专利名称：滑动轴承材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无铅的滑动轴承材料，它具有基于CuFe2P的基质。本发明还涉及一种滑动轴承复合材料，它具有钢支撑层和由这种CuFe2P-滑动轴承材料组成的支承层，还涉及一种基于CuFe2P的滑动元件。
背景技术：
基于铜(特别是基于青铜)的、无铅的、烧结的滑动轴承材料与同类型的含铅的材料相比由于具有良好的导热性以及高的耐磨损和耐腐蚀性而是已知的。这种材料的开发是基于这样的期望，即，替代含铅的滑动轴承材料，因为铅被归类于会污染环境的有害物质。铅在滑动轴承材料中具有固体润滑剂的功能。因此必须找到替代品用于固体润滑。另外，例如单相的青铜材料在混合摩擦条件下具有更高的咬合倾向。在这方面，在文献和实践中对一系列不同的组合已经进行了研究和应用。 例如EP 0 962 541 Al描述了一种基于铜的滑动材料，其中由AIN、A1203、NiB、Fe2B, SiC、TiC、WC、Si3N4, Fe3P, Fe2P和/或Fe3B组成的微粒分散到由烧结的铜或烧结的铜合金构成的矩阵中。为了制造滑动材料，将铜或铜合金粉末与例如AlN微粒(Hv 1300 ;微粒直径例如为0. 5 ii m)和Fe3P微粒(Hv :800 ;微粒直径例如为5 u m)相混合，并烧结混合物。在混合物中和在滑动材料中，具有中等硬度(Hv) 500-1000的微粒(即Fe3P、Fe2P和/或Fe3B)的重量比例和平均微粒直径这样来选择，即大于具有1100或更高硬度(HV)的微粒(即AIN、Al2O3' NiB、Fe2B' SiC、TiC、WC和/或Si3N4)的重量比例和平均微粒直径。在WO 2008/140100中描述了另一种基于铜基的滑动材料。这种滑动材料包括占重量I. 0-15%的Sn、占重量0. 5-15%的Bi和占重量0. 05-5%的Ag，其中Ag和Bi以共晶状态存在。如果需要，滑动材料可以包含占重量1-10%的、平均颗粒直径为1.5-70iim的Fe3P、Fe2P、FeB、NiB 和 / 或 AlN 微粒。与此相反，CuFe2P目前主要用在电子工业(例如作为接触材料)中以及用作热交换材料。例如，US 2009/0010797描述了一种用于由Cu-Fe-P合金构成的电子构件的板件，所述合金含有占重量0. 01-3 %的Fe和占重量0. 01-0. 3 %的P，并具有专门的定向。CuFe2P被称为合适的铜合金。US 2006/0091792描述了溅射靶，用于由特殊的Cu-Fe-P合金构成的
平面屏幕。本发明的目的在于，提供一种滑动轴承材料，这种滑动轴承材料具有基于铜的材料的优点，并且在这种滑动轴承材料中可以不使用铅。这种滑动轴承材料应具有良好的可加工性，并避免轴承的咬合。这种滑动轴承材料还应能良好地制造并良好地施加到常见的支撑层上。
发明内容
现在出人意料地发现，使用CuFe2P可以实现具有高导热性和良好机械特性的滑动轴承。
因此本发明还涉及CuFe2P用于滑动轴承或作为滑动轴承材料的应用。此外，本发明还涉及一种滑动轴承复合材料和一种包括所述滑动轴承复合材料的滑动轴承。
图I示出具有根据本发明的滑动轴承材料的轴承半瓦。图2示出图I的轴承半瓦的放大局部图。
具体实施例方式CuFe2P(CW107C;C19400)是一种铜合金，这种铜合金按DIN EN的规格包含占重量2. 1-2. 6 %的Fe、占重量0. 05-0. 2 %的Zn，占重量0. 015-0. 15 %的P、最高占重量
0.03 的Pb和最闻占重量0. 2 的其他添加剂。适于本发明目的的合金能够以商品名 Wieland-K65 购得并具有以下组成(参考值)
重量百分比％
Fe2^4
Zn07T2
~003
Cu其余CuFe2P的比热容量为(参见德国铜研究所关于CuFe2P的信息)
温度[°C ]比热容量[J/(g* K)]
20038
~100038
200039
300041根据本发明，CuFe2P用作滑动轴承材料。在制造根据本发明的滑动轴承材料时，CuFe2P优选是烧结或浇铸的。烧结优选在950-980°C的温度下进行。在通过烧结和/或浇铸由CuFe2P制造根据本发明的滑动轴承材料期间，形成了硬的Fe2P颗粒，所述颗粒存在于矩阵中。与EP 0 962 541 Al的教导不同，所述颗粒不必通过专门的步骤加入的。这种硬颗粒实现了高的耐磨损性。这种颗粒还用作断屑器，由此可以例如在轴承钻孔时改进这种材料的可加工性。所存在的Fe2P颗粒相对于反向运行件实现了良好的抛光特性，并由此防止滑动轴承的咬合，并防止轴承材料转移到反向运行件上，并防止由此导致地轴承粘附在反向运行件上。根据本发明的滑动轴承材料的其他优点在于高的导热性，例如，所述导热性为通常用于滑动轴承中的浇铸的CuNi2Si的两倍高。与常见的烧结材料(例如CuSn8Ni，CuSnlOBi3. 5和CuPb23Sn3)相比，所述导热性甚至最高为其5倍。这使得可以良好地导出在轴承中出现的摩擦热，并由此实现较低的过热概率和由此导致的在混合摩擦条件下支承材料损坏的概率。良好地导出在轴承中出现的热量还可以避免对位于轴承中的油的热影响，这种热影响可能导致粘性和润滑特性的改变。通过Fe2P硬颗粒的高导热性和抛光效应的配合，可以特别有效地防止轴承的咬合，因为这两种效应降低了滑动轴承材料在反向运行件上的粘附。这种效果可以在本发明的一个优选实施例中通过加入另外的硬颗粒进一步得到加强。合适的硬颗粒例如包括由AIN、Al2O3' NiB、Fe2B' SiC、TiC、W、W2C、Mo2C' c_BN、MoSi2、Si3N4、Fe3P' Fe2P' Fe3B' Ti02 和 ZrO2 组成的颗粒。在另一个优选实施形式中，根据本发明的滑动轴承材料还包括固体润滑剂，例如 h-BN或石墨。添加这种固体润滑剂降低了摩擦系数，并由此降低了轴承中产生的热。如果使用h-BN作为固体润滑剂，则可以使用例如在DE 10 2007 033 902 B3中描述的颗粒，该文献的公开内容通过引用包含在本申请中。本发明还涉及一种滑动轴承材料。图I和2示出由根据本发明的滑动轴承材料组成的轴承半瓦(I)，所述滑动轴承材料包含优选由钢构成的支撑层(2)，还包含上面所述的、基于CuFe2P并带有在其中形成的Fe2P颗粒(4)的滑动轴承材料(3)作为支承金属层。支承金属层的厚度这里优选为0. 1-1. 0_、特别优选为0. 3-0. 5_。优选在由所述滑动轴承材料组成的支承金属层上设置滑动层，所述滑动层具有7-20 u m的厚度。在此滑动层上尤其还优选设置厚度为1-10 u m的工作层。这种滑动层或工作层是本领域技术人员已知的并且经常在滑动轴承中使用。在另一个方面，本发明还涉及一种包括所述滑动轴承复合材料的滑动轴承。实施例实施例I为了制造所述滑动轴承材料，将CuFe2P粉末施加到钢支撑层上并在第一步骤中在950-980°C下进行烧结。此后通过辊轧步骤压缩所述材料，从而多孔性具有低于0. 5%的值。接着为了使烧结层退火，在950-980°C再烧结一次，并通过第二辊轧步骤将层硬度调整到90-150HBW 1/5/30，并将多孔度调整到低于0. 3%的值。实施例2为了制造所述滑动轴承材料，将CuFe2P加热到其熔点，即1089°C以上并使其熔化。接着将温度为1150-1250°C的熔化物浇铸到钢支撑层上。此后，所述层的表面以本领域技术人员已知的方式通过机械加工整平，并且必要时通过一个或多个辊轧步骤调整到希望的硬度。
权利要求
1.CuFe2P在滑动轴承中的应用。
2.CuFe2P作为滑动轴承材料的应用。
3.根据权利要求I或2所述的应用，其中CuFe2P作为浇铸材料使用。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的应用，其中CuFe2P作为烧结材料使用。
5.根据权利要求4所述的应用，其中CuFe2P在950_980°C的温度下烧结。
6.根据上述权利要求中任一项所述的应用，其中在基于CuFe2P的材料中加入硬颗粒。
7.根据权利要求6所述的应用，其中加入由AIN、Al2O3'NiB, Fe2B' SiC, TiC, W、W2C,Mo2C' c-BN、MoSi2' Si3N4' Fe3P> Fe2P' Fe3B' TiO2 和 ZrO2 组成的颗粒。
8.根据上述权利要求中任一项所述的应用，其中在所述材料中加入固体润滑剂。
9.根据权利要求8所述的应用，其中使用h-BN或石墨作为固体润滑剂。
10.滑动轴承复合材料(I)，包括优选由钢制成的支撑层(2)，还包括根据权利要求2至9中任一项所述的滑动轴承材料构成的支承金属层(3)。
11.包括根据权利要求10所述的滑动轴承复合材料的滑动元件或滑动轴承。
全文摘要
本发明涉及CuFe2P在滑动轴承中的应用或作为滑动轴承材料的应用。此外，本发明还涉及一种滑动轴承复合材料(1)，该滑动轴承复合材料包括支撑层和基于CuFe2P的支承金属层(3)。
文档编号F16C33/12GK102782349SQ201080016463
公开日2012年11月14日 申请日期2010年5月5日 优先权日2009年5月7日
发明者丹尼尔·迈斯特, 托马斯·恩霍夫, 霍尔格·施密特 申请人:联合莫古尔威斯巴登有限公司