滑动发动机部件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有聚合物轴承材料层的滑动发动机部件，尤其设及用于滑动轴 承组件W及活塞组件部件的滑动发动机部件，滑动轴承组件诸如轴承衬套壳、轴套、曲柄轴 的轴承表面、凸轮轴的轴承表面、连接杆的轴承表面、止推垫圈、轴承块的轴承表面、轴承盖 的轴承表面，活塞组件部件诸如活塞圈、活塞裙、W及气缸壁W及气缸衬套。
【背景技术】
[0002] 在内燃机中，轴承组件典型地均包括保持曲柄轴（绕轴线可旋转）的一对半轴承。 每个半轴承包括中空大致半柱形轴承壳，典型地至少一个是凸缘半轴承，其中轴承壳设置 有在每个轴向端部向外（径向）延伸的大致半环形止推垫圈。在一些半轴承中，使用轴承壳 和止推垫圈构成的单件构造，而在其他半轴承中，轴承壳和止推垫圈用夹状特征被松散地 机械接合，在另一类型的半轴承中，止推垫圈通过接合特征的变形而永久地组装至轴承壳。 在其他轴承组件中还公知的是使用环形或者圆形止推垫圈。
[0003] 滑动轴承的轴承表面大致具有分层构造。分层构造经常包括：强背衬材料（诸如， 钢），具有的厚度范围是大约1mm或更多；第一轴承材料的层（"衬套层")，诸如铜材料（例 如铜锡青铜）或者侣材料，粘附至背衬，并且具有的厚度范围大致在大约0. 1至0. 5mm(例 如，300 μηι，具有8%wtSn的铜合金，1%wt的化，W及余量化，除了附带杂质）；W及金属 或者聚合物轴承材料的第二轴承材料的层（"覆盖层"），粘附至衬套层的表面并且具有的 厚度为小于大约25μm。
[0004] 第二层的表面形成了实际运行或滑动表面，在使用中其面向协同操作构件（例如 曲柄轴体轴颈）的表面。在轴承壳的情形下，例如当其组装在主轴承壳体或者组装在连接 杆大端时，背衬提供了强度W及阻力W防止轴承壳的变形。如果第二层被磨穿，那么第一层 可W提供合适的轴承运行属性。虽然第一轴承材料提供了抗咬合性和兼容性，但其一般比 第二层的材料硬。因而，在其适应轴承表面和轴体轴颈之间小的未对准的能力（符合能力） W及在嵌入润滑油供给中循环的灰尘粒子的能力方面，第一层通常劣于第二层，W便防止 被碎片刻痕或者破坏轴颈表面。 阳0化]第一轴承材料通常选自侣合金（即，具有不多于25%wt的添加剂元素，除了附带 杂质，100%wt剩余的为侣，）或者铜合金材料（即具有不多于20%wt的添加剂元素，除了 附带杂质，100%wt剩余的为铜）。侣合金一般包括侣合金基质，侣合金基质上具有软金属 的第二相位。通常，软金属相位可W选自铅、锡W及祕中的一个或多个，但是，由于铅的环境 劣势，其目前为非优选元素。由于运些环境考虑，铜合金（诸如铜铅W及含铅青铜）也最终 不受欢迎，例如，可W被无铅铜合金代替。
[0006] 第二轴承材料层与轴体轴颈形成匹配配合，二者之间具有用于润滑流体的间隙， 第二轴承材料层还公知为覆盖层，并且由塑料聚合物材料的基质形成，基质典型地包括实 屯、填料微粒，例如具有的厚度为4至40μm。
[0007] W02010066396描述了一种相关的塑料聚合物复合材料轴承层，其包括聚酷亚胺/ 酷胺塑料聚合物材料的基质，并且在整个基质中分布有：从5至小于15%vol的金属粉末； 1至15%vol的含氣聚合物微粒，除了附带杂质之外，剩余为聚酷亚胺/酷胺树脂（例如 12μm厚度的层，包括12. 5%vol的Al、5. 7%vol的PT阳微粒、4. 8%vol的硅烷、<0. 1% vol的其他元素，剩余为（约77%vol)聚酷亚胺/酷胺）。虽然W02010066396的塑料聚合 物轴承层的成分提供了高耐磨性和疲劳强度，但是仍期望能够进一步在滑动轴承中增加运 种聚合物层的抗咬合性，特别在运种滑动轴承的覆盖层中。
[0008] 节约燃料操作计划已经变得对于自动发动机来说越来越流行，运增加了发动机启 动的频率。在"停止-启动"操作计划中，停止W及重新启动车辆移动还导致发动机停止W 及重新启动。在"混合"操作计划中，当车辆能够通过可替换电源供能（通常是供电）时， 发动机关闭。在运种操作计划中利用发动机启动的较大频率导致了对止推垫圈W及轴承壳 的性能渐增的需求，增加了相关网W及曲柄轴的轴颈的配合端面分别接触止推垫圈和轴承 壳的频率，因此引起相应地增加了运行表面的磨损。
[0009] 在活塞组件中，公知的是降低活塞裙和气缸壁之间划痕的可能性，更为公知的是 从曲柄箱中的润滑油提供活塞和气缸壁之间的润滑。此外，公知的是提供具有耐磨涂层的 发动机部件。例如，公知的是用N化asil?涂覆活塞气缸衬套，N化asil⑥是电锻儀亲脂性 的基质碳化娃涂层。类似地，正如W02005042953描述的，公知的是利用材料涂覆活塞裙W 辅助润滑W及避免两个部件之间金属对金属的接触，从而降低磨损，改善气缸内的润滑和/ 或热属性。
[0010] 四冲程发动机通常在每个活塞上使用Ξ个活塞圈，Ξ个活塞圈是两个压缩圈和一 个油圈。压缩圈的任务是防止燃烧气体进入曲柄箱，而油圈的功能是从气缸壁刮掉多余油 W及使多余油返回曲柄箱，控制油的"膜"的厚度并且防止其过度燃烧。圈的另一重要的功 能是充当桥W将热从活塞传递至依靠冷却系统消散的气缸壁或者气缸衬套（还公知为气 缸套筒）。正如W02011000068描述的，在活塞圈上，尤其在压缩圈上，公知的是至少在接触 到气缸壁的外周上施加涂覆层。
【发明内容】
[0011] 根据本发明的第一方案提供了具有通过塑料聚合物复合材料层设置于基板上的 滑动表面的滑动发动机部件，复合材料层包括：
[0012] 塑料聚合物材料的基质，在整个基质中分布有：
[001引 0. 1至20%vol的液体填充微囊；从及
[0014] 附带杂质。
[0015] 根据本发明的第二方案提供了用于形成滑动发动机部件的扁平板材元件，滑动发 动机部件具有通过塑料聚合物复合材料层设置于基板上的滑动表面，复合材料层包括：
[0016] 塑料聚合物材料的基质，在整个基质中分布有：
[0017] 0. 1至20%vol的液体填充微囊；W及
[0018] 附带杂质。
[0019] 根据本发明的第Ξ方案提供了制造滑动发动机部件的方法，滑动发动机部件的具 有通过塑料聚合物复合材料层设置于基板上的滑动表面，复合材料层包括：
[0020] 塑料聚合物材料的基质，在整个基质中分布有：
[002U 0. 1至20%vol的液体填充微囊；从及
[0022] 附带杂质，
[0023] 运些步骤的方法包括：
[0024] 制作包括塑料聚合物树脂材料和液体填充微囊的混合物； 阳0巧]将混合物涂覆至基板上；W及，
[00%] 处理W便凝固塑料聚合物材料基质W形成复合材料层。
[0027] 有利地，当要求时（即"根据需要"）使用微囊提供了液体润滑的局部释放，从而降 低了相对于彼此W高度移动的部件（即，摩擦配合件）之间的咬合风险。特别有利的是紧 急润滑是局部的，设置在滑动发动机部件和协作构件之间的接触点。
[0028] 20%vol液体填充微囊的上限设及复合材料层的结构完整性，因为高于该水平的 话，微囊会引起复合材料层的抗疲劳性的显著降低。从微囊释放的液体的有益性质（例如 抗咬合性、抗腐蚀性或者抗裂性）在低水平降低，低于0. 1%vol的液体填充微囊无法提供 显著利益。
[0029] 复合材料层可W包括0. 5至5%vol的液体填充微囊。该范围在获得具有液体填 充微囊的利益W及最小化任何抗疲劳性降低之间提供了特别有利的折衷。
[0030] 微囊可W具有不多于复合材料层的厚度的一半的平均直径。微囊可W具有不多于 复合材料层的厚度的四分之一的平均直径。微囊可W是大致球形。
[0031] 液体填充微囊可W具有0. 5至10μπι的平均直径。微囊的平均直径小于复合材料 层（或者子层）的厚度。
[0032] 复合材料层可W具有6至40μm的厚度，优选6至20μm。
[0033] 有利地，提供显著小于复合材料层厚度的微囊能够使微囊变得暴露，当滑动发动 机部件的表面逐渐磨损时释放液体内含物。
[0034] 复合材料层可W包括多个不同的子层。多个层可W包括两个不同的子层。有利地， 可W选择子层W当复合材料层磨损时提供不同的性能属性。
[0035] 子层可W包括不同体积百分比浓度的微囊。
[0036] 子层可W包括不同体积百分比浓度的金属微粒。
[0037] 子层可W包括不同的液体填充微囊（例如，具有不同成分的填充液体）。
[003引靠近基板的子层可W比远离基板的子层包括较低比例的润滑剂液体。靠近基板的 子层可W包括较少润滑剂的微囊W及较高比例的微粒（例如金属粉末）W改善耐磨性。
[0039] 微囊内的液体可W包括液体润滑剂（例如矿物质油，合成聚α-締控（P0A)油）。 液体可W包括在l〇(TC具有> 5. 6mm2/s(即> 5. 6cSt)黏度的油，例如油符合汽车工程师协 会类SAE20及W上标准。有利地，微囊内的油比发动机的曲柄箱中发动机润滑油具有更高 黏度，W在复合材料层磨损的情形下提供增强的润滑。更高黏度的油能够向复合材料层提 供改进的润滑。
[0040] 液体可W包括液体润滑剂和液体添加剂。液体可W包括构造为与摩擦配和件的表 面起反应的溶解固体添加剂（例如胺类，其是固体盐），例如W加硬或者润滑该表面。
[0041] 液体添加剂可W包括腐蚀抑制剂。一些发动机润滑油（例如有机派生的"生物 油"）包括氧化剂，其能够引起金属部件（诸如沉积复合材料层的基板）的腐蚀。在复合材 料层变得破裂或者磨穿