滑动轴承复合材料的制作方法
【专利说明】滑动轴承复合材料
[0001]本发明涉及金属滑动轴承复合材料，包括承载层，特别是钢承载层，含有锡或铝或镍或锌或其组合的铜基层以及包括朝向滑动偶件的喷镀的摩擦层，特别是基于铝的摩擦层。
[0002]这种滑动轴承复合材料是已知的。其典型地用于机动车工业中的发动机和接近发动机的场合中，例如用于制造曲柄轴承瓦和联杆轴承瓦和套。
[0003]由具有喷镀的摩擦层的滑动轴承复合材料制成的滑动轴承特别是在高负荷下使用时证明是有利的。由于在前面描述的结构，滑动轴承也称为所谓的“三元金属轴承”，虽然其可以具有其它的极薄的大部分基于镍的中间结合层和/或扩散阻挡层。在典型的前述的滑动轴承复合材料中，布置在承载层和摩擦层之间的铜基层通常称为轴承金属层；它具有大多高于150 μm的显著的厚度并且烧结、镀覆或浇注在承载层上。在这种轴承金属层上，根据其组成，可以施加厚度仅有几个μπι的薄的扩散阻挡层。在这种扩散阻挡层上喷镀通常基于铝的摩擦层。如果在此说到喷镀，则将其理解为涂敷过程，其中通过用离子射击从固体(靶)击打出原子，该原子在一定程度上转变成气相和然后沉积在待涂敷的基体上。喷镀经常也称为阴极雾化，因为固体在此过程中是连接在阴极。喷镀层或经喷镀的层由此通过在基体上尽可能均匀的沉积而构建。
[0004]本发明基于的任务是，以简单经济的方式制备前述类型的滑动轴承复合材料。
[0005]该任务通过一种滑动轴承复合材料得以解决，根据本发明其特征在于，铜基层是喷镀的层并且具有至少20 μπι的厚度和铜基层直接喷镀到承载层上或喷镀到直接施加在承载层上的厚度为小于20 μm，特别是小于10 μπι的中间层上。
[0006]通过本发明令人意外地发现，在前述的滑动轴承复合材料中相对较厚的烧结、镀覆或浇注上的基于铜的轴承金属层可以舍弃掉或用相对较薄的喷镀上的铜基层代替。由此在可以使用的合金组成方面也绕过了迄今使用的烧结、浇注和镀覆方法的限定性限制。与滑动轴承复合材料范围中典型喷镀层的厚度相比，喷镀上的铜基层以至少20 μπι，优选至少25 μm，更优选至少30 μπι是出乎寻常地厚。铜基层已经具有20μπι-80μπι，特别是25 μ m-70 μ m，更特别是30 μ m-70 μ m，尤其是30 μ m-60 μ m，更尤其是30 μ m-50 μ m的优选厚度。但是，与前述的烧结、镀覆或浇注上的轴承金属层相比，喷镀上的铜基层的层厚度更低。
[0007]通过本发明确认到的是，铜基合金与铝基合金相比，可以更快地以喷镀方法构造并且其在本发明意义上可以用于极其经济地制造所要求结构的滑动轴承复合材料。如果在构造成多室设备的喷镀设备中制备所述两个被喷镀的层，这样提供了如下的可能性，即可以在等待时间最小化情况下制备滑动轴承复合材料，是通过在大致喷镀摩擦层相同的时间内在喷镀设备的初步整理的室中施加与其相比明显更厚的铜基层。由此在执行喷镀过程中不会导致不希望的等待时间。如果提供合适的多室设备，铜基层的施加也可以在两个可以相互并联驱动的室中执行，它们交替地进行装填或清空并初步整理后面的室用于喷镀摩擦层。由此也可以设想在适当选择层厚度和喷镀时间情况下连续的无等待时间的制备。根据本发明，可以完全舍弃传统的烧结、镀覆或浇注上的厚的轴承金属层，这带来了显著的材料节省并且也明显降低了制造成本。此外，意外地发现，与传统的镀覆的、烧结的或浇注上的轴承金属层相比相对较薄的喷镀的铜基层具有良好的颗粒相容性和良好的匹配性以及良好的防摩擦性能，这不是容易想到的。
[0008]根据本发明的一个优选实施方案，形成CuSn (3-10) Ni (0-18)-合金，特别是CuSn (3-10) Ni (5-18)-合金，尤其 CuSn (5-7) Ni (8-10)-合金或 CuSn (7-10) Ni (13-16)-合金的铜基层，特别是形成CuSn6Ni9或CuSn8Nil5_合金的铜基层。在本发明的替选实施方案中，形成CuAl (4-10)-合金或CuZn (10-35)-合金的铜基层。
[0009]与滑动偶件共同作用的喷镀的摩擦层有利地是由Al Sn (17-27) Cu (0.5-3)-合金，特别是 AlSn (18-22) Cu (0.5-1.5)，尤其 AlSn20Cu_ 合金形成，或是由 AlSn (24-26)Cu (2-3)-合金，特别是AlSn25Cu2.5-合金形成。也可以设想由AlB1-合金或SnCu-或SnSb-合金或由B1-合金形成的喷镀的摩擦层。
[0010]摩擦层的厚度有利地为5-25 μ m，特别是5-20 μ m，更特别是6-18 μ m，尤其7-15 μmD
[0011]根据本发明特别优选的实施方案，铜基层包含锡和镍，并特别是由CuSn(3-10)Ni (0-18)-合金形成。证明特别有利的是，摩擦层可以在没有中间布置另外的扩散阻挡层情况下直接喷镀在事先喷镀过的铜基层上，而不会导致在喷镀上的摩擦层和喷镀上的铜基层之间出现干扰性扩散过程。
[0012]如果铜基层包括低合金化的CuSn-合金的话，特别是由CuSn (4-10)-合金的话，则证明特别有利的是，在铜基层和摩擦层之间设置厚度最高10 μ m，特别是最高8 μ m，尤其是最高6 μ m的扩散阻挡层。
[0013]已经表明，合金的数据不排除可以含有其它合金组分。但是优选上述组成的合金。通常还含有分别〈0.lw%的杂质成分，但是其总量不超过组合物的lwt%。
[0014]此外，本发明涉及滑动轴承元件，特别是滑动轴承瓦和滑动轴承套，它们是由平面延伸的滑动轴承复合材料以弯曲滚压法形成的。此外，本发明涉及制备具有根据权利要求11的特征的滑动轴承复合材料的方法。
[0015]本发明的其它特征、细节和优点从所附的权利要求书、对附图的描述和下面的对本发明滑动轴承复合材料的优选实施方案的描述中获知。
[0016]附图中:
[0017]图1显示了本发明的金属滑动轴承复合材料的剖面示意图，和
[0018]图2显示了本发明的金属滑动轴承复合材料其它实施方案的剖面示意图。
[0019]图1显示了本发明的用于以弯曲滚压法制造金属滑动轴承元件，特别是滑动轴承瓦和套的滑动轴承复合材料2的尺寸非按比例的剖面示意图。该滑动轴承复合材料包括承载层4，通常由钢制成。在承载层4的事先特别是通过用惰性气体离子射击加以清洁的上侧的上侧上优选直接喷镀上铜基层6。这种铜基层可以具有开头所述的组成。其厚度优选为20 μ m-80 μ m，更优选25 μ m-70 μ m。如果铜基层是铜-锡-镍合金的话，则另外的扩散阻挡层就是多余的，并且可以在铜基层6上直接喷镀上摩擦层8，特别是铝基摩擦层，优选含有锡和铜。其层厚度为5-25 μm，优选低于铜基层6的层厚度。总体上，本发明的滑动轴承复合材料证明是可高抗荷载的。在此情况下，铜基层在一定程度上用作为传统的厚轴承金属层的替代物，并且此外执行扩散阻挡层的功能，以便阻止锡从摩擦层扩散。
[0020]如果铜基层6仅含有锡代替锡和镍，则证明有利的是在铜基层6和摩擦层8之间设置附加的扩散阻挡层10，其厚度为几个μπι并且具有常规组成，例如基于镍或基于锡镍或基于铜镍锡。这种扩散阻挡层10也可以是喷镀上的。这样的滑动轴承复合材料显示在图2中。
【主权项】
1.金属滑动轴承复合材料(2)，包括承载层(4)，特别是钢承载层，含有锡或铝或镍或锌或其组合的铜基层￠)以及包括朝向滑动偶件的喷镀的摩擦层(8)，特别是基于铝的摩擦层，其特征在于，铜基层(6)是喷镀的层并且具有至少20 μ m的厚度，铜基层(6)直接喷镀到承载层(4)上或喷镀到直接施加在承载层(4)上的厚度为小于20 μπι的中间层上。2.根据权利要求1的滑动轴承复合材料，其特征在于，铜基层(6)具有20μπι-80 μπι，特别是25 μ m-70 μ m，更特别是30 μ m-70 μ m，尤其是30 μ m-60 μ m，更尤其是30 μ m-50 μ m的厚度。3.根据权利要求1或2的滑动轴承复合材料，其特征在于，铜基层￠)由CuSn(3-10)Ni (0-18)-合金，特别是 CuSn (3-10) Ni (5-18)-合金，尤其 CuSn (5-7) Ni (8-10)-合金或CuSn (7-10)Ni (13-16)-合金形成，特别是由 CuSn6Ni9 或 CuSn8Nil5_ 合金形成。4.根据权利要求1、2或3的滑动轴承复合材料，其特征在于，铜基层(6)由CuAl (4-10)-合金或 CuZn (10-35)-合金形成。5.根据前述权利要求之一项或多项的滑动轴承复合材料，其特征在于，摩擦层(8)是由 AlSn (17-27) Cu (0.5-3)-合金，特别是 AlSn (18-22) Cu (0.5-1.5)，尤其 AlSn20Cu_ 合金形成，或是由AlSn (24-26) Cu (2-3)-合金，特别是AlSn25Cu2.5-合金形成。6.根据前述权利要求之一项或多项的滑动轴承复合材料，其特征在于，摩擦层(8)由AlB1-合金或SnCu-或SnSb-合金或由Bi合金形成。7.根据前述权利要求之一项或多项的滑动轴承复合材料，其特征在于，摩擦层(8)的厚度为5 μ m-25 μ m，特别是5 μ m-20 μ m，更特别是6 μ m_18 μ m，尤其是7 μ m_15 μ m。8.根据前述权利要求之一项或多项的滑动轴承复合材料，其特征在于，铜基层(6)包含锡和镍，且摩擦层(8)在没有中间布置其它的扩散阻挡层的情况下直接喷镀在铜基层(6)上。9.根据前述权利要求1-7之一项或多项的滑动轴承复合材料，其特征在于，铜基层(6)包含CuSn合金，特别是CuSn (4-10)合金，且在铜基层(6)和摩擦层(8)之间设置厚度最高10 μ m，特别是最高8 μ m，尤其是最高6 μ m的扩散阻挡层(10)。10.滑动轴承，特别是滑动轴承瓦或滑动轴承套，由根据前述权利要求之一项或多项的滑动轴承复合材料制造。11.制备根据前述权利要求1-9之一项或多项的滑动轴承复合材料(2)的方法，其特征在于以下特征: -提供承载层(4)，特别是由钢制成， -切割承载层(4)的薄板试样并将该薄板试样置于喷镀设备的一个室中， -清洁薄板试样待涂覆的表面， -喷镀上层厚为20 μ m-80 μ m的铜基层(6)， -喷镀上层厚度为5-25 μπι的基于铝的摩擦层(8)。
【专利摘要】本发明涉及金属滑动轴承复合材料(2)，含有承载层(4)，特别是钢承载层，含有锡或铝或镍或锌或其组合的铜基层(6)以及含有朝向滑动偶件的喷镀的摩擦层(8)，特别是基于铝的摩擦层；为了能够经济地制备材料，本发明建议，铜基层(6)是喷镀的层并且具有至少20μm的厚度，铜基层(6)直接喷镀到承载层(4)上或喷镀到直接施加在承载层(4)上的厚度为小于20μm的中间层上。此外，本发明涉及制备滑动轴承复合材料的方法。
【IPC分类】C22C9/01, C22C9/04, F16C33/12, C22C9/06, C22C21/00, C22C9/02, C23C28/02, C23C14/16, B32B15/01
【公开号】CN105050809
【申请号】CN201380063861
【发明人】斯特潘·基尔什塔, 克劳斯·普切尔, 海因伯特·朗纳, 维尔纳·舒伯特
【申请人】Ks滑动轴承有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2013年12月3日
【公告号】DE102012222327B3, EP2928685A1, WO2014086767A1