專利名稱：：在鋁基底上的合金中間層,尤其是粘結(jié)層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋁基的中間層，以增強(qiáng)不同成分的金屬物質(zhì)的機(jī)械性能，還涉及由其制成的多層材料以及制備該多層材料的方法，如權(quán)利要求1、11和20的前序部分所指出的。多層材料已普遍應(yīng)用，特別是用于制備高速旋轉(zhuǎn)部件如發(fā)動(dòng)機(jī)軸的普通軸承，這種多層材料具有包括基底層-粘結(jié)層-軸承層的結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)軸承層是由輕金屬合金制成時(shí)。粘結(jié)層具有重要的作用，特別是當(dāng)輕金屬合金含諸如錫、鉛或者類似的軟性組分時(shí)。通常使用工業(yè)純的純鋁如Al99.5作為粘結(jié)層。在研究過程中，設(shè)計(jì)用作現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)械裝置的輕金屬軸承合金需要承受增加的載荷，并且快速使多層材料聯(lián)結(jié)變?nèi)?。例如，已?jīng)發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和耐熱性方面，純鋁比新一代的輕金屬軸承合金明顯要差。已經(jīng)提出很多建議以減輕這些問題。例如DE4037746Al和DE4312537Al提出使用可硬化鋁合金作為粘結(jié)層。但是，由于結(jié)合各層的制造方法也包括熱處理，這些可硬化材料的強(qiáng)度相應(yīng)于其組織為最高水平。除了對(duì)所需的延展性有不可接受的有害影響外，當(dāng)軸承點(diǎn)經(jīng)受熱和動(dòng)態(tài)載荷時(shí)，還存在過時(shí)效的可能，從而降低最終產(chǎn)品的使用壽命，這是不希望的。一種完全不同的方法是在基底層上鍍覆鎳、銅或者類似層，而無需使用鋁基粘結(jié)層。由于輕金屬軸承合金與鎳、銅或者類似金屬之間的冶金親和力低，粘合和結(jié)合程度限制了結(jié)合強(qiáng)度，無論是否使用包括輕金屬粘合層/輕金屬軸承層的組合，通過熱處理和擴(kuò)散在粘合面上所產(chǎn)生的粘結(jié)力改進(jìn)了增加數(shù)量的各層得到強(qiáng)度，這事實(shí)上體現(xiàn)了冶金擴(kuò)散和反應(yīng)區(qū)的特征。本發(fā)明的下述目的是提供鋁基中間層，提供更有效地將各層彼此結(jié)合而改進(jìn)粘合材料的質(zhì)量如機(jī)械性能。通過權(quán)利要求1特征部分所給出的特征獲得了該目的。其優(yōu)點(diǎn)是可提供用于粘結(jié)鋁合金材料的中間層，其不呈現(xiàn)任何明顯的硬化性能，而由于彌散分布A3M相呈現(xiàn)出高的延展性，盡管在制造方法中由于熱處理而發(fā)生固化材料的破裂，但是能保持高強(qiáng)度。結(jié)果，可制得具有好的熱穩(wěn)定性、靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。這種中間層非常適合于普通軸承，并且這種普通軸承的抗磨損層可由新型高強(qiáng)材料制成。其優(yōu)點(diǎn)是這種中間層或者用于制備該中間層的材料具有高的再結(jié)晶溫度，這意味著可在高溫度下進(jìn)行熱處理或者形變加工，而不會(huì)降低硬度。其他優(yōu)點(diǎn)是由于可以使用各個(gè)元素的組合，特別是權(quán)利要求1特征部分中所給定的元素，可以在具體范圍內(nèi)自由地調(diào)整材料特性，因此可控制中間層的制造成本。但是另一方面，能夠在合金中同時(shí)引入放射性元素或者同位素如U235，這說明為了試驗(yàn)的目的可在合金中加入示蹤劑以在不同試驗(yàn)機(jī)上檢測(cè)材料的性能。權(quán)利要求2-7確定了本發(fā)明中間層的其他優(yōu)選實(shí)施方案。通過使用這些元素或者作為大量可能組合的結(jié)果，特別是當(dāng)使用該中間層作為軸承的粘結(jié)層時(shí)，該層可滿足具體要求，尤其是構(gòu)成摩擦軸承的其他層的性能。通過下面的詳述，通過加入這些權(quán)利要求中的具體元素可得出這種效果。其他的優(yōu)點(diǎn)是權(quán)利要求8-10所給出的技術(shù)方案，即提供了硬度高至可使其與高強(qiáng)度材料如新型軸承材料結(jié)合的中間層，由于可以在較高溫度進(jìn)行熱處理，可縮短中間層的制備工藝。通過權(quán)利要求11所給出的多層材料也獲得了本發(fā)明的目的。其優(yōu)點(diǎn)是，由于使用中間層，可制備用于摩擦軸承的由不同成分的層制成的多層材料，由于改進(jìn)了多層材料的機(jī)械性能或者質(zhì)量，延長(zhǎng)了其使用壽命。結(jié)果，可延長(zhǎng)維護(hù)周期，如果這種多層材料用于軸承應(yīng)用，其所支承的軸可使用更長(zhǎng)的時(shí)間，而無需擔(dān)心對(duì)軸表面的損害，這是由于摩擦力很小。通過本說明書可看出本發(fā)明權(quán)利要求12-19所述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)。通過權(quán)利要求20所給出的制造多層材料的方法也獲得了本發(fā)明的目的。結(jié)果，可制備多層材料，使其一方面具有適合于用作軸承的表面以使軸高速旋轉(zhuǎn)，另一方面具有涂層以將傳送至多層材料的力傳遞。權(quán)利要求21所給出的方法的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是由于鋁基多層材料的原有性質(zhì)而改進(jìn)了粘結(jié)質(zhì)量。權(quán)利要求22的方法的優(yōu)點(diǎn)是在每一成型步驟之后能夠釋放出存在的不希望的張力。權(quán)利要求23給出了另一個(gè)優(yōu)選方法，其中使用多種可能的方法制備該多層材料，并且該方法非常適合于所希望的多層材料。最后權(quán)利要求24給出了另一個(gè)實(shí)施方案，其中通過在鍍覆工藝中可選擇性地控制各個(gè)方法步驟，從而可控制所需的制造成本或者時(shí)間。為了更清楚地說明本發(fā)明，下面參照附圖詳述本發(fā)明。圖1是用于在摩擦軸承產(chǎn)生粘合作用的本發(fā)明的粘結(jié)層的示意圖。圖2是具有彌散分布的Al3Sc析出物的中間層的晶粒圖樣。圖3是說明摩擦軸承使用過程中的軸承性能的圖，該軸承具有鍍覆于鋼上的不同鋁合金制成的抗摩擦和中間層，該圖是軸承載荷與使用時(shí)間的關(guān)系圖。首先，應(yīng)該指出的是，在不同實(shí)施方案中所述的相同部件使用相同的標(biāo)號(hào)和相同的部件名稱，本說明書中所述的具有相同標(biāo)號(hào)或者相同部件名稱的術(shù)語可以相互替換使用。另外，所說明或者指出的不同實(shí)施方案的各個(gè)特征或者這些特征的組合是本發(fā)明所提出的獨(dú)立的解決方案。圖1說明了本發(fā)明的以摩擦軸承形式的多層材料1。盡管本說明書涉及抗摩擦軸承2作為該多層材料1的應(yīng)用例子，但是并不意味著限制多層材料1的用途，而且與之相反，事實(shí)上多層材料1適合于大量的可想得到的和不同的實(shí)施方案和應(yīng)用，例如其中使用鋼殼的或者用其他材料代替鋼基殼的場(chǎng)合，例如用于制造推力軸承或推力墊圈以及用于承受徑向或軸向載荷的摩擦軸承2。多層材料1(特別是摩擦軸承2)通常包括第一圓周層3(下面稱作抗摩擦層4)、中間層5以及第二圓周層6(下面稱作基層7)。再次指出，并不限于此結(jié)構(gòu)，特別是，在抗摩擦層4和基層7之間可插入幾層相同成分和/或不同成分的層，這可根據(jù)具體應(yīng)用來改變具體分層結(jié)構(gòu)。多層材料1的各層的硬度優(yōu)選不同，并且特別是從第一圓周層3向第二圓周層6逐漸增加。但是，顯然地是，也可以以相反的方向布置不同硬度的各層，或者使用相同硬度的兩層或者多層。但是如果多層材料1用于摩擦軸承2，已經(jīng)證明當(dāng)抗摩擦層4具有最低硬度而基層7具有最高硬度時(shí)是較好的。從圖2可看出，軸承部件設(shè)計(jì)為半殼型。顯然地是，也可使用本發(fā)明的多層材料1制成全殼型，如圖1的虛線所示。支承部件如摩擦軸承2通常用于支承旋轉(zhuǎn)部件如機(jī)器、發(fā)動(dòng)機(jī)等的軸。由于這些軸通常以高速旋轉(zhuǎn)(除了啟動(dòng)和關(guān)閉階段外)，這必須防止在軸承和軸之間傳動(dòng)摩擦。一種可能的方式是，除了設(shè)計(jì)使用高錫含量的鋁合金作為抗摩擦層4之外，在抗摩擦層4上開一凹槽8，在該凹槽中放置并導(dǎo)入合適的潤(rùn)滑劑如油。凹槽8可以是平面凹槽(具有側(cè)壁10，該側(cè)壁10在端面9的方向上變寬)和/或環(huán)狀面的凹槽，如圖1中的點(diǎn)-短劃虛線所示。當(dāng)然還可使用其他的導(dǎo)入潤(rùn)滑劑的方式，如提供端孔。凹槽8還可用于接納在抗摩擦層4上摩擦所產(chǎn)生的任何固體顆粒，并且可由潤(rùn)滑劑帶走。還一種可能的方式是相對(duì)于表面11的至少一個(gè)抗摩擦層4的邊緣是不連續(xù)的，從而能夠?qū)⑺幌Ｍ墓腆w顆粒帶到側(cè)面。例如通過鍍覆、軋制、焊接、粘結(jié)、鑲嵌等，將多層材料1(特別是摩擦軸承2)的各個(gè)層聯(lián)結(jié)在一起，以防止任何移動(dòng)，以保證可靠地傳遞載荷。在選擇聯(lián)結(jié)方法時(shí)，應(yīng)該注意的是應(yīng)能夠承受高載荷，特別是在升高溫度的高載荷?；鶎?可由金屬物質(zhì)如鋼或者類似物制成，并且能夠吸收從軸傳遞至抗摩擦層4上的部分力。盡管下述說明涉及具有三層結(jié)構(gòu)的摩擦軸承2，當(dāng)然也可用于具有二層的摩擦軸承2。如果具體選擇的用作中間層5的合金具有能夠承受并且傳遞增大的力的硬度，或者如果所選擇的中間層5具有承擔(dān)抗摩擦層之作用的性能，在這些情況下更可能是如此。特別是作為相鄰各層如抗摩擦層4和基層7之間的粘結(jié)層的中間層5優(yōu)選由鋁基合金制成，該合金含有鈧(Sc)，其含量最大為10wt％，優(yōu)選為最大4wt％，特別是0.015-3.25wt％，其余是鋁和在熔煉過程中所存留的常規(guī)雜質(zhì)。本文中所有合金成分中的含量均是相對(duì)于合金總重量(100％)的重量百分?jǐn)?shù)。如果鋁合金的鈧含量為0.015-2.5wt％，或者為0.015-1.0wt％，則是特別優(yōu)選的。除了Sc之外，在合金中可加入其他元素以調(diào)整或者改進(jìn)中間層5的性能。例如，可用下列元素至少部分地代替Sc釔(Y)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)和鑭(La)，或者用至少一種選自鑭系的元素部分地代替Sc，例如鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或者镥(Lu)。另外，也可用錒系元素例如釷(Th)、鏷(Pa)、鈾(U)或者類似元素至少部分地代替Sc。除此之外，鋁合金還可含有其他元素以改變組織或者改進(jìn)其性能。例如，可以加入至少一種下列元素鋰(Li)、鋅(Zn)、硅(Si)、或鎂(Mg)，其加入總量最大為12wt％，優(yōu)選最大為6.5wt％，特別是最大為4.2wt％。另外，中間層5的鋁合金可含有至少一種下列元素錳(Mn)、銅(Cu)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鎢(W)、或者銀(Ag)，其加入總量最大為10wt％，優(yōu)選最大為5wt％，特別是最大為1.5wt％。該合金還可含有至少一種下列元素鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)或者鎳(Ni)，其加入總量最大為10wt％，優(yōu)選最大為4wt％，特別是最大為1.5wt％。該合金還可含有至少一種下列元素鈀(Pd)、金(Au)、鉑(Pt)、銦(In)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、碲(Te)，其加入總量最大為10wt％，優(yōu)選最大為6.5wt％。通過加入上述合金元素可以將該鋁合金的性能具體調(diào)整至適合于具體的目的。將Sc加入到鋁合金中是公知的。例如從現(xiàn)有技術(shù)中可知道含Sc的鋁基結(jié)構(gòu)材料，并且主要用于空中運(yùn)輸和航空工業(yè)。這些合金不僅重量輕，而且具有超彈性性能，這主要是由于高變質(zhì)再結(jié)晶性能所至。例如從US5226983A和EP0158769B1以及US4816087可知道或多或少地含有Sc的鋁鋰合金。使用這些合金作為結(jié)構(gòu)材料的可能性主要是由于析出三鋁化物如Al3Li、Al3Zr或者Al3Sc。在US4874440和US5055257中也公開了這類Al3Sc析出物。這些文獻(xiàn)討論了用選自鑭系的元素部分或者全部地代替Sc的可能性，并且指出為了獲得結(jié)構(gòu)材料所需的性能，重要的是在鋁基體中含有上述的三鋁化物。從US5620652可知道除了含鈧外還含鋯和一些其他元素的鋁合金。在該美國(guó)專利中，公開了多種可能的選擇，例如用于健身儀器、航空工業(yè)、汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料、或者用于海運(yùn)業(yè)。指出在轉(zhuǎn)移質(zhì)量(換句話說是重量)的特殊應(yīng)用中使用這些合金一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是顯著節(jié)省所需的燃料，同時(shí)還保持機(jī)械強(qiáng)度。由上可看出，長(zhǎng)期以來認(rèn)為這些合金是重要的尤其是在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。但是迄今尚未公開使用這類Al-Sc合金用作多層材料1，特別是摩擦軸承2的可能性。已經(jīng)付出很大努力來尋找改進(jìn)多層材料1的質(zhì)量的新途徑，本申請(qǐng)人出人意料地發(fā)現(xiàn)Al-Sc合金特別適合用作多層材料1，尤其是摩擦軸承2。對(duì)于結(jié)構(gòu)為抗摩擦層4/中間層5/基層7的摩擦軸承2來說，重要的是中間層5能夠在抗摩擦層4和基層7之間起到粘合的作用。為此目的，中間層5應(yīng)該盡可能地兼顧所述兩個(gè)不同層的至少部分機(jī)械性能和/或化學(xué)性質(zhì)，由此能夠或多或少地過渡不同層的這些性能。事實(shí)上，如果在鋁合金中含有Sc并且析出Al3Sc，這是優(yōu)選的。這種金屬間三鋁化物是簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)(三維組pm3m)并且是與Cu3Au結(jié)構(gòu)類型同型的。Sc原子位于晶胞的中心。鋁原子位于面心位置，例如為1/2/1/2/0,1/2/0/1/2等。在金屬鋁中，已知鋁原子位于面心立方晶格的位置上。由于金屬鈧(162pm，配位數(shù)為12)和鋁(143pm，配位數(shù)為12)的原子半徑略有不同(共價(jià)鍵比例任意)，因此至少可以假定Cu3Au類型的三鋁化物幾乎為設(shè)想的面心立方結(jié)構(gòu)。除此之外，由于鋁的晶格常數(shù)(a=0.4049nm)和Al3Sc的晶格常數(shù)(a=0.4105nm)相匹配，這稱作“共格相”，即鋁基體的晶格網(wǎng)絡(luò)被破壞但是沒有中斷。結(jié)果，這些合金具有好的可變形性，由于還存在位錯(cuò)，在這種情況下，滑移方向沿八面體表面{111}(存在于面心立方晶體中)。這些滑移面的每一個(gè)依次包括3個(gè)等價(jià)的滑移方向<110>，造成在12個(gè)不同滑移體系中的可能的滑移。Al-Sc合金除了具有好的延展性外，其他優(yōu)點(diǎn)在于這類鋁合金不呈現(xiàn)任何明顯的硬化性質(zhì)。結(jié)果，在多層材料1的各層之間可獲得最佳的粘合強(qiáng)度。但是通過其他合金元素可改變其硬度，如下所述。特別是，可調(diào)整中間層5的硬度以使硬度值位于抗摩擦層4的硬度和基層7的硬度之間。這類Al-Sc合金的其他優(yōu)點(diǎn)是，盡管在制造過程中進(jìn)行熱處理而使鑄態(tài)產(chǎn)生破碎，但仍保持高強(qiáng)度。結(jié)果，可獲得具有相應(yīng)熱強(qiáng)度、靜態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的產(chǎn)品。上述的金屬間三鋁化物如Al3Sc部分地與此性能相關(guān)。圖2說明了一種可能的鋁合金，其成分為Al-0.5Mn-0.15Sc。從該中間層5的晶粒圖樣中可清楚地看出，Al3Sc晶體12以穩(wěn)定的球形沉淀物彌散分布于鋁基體中。除此之外，可清楚地辨別出三維的Al-Mn二元沉淀物。由于Al3Sc晶體與鋁基體之間的共格性，可得到這種彌散分布的晶格組織。與之結(jié)合，通過升高再結(jié)晶溫度可降低垂直于滑移面的位移量以及降低再結(jié)晶性能。另外，盡可能抑制亞晶粒的聚并。與常規(guī)的晶粒細(xì)化劑如Ti、Zr、Mn等相比，Al-Sc分散體可占有更大的體積，因?yàn)槠涓倪M(jìn)了固溶度。由于這些Al3Sc晶體的彌散分布，也可使Al-Sc合金中的微裂紋在這些Al3Sc晶體上終止(“rundead”)，因此可改善機(jī)械性能。由于形成異種晶種(這是由于Al-Al3Sc共晶溫度高引起的)，可降低對(duì)熱裂紋的敏感性，另外，可改善這類合金的可焊接性，從而在多層材料1的各層之間提供更好的粘結(jié)。對(duì)于防止再結(jié)晶和防止亞晶粒消失來說，較大體積的Sc是重要的因素。高共格性也防止晶界位移，因此可獲得細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。如果含有一定量的Sc，可獲得高達(dá)600℃的再結(jié)晶溫度。與之相比，含錳(325℃)、含鉻(325℃)或者含鋯(400℃)的鋁合金的再結(jié)晶溫度明顯低。該特征的優(yōu)點(diǎn)是改善了這類合金的加工能力，即可以在更高溫度下加工，值得一提的是由于再結(jié)晶而不降低機(jī)械強(qiáng)度。冷成型金屬如冷軋金屬出于應(yīng)力狀態(tài)，并且當(dāng)該金屬受熱時(shí)，例如當(dāng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦軸承與高速旋轉(zhuǎn)的軸一起使用時(shí)，則發(fā)生再結(jié)晶，這會(huì)減低變形應(yīng)力并且修復(fù)破壞的晶格。這與合金的機(jī)械性能如硬度的顯著降低有關(guān)，并且會(huì)明顯降低摩擦軸承2的使用壽命，即維修周期，從而增加維修成本。由于Al3Sc晶體12的熱穩(wěn)定性，可高改善這類合金的過時(shí)效性。本發(fā)明的由Al3Sc晶體制得的中間層5具有0.005-5微米，優(yōu)選0.1-1微米的晶粒尺寸。中間層5，特別是Al-Sc合金的密度可為1.5-7g/cm3，例如大約為3g/cm3。如前所述，可用其他金屬至少部分地代替Sc。結(jié)果，不僅可控制中間層5的制造成本，而且可作出調(diào)整以選擇中間層5的性能。可用作代替Sc的元素是能夠與鋁形成金屬間鍵合的那些元素。因此可以從所謂的鋁“固溶體”中析出這些金屬間鍵合，并且這些沉淀物對(duì)鋁基體具有好的作用。作為ⅢA族元素，Sc具有類似于Y、鑭系元素和特定的過渡族元素(稀土元素)的化學(xué)性質(zhì)。類似于Sc,Y、Dy、Ho、Er、Yb、和Lu形成Al3Sc晶體，并且這些相部分地與Cu3Au同型。另外，如在Us4874440A中所述，這些沉淀物的簡(jiǎn)單立方晶胞的晶格常數(shù)或多或少地與Al3Sc相當(dāng)。同時(shí)，與鋁基體面心立方晶格的差別不大，這意味著在鋁基體中可形成共格相。明顯地，Sc不會(huì)被這些元素完全取代，并且會(huì)形成復(fù)合型晶體Al3M1-xM’x。如果鋁和上述鑭系元素之間的電負(fù)性差別或者金屬半徑也是可比的，則認(rèn)為這是可取的，并且事實(shí)上可能由這些元素至少部分地代替Sc，或者可能全部金屬彼此形成三元、四元或者更高的復(fù)合晶體系列。在“Al-Sc-X合金體系中研發(fā)的合金的例子”(RalphR.Sawtell和J.W.Morris,Jr.；彌散強(qiáng)化的鋁合金，由Y.W.KimandW.M.Griffith編輯，礦物、金屬和材料學(xué)會(huì)，1988,409-420頁)的文章中可找到這種作用的詳述。錒系元素也具有類似的作用。盡管諸如Hf、Nb、Ta、La的過渡元素明顯大于Sc，然而它們?cè)阡X合金中可呈現(xiàn)類似于Sc的性能，這是由于彈性作用所至。過渡元素通常以不同于上述Cu3Au型的結(jié)構(gòu)類型結(jié)晶，如立方Mg2Cu型、Laves相或者斜方晶AlDy型。但是，形成復(fù)合型晶體也是可想得到的，并且通過加入過渡元素可調(diào)整性能，因而增加強(qiáng)度。在這種情況下，過渡元素可幾乎全部被吸收在A3M相中，例如這可增加Al-Sc合金的強(qiáng)度。盡管在制備共格相時(shí)的重要因素是這些的晶格常數(shù)必須或多或少地與面心立方的鋁的晶格常數(shù)相同，明顯地，鑭系元素可以以其他結(jié)構(gòu)類型結(jié)晶，如果是所述的Al3Dy型。除了上述元素外，鋰和鋯在鋁基體中也可形成A3M相。鋰用于避免明顯增加鋁合金的密度。另外，加入鋰也可改變(特別是增加)Al-Sc合金的彈性模量。如在“Al-Mg-X合金中顆粒尺寸對(duì)再結(jié)晶和晶粒生長(zhǎng)的作用”(J.S.Vetrano,S.m.Beuemmer,L.M.Pawlowski,I.M.Robertson；材料科學(xué)與工程A238,1997,101ff)的文章中所指出的，鋯可以代替高達(dá)50原子％的Sc。可承受更多的耐熱沉淀物，這種晶體的尺寸較大程度上取決于鑄造后的均化溫度，例如通常在50-150納米之間。幾乎在高達(dá)鋁合金熔化點(diǎn)的溫度下，這類Al3(Zr,Sc)沉淀物可防止再結(jié)晶，這意味著這類合金具有承受高溫的能力，因而可改善所得的多層材料1的性能。但是通過加入Zn，可以改變所形成的主要鋁化物如Mn-、Fe-、Cr-鋁化物的形狀，例如從針狀變?yōu)榍驙?。結(jié)果，這類合金能夠承受更高的溫度，因?yàn)榕c針狀鋁化物相比，圓形的鋁化物較少地形成圓形再結(jié)晶晶種，由于共同使用Sc和Zr，因此可優(yōu)化這類合金的再結(jié)晶行為。除了上述金屬，還有其他可加入的元素，下面的說明試圖給出這些元素對(duì)相應(yīng)合金的大概作用。Cu、Mg、Si和Zn可溶于鋁固溶體中，這可導(dǎo)致富鋁的混合晶體的存在。Cu或者Cu和Mg與鋁一起可形成熱穩(wěn)定(thermo-settable)的Kent合金，該合金易于形成和軋制。由于混合晶體的硬化作用，Cu還具有強(qiáng)化基體的作用。關(guān)于這方面的更多信息可參見“鈧對(duì)鋁銅合金時(shí)效硬化行為的作用”(第四次鋁合金國(guó)際會(huì)議，M.Nakayana,Y.Miura,P538ff；1994)。Al2Cu和Al3Cu晶體彼此獨(dú)立地析出，因此避免了形成任何雜化晶種。但是，這些晶體幾乎總是同時(shí)開始析出。在此階段，應(yīng)該指出的是，Al3M相(特別是Al3Sc)通常比其他類型的鋁化物更早地開始析出，這些沉淀物可形成后面所述鋁化物的晶種。但是，作為這種早期析出的結(jié)果，在鋁基體中可彌散分布Al3Sc晶體12或者相應(yīng)的沉淀物，特別是在初始形成晶種之后A3M相不再進(jìn)一步生長(zhǎng)而形成更多的單個(gè)晶種時(shí)更是如此。Al3Sc晶體12可生長(zhǎng)到10納米的尺寸，結(jié)果是保持細(xì)小的和幾乎均勻的形態(tài)。因此如上所述，可顯著地防止這些合金的過時(shí)效(例如參見“Al-Sc合金的時(shí)效行為和拉伸性能”，第三次鋁合全國(guó)際會(huì)議，T.Tan,Z.Zheng,B.Wang,P290ff；1992)并且熱穩(wěn)定性增加。如果Al3Sc晶體12在固溶退火過程中不溶解，則通常只長(zhǎng)至100納米。在這類合金中僅加入Mg一般不具有硬化作用。硅和鎂形成金屬間化合物Mg2Si，該化合物也溶于鋁基體中，這取決于溫度，并且使合金硬化。Al-Si混合晶體可增加強(qiáng)度。當(dāng)加入鎂時(shí)，應(yīng)該非常小心以保證加入量不太高，這會(huì)造成Al3Mg2相在晶界上析出，從而導(dǎo)致晶間腐蝕。由于析出Al7Cr，鉻有助于產(chǎn)生細(xì)晶粒，象Zr一樣。Cr幾乎不溶于鋁中，由于析出Al7Cr，增強(qiáng)了蠕變抗性。結(jié)果，可改善這類鋁合金的高溫硬度和強(qiáng)度。另外，由于Al7Cr，也可鍵合鐵，由此防止析出針狀A(yù)l3Fe。析出針狀物會(huì)影響鋁合金的機(jī)械性能，并且某些特定情況下會(huì)導(dǎo)致脆化。但是，錳和鐵一起使用會(huì)形成改善高溫強(qiáng)度的鋁化物。鈷在鋁中也不溶，但是，由于形成Al9Co并且也鍵合鐵而增強(qiáng)蠕變抗性。銅可大幅度地提高鋁的拉伸強(qiáng)度。通過在555℃溫度淬火可硬化含大量銅的鋁合金。類似鈷和鐵，鎳在鋁中也不溶，但是，與鈷一樣，由于析出Al3Ni，能夠增強(qiáng)高溫蠕變抗性和強(qiáng)度。類似于鋯，為了產(chǎn)生細(xì)晶粒，特別是控制晶粒結(jié)構(gòu)，在鋁合金中可加入元素Cr,Hf,Ti,V和Mn。加入錳具有凝固作用，并且改善抗腐蝕性，由此可增加再結(jié)晶溫度。另外，如上所述，特別是與少量鐵一起，可防止形成長(zhǎng)釘狀的脆性Al3Fe針，因?yàn)殍F形成了具有較希望形狀的Al6Mn晶體。通過使用稱作軟相形成劑的Sn,Sb,Pb和Bi，可調(diào)整中間層5的性能，以與抗摩擦層4的性能協(xié)調(diào)一致，從而在多層材料1的各層之間形成良好的粘結(jié)，特別是使硬度自抗摩擦層4至基層7的方向增加。通過使用Ag,Au,Pd和Pt，可改變鋁合金的硬化能力，并且Al-Ag合金可通過析出AlAg2平衡相而硬化。元素W,Ta,Re,Mo,Nb和Ca對(duì)這類鋁合金的塑性特別是可變形性有有益作用。Be，特別是在多元素合金中，改善從過飽和固溶體相中析出的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。元素In,Ge和Te可用于改變用作中間層5的鋁合金的性能，還能夠一定程度地兼得抗摩擦層4和基層7的性能。如上所述，多層材料1可包括抗摩擦層4。所有適合用作摩擦軸承2的抗摩擦層4的材料和合金均可用作抗摩擦層4的材料。這類軸承材料應(yīng)該具有良好的滑動(dòng)性能、良好的延展性、包容外來顆粒的能力等。另外，還應(yīng)該具有相應(yīng)的強(qiáng)度性能。用作這類抗摩擦層4的材料例如是含有一定量的如Pb,Sn,Sb,Bi的軟相形成劑的鋁合金。例如，除了鋁之外，抗摩擦層4可含有一定量的作為主要合金元素的錫，在這種情況下，錫含量為5-45wt％，優(yōu)選為14-40wt％，特別是16-32wt％。但是，除了錫之外，可加入其他所有合金元素，其中其加入量為至多11wt％，基于合金總量。例如，選自Mn,Fe,Cr,Zr,Co和Zn的至少一種合金元素可與選自Pb,Bi,Sb和In的至少一種合金元素合金化。但是，抗摩擦層4也可是含有至少16wt％錫和總量至多11wt％其他元素的鋁合金，所述的其他元素例如是Mg,Zn,Pb,Bi,Li,Sb,In,Fe,Cr,Mn,Cu或類似元素。盡管提出一限制條件，即每當(dāng)使用選自鎂和鋅的元素時(shí)，在合金中必須含有選自Pb和Bi的元素，但是，上述元素也可單獨(dú)存在于合金中，即無需組合使用。Cu含量可為0.65-1.80wt％，優(yōu)選為1.35-1.45wt％，特別是1.44wt％,Mn含量可為0.25-0.75wt％，優(yōu)選為0.35-0.50wt％，特別是0.47wt％,Fe含量可為0.15-0.55wt％，優(yōu)選為0.18-0.28wt％，特別是0.24wt％,Cr含量可為0.05-0.18wt％，優(yōu)選為0.07-0.15wt％，特別是0.08wt％。余量是達(dá)到100％的鋁和常規(guī)雜質(zhì)(雜質(zhì)的量是破碎原料時(shí)和加工過程中固有的)本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，使用了下述成分的合金(所給的數(shù)值是重量百分?jǐn)?shù))Sn22.1Fe0.24Cu1.44Cr0.08Mn0.47Pb0.20Bi0.12Zn1.20Mg0.50Al+雜質(zhì)至100％。當(dāng)然，這一成分僅是不同變化的眾多實(shí)施例的一個(gè)，所述的變化太多了以致不能在此列出。但是這并不意味著本發(fā)明限于該實(shí)施例?；诰唧w限定的加入元素的這類合金的特征是一旦該組成元素熔化并且冷卻，就會(huì)發(fā)生硬質(zhì)顆粒的析出，這形成含多種組分體系的鍵合，例如鋁化物鍵合。這些硬質(zhì)顆粒一方面具有硬化合金的作用，另一方面，如果存在高含量的錫，保證防止形成錫的共格網(wǎng)絡(luò)，所述的共格網(wǎng)絡(luò)對(duì)基體組織的破壞以及組織強(qiáng)度高度敏感。但是鋁合金基體的強(qiáng)化很大程度上取決于這些金屬間相的形貌。由于在退火情況下產(chǎn)生球狀體，例如用于使含硅硬質(zhì)顆粒的鋁合金的摩擦效應(yīng)最小化，可以預(yù)期到錫析出和聚集的缺點(diǎn)，例如為了降低硬質(zhì)顆粒的劃傷作用，在合金中加入銻。作為基體合金中的元素的具體組合的結(jié)果，球狀不易溶的鋁化物形成劑的含量降低至最小，可加入元素以強(qiáng)化基體，對(duì)于在鋁基體中的溶解來說對(duì)加入元素的限制較少。通過加入選自Pb,Bi,Sb和In的元素以對(duì)錫的邊界表面張力起作用，通過加入選自Mg,Zn和Li的元素可對(duì)可焊接性起作用，從而對(duì)整個(gè)鋁基體起作用，因此，當(dāng)硬化鋁基體時(shí)，錫不能在基體的晶粒邊界上以共格網(wǎng)絡(luò)析出。錫相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞可改變晶格結(jié)構(gòu)，并且有利地增強(qiáng)合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此軸承元素附加地改善可成型性。在這一點(diǎn)上，已經(jīng)證明使用Al-Sc合金作為這類多層材料1是特別有益的，這意味著對(duì)于中間層5來說，可以使用新的高強(qiáng)度軸承材料，其性能可與抗摩擦層4和基層7的性能匹配。為了產(chǎn)生所希望的效果，主要溶于錫或者主要溶于鋁中的元素在合金中的加入量取決于錫或者鋁的含量，這由各個(gè)元素在共晶溫度下的最大溶解度所決定。選自除Pb和Bi之外的Sb和In的元素的含量應(yīng)該為這些元素在錫總含量中的最大溶解度的10％-75％，而這些元素的總含量應(yīng)該至少為這些元素最大溶解度的50％，并且至多為最大溶解度的350％，所述的元素為可至少溶于錫的元素。選自除Mg和Zn之外的Li的元素的含量應(yīng)該為這些元素在鋁總含量中的最大溶解度的6％-50％，而這些元素的總含量應(yīng)該至少為這些元素最大溶解度的25％，并且至多為最大溶解度的150％，所述的元素為可至少溶于鋁的元素。元素相對(duì)于錫或者鋁含量的具體的上限和下限值表示界限，在該界限內(nèi)晶界表面的張力的變化可防止錫形成共格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而不必?fù)?dān)心錫與基體合金發(fā)生有害的內(nèi)反應(yīng)。對(duì)于這一點(diǎn)，思想上應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，對(duì)于使用這些元素的用量相對(duì)于上述最大溶解度比值，實(shí)際上可使用具體的界限值，因?yàn)槭聦?shí)上隨著逐漸硬化這些元素已經(jīng)開始起作用。為了說明Al-Sc軸承合金比常規(guī)摩擦軸承材料的優(yōu)點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)摩擦軸承材料與上述給出成分在軸承合金材料進(jìn)行比較，該標(biāo)準(zhǔn)摩擦軸承材料含20wt％錫、0.9wt％銅和余量的鋁和常規(guī)雜質(zhì)。但是這并不意味著含20wt％錫、0.9wt％銅和余量鋁的摩擦軸承材料不能用于本發(fā)明提出的多層材料1。這點(diǎn)只是試圖說明在Sn-軟金屬相中含球形顆粒的Al-Sn軸承合金具有更高的強(qiáng)度，產(chǎn)生了增加中間層5強(qiáng)度的附加優(yōu)點(diǎn)。明顯地，“平均值”的軸承材料可用作抗摩擦層4(如果需要)，特別是如果對(duì)抗摩擦層4的要求不是非常高時(shí)，在這種情況下，出于成本的考慮，更適合的是使用這類軸承材料。在相同條件下通過水平連鑄工藝鑄造這兩種待試驗(yàn)的合金，以得到寬100毫米和厚10毫米的帶材。在硬化加工過程中，按照選擇的分散條件，即3.4J/秒-3.7J/秒的標(biāo)準(zhǔn)，將熱量分散。由于通過對(duì)鋁合金制的軸承材料進(jìn)行中間退火可不間斷產(chǎn)生最大可能的總變形，以得到優(yōu)異的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能，對(duì)這兩種合金進(jìn)行可變形性試驗(yàn)。為此目的，將已知的摩擦軸承材料在350℃熱處理3小時(shí)。該退火工藝可對(duì)錫顆粒產(chǎn)生更強(qiáng)的球化作用(globulisation)。對(duì)本發(fā)明提出的合金進(jìn)行試驗(yàn)，但不進(jìn)行于350℃的3小時(shí)和19小時(shí)的熱處理。為了進(jìn)行這些試驗(yàn)，通過銑削，將試樣(已知的鋁合金和本發(fā)明提出的合金)上的鑄造表皮去除。試樣的橫截面為80×8mm2。使用這些試樣來確定不進(jìn)行中間退火的可允許的軋制壓縮量。對(duì)于已知的摩擦軸承材料來說，在剛超過30％的壓縮量時(shí)就開始產(chǎn)生初始的宏觀裂紋，這些快速擴(kuò)展的裂紋會(huì)很快使材料完全破壞。通過在每道軋制后測(cè)得軋制表面上的硬度，觀察到了在達(dá)到最大硬度后，由于一道一道的軋制使晶格結(jié)構(gòu)破壞而使硬度開始降低。另一方面，本發(fā)明提出的材料的硬度從一道到下一道呈現(xiàn)為增加。從上述的行為可看出，結(jié)論是結(jié)構(gòu)性能特別是強(qiáng)度得到了顯著改善。在加熱造成的過時(shí)效試樣中，直到總變形量超過50％還沒有看見宏觀裂紋。在沒有熱處理的試樣中，直到總變形量大于60％之后還不產(chǎn)生這種裂紋，并且在經(jīng)過3小時(shí)熱處理的試樣中，直到總變形量為70％之后也沒有觀察到這種裂紋。與已知的摩擦軸承材料的情況相反，這些裂紋不會(huì)使試樣完全地破裂。冷卻態(tài)的鋁合金在鑄造方向上和在鑄造方向的橫向上具有42HV2的韋克氏硬度。通過一次45％軋制率的軋制，用抗摩擦層4包覆鋼基層7并且在350℃熱處理3小時(shí)后，在鑄造方向上和在鑄造方向的橫向上的硬度為52HV2。通過軋制在鋼上包覆并且于300-400℃退火處理2-5小時(shí)后，優(yōu)選在350℃退火3小時(shí)，該鋁合金在軋制方向上和在軋制方向的橫向上的硬度至少比鑄態(tài)的在鑄造方向上和在鑄造方向的橫向上的硬度高20％。另外，在軋制方向上和在軋制方向的橫向上的硬度應(yīng)該為48HV2-88HV2，優(yōu)選50HV2-54HV2。在通過至多二次每次至少40％軋制率的軋制用抗摩擦層4包覆之后，或者在通過至多一次至少25％軋制率的軋制用抗摩擦層4包覆并且于300-400℃退火處理2-5小時(shí)后，優(yōu)選在350℃退火3小時(shí)之后，在軋制方向上和在軋制方向的橫向上的硬度至少為175HV2。通過這些測(cè)試，得出的結(jié)論是本發(fā)明提出的鋁合金通過成型特別是軋制加工后具有優(yōu)異的強(qiáng)化的性能，因此可用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。這也是由于本發(fā)明提出的鋁合金具有非常高的軟相含量，從而該鋁合金整體具有摩擦學(xué)性能，這滿足了延長(zhǎng)維修周期的要求。含有軟相意味著避免了由大量含摩擦產(chǎn)生的固體顆粒的臟潤(rùn)滑劑對(duì)造軸承和軸的損傷。但是，這種鋁合金和使用這種鋁合金的軸承材料的其他有利性能是通過潤(rùn)滑劑可以以限定的程度避免后續(xù)硬化，這種后續(xù)硬化是由于在使用過程中的熱負(fù)荷所造成的，這是公知的。結(jié)果，彌散分布的非鍵合的錫顆粒聚集形成大顆粒并且析出，這是多次溫度變化所造成的，錫的熔點(diǎn)是232℃，在軸工作過程中很容易達(dá)到這一溫度。再次說明使用具有良好機(jī)械性能的Al-Sc合金的優(yōu)越性，例如中間層5的硬度可以與抗摩擦層4的硬度相適應(yīng)，從而這類Al-Sc合金可用作高強(qiáng)度軸承材料。本發(fā)明的多層材料1可通過本領(lǐng)域公知的任何方法制備。例如，用于中間層5的鋁合金和/或用作抗摩擦層4的鋁合金可使用連鑄工藝制備，并且將坯錠制成預(yù)定厚度。為了制備多層材料1的各層，例如可將坯錠軋制成預(yù)定厚度?？梢砸詭撞竭M(jìn)行軋制工藝，坯錠每一道次的厚度減少率約為10％-70％，并且重復(fù)該工藝直至各層達(dá)到所需的厚度。但是，特別是在制備本發(fā)明的多層材料1時(shí)，一種可能的進(jìn)行軋制工藝的方式是將兩層或者多層不同和/或相同的層彼此疊層放置，通過軋制和包覆工藝在各層之間產(chǎn)生固態(tài)聯(lián)結(jié)。例如，用純鋁板覆蓋用作抗摩擦層4的鋁合金表面11，其中用作抗摩擦層4的鋁合金置于用作中間層5的鋁合金上面，換句話說，Al-Sc合金和抗摩擦層4位于表面11的相對(duì)面。后一種方法防止軟相從軸承合金的鋁基體中脫出，這種軟相通常具有低于或者接近于退火溫度的熔點(diǎn)，并且會(huì)在使各層聯(lián)結(jié)所進(jìn)行的后續(xù)退火過程中消失。為了賦予用作摩擦軸承2所需的機(jī)械性能，可進(jìn)行附加的步驟，例如通過另外的軋制工藝將鋼基層7結(jié)合到上述的結(jié)合體上，從而結(jié)合在一起。在進(jìn)行后續(xù)熱處理之后，所得的多層材料1包括三層，在模具中形成最終的形狀，以產(chǎn)生如圖1所示的半殼型。通過鉆孔，可以將用于防止錫脫出的鋁層從抗摩擦層中去除。隨后進(jìn)行最終的精整加工，如去除邊角、形成凹槽8等。但是，在每次整體成型(一次或者多次成型步驟中至少25％并且至多91％成型)之后，于85-445℃溫度，優(yōu)選150-400℃溫度下對(duì)鋁合金或者結(jié)合材料進(jìn)行回火也是可行的。另外，在軋機(jī)上進(jìn)行包覆工藝也是可行的，以降低多層材料和各個(gè)中間層的厚度，每道軋制的壓下率為20％-75％，優(yōu)選為25％-50％。除了已知的方法外，可使用一系列其他方法，如CVD方法(化學(xué)汽相沉積)、各種真空鍍覆技術(shù)如汽相沉積、離子鍍、陰極濺射、電鍍、無電流浸鍍工藝、噴涂工藝等。例如也可使用激光技術(shù)。在所用的所有方法中，可選擇基層7和/或中間層5和/或抗摩擦層4作為鍍覆或者涂覆的初始材料。無需指出的是，可進(jìn)行任何所需的具體之間步驟，如用溶劑進(jìn)行表面脫脂。如上所述，在制造過程中可對(duì)各層特別是鋁合金進(jìn)行熱處理，尤其是在軋制工藝之后，以釋放變形張力。例如，中間層5可在85℃-445℃溫度下熱處理0.5-48小時(shí)，在這種情況下，中間層5熱處理后的硬度值比在成型加工之前中間層5所具有的硬度值降低不超過35％是有利的，所述的成型加工例如是軋制、熔化、模壓等類似加工。在成型加工之后，中間層5的硬度值為成型加工前硬度值的70％-80％，在這種情況下，可在100℃-350℃溫度下進(jìn)行1-24小時(shí)的熱處理?？鼓Σ翆?的厚度為0.3-0.6毫米，優(yōu)選為0.4-0.5毫米，中間層5的厚度為0.05-0.2毫米，優(yōu)選為0.1-0.18毫米，基層7的厚度為0.8-1.8毫米，優(yōu)選為1.0-1.5毫米。明顯地，各層的厚度僅是說明性地給出，由于多層材料1的總厚度可進(jìn)行調(diào)整以適合于具體應(yīng)用，因此這意味著也可調(diào)整各層的厚度。在鍍覆之后，抗摩擦層4的硬度為30.0-110HV2，優(yōu)選為45.0-85HV2，熱處理后為25.0-85.0HV2，優(yōu)選為40.0-75HV2，在鍍覆之后，中間層5的硬度為55.0-100UMHV20p，優(yōu)選為60-85UMHV20p，熱處理后為45-80UMHV20p，優(yōu)選為55-75UMHV20p，在鍍覆之后，鋼制基層7的硬度為110-260HV2，優(yōu)選為150-240HV2，熱處理后為105-240HV2，優(yōu)選為145-235HV2。通過比較，由純鋁制成的中間層5(如現(xiàn)有技術(shù)中公知的)在熱處理之前的硬度為45UMHV20p，熱處理之后約為29UMHV20p，這明顯低于本發(fā)明提供的中間層5的硬度。獲得上述硬度值的熱處理是在約350℃溫度下進(jìn)行3小時(shí)。但是在更高溫度如350-400℃下進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)中間層5的硬度值沒有任何明顯的變化，如上所述，這是由于Al-Sc合金的再結(jié)晶溫度約為600℃。其他的測(cè)試表明，中間層5的硬度值在鑄造方向上和在鑄造方向的橫向上至少是大約相同，這說明Al3Sc晶體在鋁合金的整個(gè)體積內(nèi)是彌散分布的。對(duì)于這一點(diǎn)，應(yīng)該重申的是，列出的所有鋁合金的成分僅是以舉例的方式給出，并且存在大量可選擇的組合。但是，這并不意味著本發(fā)明限于這些組合或者鋁合金，與之相反，所有可能的組合均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖3是對(duì)數(shù)坐標(biāo)，縱坐標(biāo)是載荷，單位是巴(bar)，橫坐標(biāo)是運(yùn)行時(shí)間，單位是分鐘。已知的是，在試車及后來的階段中，摩擦軸承2上的載荷(特別是由溫度和/或壓力產(chǎn)生的應(yīng)力)會(huì)使強(qiáng)度變化，強(qiáng)度取決于合金成分。取決于試車時(shí)間以及到達(dá)具體極限值的時(shí)間，在整個(gè)壽命期限內(nèi)強(qiáng)度不會(huì)明顯變化，所述的壽命的終點(diǎn)即是這類軸承由于材料失效而不能使用時(shí)。下面參照具體的實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明的層狀結(jié)構(gòu)以及對(duì)這類軸承的性能的作用，其中使用不同層結(jié)構(gòu)的這類摩擦軸承2。在下面實(shí)施例中的所有摩擦軸承2中，全都使用鋼作為基層6，所以，在實(shí)施例1-6中不再提及這種基層6，并且給出了這種暗示。另外，在下述的摩擦軸承2中的各層是彼此聯(lián)結(jié)在一起的，從而不能產(chǎn)生移動(dòng)。實(shí)施例1在該摩擦軸承2中，抗摩擦層4由含錫的鋁合金制成，特別是由AlZn4.5制成。實(shí)施例2在該三層摩擦軸承2中，與抗摩擦層3(由Al-Sn合金如AlSn6Cu制成)一起使用純鋁中間層5。實(shí)施例3該實(shí)施例涉及具有純鋁中間層5和由Al-Sn合金如AlSn20Cu制成的抗摩擦層4的摩擦軸承2。實(shí)施例4該摩擦軸承使用由CuPb合金制成的中間層，通過濺射在其上形成AlSn20的抗摩擦層。實(shí)施例5該實(shí)施例中的摩擦軸承是實(shí)施例1中的摩擦軸承的改進(jìn)型，其中抗摩擦層4不再使用AlZn合金，但是用于中間層5，而抗摩擦層是AlSn20合金。為了代替AlZn合金，在該實(shí)施例中也可以使用本發(fā)明提出的Al-Sc合金作為中間層5。實(shí)施例6最后的實(shí)施例涉及具有本發(fā)明提出的Al-Sc合金制成的中間層5的摩擦軸承2?？鼓Σ翆?使用含不超過32wt％錫(作為主要合金化元素)的鋁合金，其中還含選自下列至少一種元素的硬質(zhì)物質(zhì)Fe,Mn,Ni,Cr,Co,Cu,Pt,Mg,Sb,W,Nb,V,Ag,Mo或Zr,。該硬質(zhì)物質(zhì)可以是金屬間相，例如通過在基體晶界區(qū)形成鋁化物，從而可破壞高含量錫所產(chǎn)生的錫網(wǎng)絡(luò)。供參考的是，該硬質(zhì)物質(zhì)是球形的或者立方的。例如，除了鋁和固有的雜質(zhì)外，該合金含有22.1wt％Sn,1.44wt％Cu,0.47wt％Mn,0.24wt％Fe,0.08wt％Cr和0.5wt％Mg。為了試驗(yàn)?zāi)Σ凛S承2的軸承使用性能，并且進(jìn)行用途分類，使用預(yù)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行軸承使用性能的試驗(yàn)和測(cè)試。為了模擬應(yīng)力的變化，使用75巴的液壓運(yùn)行軸，該軸以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)(對(duì)應(yīng)所用汽缸的尺寸)，這可能對(duì)軸承箱造成應(yīng)力。一旦達(dá)到最大的軸承載荷，則連續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)直到軸承損壞到必須更換為止，上述的損壞是由于抗摩擦層4或者內(nèi)緣翻邊(burring)在抗摩擦層4和中間層5的區(qū)域中壓縮所造成的，或者是由于摩擦造成。在所有各個(gè)系列試驗(yàn)之前，確定所定義的時(shí)間點(diǎn)的含義為損壞非常嚴(yán)重以致軸承不能再使用的程度。圖3說明了在上述實(shí)施例1-6中給出的軸承的使用性能。從圖中可看出，該圖示出了實(shí)施例1所述的簡(jiǎn)單軸承結(jié)構(gòu)的例子(這種結(jié)構(gòu)從現(xiàn)有技術(shù)中可得知)，如圖所示，由于在承載點(diǎn)處的摩擦的原因，這類摩擦軸承2甚至在到達(dá)由時(shí)間點(diǎn)14表示的最大載荷之前就失效了。具有三層結(jié)構(gòu)的摩擦軸承的另一個(gè)實(shí)施例的使用性能較好，這種結(jié)構(gòu)從現(xiàn)有技術(shù)中可得知，其中基層7是由鋼制成，中間層5由純鋁制成，抗摩擦層4由含錫的鋁合金制成，如實(shí)施例2和3所述的那樣。盡管實(shí)施例2中的具有較低錫含量的鋁合金甚至在到達(dá)最載荷(由時(shí)間15表示)之前就失效了，更高合金化的鋁在最大載荷下能保持較長(zhǎng)時(shí)間的抗性，可達(dá)到軸承破碎之前的時(shí)間點(diǎn)16，或者到達(dá)軸承磨損之前的時(shí)間點(diǎn)17。從現(xiàn)有技術(shù)中可知，實(shí)施例4中所述的軸承結(jié)構(gòu)可獲得非常高的軸承使用周期，因?yàn)檫@類摩擦軸承2直到約10000分鐘的時(shí)間之后還不失效，即到達(dá)時(shí)間點(diǎn)18。在該比較試驗(yàn)中具有長(zhǎng)使用壽命的這類軸承也稱作“合格的部件”。實(shí)施例5表明了用作中間層5的材料對(duì)摩擦軸承2的性能的影響。盡管具有AlZn合金中間層5的摩擦軸承2在時(shí)間點(diǎn)19失效，如果用由本發(fā)明Al-Sc合金制成的中間層5代替這種AlZn合金中間層，使用壽命可明顯提高。這由圖3中的時(shí)間點(diǎn)20、21得到說明，這些時(shí)間點(diǎn)表明摩擦軸承2破碎或者失效的時(shí)間。最后，時(shí)間點(diǎn)22和23表明其中的中間層5由本發(fā)明Al-Sc合金制成而抗摩擦層4由高錫含量的AlSn合金制成的摩擦軸承2的試驗(yàn)結(jié)果。與實(shí)施例5的抗摩擦層4相比較，硬化物質(zhì)破壞了由該高強(qiáng)度AlSn合金中的高含量的錫所形成的網(wǎng)絡(luò)，并且如果該硬質(zhì)物質(zhì)是球形或者立方形的形狀，則可解決硬質(zhì)物質(zhì)通常具有的成問題的影響，這種影響是由于剪切力所造成的。這種觀察的結(jié)果是，通過使用本發(fā)明提出的Al-Sc合金的中間層，可制備這樣的摩擦軸承2，即其具有長(zhǎng)使用壽命的性能，總體上可與已知的通過濺射技術(shù)制造的“高技術(shù)”摩擦軸承2的性能相比，特別是這種性能是由于結(jié)合使用本發(fā)明提出的中間層5和高強(qiáng)度抗摩擦層4而得到的，并且，如果使用本發(fā)明提出的中間層5，可更廉價(jià)地制造具有持久使用壽命的這種摩擦軸承。為了達(dá)到好的目的，最后應(yīng)該指出的是為了對(duì)多層材料1和中間層5的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更清楚的說明，以一定程度的和/或放大和/或縮小的比例說明了它們的結(jié)構(gòu)或者其構(gòu)成部件。在本說明書中可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明獨(dú)立的解決方案下面的任務(wù)。尤其是，圖1、2和3中所示的各個(gè)技術(shù)方案的主題可認(rèn)為是本發(fā)明提出的獨(dú)立的解決方案。相關(guān)的任務(wù)和解決方案可在這些附圖的詳細(xì)說明中找出來。附圖參考標(biāo)號(hào)一覽表1多層材料2摩擦軸承3外周層4抗摩擦層5中間層6外周層7基層8凹槽9端面10側(cè)壁11表面12Al3Sc晶體13Al-Mn沉淀物14時(shí)間15時(shí)間16時(shí)間17時(shí)間18時(shí)間19時(shí)間20時(shí)間21時(shí)間22時(shí)間23時(shí)間權(quán)利要求1.用于多層材料的鋁基合金中間層，特別是粘結(jié)層，所述的多層材料具有不同成分的層，特別是摩擦軸承中的中間層，其特征在于該合金含加入量的至少一種選自Sc、Y、Hf、Nb、Ta、La、鑭系和錒系的元素，其含量最大為10wt％，優(yōu)選為4wt％，特別是0.015-3.25wt％，所述含量均是相對(duì)于100％重量的合金，其余是鋁和與熔煉相關(guān)雜質(zhì)。2.權(quán)利要求1的中間層，其特征在于該合金含有0.015-2.5wt％的至少一種所選的元素，相對(duì)于100％重量的合金。3.權(quán)利要求1的中間層，其特征在于該合金含有0.015-1.0wt％的至少一種所選的元素，相對(duì)于100％重量的合金。4.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于該合金還含有至少一種下列元素Li、Zn、Si、Mg，其加入總量最大為12wt％，優(yōu)選最大為6.5wt％，特別是最大為4.2wt％，相對(duì)于100％重量的合金。5.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于該合金還含有至少一種下列元素Mn、Cu、Be、Ca、Zr、Mo、W、Ag，其加入總量最大為10wt％，優(yōu)選最大為5wt％，特別是為3.0wt％，相對(duì)于100％重量的合金。6.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于該合金還含有至少一種下列元素Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni，其加入總量最大為10wt％，優(yōu)選最大為4wt％，特別是最大為1.5wt％，相對(duì)于100％重量的合金。7.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于該合金還含有至少一種下列元素Pd、Au、Pt、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Te，其加入總量最大為10wt％，優(yōu)選最大為6.5wt％。8.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于在85℃-445℃溫度下熱處理0.5-48小時(shí)后，該合金所具有的硬度值比在成型加工后熱處理之前所具有的硬度值降低不超過35％，所述的成型加工例如是軋制、鍛造、擠出模壓等類似加工。9.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于在100℃-350℃溫度下進(jìn)行1-24小時(shí)的熱處理后，該合金所具有的硬度值為成型加工后熱處理前硬度值的70％-80％，所述的成型加工例如是軋制、鍛造、擠出模壓等類似加工。10.一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層，其特征在于在熱處理后，該合金具有的韋氏硬度為45-80HV2，優(yōu)選為55-75HV2。11.包括不同成分的至少三層的多層材料，特別是用于摩擦軸承，其中各層的硬度不同，并且特別是硬度從第一外周層到相對(duì)放置的第二外周層增加，其特征在于至少一個(gè)中間層是一項(xiàng)或者多項(xiàng)前述權(quán)利要求的中間層(5)。12.權(quán)利要求11的多層材料，其特征在于第一外周層(3)是用于軸承，特別是摩擦軸承(2)的抗摩擦層(4)。13.權(quán)利要求11和/或12的多層材料，其特征在于抗摩擦層(4)是由在鋁基體中含軟相的鋁合金制成，所述的軟相例如是Pb,Bi,Sn或者類似物。14.權(quán)利要求11-13的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的多層材料，其特征在于抗摩擦層(4)是由含錫作為主要合金元素的鋁合金制成，錫含量為5-45wt％，優(yōu)選為14-40wt％，特別是16-32wt％。15.權(quán)利要求11-14的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的多層材料，其特征在于抗摩擦層(4)含總量至多11wt％的附加的合金元素，但是在合金中含有至少一種選自Mn、Fe、Cr、Zr、Co和Zn的合金元素，以及至少一種選自Pb、Bi、Sb和In的合金元素。16.權(quán)利要求11-15的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的多層材料，其特征在于抗摩擦層(4)含0.65-1.80wt％Cu、0.25-0.75wt％Mn、0.15-0.55wt％Fe、0.05-0.18wt％Cr。17.權(quán)利要求11-16的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的多層材料，其特征在于所述的第二外周層(6)以基層(7)的方式提供。18.權(quán)利要求11-17的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的多層材料，其特征在于所述的基層(7)由鋼或者類似物制成。19.權(quán)利要求11-18的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的多層材料，其特征在于在熱處理后，抗摩擦層(4)具有的韋氏硬度為25-85HV2，優(yōu)選為40-75HV2。20.一種制造多層材料的方法，所述的多層材料包括至少不同成分的兩層，特別是摩擦軸承，其中各層的硬度不同，并且特別是硬度從第一外周層到相對(duì)放置的第二外周層增加，所述的多層材料特別是權(quán)利要求11-20之一的多層材料，其特征在于以前述權(quán)利要求1-10中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的中間層的方式提供至少一個(gè)中間層，并且特別是聯(lián)結(jié)到抗摩擦層和/或例如由鋼或者類似物制成的基層上。21.權(quán)利要求20的方法，其特征在于將先前硬化的材料與至少一種其他材料一起軋制，優(yōu)選與鋁合金如任意地含其他合金元素的Al-Sn合金、純鋁或者類似物一起軋制，所述的先前硬化的材料通過鑄造工藝、擠出工藝、連鑄工藝或者類似工藝制造，并且含有加入量的至少一種選自Sc、Y、Hf、Nb、Ta、La、鑭系和錒系的元素，其含量最大為10wt％。22.權(quán)利要求20和/或21的方法，其特征在于所述的鋁合金或者多層材料在每次整體成型之后，于85-445℃溫度，優(yōu)選150-400℃溫度下進(jìn)行回火，一次或者多次成型步驟中至少25％并且至多91％成型。23.權(quán)利要求20-22的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的方法，其特征在于通過軋制工藝、CVD方法、電鍍、陰極濺射、真空汽相沉積或者類似工藝，將抗摩擦層置于中間層之上，或者將中間層置于抗摩擦層之上，和/或?qū)⒅虚g層置于基層之上。24.權(quán)利要求20-23的一項(xiàng)或者多項(xiàng)的方法，其特征在于通過在軋機(jī)上進(jìn)行軋制工藝，降低多層材料或各個(gè)中間層的厚度，每道軋制的壓下率為20％-75％，優(yōu)選為25％-50％。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于多層材料的鋁基合金中間層,特別是粘結(jié)層,所述的多層材料具有不同成分的層,特別是摩擦軸承中的中間層。該合金含加入量的至少一種選自Sc、Y、Hf、Nb、Ta、La、鑭系和錒系的元素,其含量最大為10wt%,優(yōu)選為4wt%,特別是0.015－3.25wt%,所述含量均是相對(duì)于100%重量的合金,其余是鋁和與熔煉相關(guān)雜質(zhì)。文檔編號(hào)F16C33/12GK1313911SQ99810020公開日2001年9月19日申請(qǐng)日期1999年7月27日優(yōu)先權(quán)日1998年7月29日發(fā)明者R·摩根,M·馬尼爾申請(qǐng)人:米巴·格來特來格股份公司