专利名称：一种重型滑动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种重型滑动轴承，它包括一滑动表层，该滑动表层以物理方法在真空中被直接设置到底层，最好是轴承金属层上，而且该滑动表层由基体组成，基体中包含有细分的内含物，在工作温度下内含物基本上不熔化。
在普通的重型滑动轴承中，镍夹层被设置在主要由铅或锡组成的电沉积滑动表层和承放这一滑动表层的轴承金属层之间。夹层一般由镍组成，如果轴承金属层由铝合金组成，那么，夹层就能牢固地以足够的强度与滑动表层相结合。如果轴承金属层由铅青铜组成，夹层便作为扩散的阻挡层，以防止在工作温度下形成脆性金属间化合物相。因为在高载荷状态下，特别是由于润滑油膜的高峰压力和很小的润滑间隙引起的高载荷状态下，在升高的工作温度或者润滑油被污染或老化情况下，较软的轴承滑动面的过早磨损必然出现，而且，存在着硬夹层至少在滑动面局部露出的危险，由于夹层比轴承金属层硬，而且夹层不具备应急性能，因此，轴承损坏的危险性突然增加。此外，滑动表层的摩擦特性将受到不利影响，因为周知的在滑动表层和镍夹层之间的扩散现象将导致(CuNi)xSny相的形成，以致将分别产生锡和铜的损耗。
从德国专利说明书2853724中可知，机械强度和高温耐磨力能够通过设置低摩擦或高摩擦层获得提高，摩擦层由阴极喷溅涂覆法形成，并通过弥散硬化使非金属的硬颗粒尽可能地均匀分散在软金属的基体中。当这种弥散硬化的混合材料被用作轴承表面的滑动层时，设置夹层的措施也是值得推荐的。但是，这种具有较高硬度的滑动表层将损伤较软的轴，尽管这种损伤一般是力图避免的。因此，这种弥散硬化混合材料不适于作为重型滑动轴承的滑动表层。
因此，本发明的一个目的就是提供一种重型滑动轴承，尽管它使用了比较软的滑动表层，但在要求的轴承寿命期限内基本上不出现磨损，不会增加损坏的危险，而且，其滑动表层仅仅会有极小的由磨擦造成的熔合倾向。
这一发明目的由前面所述的本发明的重型滑动轴承完成，其中，所有的内含物的硬度比基体的硬度低，内含物的平均颗粒尺寸小于3μm，滑动表层的基体以柱状晶的形式结晶，晶粒的取向最好与滑动表面成直角，构成底层和滑动表层主要合金成份的金属在工作温度下不会形成金属间的化合物。
在滑动表层的基体中，取向基本上垂直于滑动表面的柱状晶使得滑动表层的耐磨能力和抗压强度增加。由于表层硬度是由较软的内含物和基体的晶粒尺寸共同决定的，晶粒的取向不会影响所述表层的硬度。由于要求较软的内含物必须细分在滑动表层的基体中，而且其颗粒尺寸有上限，这一上限应与基体材料的柱状晶的直径相协调，这样基体和内含物将在即使是很小的局部区域内都混合在一起，使得它们跟轴材料的亲和力及由摩擦造成的熔和倾向都非常小。细分的内含物的平均颗粒直径不超过3μm而且熔点高于预想的最高工作温度，这就保证了滑动表层即使在工作温度升高到170～200℃之间时，仍然具有令人满意的高疲劳极限。
因为一般构成轴承金属层的底层的合金及滑动表层的合金其成份是由在工作温度下不形成金属间化合物的金属组成，所以不需要在滑动表层和底层之间设置由扩散阻挡层构成的夹层。也不需要用这种夹层作为连接剂，因为基体的柱状晶的取向与滑动表面以及底层表面成直角，对底层作适当的清洁处理以去掉所有的沉积物，将保证滑动表层和底层间的相互连结，这是因为附着在底层上的滑动表层中的原子将沿垂直于底层表面的方向进入底层。因此，夹层的省略不会引起其他情况下预料中的缺陷。而且，带来的优点是，当滑动表层被磨掉时，作为底层的轴承金属层的应急性能将开始起作用。
为了用简单的方式排除在底层和滑动表层的主要合金成份之间形成金属间化合物，滑动表层基体的合金和底层的合金可以有相同的主要成份。因为在工作温度下基体中的内含物不熔化，就不必担心滑动表层中的软内含物和由轴承金属层组成的底层之间的相互作用。
如果底层和滑动表层的合金主要成份不同，只要这些合金主要成份的熔点高于工作温度两倍，便它们在工作温度下不能获得形成金属间化合物所需的能量，就能够可靠地防止在工作温度下形成金属间化合物。
本发明进一步的特点是滑动表层与底层相邻的边界层内基本上不含有内含物，使得滑动表层的基体中内含物的扰动现象被有效地防止，边界层的厚度为0.01～0.1μm，这个厚度并非是关键性的，因为在预计的工作温度下基体中的内含物不会熔化。
在特殊情况下，承放滑动表层的轴承金属层的强度不足以承受所施加的载荷，在这种情况下，滑动表层可直接放置在底衬上，这时底衬将起到底层的作用，由于滑动表层有很高的耐磨性，因此，钢制底衬在局部露出的危险性很小。
需要陈述的是滑动表层和底层中的合金中包含着铝，铜，铁，镍或银作为主要成份，而塑料也可以作为在滑动表层的基体中的软内含物。如果由金属如锡，铅或铋作为软内含物，就将获得特别令人满意的工作条件，因为这些金属内含物将保证有助于热扩散。
在滑动表层的体积中软内含物占的比例必须高于下限，此下限取决于由摩擦引起的滑动表层的熔合倾向，而且内含物的比例必须低于上限，此上限取决于所需要的最低强度，如果较软的内含物的含量为体积的5～45%，在混合摩擦条件下，与摩擦引起的熔合倾向有关的正常载荷将是可以满足的。考虑到强度特性，滑动表层的基体中主要合金成份的密度必须给予重视。因此，主要由铝构成的滑动表层中软内含物的含量不能超过体积的20%。如果滑动表层含有铜和银，这些软内含物含量为体积的15～40%将是合乎要求的。
如果滑动表层与底层的硬度大致相等。滑动表层的高承载能力将得到保证，而且，由滑动表层被磨掉引起轴承金属层外露而产生损坏的危险将被减少。
本发明的主题在附图
的实例中给予说明。附图是滑动表层附着在底层上的局部示意图。
图示的滑动轴承主要包括底层1和滑动表层2，其中底层1由轴承金属层组成，并且用可选择的方法设置在钢衬上(图中未示出)，滑动表层2以物理方法在真空中设置到轴承金属层上。滑动表层2包括具有柱状晶3的基体，柱状晶3的取向大致与滑动表面4和交界面5成直角，交界面5位于滑动表层2和轴承金属层1之间。柱状晶的基体包含有细分的内含物6，其平均颗粒直径不超过3μm，所有内含物都比基体软。由于这些内含物的存在，滑动表层的摩擦特性即使在很小的区域内，不仅仅取决于基体，也不仅仅取决于内含物6，而是取决于基体和内含物两者。如同在阴极喷溅涂覆法中已知的那样，柱状晶3是由于原子沿垂直于交界面5的方向沉积且在预定的温度和压力条件下形成的。例如，在阴极喷溅涂覆法中，阳极金属材料的温度大约可以是80℃，施加的氩气压力约2×10-3毫巴，而且轴承金属层与阴极棒成同轴布置，并且保持衡温，例如可以约为滑动表层基体熔点绝对温度的二分之一。
为了除去轴承金属表面的氧化层或者活化金属表面，以便保证在滑动表层的轴承金属层之间获得满意的结合强度，在把滑动表层设置到轴承金属层1上之前，必须清洁轴承金属层的表面，以除去所有的残积物，并且对洁净表面进行处理，例如在充气放电器中用离子轰击法处理。
例如，用所述的阴极喷涂工艺欲将由AlPb30组成的滑动表层2设置到由AlZn4.55SiCuPbMg组成的轴承金属层1上，可在阴极上以适当的顺序排列若干铅环和铝环，在喷溅涂覆期间，阴极和轴承金属层1之间进行轴向相对运动，这样，铝将以柱状晶的形式沿垂直于轴承滑动面4的较佳方向在轴承金属层1上结晶。同时，较软的铅非常细地分散在基体中，其含量约为体积的9.5%。柱状晶3的直径与内含物6的平均颗粒直径大致相同，而且这取决于喷溅涂覆期间的压力和温度条件。滑动表层的厚度将在5～30微米之间，最好在8～16微米之间。如果内含物的直径超过滑动表层厚度的一半，强度将大大减小，因为内含物在基体材料中分散得越细，由摩擦引起的熔合倾向将越小，所以要求内含物6和柱状晶3的直径要比较小，如果平均直径在0.1～1.5微米之间，就将得到特别优良的工作条件。
在另一个实例说明中，是要把AlSn20的滑动表层设置到AlZn4.5MgZr的轴承金属层上。在这种情况下，在阴极喷溅涂覆法中，可使用AlSn20的靶环，在这种滑动表层中，软锡内含物的含量约占体积的8.5%，当使用腐蚀性润滑油时，这种滑动表层比AlPb30滑动表层更为可取。
在特别重的负载条件下，主要由铝组成的轴承金属层1可以由铅青铜CuPb22Sn的铸层替代，这种情况下，就需要有一在滑动表层2邻近边界的区域内基本上不含有软内含物的作为扩散阻挡层的中界层。用简单的方法可以实现这一要求，即要喷涂的材料被适当地设置在阴极上，同时，阴极和轴承金属层沿轴向相对移动。因为内含物在预计的工作温度下不会在滑动表层的基体中熔化，所以，基本上不含有内含物的边界层的厚度是次要的。
如果所制造的滑动轴承特别不容许有由摩擦产生的熔合而且要适应于重载荷，那么，可以将AgPb35组成的滑动表层设置到CuPb22Sn铅青铜铸层上。在这种情况下，银和铅可以在阴极上以分离环的方式提供，而且，较软的铅内含物的含量约占体积的33%。
CuPb30滑动表层设置在由AlZn4.5或CuPb22Sn构成的轴承金属层上，对于润滑液中的磨粒颗粒将具有特别高的耐摩性，在这种情况下，由CuPb30制成的铸造靶环可以设置在阴极上，以便进行阴极喷溅涂覆工艺，而且，滑动表层中铅的含量将占体积的25%。
除了铅以外，铋也可以作为银或铜的基体中的软内含物。
可以理解，本发明并不受前面所述实施例的限制，例如，可以用阴极喷溅涂覆法以外的其它方法将滑动表层设置到轴承金属层上。如可以借助离子束喷涂法进行真空沉积，其成功性主要取决于所述基体中柱状晶的形成和与柱状晶共同作用的在基体中细分的软内含物，而不是取决于所选择的制造工艺。对于特别重的载荷，可以省略轴承金属层，而将滑动表层直接设置到由钢衬构成的底层1上。
权利要求
1.一种重型滑动轴承，它包括一滑动表层，该滑动表层以物理方法在真空中被直接设置到底层，最好是轴承金属层上，而且该滑动表层由基体组成，基体中包含有细分的内含物，在工作温度下内含物基本不熔化，其特征在于所有内含物的硬度比基体低，内含物的平均颗粒尺寸小于3微米，滑动表层的基体以柱状晶的形式结晶，柱状晶的取向最好与滑动面成直角，构成底层和滑动表层主要合金成份的金属在工作温度下不会形成金属间的化合物。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，滑动表层(2)基体合金和底层(1)合金中主要成份相同。
3.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，底层(1)合金和滑动表层(2)合金中主要成份不相同，而且合金主要成份的熔点至少是工作温度的三倍。
4.根据权利要求3所述的滑动轴承，其特征在于，邻近底层(1)的滑动表层(2)的边界区域内基本上不含有内含物(6)。
5.根据权利要求1至4任一所述的滑动轴承，其特征在于，底层(1)由钢衬组成。
6.根据权利要求1至5任一所述的滑动轴承，其特征在于，滑动表层(2)合金和底层(1)合金的主要成份由铝、铜、铁、镍或银组成。
7.根据权利要求1至6任一所述的滑动轴承，其特征在于，较软的内含物(6)由锡、铅或铋组成。
8.根据权利要求1至7任一所述的滑动轴承，其特征在于，滑动表层(2)中软内含物(6)的含量占体积的5～45%。
9.根据权利要求8所述的滑动轴承，其特征在于，滑动表层(2)由铝为主要成份的合金组成，而且软内含物(6)的含量低于体积的20%。
10.根据权利要求8所述的滑动轴承，其特征在于，滑动表层(2)由铜或银为主要成份的合金组成，而且软内含物的含量占体积的15～40%。
11.根据权利要求1至10中任一所述的滑动轴承，其特征在于，滑动表层(2)的硬度与底层(1)的硬度至少基本相同。
全文摘要
一种重型滑动轴承，它包含一滑动表层(2)，该滑 动表层以物理方法在真空中被直接设置到底层，最好 是轴承金属层(1)上，而且该滑动表层由基体组成，基 体中包含有细分的内含物(6)，在工作温度下内含物 基本上不熔化，要求在使用寿命中防止摩损并减小由 于摩擦引起的熔合。为此，所有的内含物(6)具有比 基体低的硬度，基体以跟滑动表面(4)相垂直的方向 的柱状晶的形式结晶出来。
文档编号C23C14/34GK1031749SQ88106518
公开日1989年3月15日 申请日期1988年7月24日 优先权日1987年7月24日
发明者弗朗茨·克罗舒茨, 瓦尔特·加尔特耐 申请人:米巴·格来特来格股份公司