優(yōu)選最多3nm的最大空間尺度的有機化合物具有特別好的潤滑性質(zhì)。此外，該數(shù)量級的潤滑分子在隧道效應(yīng)(tunnelling)的意義上是導(dǎo)電的且能夠用于導(dǎo)電涂層。術(shù)語“最大空間尺度”在這種情況下指的是沿著空間軸的分子的最大長度，例如球狀或板狀潤滑劑的直徑。這種設(shè)計基本上對應(yīng)于沿著最大尺度的距離約 200個原子、優(yōu)選約60個原子的最大鏈長度。由于用于本發(fā)明的潤滑分子的相對低的空間尺度(其遠低于所用納米顆粒涂層中> 50nm的數(shù)量級)，可將涂層中金屬的顆粒尺寸降低到潤滑劑分子本身的納米尺度范圍中。所述有機潤滑劑化合物可為結(jié)構(gòu)化的特別是樹枝狀結(jié)構(gòu)的，即以高度支化且顯著分叉(ramified)的方式結(jié)構(gòu)化。所述高度支化且顯著分叉可為對稱和不對稱兩種形式。作為潤滑分子的樹枝狀物質(zhì)和聚合物就在電解質(zhì)溶液中的良好分布而言是特別有利的、具有低的粘度且其趨于形成納米結(jié)構(gòu)體特別是納米顆粒。為了增加潤滑劑的嵌入，所述有機化合物可具有至少一個對所述金屬層的所述金屬具有親合力的官能團。這導(dǎo)致在沉積過程期間位于距離所述金屬層短的距離處的潤滑分子向所述金屬層移動并沉積在其上。原則上，所述官能團對所述金屬層的親合力應(yīng)當(dāng)高于對所述電解質(zhì)溶液的溶劑的親合力，以促進潤滑劑的嵌入或者沉積。未發(fā)生所述金屬層為所述潤滑分子所附聚或者完全覆蓋，因為所述官能團的金屬親合力只在擴散層中(即在與所述涂層的表面緊鄰之處)起作用。為了排除電解質(zhì)溶液中潤滑劑分子附聚的風(fēng)險，可在所述有機化合物中提供導(dǎo)致在電解質(zhì)溶液中單獨的潤滑分子相互排斥的官能團。該官能團優(yōu)選地以末端方式排列，即排列在鏈或者所述鏈的各分支的末端處。如果將相應(yīng)的官能團排列在所述有機化合物的表面處，則對于對所述金屬層的親合力和對于所述潤滑分子的排斥都是有利的。于是，所述官能團暴露在所述潤滑劑分子的外面，并且因此排列在所述潤滑分子與所述金屬層接觸或者在電解質(zhì)溶液中潤滑分子彼此接觸的地方。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式，所述官能團可為硫醇基團，其既具有對金屬的親合力， 又由于它的極性而確保潤滑分子彼此的排斥。官能團的選擇還取決于根據(jù)本發(fā)明涂層的金屬層，所述金屬層優(yōu)選地選自Cu、Ni、 Co、Fe、Ag、Au、Pd、Pt、Rh、W、Cr、Zn、Sn、Pb、以及它們的合金。特別地，由金或銀構(gòu)成的金屬層由于硫醇基團對這些金屬高的親合力而與具有硫醇基團的潤滑分子有效地相互作用。根據(jù)本發(fā)明的涂層電解質(zhì)(例如在根據(jù)本發(fā)明方法的步驟a)中制造的)包括至少一種金屬離子，和嵌入到根據(jù)本發(fā)明的涂層中的潤滑劑，所述潤滑劑由根據(jù)上述實施方式之一的至少一種類型的有機化合物組成。本發(fā)明進一步涉及至少在一些部分中施加有根據(jù)上述實施方式之一的涂層的自潤滑部件。在本發(fā)明的所述部件中，優(yōu)選將所述涂層附著至電接觸物的表面，使得由于根據(jù)本發(fā)明的涂層實現(xiàn)的提高的耐磨性，可應(yīng)用具有良好的接觸電阻的較低的層厚度，導(dǎo)致尺寸的降低和相應(yīng)接觸物的簡化并且還導(dǎo)致重量的減少和更低的原材料消耗。所述涂層特別適合于插頭或其它連接部件，特別是插入式連接或壓入式連接的零件。在下文中將基于示例性的實施方式并參考附圖更詳細地描述本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明中使用的潤滑劑的優(yōu)選實施方式的示意圖。圖2是包括圖1的潤滑劑的根據(jù)本發(fā)明的涂層電解質(zhì)的示意圖。圖3是施加有其中嵌入圖1的潤滑劑的本發(fā)明涂層的本發(fā)明自潤滑部件的細節(jié)的示意圖；和圖4是連接裝置的接觸區(qū)域的細節(jié)的示意圖，在所述連接裝置中兩連接部件各自具有如圖3中所示的根據(jù)本發(fā)明的涂層。圖1顯示根據(jù)優(yōu)選實施方式的潤滑劑1的分子。所述潤滑劑1由高度支化的有機化合物2 (即樹枝狀聚合物幻組成。所述聚合物3由構(gòu)成嵌段4的互連的單體組成，所述嵌段4以顯著分叉的結(jié)構(gòu)連接以形成作為有機化合物2的樹枝狀聚合物3。根據(jù)所示實施方式的樹枝狀聚合物3是具有三維、基本上球狀分子結(jié)構(gòu)的大分子有機化合物2。該有機潤滑劑化合物2的空間尺度在納米尺度范圍內(nèi)。直徑(作為所示球狀化合物2的空間尺度d)為< lOnm，優(yōu)選< 3nm。官能團5 (在所示實施方式中為硫醇基團6)排列在有機化合物2的表面處。所述硫醇基團6優(yōu)選地位于末端單體單元，即末端單體4上，所述末端單體4從結(jié)構(gòu)方面來講優(yōu)選地排列在樹枝狀聚合物3的表面處。
圖1中顯示的潤滑劑1 (其由官能化的、納米尺度的有機潤滑化合物2組成)由于聚合物3的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理尺寸而具有良好的潤滑性質(zhì)且可作為能夠通過磨損釋放的潤滑劑1有效地嵌入到根據(jù)本發(fā)明的涂層7的金屬層8中。為了制造具有圖1中顯示的優(yōu)選潤滑劑1的根據(jù)本發(fā)明的自潤滑涂層7，將潤滑劑分子(即有機化合物2、加入到具有作為離子或絡(luò)合物溶解的金屬9的電解質(zhì)溶液中，以產(chǎn)生在圖2中示意性地說明的涂層電解質(zhì)10。所述涂層電解質(zhì)10包括至少一種類型的金屬離子9和至少一種類型的潤滑劑1， 所述潤滑劑1由根據(jù)本發(fā)明的至少單支化的有機化合物2組成。應(yīng)注意，圖2純粹地通過實例并示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的涂層電解質(zhì)10。特別地，金屬離子9與潤滑劑1的混合比率任意選擇且通常不對應(yīng)于潤滑劑1引入到涂層7中的比率。為了制造根據(jù)本發(fā)明的涂層7，將來自所述涂層電解質(zhì)10的所述金屬離子9沉積在部件11上，所述潤滑分子1也沉積并嵌入到金屬層8中。在該共沉積(其優(yōu)選地以電化學(xué)方式實施)期間，所述金屬離子9作為由金屬原子9’組成的金屬層8在待涂覆的表面12 上結(jié)晶出來。在該結(jié)晶期間，潤滑分子1嵌入金屬層8中或沉積在其上，從而產(chǎn)生如圖3中所示的根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合涂層7。通過有機化合物2的官能團5 (其例如作為硫醇基團6，對金屬層8具有親合力，特別是如果所述金屬層包括金或銀)促進潤滑劑1在金屬層8中的沉積和嵌入。在圖3中顯示的實施方式中，向電接觸物11’的表面12施加根據(jù)本發(fā)明的涂層。 這樣得到根據(jù)本發(fā)明的自潤滑部件11。由于在磨耗期間，潤滑劑1在涂層7的表面處部分地暴露(在所述表面處其在接觸區(qū)域13中形成潤滑膜14)，因此涂層7確保了所述部件11 的所述表面12的更高的耐磨性。這可在圖4中特別清楚地看到，圖4顯示了連接15 (例如插入式連接1 或壓入式連接15b)，其中可配合在一起以產(chǎn)生該連接15的兩個部件11各自在它們的表面12上在接觸區(qū)域13中擁有根據(jù)本發(fā)明的涂層7。圖4顯示當(dāng)所述連接15的部件11接合在一起時，有機化合物2的單獨的分子如何通過在涂層7的各自表面12處的磨耗而從根據(jù)本發(fā)明的涂層7釋放并在接觸區(qū)域13中形成潤滑膜14。由于所述潤滑劑1的良好摩擦學(xué)性質(zhì)，該潤滑膜14提高了所述連接15的耐磨性(潤滑劑1的有機潤滑劑化合物2形成潤滑膜14，其結(jié)果是所述金屬層8的磨耗大大降低且部件11的耐磨性提高)。雖然在附圖所示的示例性實施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的涂層7中僅僅使用了一種潤滑劑1，但是當(dāng)然也可將不同的潤滑劑1嵌入到涂層7的金屬層中，條件是這些不同的潤滑劑1各自由至少單支化的有機化合物2組成。
權(quán)利要求
1.由金屬層(8)構(gòu)成的涂層(7)，其中嵌入能夠通過磨損釋放的潤滑劑(1)，所述涂層 (7)的特征在于所述潤滑劑⑴由至少單支化的有機化合物(2)組成。
2.權(quán)利要求1的涂層(7)，其特征在于所述有機化合物(2)具有三維分子結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1或2的涂層(7)，其特征在于所述有機化合物( 是大分子。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的涂層(7)，其特征在于所述有機化合物(2)具有約lOnm、優(yōu)選約3nm的最大空間尺度d。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的涂層(7)，其特征在于所述有機化合物(2)是樹枝狀結(jié)構(gòu)的。
6.權(quán)利要求1-5中任一項的涂層(7)，其特征在于所述有機化合物(2)具有至少一個對所述金屬層(8)具有親合力的官能團(5)。
7.權(quán)利要求6的涂層(7)，其特征在于所述官能團( 排列在所述有機化合物O)的表面。
8.權(quán)利要求6或7之一的涂層(7)，其特征在于所述官能團(5)為硫醇基團㈩)。
9.權(quán)利要求1-8中任一項的涂層(7)，其特征在于所述金屬層(8)選自Cu、Ni、Co、Fe、 Ag、Au、Pd、Pt、Rh、W、Cr、Zn、Sn、Pb、以及它們的合金。
10.自潤滑部件(11)，其至少在一些部分中施加有根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的涂層(7)。
11.權(quán)利要求10的部件(11)，其特征在于所述涂層(7)附著至電接觸物(11’)的表面 (12)。
12.權(quán)利要求10或11的部件(11)，其特征在于所述部件(11)是插入式連接(15a)或壓入式連接(1 )的零件。
13.涂層電解質(zhì)(10)，包括至少一種類型的作為離子或絡(luò)合物溶解的金屬(9)以及至少一種根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的潤滑劑(1)。
14.制造權(quán)利要求1-9之一的涂層(7)的方法，包括如下步驟a)將至少一種由至少單支化的有機化合物( 組成的潤滑劑(1)加入到具有至少一種類型的作為離子或絡(luò)合物溶解的金屬(9)的電解質(zhì)溶液中；和b)將來自根據(jù)步驟a)的所述電解質(zhì)溶液的溶解的金屬(9)和所述潤滑劑(1)作為涂層(7)沉積到部件(11)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及由金屬層(8)構(gòu)成的涂層(7)，其中嵌入了能夠通過磨損釋放的潤滑劑(1)。為了提供結(jié)構(gòu)簡單且對于制造而言經(jīng)濟的耐磨涂層(7)，本發(fā)明提供了由至少單支化的有機化合物(2)組成的所述潤滑劑(1)。本發(fā)明進一步涉及至少在一些部分中施加有本發(fā)明涂層(7)的自潤滑部件(11)、制造涂層(7)的方法、以及包括至少一種類型的金屬離子和至少一種由至少單支化的有機化合物(2)組成的潤滑劑(1)的涂層電解質(zhì)(10)。
文檔編號C25D15/00GK102471917SQ201080034634
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者D.弗雷克曼, H.施米特 申請人:泰科電子Amp有限責(zé)任公司, 泰科電子公司