滑動(dòng)軸承復(fù)合材料的制作方法
【專利說明】滑動(dòng)軸承復(fù)合材料
[0001]本發(fā)明涉及金屬滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，包括承載層，特別是鋼承載層，含有錫或鋁或鎳或鋅或其組合的銅基層以及包括朝向滑動(dòng)偶件的噴鍍的摩擦層，特別是基于鋁的摩擦層。
[0002]這種滑動(dòng)軸承復(fù)合材料是已知的。其典型地用于機(jī)動(dòng)車工業(yè)中的發(fā)動(dòng)機(jī)和接近發(fā)動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合中，例如用于制造曲柄軸承瓦和聯(lián)桿軸承瓦和套。
[0003]由具有噴鍍的摩擦層的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料制成的滑動(dòng)軸承特別是在高負(fù)荷下使用時(shí)證明是有利的。由于在前面描述的結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)軸承也稱為所謂的“三元金屬軸承”，雖然其可以具有其它的極薄的大部分基于鎳的中間結(jié)合層和/或擴(kuò)散阻擋層。在典型的前述的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料中，布置在承載層和摩擦層之間的銅基層通常稱為軸承金屬層；它具有大多高于150 μm的顯著的厚度并且燒結(jié)、鍍覆或澆注在承載層上。在這種軸承金屬層上，根據(jù)其組成，可以施加厚度僅有幾個(gè)μπι的薄的擴(kuò)散阻擋層。在這種擴(kuò)散阻擋層上噴鍍通?；阡X的摩擦層。如果在此說到噴鍍，則將其理解為涂敷過程，其中通過用離子射擊從固體(靶)擊打出原子，該原子在一定程度上轉(zhuǎn)變成氣相和然后沉積在待涂敷的基體上。噴鍍經(jīng)常也稱為陰極霧化，因?yàn)楣腆w在此過程中是連接在陰極。噴鍍層或經(jīng)噴鍍的層由此通過在基體上盡可能均勻的沉積而構(gòu)建。
[0004]本發(fā)明基于的任務(wù)是，以簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方式制備前述類型的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料。
[0005]該任務(wù)通過一種滑動(dòng)軸承復(fù)合材料得以解決，根據(jù)本發(fā)明其特征在于，銅基層是噴鍍的層并且具有至少20 μπι的厚度和銅基層直接噴鍍到承載層上或噴鍍到直接施加在承載層上的厚度為小于20 μm，特別是小于10 μπι的中間層上。
[0006]通過本發(fā)明令人意外地發(fā)現(xiàn)，在前述的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料中相對(duì)較厚的燒結(jié)、鍍覆或澆注上的基于銅的軸承金屬層可以舍棄掉或用相對(duì)較薄的噴鍍上的銅基層代替。由此在可以使用的合金組成方面也繞過了迄今使用的燒結(jié)、澆注和鍍覆方法的限定性限制。與滑動(dòng)軸承復(fù)合材料范圍中典型噴鍍層的厚度相比，噴鍍上的銅基層以至少20 μπι，優(yōu)選至少25 μm，更優(yōu)選至少30 μπι是出乎尋常地厚。銅基層已經(jīng)具有20μπι-80μπι，特別是25 μ m-70 μ m，更特別是30 μ m-70 μ m，尤其是30 μ m-60 μ m，更尤其是30 μ m-50 μ m的優(yōu)選厚度。但是，與前述的燒結(jié)、鍍覆或澆注上的軸承金屬層相比，噴鍍上的銅基層的層厚度更低。
[0007]通過本發(fā)明確認(rèn)到的是，銅基合金與鋁基合金相比，可以更快地以噴鍍方法構(gòu)造并且其在本發(fā)明意義上可以用于極其經(jīng)濟(jì)地制造所要求結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料。如果在構(gòu)造成多室設(shè)備的噴鍍?cè)O(shè)備中制備所述兩個(gè)被噴鍍的層，這樣提供了如下的可能性，即可以在等待時(shí)間最小化情況下制備滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，是通過在大致噴鍍摩擦層相同的時(shí)間內(nèi)在噴鍍?cè)O(shè)備的初步整理的室中施加與其相比明顯更厚的銅基層。由此在執(zhí)行噴鍍過程中不會(huì)導(dǎo)致不希望的等待時(shí)間。如果提供合適的多室設(shè)備，銅基層的施加也可以在兩個(gè)可以相互并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的室中執(zhí)行，它們交替地進(jìn)行裝填或清空并初步整理后面的室用于噴鍍摩擦層。由此也可以設(shè)想在適當(dāng)選擇層厚度和噴鍍時(shí)間情況下連續(xù)的無等待時(shí)間的制備。根據(jù)本發(fā)明，可以完全舍棄傳統(tǒng)的燒結(jié)、鍍覆或澆注上的厚的軸承金屬層，這帶來了顯著的材料節(jié)省并且也明顯降低了制造成本。此外，意外地發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的鍍覆的、燒結(jié)的或澆注上的軸承金屬層相比相對(duì)較薄的噴鍍的銅基層具有良好的顆粒相容性和良好的匹配性以及良好的防摩擦性能，這不是容易想到的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，形成CuSn (3-10) Ni (0-18)-合金，特別是CuSn (3-10) Ni (5-18)-合金，尤其 CuSn (5-7) Ni (8-10)-合金或 CuSn (7-10) Ni (13-16)-合金的銅基層，特別是形成CuSn6Ni9或CuSn8Nil5_合金的銅基層。在本發(fā)明的替選實(shí)施方案中，形成CuAl (4-10)-合金或CuZn (10-35)-合金的銅基層。
[0009]與滑動(dòng)偶件共同作用的噴鍍的摩擦層有利地是由Al Sn (17-27) Cu (0.5-3)-合金，特別是 AlSn (18-22) Cu (0.5-1.5)，尤其 AlSn20Cu_ 合金形成，或是由 AlSn (24-26)Cu (2-3)-合金，特別是AlSn25Cu2.5-合金形成。也可以設(shè)想由AlB1-合金或SnCu-或SnSb-合金或由B1-合金形成的噴鍍的摩擦層。
[0010]摩擦層的厚度有利地為5-25 μ m，特別是5-20 μ m，更特別是6-18 μ m，尤其7-15 μmD
[0011]根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案，銅基層包含錫和鎳，并特別是由CuSn(3-10)Ni (0-18)-合金形成。證明特別有利的是，摩擦層可以在沒有中間布置另外的擴(kuò)散阻擋層情況下直接噴鍍?cè)谑孪葒婂冞^的銅基層上，而不會(huì)導(dǎo)致在噴鍍上的摩擦層和噴鍍上的銅基層之間出現(xiàn)干擾性擴(kuò)散過程。
[0012]如果銅基層包括低合金化的CuSn-合金的話，特別是由CuSn (4-10)-合金的話，則證明特別有利的是，在銅基層和摩擦層之間設(shè)置厚度最高10 μ m，特別是最高8 μ m，尤其是最高6 μ m的擴(kuò)散阻擋層。
[0013]已經(jīng)表明，合金的數(shù)據(jù)不排除可以含有其它合金組分。但是優(yōu)選上述組成的合金。通常還含有分別〈0.lw%的雜質(zhì)成分，但是其總量不超過組合物的lwt%。
[0014]此外，本發(fā)明涉及滑動(dòng)軸承元件，特別是滑動(dòng)軸承瓦和滑動(dòng)軸承套，它們是由平面延伸的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料以彎曲滾壓法形成的。此外，本發(fā)明涉及制備具有根據(jù)權(quán)利要求11的特征的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料的方法。
[0015]本發(fā)明的其它特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)從所附的權(quán)利要求書、對(duì)附圖的描述和下面的對(duì)本發(fā)明滑動(dòng)軸承復(fù)合材料的優(yōu)選實(shí)施方案的描述中獲知。
[0016]附圖中:
[0017]圖1顯示了本發(fā)明的金屬滑動(dòng)軸承復(fù)合材料的剖面示意圖，和
[0018]圖2顯示了本發(fā)明的金屬滑動(dòng)軸承復(fù)合材料其它實(shí)施方案的剖面示意圖。
[0019]圖1顯示了本發(fā)明的用于以彎曲滾壓法制造金屬滑動(dòng)軸承元件，特別是滑動(dòng)軸承瓦和套的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料2的尺寸非按比例的剖面示意圖。該滑動(dòng)軸承復(fù)合材料包括承載層4，通常由鋼制成。在承載層4的事先特別是通過用惰性氣體離子射擊加以清潔的上側(cè)的上側(cè)上優(yōu)選直接噴鍍上銅基層6。這種銅基層可以具有開頭所述的組成。其厚度優(yōu)選為20 μ m-80 μ m，更優(yōu)選25 μ m-70 μ m。如果銅基層是銅-錫-鎳合金的話，則另外的擴(kuò)散阻擋層就是多余的，并且可以在銅基層6上直接噴鍍上摩擦層8，特別是鋁基摩擦層，優(yōu)選含有錫和銅。其層厚度為5-25 μm，優(yōu)選低于銅基層6的層厚度?？傮w上，本發(fā)明的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料證明是可高抗荷載的。在此情況下，銅基層在一定程度上用作為傳統(tǒng)的厚軸承金屬層的替代物，并且此外執(zhí)行擴(kuò)散阻擋層的功能，以便阻止錫從摩擦層擴(kuò)散。
[0020]如果銅基層6僅含有錫代替錫和鎳，則證明有利的是在銅基層6和摩擦層8之間設(shè)置附加的擴(kuò)散阻擋層10，其厚度為幾個(gè)μπι并且具有常規(guī)組成，例如基于鎳或基于錫鎳或基于銅鎳錫。這種擴(kuò)散阻擋層10也可以是噴鍍上的。這樣的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料顯示在圖2中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.金屬滑動(dòng)軸承復(fù)合材料(2)，包括承載層(4)，特別是鋼承載層，含有錫或鋁或鎳或鋅或其組合的銅基層￠)以及包括朝向滑動(dòng)偶件的噴鍍的摩擦層(8)，特別是基于鋁的摩擦層，其特征在于，銅基層(6)是噴鍍的層并且具有至少20 μ m的厚度，銅基層(6)直接噴鍍到承載層(4)上或噴鍍到直接施加在承載層(4)上的厚度為小于20 μπι的中間層上。2.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，銅基層(6)具有20μπι-80 μπι，特別是25 μ m-70 μ m，更特別是30 μ m-70 μ m，尤其是30 μ m-60 μ m，更尤其是30 μ m-50 μ m的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，銅基層￠)由CuSn(3-10)Ni (0-18)-合金，特別是 CuSn (3-10) Ni (5-18)-合金，尤其 CuSn (5-7) Ni (8-10)-合金或CuSn (7-10)Ni (13-16)-合金形成，特別是由 CuSn6Ni9 或 CuSn8Nil5_ 合金形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，銅基層(6)由CuAl (4-10)-合金或 CuZn (10-35)-合金形成。5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，摩擦層(8)是由 AlSn (17-27) Cu (0.5-3)-合金，特別是 AlSn (18-22) Cu (0.5-1.5)，尤其 AlSn20Cu_ 合金形成，或是由AlSn (24-26) Cu (2-3)-合金，特別是AlSn25Cu2.5-合金形成。6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，摩擦層(8)由AlB1-合金或SnCu-或SnSb-合金或由Bi合金形成。7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，摩擦層(8)的厚度為5 μ m-25 μ m，特別是5 μ m-20 μ m，更特別是6 μ m_18 μ m，尤其是7 μ m_15 μ m。8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，銅基層(6)包含錫和鎳，且摩擦層(8)在沒有中間布置其它的擴(kuò)散阻擋層的情況下直接噴鍍?cè)阢~基層(6)上。9.根據(jù)前述權(quán)利要求1-7之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料，其特征在于，銅基層(6)包含CuSn合金，特別是CuSn (4-10)合金，且在銅基層(6)和摩擦層(8)之間設(shè)置厚度最高10 μ m，特別是最高8 μ m，尤其是最高6 μ m的擴(kuò)散阻擋層(10)。10.滑動(dòng)軸承，特別是滑動(dòng)軸承瓦或滑動(dòng)軸承套，由根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料制造。11.制備根據(jù)前述權(quán)利要求1-9之一項(xiàng)或多項(xiàng)的滑動(dòng)軸承復(fù)合材料(2)的方法，其特征在于以下特征: -提供承載層(4)，特別是由鋼制成， -切割承載層(4)的薄板試樣并將該薄板試樣置于噴鍍?cè)O(shè)備的一個(gè)室中， -清潔薄板試樣待涂覆的表面， -噴鍍上層厚為20 μ m-80 μ m的銅基層(6)， -噴鍍上層厚度為5-25 μπι的基于鋁的摩擦層(8)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬滑動(dòng)軸承復(fù)合材料(2)，含有承載層(4)，特別是鋼承載層，含有錫或鋁或鎳或鋅或其組合的銅基層(6)以及含有朝向滑動(dòng)偶件的噴鍍的摩擦層(8)，特別是基于鋁的摩擦層；為了能夠經(jīng)濟(jì)地制備材料，本發(fā)明建議，銅基層(6)是噴鍍的層并且具有至少20μm的厚度，銅基層(6)直接噴鍍到承載層(4)上或噴鍍到直接施加在承載層(4)上的厚度為小于20μm的中間層上。此外，本發(fā)明涉及制備滑動(dòng)軸承復(fù)合材料的方法。
【IPC分類】C22C9/01, C22C9/04, F16C33/12, C22C9/06, C22C21/00, C22C9/02, C23C28/02, C23C14/16, B32B15/01
【公開號(hào)】CN105050809
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380063861
【發(fā)明人】斯特潘·基爾什塔, 克勞斯·普切爾, 海因伯特·朗納, 維爾納·舒伯特
【申請(qǐng)人】Ks滑動(dòng)軸承有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2013年12月3日
【公告號(hào)】DE102012222327B3, EP2928685A1, WO2014086767A1