專利名稱：滑動元件的制作方法
滑動元件本發(fā)明涉及滑動元件，其具有基底和至少一個涂覆在所述基底上的由滑動層材料構(gòu)成的層。本發(fā)明還涉及所述滑動元件的優(yōu)選用途?；瑒釉鳛榘l(fā)動機中的滑動軸承元件大多數(shù)由具有特殊修飾優(yōu)化了滑動特性的表面的多層材料構(gòu)成。一般來說滑動軸承元件的表面是金屬層，一般基于鉛、錫或鋁，它們一般通過電鍍方法、蒸鍍或通過機械電鍍來涂覆。另外已知的是非金屬的具有合成樹脂基的滑動層，在其特性方面，負荷能力和耐磨性得到修飾。盡管已知的涂層具有相對高的負荷能力，但是負荷能力受到極大限制，在超過負荷能力極限的情況下導(dǎo)致滑動功能快速下降。與此相結(jié)合的則是由不具有自潤滑性能帶來的基底材料的顯露，隨后由于消耗造成滑動軸承元件的完全失效?；诤铣蓸渲幕瑒虞S承涂層多年來一直用作減少機械結(jié)構(gòu)中摩擦的輔助手段。 一般來說涂布必須在沒有其它潤滑的情況下可以持久地容易活動的金屬零件、塑料零件和橡膠零件，在典型的應(yīng)用中負荷更小，且邊界條件例如介質(zhì)的溫度是不起決定作用的。從不同的專利申請，特別是從EP 0 984 182 Al中公知，在發(fā)動機中的應(yīng)用，也就是說例如具有這種滑動軸承元件的曲軸軸承也是可行的。在所述文本中描述了具有由PI、PAI、環(huán)氧樹脂或酚樹脂構(gòu)成的基體的覆蓋層，其中尤其是可以添加狗304來減少磨損。DE 196 14 105 Al公開了耐磨和耐蝕的塑料滑動層，它由基體材料構(gòu)成，所述基體材料由PTFE或熱塑性氟聚合物F^O3和固體潤滑劑構(gòu)成。所述材料用于軸承，例如作為減震器的導(dǎo)向元件，并且由于它的構(gòu)造和及其軟的氟聚合物基體，只適用于低滑動速度和低負荷。從EP 1 775 487 A2已知一種滑動軸承元件，它具有金屬載體材料，涂覆在所述載體材料上的鋁合金和塑料滑動層。為了改善塑料滑動層的結(jié)合強度和耐氣蝕性，給出一種材料，它具有由PI、PAI、PBI、EP和FP構(gòu)成的粘合劑以及固體潤滑材料，例如Mc^2、石墨、 PTFE 禾口 BN0本發(fā)明的目的是給出一種滑動元件，在改善的耐磨性的情況下具有較高的峰值負荷能力，并且可以在高運行溫度和滑動速度下使用，例如在內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)部的可移動零件上。所述目的用一種滑動元件來實現(xiàn)，其具有基底和至少一個涂覆在所述基底上的由滑動層材料構(gòu)成的層，其特征在于，所述滑動層材料可以由具有至少一種可交聯(lián)的粘合劑或至少一種高熔點的熱塑性材料的潤滑漆，或者由具有由至少一種高熔點的熱塑性材料或至少一種熱固性材料構(gòu)成的基體的材料構(gòu)成，并且所述滑動層材料包含狗203。在此優(yōu)選所述滑動層材料僅具有!^e2O3作為鐵氧化物。根據(jù)第一選擇方案要求潤滑漆的權(quán)利。潤滑漆應(yīng)理解為液態(tài)或粉末形式的涂層材料，它包含用于改善表面滑動能力的添加物，將其薄薄地涂覆在基底上并且通過化學(xué)或物理過程，例如蒸發(fā)溶劑或利用UV輻射固化來構(gòu)造成連續(xù)的薄膜。
潤滑漆的可交聯(lián)粘合劑優(yōu)選由PAI (聚酰胺酰亞胺)、PI (聚酰亞胺)、環(huán)氧樹脂、 PBI (聚苯并咪唑)和/或硅樹脂構(gòu)成。這些聚合物通過高的溫度穩(wěn)定性和出色的介質(zhì)穩(wěn)定性(Medienbestandigkeit)來表征。根據(jù)另一實施方式，所述粘合劑可以是利用UV輻射可固化的粘合劑。這類粘合劑優(yōu)選是不飽和的聚酯樹脂和/或有機硅(Silikone)。根據(jù)另一實施方式，所述潤滑漆可以具有至少一種高熔點的熱塑性材料。根據(jù)第二選擇方案要求材料的權(quán)利，所述材料包含由至少一種高熔點的熱塑性材料或至少一種熱固性材料構(gòu)成的基體。高熔點的熱塑性材料應(yīng)理解為熔點高于230°C的那些熱塑性材料。作為優(yōu)選的高熔點熱塑性材料優(yōu)選可以使用聚芳酯、PEEK(聚醚醚酮)和/或 PES(聚醚砜)。優(yōu)選的熱固性材料是PAI (聚酰胺酰亞胺)、PI (聚酰亞胺)、環(huán)氧樹脂、PBI (聚苯并咪唑)和/或硅樹脂。已經(jīng)表明，所要求權(quán)利的材料與!^e2O3組合比不含鐵氧化物或任選地其它鐵氧化物的滑動層材料具有明顯更好的峰值負荷能力。負荷能力值達到最高20%的改善。推測是通過!^e2O3與根據(jù)兩種選擇方案的粘合劑或基體材料的組合改善了潤滑膜的有效性，從而降低了具有單位軸承負荷的磨損率的增加。由此提高了負荷極限，這又顯著增加了負荷在負荷極限以下的軸承運行安全性。這種效果在F^O3的比例為0. 1至15體積％時顯現(xiàn)出來。比例更低時不能確定負載能力的改善。比例更高時與此相反地導(dǎo)致基體材料或潤滑漆的可交聯(lián)的粘合劑的性能變差。Fe2O3的比例以總的滑動層材料計優(yōu)選為0. 5至8體積％?？梢钥吹剑S軸承的峰值負荷能力已經(jīng)可以升高至120MPa。所述峰值負荷能力值還明顯高于具有根據(jù)EP 0 984 182 Al的材料組合的那些。另外，根據(jù)本發(fā)明的值只由以鋁為基礎(chǔ)的濺鍍層實現(xiàn)。已經(jīng)表明，F(xiàn)ii2O3的粒度也是重要的。優(yōu)選平均粒度為0. 01至5 μ m的F%03。特別有利的是d50為0. 1至0. 5 μ m的粉末。d50表示顆粒的粒子大小的中值，其中50%的顆粒細于相應(yīng)的所給出的值，50%的顆粒大于相應(yīng)的所給出的值?；瑒訉硬牧系墓腆w潤滑材料比例優(yōu)選為最高30體積％的比例。范圍優(yōu)選最高 (9. 5%，也就是在彡0和彡9. 5%之間。特別優(yōu)選的范圍是彡5至30體積％。作為固體潤滑材料考慮具有層狀結(jié)構(gòu)的金屬硫化物、石墨、六邊形氮化硼(hBN) 和/或PTFE。另外，所述滑動層材料可以包含比例最高為5體積％，特別是比例為3至5體積％的硬質(zhì)材料。所述硬質(zhì)材料優(yōu)選是氮化物、碳化物、硼化物、氧化物和/或金屬粉末，其中所述硬質(zhì)材料優(yōu)選是SiC、Si3N4、B4C3、立方BN、Ti02或SiO2和由Ag,Pb,Au, SnBi和/或Cu構(gòu)成的金屬粉末。一種特別的實施方式是由含!^e2O3的滑動層構(gòu)成的多層體系，其中可以這樣構(gòu)造所述多層體系，使得上層起到磨合層的作用，例如通過添加硬質(zhì)顆粒對軸進行調(diào)節(jié)，且位于下面的層起到壽命層的作用。
還可以這樣構(gòu)造多層體系，即在所述壽命層下面涂覆額外的潤滑漆層，由此進一步提高了軸承的運行安全性，特別是優(yōu)化了其耐磨性和因此減緩了軸承金屬的完全磨透 (Durchlaufen)0在基底和滑動層材料之間的額外的層還可以優(yōu)化對基底的附著且如同涂底漆 (Grundierung)那樣具有改善潤滑漆層或具有由高熔點的熱塑性材料和熱固性材料構(gòu)成的基體的層的結(jié)合的目的。這可以例如通過少添加或根本不經(jīng)添加(additiviert)的、由基體材料構(gòu)成的數(shù)微米厚的層達到。多層體系可以作為不連續(xù)的多層的層和作為梯度層來實現(xiàn)，其中層特性經(jīng)由厚度連續(xù)改變。底層中F^O3的含量優(yōu)選高于上層中F^O3的含量。優(yōu)選在基底上涂覆兩層，其中一層由含有!^e2O3的滑動層材料構(gòu)成，一層由不含 Fe2O3的滑動層材料構(gòu)成。這種實施方式的優(yōu)點在于，促進了幾何上的適配性，因為后來上層更快速地磨損并因此更快地產(chǎn)生最大負荷能力。隨后通過底層的!^e2O3含量來減少進一步的磨損。多層體系的另一實施方式設(shè)計為，只有底層包含!^203，而位于其上面的層不含 Fe2O3 ο在基底上涂覆多于兩個由滑動層材料構(gòu)成的層時，有利的是!^e2O3的含量從最底層到最上層降低。在最上層含較少!^e2O3或不含!^e2O3的優(yōu)點是，促進了幾何上的適配性，因為后來上層更快速地磨損并因此更快地產(chǎn)生最大負荷能力。隨后通過底層的R2O3含量來減少進一步的磨損。還設(shè)計為在層內(nèi)部F^O3比例自下而上連續(xù)地降低。所述基底可以由一個或由多個層構(gòu)成。所述基底優(yōu)選具有至少一個由鋁合金或銅合金構(gòu)成的層。下面的合金同樣適合作為基底材料附-、311-、&1-、48-、411-、8丨-和？6-合金。所有合金既可以用作軸承金屬層也可以用作薄的覆蓋層，所述滑動層根據(jù)其組成可以構(gòu)造成額外的磨合層來適應(yīng)或調(diào)節(jié)軸材料，或者可以構(gòu)造成具有長使用期限的獨立的滑動層。根據(jù)本發(fā)明的一個層/多個層特別優(yōu)選用作CuSn-、CuNiSi-, CuZn-, CuSnZn-, AlSn-, AlSi-, AlSnSi-軸承金屬合金上的一個滑動層/多個滑動層?；瑒訉涌梢酝扛灿兄虚g層或者沒有涂覆中間層。作為中間層考慮鎳、銀、銅和/或鐵。在多層體系的情況下一個層或多個層的厚度在1至40 μ m范圍內(nèi)。所述滑動軸承元件可以是為最高IOOmm的軸承套。在這種情況下所述一個層或更多個層的厚度為5至15 μ m。所述滑動軸承元件是直徑> IOOmm的軸承套，優(yōu)選厚度> 15 μ m至40 μ m。原則上可能的是兩種實施方式。第一實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的滑動層直接涂覆在軸承金屬層上。第二實施方式在于基底的涂覆，所述基底由具有優(yōu)選通過濺鍍或電鍍沉積施加的已經(jīng)存在的金屬滑動層的軸承金屬構(gòu)成。所述基底的粗糙度Rz優(yōu)選為1至10 μ m，特別是3至8 μ m。Rz應(yīng)理解為根據(jù)DIN EN ISO 4287 :1998的平均表面粗糙度。
所述粗糙度改善了附著，并使得磨損時首先只暴露出峰端，也就是基底的非常少的表面比例，這提高負載能力，而同時不具有較大暴露范圍的易受磨損侵蝕性。所需的粗糙度可以通過機械方法例如噴砂或研磨來得到，但也可以化學(xué)上通過磷化或蝕刻得到。優(yōu)選的用途是介質(zhì)潤滑的應(yīng)用。優(yōu)選的是，將滑動元件用作內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)的滑動軸承。因為滑動元件通過高峰值負荷來表征，滑動元件的用途特別是提供作為曲軸的滑動軸承。其它優(yōu)選的用途是滑動元件作為活塞裙和作為活塞環(huán)，其中特別是環(huán)側(cè)面具有根據(jù)本發(fā)明的層構(gòu)造，從而抑制與活塞環(huán)槽表面的微磨損。下面列出具有試驗結(jié)果的一些實施例。表1只包括銅合金-基底，表2包括鋁基底和用于兩層的實施例。表1(數(shù)據(jù)以體積％計)
權(quán)利要求
1.滑動元件，其具有基底和至少一個涂覆在所述基底上的由滑動層材料構(gòu)成的層，其特征在于，所述滑動層材料由具有至少一種可交聯(lián)的粘合劑或至少一種高熔點的熱塑性材料的潤滑漆，或者由具有由至少一種高熔點的熱塑性材料或至少一種熱固性材料構(gòu)成的基體的材料構(gòu)成，并且所述滑動層材料包含I^2O3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件，其特征在于，所述潤滑漆的可交聯(lián)的粘合劑由PAI、PI、 環(huán)氧樹脂、PBI和/或硅樹脂構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件，其特征在于，所述粘合劑是利用UV輻射可固化的粘合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件，其特征在于，所述高熔點的熱塑性材料由聚芳酯、PEEK 和/或PES構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件，其特征在于，所述熱固性材料由PAI、PI、環(huán)氧樹脂、PBI 和/或硅樹脂構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的滑動元件，其特征在于，所述!^e2O3的比例以總的滑動層材料計為0. 1至15體積％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的滑動元件，其特征在于，所述!^e2O3的比例以總的滑動層材料計為 0. 5至8體積％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的滑動元件，其特征在于，所述!^e2O3的平均粒度為0.01至 5 μ m0
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的滑動元件，其特征在于，所述滑動層材料包含比例最高為 30體積％的固體潤滑材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的滑動元件，其特征在于，所述滑動層材料包含比例>5至30體積％的固體潤滑材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的滑動元件，其特征在于，所述固體潤滑材料是具有層結(jié)構(gòu)的金屬硫化物、石墨、六邊形BN和/或PTFE。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11之一的滑動元件，其特征在于，所述滑動層材料包含比例最高為5體積％的硬質(zhì)材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的滑動元件，其特征在于，所述滑動層材料包含比例為3體積％至 5體積％的硬質(zhì)材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13之一的滑動元件，其特征在于，所述硬質(zhì)材料是氮化物、碳化物、硼化物、氧化物和/或金屬粉末。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的滑動元件，其特征在于，所述硬質(zhì)材料是SiC、Si3N4,B4C3、立方 BN, TiO2 或 Si02。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的滑動元件，其特征在于，所述金屬粉末由Ag、Pb、Au、Sn、Bi和/ 或Cu構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16之一的滑動元件，其特征在于，將兩個由滑動層材料構(gòu)成的層涂覆在基底上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的滑動元件，其特征在于，底層中!^e2O3的含量高于上層中的含量。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-16之一的滑動元件，其特征在于，將兩個層涂覆在基底上，其中一個層由具有I^e2O3的滑動層材料構(gòu)成和一個層由不含!^e2O3的滑動層材料構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的滑動元件，其特征在于，所述底層包含狗203。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-16之一的滑動元件，其特征在于，將超過兩個由滑動層材料構(gòu)成的層涂覆在基底上且Fe52O3比例從最底層向最上層降低。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-21之一的滑動元件，其特征在于，所述層內(nèi)部的Fe52O3比例從最底層向最上層連續(xù)降低。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22之一的滑動元件，其特征在于，所述基底具有至少一個由Al合金或Cu合金構(gòu)成的層。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23之一的滑動元件，其特征在于，所述一個或多個層的厚度為1至 40 μ m0
25.根據(jù)權(quán)利要求M的滑動元件，其特征在于，所述滑動元件是直徑最高為IOOmm的軸承套并且所述一個或多個層的厚度為5至15 μ m。
26.根據(jù)權(quán)利要求M的滑動元件，其特征在于，所述滑動元件是直徑大于IOOmm的軸承套并且所述一個或更多個層的厚度> 15至40 μ m。
27.根據(jù)權(quán)利要求116之一的滑動元件，其特征在于，所述基底包含其上涂覆有滑動層材料的傳統(tǒng)的滑動層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的滑動元件，其特征在于，所述滑動層是經(jīng)過電鍍或濺鍍的滑動層。
29.根據(jù)權(quán)利要求116之一的滑動元件，其特征在于，所述基底包含軸承金屬層，在其上涂覆滑動層材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求116之一的滑動元件，其特征在于，所述基底包含由鎳、銀、銅和/或鐵構(gòu)成的中間層，在其上涂覆滑動層材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求1-30之一的滑動元件，其特征在于，所述基底的粗糙度Rz為1至 10 μ m。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件在介質(zhì)潤滑應(yīng)用中的用途。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件作為內(nèi)燃發(fā)動機中的滑動軸承的用途。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件作為曲軸的滑動軸承的用途。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件作為活塞環(huán)的用途。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的滑動元件作為活塞裙的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及滑動元件，其具有基底和至少一個涂覆在所述基底上的由滑動層材料構(gòu)成的層。所述滑動層材料可以由具有至少一種可交聯(lián)的粘合劑或至少一種高熔點的熱塑性材料的潤滑漆構(gòu)成，或者由一種材料構(gòu)成，它具有由至少一種高熔點的熱塑性材料或至少一種熱固性材料構(gòu)成的基體。所述滑動層材料包含優(yōu)選比例為0.1至15體積％的Fe2O3。
文檔編號F16C33/20GK102272468SQ200980153045
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者A·亞當, J·史呂特 申請人:聯(lián)合莫古爾威斯巴登有限公司