專利名稱：多層粉末金屬軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及鋼背襯青銅粉末金屬發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。
背景技術(shù)：
在制造銅基發(fā)動(dòng)機(jī)軸承和軸套(整個(gè)軸承)時(shí)，把銅基功能層結(jié)合到鋼背襯帶上的一個(gè)通用方法是把單層青銅軸承材料涂到移動(dòng)的襯板上，然后燒結(jié)、冷卻、輥軋壓實(shí)，并進(jìn)行后燒結(jié)。常采用電鍍或物理汽相沉積工藝在這種燒結(jié)的青銅軸承層上涂上一層覆蓋層，如錫或鉛-錫-銅層，以使軸承有良好的適應(yīng)性和壓入性。結(jié)合青銅功能層的另一個(gè)方法是從熔池把這樣一層材料澆在移動(dòng)的鋼背襯帶上，然后采用單獨(dú)的電鍍或物理汽相沉積工藝在這種澆注功能層上施涂一層覆蓋層，來(lái)提高軸承適應(yīng)性和壓入性。
上述每一種制造銅基功能層的方法的一個(gè)固有缺點(diǎn)，在于它們限于涂覆一種單一的銅基合金材料。按照給定應(yīng)用的要求，調(diào)整粉末金屬或青銅功能層的化學(xué)成分，使整個(gè)功能層由相同的合金材料制造。
隨著軸承承載和耐磨要求以及減小某些元素(如鉛)用量的要求日益增加，制造滿足現(xiàn)代軸承和軸套應(yīng)用所有要求的銅基替代合金的成本更富挑戰(zhàn)性，特別是因?yàn)檫@種功能層一般都是涂到鋼背襯的層中最厚的一層。
本申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)確認(rèn)，在許多應(yīng)用中，若非現(xiàn)行的在鋼背襯上制備單層青銅功能層的工藝的限制，僅在功能層的一部分提供高性能/高成本的銅基合金材料就可滿足要求，而功能層其余部分的材料可以是較低性能和較低成本的材料。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在軸承的鋼背襯上形成多層青銅功能層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的方法，提供了一種制造多層粉末金屬銅基軸承的方法，包括在一個(gè)金屬背襯帶上涂覆一層第一銅基金屬合金層；在沒(méi)有明顯壓實(shí)第一層的情況下，至少在第一層上涂覆一種第二銅基粉末金屬合金層，至少第二層的成分不同于第一層；在沒(méi)有明顯壓實(shí)這些層的情況下，對(duì)這些層進(jìn)行第一次燒結(jié)步驟；在第一次燒結(jié)步驟后，冷卻這些層，并對(duì)著金屬背襯帶輥軋壓實(shí)這些層，使其壓實(shí)并結(jié)合到基板上和相互結(jié)合；輥軋壓實(shí)后，對(duì)這些層進(jìn)行第二次燒結(jié)步驟。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)在鋼襯板上涂覆第一銅基粉末層，然后在沒(méi)有明顯壓實(shí)情況下在第一層上至少涂覆一層第二銅基粉末軸承材料層，繼而進(jìn)行第一次燒結(jié)和冷卻工序，再進(jìn)行輥軋結(jié)合及后燒結(jié)，一種多層銅基粉末金屬功能軸承材料可以有效地相互結(jié)合并結(jié)合到鋼背襯帶上，而且可以靈活選擇第一層和第二層的化學(xué)成分以便設(shè)計(jì)這種功能層的最終性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以在一層使用較便宜的銅基材料，而相應(yīng)在另一層或其余層使用較昂貴的材料。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是容易適用于現(xiàn)有的燒結(jié)生產(chǎn)線，僅需少量改動(dòng)。
按照一種特定的性能，第一層可以由相對(duì)便宜的銅-錫粉末合金制造，并且相對(duì)較厚，而第二層則可以由銅-錫-鉍，或另外的特定粉末金屬合金制造，作為含鉛青銅的代用品。


通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明及附圖將更容易清楚本發(fā)明的上述的和其他的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是按本發(fā)明制造的一個(gè)軸承的示意分解剖面圖。
圖2是說(shuō)明本方法的一個(gè)示意圖。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明的一個(gè)多層粉末金屬滑動(dòng)軸承或軸套(整個(gè)軸承)在圖1中總的標(biāo)為10，該軸承或軸套包括一個(gè)鋼背襯12，該鋼背襯12上涂上一層至少由基層16和外表面層18構(gòu)成的多層燒結(jié)粉末金屬內(nèi)襯14，基層16和外表面層18都是銅基燒結(jié)粉末金屬合金，但具有不同的成分和/或不同的性能，兩者的結(jié)合構(gòu)成了滿足軸承內(nèi)襯14所要求性能的復(fù)合內(nèi)襯14。
按照本發(fā)明，表面層18可以是第一銅基粉末金屬合金成分，具有適于與軸承10所支承的轉(zhuǎn)軸、銷、或其他零件滑動(dòng)接合所需要的性能，以便沿表面層18轉(zhuǎn)動(dòng)面滑動(dòng)。由于應(yīng)有必要的合金添加元素以滿足其性能要求，因此，具有表面層18所需性能的粉末金屬成分較為昂貴。這種相對(duì)昂貴的表面層18至少可以以一層具有第二銅基粉末金屬成分的較便宜的基層16為背襯，基層16為表面層提供必要的支撐，但不必具有與表面層相同的性能，這就提供了具有所要求最終性能的整個(gè)軸承內(nèi)襯14。在所示實(shí)例中，表面層18明顯薄于基層16，有利于節(jié)約成本。
因此，層16，18可以有不同的化學(xué)成分，因而具有不同的性能和成本。這樣，在一個(gè)較強(qiáng)而簡(jiǎn)單的低成本層16的頂部上涂覆一層較低強(qiáng)度而高潤(rùn)滑性的高成本層18，可以使復(fù)合內(nèi)襯14在性能上得到整體提高。
這種粉末金屬層優(yōu)選地是基本不含鉛(＜0.1％的鉛)的銅基合金。例如，基層16可以是一種90/10銅錫粉末金屬層，襯托著一個(gè)表面層18，該表面層18例如可以是一種銅-錫-鉍粉末金屬層，其中有90份的銅及10份的錫和鉍，而鉍約為銅和錫總量的2％～10％(重量)。本發(fā)明也考慮用其他銅合金及其化學(xué)成分，在此處作為參考引入。當(dāng)然，層16，18的選擇應(yīng)是相互匹配的，以便在燒結(jié)操作中容易結(jié)合到背襯帶12上及相互結(jié)合。
圖2簡(jiǎn)略說(shuō)明一種制造這類多層燒結(jié)軸承的方法。背襯帶12在一個(gè)第一粉末涂覆器20下面通過(guò)，該處涂上基層16，然后襯板12在一個(gè)第二粉末涂覆器22下面通過(guò)，在沒(méi)有明顯壓實(shí)基層16粉末金屬材料的情況下涂上表面層18。粉末層最好松散地涂覆到基層上，在燒結(jié)前沒(méi)有任何輥軋壓實(shí)，雖然本發(fā)明也可用一定量的壓實(shí)以控制粉末，但沒(méi)有達(dá)到在涂覆第二層前明顯壓實(shí)基層的程度(如＜80％的完全理論密度)，或在燒結(jié)前明顯壓實(shí)第二層的程度(如，＜80％的完全理論密度)。背襯帶12送進(jìn)通過(guò)一個(gè)燒結(jié)區(qū)24，這些層在此燒結(jié)，然后通過(guò)一個(gè)冷卻區(qū)26，繼而進(jìn)入壓輥28，壓輥28壓實(shí)這些層，并把它們結(jié)合到背襯帶以及相互結(jié)合，以后，在最終燒結(jié)區(qū)30，這些已部分燒結(jié)和輥軋的層16，18進(jìn)一步完全燒結(jié)。當(dāng)然，如有必要，可以涂覆更多的層，如三層或更多的層，為此，在此方法中要添加更多的粉末涂覆區(qū)。
顯然，按照上述說(shuō)明，本發(fā)明的更多改進(jìn)和改型是可能的。因此，相信在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不按專門說(shuō)明的那樣實(shí)施。本發(fā)明由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種制造多層粉末金屬銅基軸承的方法，包括在一個(gè)金屬背襯帶上涂覆一層第一銅基金屬合金層；在沒(méi)有明顯壓實(shí)第一層的情況下，至少在第一層上涂覆一種第二銅基粉末金屬合金層，至少第二層的成分不同于第一層；在沒(méi)有明顯壓實(shí)這些層的情況下，對(duì)這些層進(jìn)行第一次燒結(jié)步驟；在第一次燒結(jié)步驟后，冷卻這些層，并對(duì)著金屬背襯帶輥軋壓實(shí)這些層，使其壓實(shí)并結(jié)合到基板上和相互結(jié)合；輥軋壓實(shí)后，對(duì)這些層進(jìn)行第二次燒結(jié)步驟。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些層選擇基本無(wú)鉛成分。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于上述第一層包括一種銅-錫合金，上述至少第二層包括一種銅-錫-鉍合金。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于上述至少第二層合金中的鉍含量的重量百分比約等于2％～10％。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述第一層至少相對(duì)于上述第二層較厚。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的背襯帶由鋼制造。
全文摘要
一種制造多層青銅軸承的方法，包括在鋼背襯帶(12)上涂覆一層具有第一成分的第一銅基粉末金屬材料層(16)。在沒(méi)有明顯壓實(shí)第一層的情況下，在第一層上至少沉積一個(gè)第二銅基粉末金屬材料層，其成分為與第一成分不同的第二成分。然后對(duì)這些層進(jìn)行燒結(jié)、冷卻及輥軋壓實(shí)，以便相互結(jié)合并結(jié)合到背襯帶上，最后，對(duì)這些層進(jìn)一步進(jìn)行燒結(jié)。
文檔編號(hào)B22F7/00GK1571711SQ02820593
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者詹姆斯·R·托特 申請(qǐng)人:聯(lián)邦莫沃爾公司