專利名稱：滑動軸承復合材料的制作方法
滑動軸承復合材料本發(fā)明涉及一種滑動軸承復合材料，用于制造滑動軸承元件、尤其是 發(fā)動機應用的滑動軸承套和滑動軸承瓦，具有一個用鋼制成的承載層和一 個施加在該承載層上的銅基、尤其是銅-錫或銅-鋅基軸承合金層，并且具有 一個噴鍍在該軸承合金層上的鋁基摩擦層。上面所述類型的具有一個噴鍍的鋁基摩擦層的滑動軸承復合材料已經(jīng)多次公開，例如己由DE 103 60 818A公開。通過在進行承載的軸承合金層 上設置一個噴鍍層實現(xiàn)滑動軸承復合材料以及用此制造的滑動元件的高的 硬度和耐磨損性。當開頭談到滑動軸承套時，則對此原則上雖然理解為本身任意滑動軸 承應用的任何滾壓的滑動軸承套。但所述滑動軸承復合材料尤其適用于制 造承受高負載的連桿軸承套，即用于在發(fā)動機連桿的小連桿孔中支承活塞 銷的套。在那里，滑動軸承套經(jīng)受極限溫度和負載，但經(jīng)受反而適度的滑 動速度。當前面談到發(fā)動機應用的滑動軸承瓦時，則對此理解為用于分體式支 承部位的通常彎曲成半圓形狀的瓦，尤其是用于在內(nèi)燃機中在曲柄銷上支 承連桿或在曲軸箱中支承曲軸的瓦。在這些應用中工作溫度比在連桿軸承 套中小。但滑動速度與此相比明顯高。雖然具有噴鍍的滑動層或摩擦層的滑動軸承復合材料適用于內(nèi)燃機工 作中的最高負載，但是對于磨合特性方面的改善仍然存在潛力，即如果由 滑動軸承元件和滑動方組成的副彼此相適應。即使在缺少潤滑下的工作中 仍可改善。因此，本發(fā)明的任務在于，改善具有硬的噴鍍的摩擦層的滑動軸承復 合材料的磨合特性。根據(jù)本發(fā)明，該任務在所述類型的滑動軸承復合材料中這樣來解決 在噴鍍的摩擦層上施加一個附加的磨合層，該附加的磨合層或者是一個構 造在摩擦層的表面上的厚度為l-5nm的磷酸鋅層，或者是一個噴鍍在摩擦層上的、但比該摩擦層軟的、由錫、鉍、銀或它們的合金構成的厚度為l-5)im 的層，或者是一個厚度小于l(Him的聚合物基滑動漆層。因此，根據(jù)本發(fā)明提出，滿足摩擦學上有利的表面性質(zhì)的最高要求的 所述噴鍍的摩擦層不是被設置直接用于與滑動方接觸，而是在該硬的摩擦 層上設置一個附加的磨合層?；瑒虞S承中的磨合層本身已經(jīng)公知；但其在 具有噴鍍的摩擦層的高級滑動軸承中已被放棄，因為假定了噴鍍的摩擦層 的高級性能由此會受到消極影響。但是現(xiàn)在己經(jīng)被證實，這沒有表現(xiàn)出缺點并且對這種滑動軸承復合材 料或者用此制造的滑動軸承元件、尤其是內(nèi)燃發(fā)動機中的連桿軸承套、連 桿軸承瓦和曲軸軸承瓦的工作特性沒有消極影響，而是對其產(chǎn)生積極支持， 其方式是這些滑動軸承元件的磨合特性已被改善。根據(jù)第一本發(fā)明方案，如果在噴鍍的摩擦層上或在噴鍍的摩擦層中構 造一個磷酸鋅層，則這可通過將滑動軸承復合材料或者優(yōu)選已經(jīng)形成最終 形狀的滑動軸承元件、尤其是滑動軸承套和滑動軸承瓦浸入到磷酸鹽處理 溶液中來實現(xiàn)，這如基本上已由EP0399 425B1所公知的那樣。根據(jù)另一個本發(fā)明方案，作為磨合層可使用另一個噴鍍的層，但該層 比摩擦層軟，以便可執(zhí)行作為磨合層的功能。根據(jù)第三本發(fā)明方案，也可使用薄的聚合物基磨合層。該滑動漆層的 其它優(yōu)選成分由從屬權利要求中得到?；瑒悠釋觾?yōu)選不含PTFE并且基于PAI (聚酰胺酰亞胺)基來構造。該 滑動漆層具有優(yōu)選小于10pm、尤其是至多8pm、特別是至多6pm的厚度。滑動漆層有利地包含5-15重量百分比的硫化鋅、5-15重量百分比的石 墨和5-15重量百分比的Ti02，其中，硫化鋅和TiO2以《0.7pm的顆粒大小 存在。代替硫化鋅也可使用硫酸鋇。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)確定，本身在其摩擦學性能方面可靠的PTFE在PAI (聚酰胺酰亞胺)基漆層中恰恰在薄涂層的情況下使與軸承合金層的連接 變難或者不含PTFE的漆層即使當該漆層非常薄時也可明顯更好地保持在 噴鍍的摩擦層上，更確切地說即使在較強的負載下。此外，在承受負荷區(qū) 域中與PAI共同作用地各添加硫化鋅、石墨和二氧化鈦被證實是極其合適 的。硫化鋅是良好的固體潤滑材料，該固體潤滑材料對干燥不敏感。而對此較敏感的石墨具有良好的導熱能力并且能夠?qū)a(chǎn)生的摩擦熱量在朝軸承 合金層和金屬支撐層的方向上導出。而二氧化鈦賦予必需的耐磨損性。由 此，通過這些組分提供一個在摩擦學上考察即使是在混合摩擦的條件下(高 負載，產(chǎn)生的摩擦熱量，干燥)也合適的系統(tǒng)。已經(jīng)被證實有利的是，硫化鋅、石墨和Ti02各以7-13重量百分比存在。 被證實也符合目的的是，硫化鋅和石墨各與Ti02按重量百分比計算的比例 在0.6到1.4之間、尤其是在0.7到1.3之間取值。在優(yōu)選情況下提出，在 漆層中設置按重量百分比計算的大致相同量的硫化鋅、石墨和Ti02。在與軸承合金層良好連接方面被證實有利的是，漆層不含氟聚合物。此外，被證實有利的是，PAI易于溶解，例如在NMP中(大約l:l的 比例)，并且因此漆層可作為溶液被施加上、尤其是被噴灑上。硫化鋅和二氧化鈦優(yōu)選作為非常細的微粒存在，因為由此可實現(xiàn)這些 物質(zhì)非常"緊密地"、勻質(zhì)地分布在由PAI構成的母體中。它們優(yōu)選具有 200nm到500nm之間的顆粒大小D50-值。上述微粒大小D-50值表示這樣 的微粒大小就該微粒大小而言，所涉及物質(zhì)的50重量百分比以比該微粒 大小大的微粒大小存在并且50重量百分比以比該微粒大小小的微粒大小存 在。雖然本發(fā)明不排除除了 PAI之外作為漆層的形成母體的塑料組分之外 還允許包含一種或多種其它形成母體的塑料。但它們的含量取值不多于在 漆層中PAI含量的20重量百分比、尤其是不多于IO重量百分比。優(yōu)選母 體以100。/。的PAI構成。漆層有利地由權利要求11中描述的組分組成。此外，由從屬權利要求中得出軸承合金層和摩擦層的優(yōu)選成分。
權利要求
1.滑動軸承復合材料，用于制造滑動軸承元件、尤其是發(fā)動機應用的滑動軸承套和滑動軸承瓦，具有一個用鋼制成的承載層和一個施加在該承載層上的銅基、尤其是銅-錫或銅-鋅基軸承合金層，并且具有一個噴鍍在該軸承合金層上的鋁基摩擦層，其特征在于在該噴鍍的摩擦層上施加一個附加的磨合層，該附加的磨合層或者是一個構造在該摩擦層的表面上的厚度為1-5μm的磷酸鋅層，或者是一個噴鍍在該摩擦層上的、但比該摩擦層軟的、由錫、鉍、銀或它們的合金構成的厚度為1-5μm的層，或者是一個厚度小于10μm的聚合物基滑動漆層。
2. 根據(jù)權利要求1的滑動軸承復合材料，其特征在于該軸承合金層是 銅-鋅合金，該銅-鋅合金具有10-32重量百分比的Zn、尤其是具有10-25重 量百分比的Zn并且尤其是具有1-8重量百分比的Ni。
3. 根據(jù)權利要求1或2的滑動軸承復合材料，其特征在于該軸承合金 層構造得不含鉛。
4. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該軸承 合金層的硬度取值為110-150 HV 0.002、尤其是110-140 HV 0.002、特別是 110-130 HV0麓。
5. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該摩擦層由鋁-錫合金構成，該鋁-錫合金具有20-30重量百分比的Sn、尤其是具有 20-26重量百分比的Sn。
6. 根據(jù)權利要求5的滑動軸承復合材料，其特征在于該鋁-錫合金包 含各可達2重量百分比的Ni、 Si、 Mn和雜質(zhì)引起的各可達0.5重量百分比 的、但總量不多于1重量百分比的組成部分。
7. 根據(jù)權利要求5或6的滑動軸承復合材料，其特征在于該鋁-錫合 金具有成分AlSn(20-30)Cu(2.3-2.8)、尤其是AlSn(23-27)Cu(2.3-2.8)或 AlSn20Cu。
8. 根據(jù)權利要求1至4中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該摩 擦層由鋁-鋅合金構成，該鋁-鋅合金具有3-6重量百分比的鋅，必要時具有 l-5重量百分比、尤其是2-4重量百分比的鉍。
9. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該滑動 漆層不含PTFE并且基于PAI基來構造。
10. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該滑動漆層具有至多10nm、尤其是至多8pm、更尤其是至多6iim的厚度。
11. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該滑動漆層包含5-15重量百分比的硫化鋅或硫酸鋇、5-15重量百分比的石墨和 5-15重量百分比的Ti02;硫化鋅或硫酸鋇和Ti02以《0.7pm的顆粒大小存 在。
12. 根據(jù)權利要求11的滑動軸承復合材料，其特征在于硫化鋅或硫酸 鋇、石墨和Ti02各以7-13重量百分比存在。
13. 根據(jù)權利要求11或12的滑動軸承復合材料，其特征在于硫化鋅 或硫酸鋇和石墨各與Ti02按重量百分比計算的比例取值為0.6-1.4、尤其是 0,7-1.3。
14. 根據(jù)權利要求11、 12或13的滑動軸承復合材料，其特征在于硫 化鋅或硫酸鋇和Ti02以《0.6pm、尤其是《0.5pm的顆粒大小存在。
15. 根據(jù)權利要求11、 12、 13或14的滑動軸承復合材料，其特征在于 硫化鋅或硫酸鋇和Ti02的顆粒大小D50-值處于200nm到500nm之間。
16. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該漆 層不含氟聚合物。
17. 根據(jù)上述權利要求中一項的滑動軸承復合材料，其特征在于該漆 層作為具有溶解的PAI的溶液被施加上、尤其是被噴灑上。
18. 滑動軸承瓦，該滑動軸承瓦用根據(jù)上述權利要求中一項或多項的滑 動軸承復合材料來制造。
19. 根據(jù)權利要求18的滑動軸承瓦的應用，該滑動軸承瓦在內(nèi)燃發(fā)動機 中作為連桿軸承瓦或曲軸軸承瓦使用。
20. 滑動軸承套，該滑動軸承套用根據(jù)上述權利要求1至17中一項或多 項的滑動軸承復合材料來制造。
21. 根據(jù)權利要求20的滑動軸承套的應用，該滑動軸承套在內(nèi)燃發(fā)動機 中作為連桿軸承套使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑動軸承復合材料，用于制造滑動軸承元件、尤其是發(fā)動機應用的滑動軸承套和滑動軸承瓦，具有一個用鋼制成的承載層和一個施加在該承載層上的銅基、尤其是銅-錫或銅-鋅基軸承合金層，并且具有一個噴鍍在該軸承合金層上的鋁基摩擦層；為了改善磨合特性，在噴鍍的摩擦層上施加一個附加的磨合層，該附加的磨合層或者是一個構造在摩擦層的表面上的厚度為1-5μm的磷酸鋅層，或者是一個噴鍍在摩擦層上的、但比該摩擦層軟的、由錫、鉍、銀或它們的合金構成的厚度為1-5μm的層，或者是一個厚度小于10μm的聚合物基滑動漆層。
文檔編號F16C33/12GK101267897SQ200680034727
公開日2008年9月17日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權日2005年9月20日
發(fā)明者B·雷博克, F·格拉赫, G·加斯珀斯, M·舍雷梅蒂, W·舒伯特 申請人:Ks滑動軸承有限公司