專利名稱：滑動軸承復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分所述的滑動軸承復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
DE 199 63 385C1描述了一種滑動軸承復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有一載體層、一軸承合金層、一由鎳構(gòu)成的第一中間層和由錫和鎳構(gòu)成的第二中間層以及由銅和錫構(gòu)成的滑動層。隨著運(yùn)行持續(xù)時(shí)間的增長，滑動層的厚度由于錫的遷移而減小，這是與錫-銅-顆粒的濃縮一起發(fā)生的。同時(shí)，鎳-錫-層的厚度也增長，并且鎳層減小。擴(kuò)散效應(yīng)在運(yùn)行條件下才出現(xiàn)，并且在位于軸承合金層上的層構(gòu)造中生成性能梯度。由US 6，787，100B2已知了一種用于制造滑動軸承的方法，該滑動軸承在鋼背上具有多層系統(tǒng)。傳統(tǒng)的軸承材料例如由基本無鉛的雙層系統(tǒng)所代替，其中首先將由銅基的金屬粉末構(gòu)成的第一層(該層沒有被壓實(shí))涂覆在鋼背上，并且將具有其它組分的銅基的金屬粉末涂覆在該層上。這兩個(gè)層都經(jīng)受第一燒結(jié)步驟、被冷卻、被壓實(shí)，并且然后經(jīng)受第二步燒結(jié)步驟。兩個(gè)層的金屬粉末通過添加其它組分以適應(yīng)于其特殊目的。第一層燒結(jié)層可相應(yīng)地由Cu-Sn-粉末構(gòu)成，并且第二層由Cu-Sn-Bi-粉末構(gòu)成，其中，第一層構(gòu)造得比第二層更厚。通過這個(gè)措施應(yīng)代替例如含鉛的青銅。兩個(gè)層彼此之間有明確的界限，并且必要時(shí)還在兩個(gè)層之間的界面區(qū)域內(nèi)構(gòu)造了一個(gè)薄的過渡區(qū)。關(guān)于粉末的顆粒尺寸則沒有述及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，創(chuàng)造一種滑動軸承復(fù)合材料，該材料具有良好的滑動性能、盡可能高的導(dǎo)熱性以及良好的形狀適用性或者嵌入性。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承復(fù)合材料得以實(shí)現(xiàn)。該滑動軸承復(fù)合材料的特征在于，所燒結(jié)的軸承合金層至少在一個(gè)層區(qū)段中構(gòu)造為梯度層。所說梯度層指的是這樣一種覆層，其材料特性在垂直于載體層的方向上連續(xù)變化。在所述燒結(jié)的軸承合金層中構(gòu)造梯度，可實(shí)現(xiàn)承載性層和功能性層之間均勻的過渡。承載性層就是載體層，該載體層例如可由鋼背構(gòu)成。功能性層是處于軸承合金層上的滑動層，其中，所述燒結(jié)的軸承合金層的梯度構(gòu)造還開辟了以下的可能性軸承合金層隨著到載體層間距的增大如此設(shè)計(jì)，使得該軸承合金層具有非常好的滑動性能，從而可免除傳統(tǒng)的附加的滑動層。梯度層在整個(gè)軸承合金層中所占的份額優(yōu)選為軸承合金層厚度的至少30%。特別優(yōu)選為50 %，并且根據(jù)一個(gè)特別的實(shí)施方式，整個(gè)軸承合金層是構(gòu)造為梯度層。軸承合金層優(yōu)選由無鉛材料構(gòu)成。采用粉末材料例如金屬、合金和/或陶瓷材料。 不采用塑料材料。軸承合金層優(yōu)選包括兩個(gè)依次涂覆的燒結(jié)層，其中，第一燒結(jié)層以第一種粉末材料涂覆在載體層上，并且第二燒結(jié)層以第二種粉末材料涂覆在第一燒結(jié)層上，并且其中，各層的粉末材料滲透而構(gòu)成梯度。所涂覆的層數(shù)優(yōu)選為2至10層，其中特別優(yōu)選2至4層。各個(gè)層的粉末材料被分別鋪撒上去，其中，至少兩個(gè)層的粉末材料被依次相繼鋪撒上去，并且被燒結(jié)。當(dāng)涂覆多于兩層時(shí)，其它的粉末材料接著被依次涂覆，并且被分別燒結(jié)。制造這些部分的工序結(jié)束時(shí)，所有涂覆的層被一起壓實(shí)。每層的最小鋪撒厚度為0. 05mm,并且制作完成的軸承覆層的厚度優(yōu)選為0. 2至 3mm。當(dāng)例如鋼背的載體層的厚度為0. 4至4mm時(shí)，滑動軸承復(fù)合材料的總厚度為0. 6至 7mm ο所涂覆的各個(gè)層的粉末材料的滲透優(yōu)選由顆粒尺寸來控制。這樣，例如小顆粒能夠侵入到處于下部的層的大顆粒之間的間隙中。根據(jù)顆粒尺寸的設(shè)計(jì)可以調(diào)整滲透區(qū)域的厚度。在最簡單的兩個(gè)層的情況中，在一層上鋪撒粗粒子材料，即具有大顆粒的粉末材料，在第二層上鋪撒細(xì)粒子材料，即具有小顆粒的粉末材料，該具有小顆粒的粉末材料能完全容納于第一層的材料之中。除了機(jī)械地侵入間隙，燒結(jié)過程中的擴(kuò)散效應(yīng)也有助于材料的滲透。以這種方式構(gòu)成了基本均質(zhì)的軸承合金層，其中，所鋪撒的由不同粉末材料構(gòu)成的層在制造工序結(jié)束時(shí)不再能被區(qū)分。這里的粉末材料因此指的就是鋪撒的材料。各個(gè)層的滲透或混合可以完全實(shí)現(xiàn)，或者在構(gòu)造層區(qū)段的情況下只是部分地實(shí)現(xiàn)，其中，與互相疊置之各層的邊界效應(yīng)所實(shí)現(xiàn)的情況相比，該層區(qū)段具有更大的厚度。粉末材料的重量份額對于一種粉末材料來說，可以在軸承合金層的整個(gè)厚度上在0和100重量％ (重量百分比)之間連續(xù)變化，或者對于處在第一種粉末材料中的另一種粉末材料來說，可以在軸承合金層的整個(gè)厚度上從100至0重量％連續(xù)變化。這一點(diǎn)不僅總體上適用于粉末材料，而且適用于粉末材料的各個(gè)單獨(dú)的粉末成分。通過構(gòu)造梯度層，可以保證在承載性層和功能性層之間有盡可能均勻的過渡。在軸承合金層和載體層之間，例如為了更好地連接軸承合金層，可以在載體層上設(shè)置緩沖層，該緩沖層優(yōu)選由粉末材料構(gòu)成，該粉末材料在軸承合金層中構(gòu)成最大的重量份額。每個(gè)燒結(jié)層的粉末材料優(yōu)選具有至少一個(gè)由基質(zhì)材料構(gòu)成的第一粉末成分?；|(zhì)材料特別是指那種至少占相應(yīng)涂覆的層的粉末材料的50重量％的材料。盡管應(yīng)用基質(zhì)材料的概念涉及到至少一種其它的材料，覆層的粉末材料也可只由這種基質(zhì)材料構(gòu)成，即，占粉末材料的100重量％。每個(gè)燒結(jié)層的粉末材料優(yōu)選僅由基質(zhì)材料構(gòu)成，其中，各基質(zhì)材料由同樣的材料構(gòu)成，并且各基質(zhì)材料在粒子尺寸上加以區(qū)分。梯度的構(gòu)造只通過第一層和第二層中兩種粉末材料的粒子尺寸的區(qū)別來調(diào)定。優(yōu)選地，第一粉末成分由具有大的粒子尺寸的顆粒構(gòu)成，或者由具有小的粒子尺寸的顆粒構(gòu)成。優(yōu)選地，小的粒子尺寸在軸承合金層中的份額隨著與載體材料間距的增大而增加。關(guān)于基質(zhì)材料，大的粒子尺寸包括平均粒子尺寸在彡50 μ m至< 200 μ m范圍內(nèi)的范圍。當(dāng)說到小粒子尺寸時(shí)，指的是在基質(zhì)材料的粉末材料中，平均粒子尺寸小于50 μ m的范圍。至少一個(gè)燒結(jié)層的粉末材料優(yōu)選具有由至少一種添加材料構(gòu)成的第二粉末成分。 通過添加至少一種第二粉末成分來轉(zhuǎn)變所要求的特性分布，其中，還可以構(gòu)造特定的表面性能或者界面性能，以便例如將滑動軸承復(fù)合材料的良好的滑動特性(摩擦特性)與良好的加工性能結(jié)合起來。在由該滑動軸承復(fù)合材料制造滑動元件時(shí)，可免除必須通過其它方法涂覆的別的層，例如電鍍層。所有層中由基質(zhì)材料構(gòu)成的第一粉末成分優(yōu)選由相同的基質(zhì)材料構(gòu)成，從而阻止在燒結(jié)過程中，例如在不同的燒結(jié)條件下形成裂紋。第一燒結(jié)層的第一粉末成分和/或第二燒結(jié)層的第一粉末成分優(yōu)選由大的顆粒構(gòu)成。根據(jù)另外一個(gè)實(shí)施方式，第一燒結(jié)層的第一粉末成分和/或第二燒結(jié)層的第一粉末成分由小的顆粒構(gòu)成。根據(jù)另外一種實(shí)施方式，第一燒結(jié)層的第二粉末成分和/或第二燒結(jié)層的第二粉末成分由大的顆粒構(gòu)成。第二粉末成分的大的顆粒優(yōu)選具有從70至90 μ m的平均粒子尺寸。此外還優(yōu)選的是，第一燒結(jié)層的第二粉末成分和/或第二燒結(jié)層的第二粉末成分由小的顆粒構(gòu)成。第二粉末成分顆粒的另外一個(gè)區(qū)別點(diǎn)在于其硬度。第一燒結(jié)層的第二粉末成分和/或第二燒結(jié)層的第二粉末成分優(yōu)選由軟的顆粒構(gòu)成。以下設(shè)計(jì)也是可行的第一燒結(jié)層的第二粉末成分和/或第二燒結(jié)層的第二粉末成分由硬的顆粒構(gòu)成。這些諸如由h-BN或C構(gòu)成的顆粒屬于軟的顆粒。特別是這些由c_BN、A1203、！^e3P、 MoSi2、SiO2、金屬氮化物、金屬氧化物或金屬硅化物構(gòu)成的顆粒適合作為硬的顆粒。第二粉末成分的軟的、大的顆粒具有優(yōu)選從6至8 μ m的平均粒子尺寸。第二粉末成分的硬的、小的顆粒具有優(yōu)選4至6 μ m范圍內(nèi)的平均粒子尺寸。構(gòu)成基質(zhì)材料的第一粉末成分優(yōu)選由CuNiXSiX、CuSiXNiX, Cu、CuSnX和/或 CuFeXPX構(gòu)成。占位符χ可以取1至3的數(shù)值。優(yōu)選在軸承合金層上涂覆一層薄的元素層。該元素層可由元素Cu、Sn、Bi、Ag、Au、 Ni、In、Si或它們的合金構(gòu)成。通過往金屬層上涂覆一層薄的元素粉末層，而能夠在燒結(jié)過程中促使元素向軸承合金層內(nèi)擴(kuò)散，例如錫向具有銅基質(zhì)的軸承合金層內(nèi)擴(kuò)散。由此實(shí)現(xiàn)了分層次的表面的針對性功能化。材料能夠完美地匹配相應(yīng)的要求特性分布。優(yōu)選由滑動軸承復(fù)合材料制造滑動軸承元件。例如在表1中舉例概括了兩個(gè)層的不同組合可能性。在多于兩個(gè)層的情況下適用
6相應(yīng)的簡圖。表 1第一燒結(jié)層
權(quán)利要求
1.滑動軸承復(fù)合材料，其具有至少一個(gè)載體層( 和一個(gè)燒結(jié)的軸承合金層(10)，其特征在于，所述燒結(jié)的軸承合金層(10)至少在一個(gè)層區(qū)段中構(gòu)造為梯度層。
2.按照權(quán)利要求1所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述梯度層的份額為所述軸承合金層(10)厚度的至少30%。
3.按照權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述梯度層的份額為所述軸承合金層(10)厚度的至少50%。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述軸承合金層(10)整個(gè)都構(gòu)造為梯度層。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述軸承合金層(10)由無鉛的材料構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述軸承合金層(10)至少包括兩個(gè)依次涂覆的燒結(jié)層(12、14、16)，其中，第一燒結(jié)層以第一種粉末材料涂覆在所述載體層( 上，并且第二燒結(jié)層以第二種粉末材料涂覆在所述第一載體層(2) 上，并且各層的粉末材料滲透而構(gòu)成梯度。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，每個(gè)燒結(jié)層的粉末材料都具有至少一個(gè)由基質(zhì)材料構(gòu)成的第一粉末成分。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，每個(gè)燒結(jié)層的粉末材料只由基質(zhì)材料構(gòu)成，各基質(zhì)材料由相同的材料構(gòu)成，各基質(zhì)材料通過其粒子尺寸來區(qū)分。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一粉末成分由具有大的粒子尺寸或者具有小的粒子尺寸的顆粒構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，在軸承合金層(10)中所述小的粒子尺寸的份額隨著到載體層O)間距的增大而增加。
11.按照權(quán)利要求9或10中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述大的粒子尺寸包括平均粒子尺寸從> 5011111至< 200 μ m的范圍。
12.按照權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述小的粒子尺寸包括平均粒子尺寸< 50 μ m的范圍。
13.按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)或11或12所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于， 至少一個(gè)燒結(jié)層的粉末材料具有至少一個(gè)由至少一種添加材料構(gòu)成的第二粉末成分。
14.按照權(quán)利要求13所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一燒結(jié)層(12)的第一粉末成分和/或所述第二燒結(jié)層(14)的第一粉末成分由大的顆粒構(gòu)成。
15.按照權(quán)利要求13所述滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一燒結(jié)層(12)的第一粉末成分和/或所述第二燒結(jié)層(14)的第一粉末成分由小的顆粒構(gòu)成。
16.按照權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一燒結(jié)層(1 的第二粉末成分和/或所述第二燒結(jié)層(14)的第二粉末成分由大的顆粒構(gòu)成。
17.按照權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第二粉末成分的大的顆粒具有從70至90 μ m的平均粒子尺寸。
18.按照權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一燒結(jié)層(1 的第二粉末成分和/或所述第二燒結(jié)層(14)的第二粉末成分由小的顆粒構(gòu)成。
19.按照權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一燒結(jié)層(1 的第二粉末成分和/或所述第二燒結(jié)層(14)的第二粉末成分由軟的顆粒構(gòu)成。
20.按照權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一燒結(jié)層(1 的第二粉末成分和/或所述第二燒結(jié)層(14)的第二粉末成分由硬的顆粒構(gòu)成。
21.按照權(quán)利要求19至20中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第二粉末成分的軟的、大的顆粒具有從6至8 μ m的平均粒子尺寸。
22.按照權(quán)利要求19或20中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第二粉末成分的硬的、小的顆粒具有從4至6 μ m的平均粒子尺寸。
23.按照權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述軟的顆粒由h-BN或C構(gòu)成。
24.按照權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述硬的顆粒由c-BN、Al203、!^e3P。MoSi2、SiO2、金屬氮化物、金屬氧化物或金屬硅化物構(gòu)成。
25.按照權(quán)利要求1至M中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述第一粉末成分由CuNiXSiX, CuSiXNiX, Cu、CuSnX和/或CuFeXPX構(gòu)成，其中X可以取1至3的數(shù)值。
26.按照權(quán)利要求1至25中任一項(xiàng)所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，在所述軸承合金層(10)上涂覆一薄的元素層(6)。
27.按照權(quán)利要求沈所述的滑動軸承復(fù)合材料，其特征在于，所述元素層(6)由元素 Cu、Sn、Bi、Ag、Au、Ni、In、Si 或其合金構(gòu)成。
28.由根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承復(fù)合材料構(gòu)成的滑動軸承元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑動軸承復(fù)合材料(1)，其具有至少一個(gè)載體層(2)和一個(gè)燒結(jié)的軸承合金層(10)。所燒結(jié)的軸承合金層(10)至少在一個(gè)層區(qū)段中構(gòu)造為梯度層。
文檔編號F16C33/12GK102369366SQ201080014299
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者D·邁斯特, H·施密特, T·恩格霍夫 申請人:聯(lián)合莫古爾威斯巴登有限公司