用于内燃机的轴承的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于内燃机的轴承，所述轴承提供有聚合滑动层，用于在高压以 及低润滑条件下工作时延长其寿命。
【背景技术】
[0002] 本发明涉及一种包括聚合物的轴承，其中含铁的基底材料涂布有青铜合金层，在 该青铜合金层上通过溅射沉积层，该层接纳连同其它元件一起提供有软金属合金的聚合滑 动层，其中第一层和溅射得到的层能利用粘结层结合。
[0003] 考虑到汽车工业的需求增长，特别是考虑到环境问题，新的要求已出现，这直接反 映在内燃机的组件上。自然经受该效果的一些部件为轴承，由此为青铜轴承。
[0004] 为了改善耐腐蚀性、摩擦系数和抗刮伤性，已出现无数的发展。另一方面，内燃机 工作压力的增大使得难以在早期导致轴承磨损的此类尝试中成功。应注意的是将来不会为 该致动领域保持任何储备的缓解；足以观察到要求更有动力，它们能达到更高的旋转状态， 更有效并消耗更少的燃料。
[0005] 自然，在新的要求面前，新材料将是必需的，因为当前限制内燃机性能的已知材料 都是相同的。
[0006] 此外，由于对内燃机的需求增长，为了降低摩擦，人们已使用粘度降低的润滑油。 这表现出了关于内燃机轴承的特别严重的问题，因为高速下围绕轴承的油层经历变薄的现 象，致使金属元件之间的接触更强，这导致轴承过早磨损。
[0007] 为了尝试解决上述问题，人们已开发出多层青铜轴承。多层结构通常包括涂布有 软金属合金的耐受性的基底材料，诸如钢，以及至少一个滑动层，该滑动层将与润滑油的膜 保持接触。这些层通常利用首先附着至载体的卷料的涂层和附着至第一位置中的卷料表面 的至少一个卷料的附加层。后一卷料的外表面形成与车轴相互作用的实际滑动表面。
[0008] 相应要注意这些层的重要性不特别限于滑动层。相反，这些层的功能通过它们之 间的相互作用以及相对于相邻层的功能而发现，这些层分别对轴承的性能具有特定作用。 此外，通常，为了其寿命，轴承提供有多于一个的层。因此，当滑动层磨损时，此后另一层将 与油膜接触，起到滑动层或磨损层的作用。在这些情况中，涂覆至基底材料（第一层）的层 具有为耐刮伤和制动性提供与滑动层一样合理性能的目的。
[0009] 通常，第一层在适应轴承表面和车轴表面之间微小偏差和适应对油膜中存在的颗 粒进行计数的能力方面性能较差，油膜中存在的颗粒将导致表面擦伤或磨损。
[0010] 处于此种考虑，人们已建议由许多层构成的方案，每个层具有用于改善摩擦学输 出的明确功能，用于防止前述问题。
[0011] 这些方案之一可以通过溅射过程将铝和锡沉积至轴承材料的第一层上为例。此类 轴承具有作为主要特性的经受高负载的优势。无论如何，缺点在于沉积的层对油膜中的大 幅变化或突变性具有低敏感性，导致轴承潜能退化，并在长期过程中削弱性能，从而削弱发 动机的功能或者甚至导致其故障。
[0012] 专利申请GB2465852描述了一种聚合滑动层，用于改善用在发动机上的轴承性 能，该发动机在重型条件下运行。上述聚合层包含减少摩擦的添加剂，由包含体积含量为 5%至15%金属粉末的基质构成，该金属粉末优选选自由铝、铜、银、钨和不锈钢组成的组； 体积含量为1 %至15%的含氟聚合物，优选PTFE或FEP，余量为聚酰胺-酰亚胺树脂。
[0013] 应注意该聚合滑动层的好的特性在于其不经受磨损并在其整个使用寿命内保留 在轴衬上，对其提供比常规轴衬的负载能力更高的负载能力。这种作用通常在使用铝粉时 具有优异的性能。无论如何，该英国文献公开的轴承呈现出缺点。不存在通过溅射过程沉 积得到的层降低了轴承的负载能力。如果该缺点与增压更强的内燃机的需求增长相关，则 该轴承的应用将必然受限。
[0014]另一现有技术已知的轴承在专利US7541086中描述。与以上引用的文献不同，在 此公开的轴承具有配置有通过溅射过程沉积得到的层的结构性构造。该沉积层的简单存在 已表明轴承具有较高的负载能力和耐磨损性。无论如何，该文献的新颖性不在于该事实，因 为配置有溅射过程沉积得到的层的轴承很久以前就已经是公知的。
[0015] 因此，该专利呈现的轴承停留于基础点。聚合滑动层的产生应用于该沉积层。然 而，应注意，该聚合滑动层与文献GB2465852的聚合滑动层无关，因为这是提供有硫酸氢钼 的聚合损失层，如所公知的，硫酸氢钼是优异的润滑剂。
[0016] 然而，聚合物的化学构造不能设计，使得它将在整个轴承的有用寿命期间失效。相 反，目的在于该聚合层将在运行的前数小时期间磨损，使得硫酸氢钼将从聚合物释放至注 入沉积层中。
[0017] 由此，在运行数小时后，该文献中描述的轴承具有与现有技术的轴承相同的结构 构造，即它表现为轴承，该轴承在其耐久性中呈现出性能的主要元件为溅射的滑动层。因 此，该轴承不能保证高的负载能力，尽管它呈现出良好的耐夹持性。
[0018] 这两个文献综合了获得能提供耐夹持性和高负载能力之间平衡点的轴承的巨大 困难。自然，这些特征即使在本申请中也是一直被追求的，但还未实现，更不用说将来汽车 工业已如此激烈地声称为是重要的需求。
[0019] 对此的理由在于限值通常遭遇到现有技术的轴承。在此方面，人们应注意提供有 溅射的滑动层的轴承的负载能力值通常在lOOMPa至120MPa的范围内，通常的夹持负载在 50MPa至60MPa的范围内。在改善耐夹持性的尝试中，具有聚合物的双金属轴承可实现约 85MPa至90MPa的值。无论如何，通常的负载能力为约70MPa至80MPa。这些数值清楚地表 明实现改善上述性能中的一种性能而不显著牺牲另一性能的困难。
[0020] 自然，谐振技术有一定可能性，但通常由于开发和工业制造的高成本而变得不实 用。在此方面，人们一直尝试通过仅改变这些层而不是合并这些层来实现更耐久的轴承。
[0021] 由此，必然需要发现一种能组合为轴承耐久性成因的特性的轴承，是的该轴承将 具有等于或高于120MPa的负载能力，以及高于85MPa的夹持负载。
【发明内容】
[0022] 因此，本发明的目的是提供一种能组合为轴承耐久性成因的特性的轴承，从而同 时获得负载能力值和耐夹持性值的提高。
[0023] 本发明的另一目的是提供一种轴承，所述轴承包括至少一个溅射层，所述溅射层 接纳聚合的滑动层，其中聚合涂层将在所述轴承的整个有用寿命内保持可用。
[0024] 本发明的又一目的是提供一种轴承，所述轴承包括提供有聚合涂层的至少一个溅 射层和其它元件，聚合的滑动层由软金属合金构成。
[0025] 本发明的目的通过利用用于内燃机的轴承来实现，所述轴承提供有含铁的基底材 料，在所述含铁的基底材料上依次涂覆有青铜合金的第一层和沉积层，并且在所述沉积层 上涂覆滑动层，所述滑动层包括提供有软金属的聚合的聚酰胺-酰亚胺基质、含氟聚合物 和硅烷类材料，所述轴承能经受高于85MPa的夹持负载。
【附图说明】
[0026] 现将参照附图中呈现的实施方式的实例来更详细地描述本发明。附图示出了：
[0027] 图1是本发明的轴承的各个层的示图；
[0028] 图2是本发明的轴承的各个层的图片；
[0029] 图3是将现有技术的轴承与本申请的轴承相比较的对比图；且
[0030] 图4是1000小时发动机测试后，将现有技术的轴承与本申请的轴承相比较的对比 图。
【具体实施方式】
[0031] 图1和图2示出了本发明的轴承的横截面图。优选地，但不是必须地，本发明的轴 承1包括含铁的基底材料10,在该含铁的基底材料10上涂覆有青铜合金的第一层2。第一 层2进一步包括通过溅射沉积的层4,该层4则包括含有软金属、含氟聚合物和硅烷类材料 的聚合的聚酰胺-酰亚胺基质的滑动层5。在与图1的示例相等的可替代的构造中，轴承1 被配置有粘结层3,该粘结层3被涂覆至第一层2上，粘结层3的主要目的为在第一层2和 沉积层4之间提供更好的结合。
[0032] 对于本发明的轴承1的特殊性，应注意基底材料10包括含铁的合金，优选由厚度 范围为1mm至5mm的低碳钢或中碳钢制成的含铁合金。
[0033] 对于第一层2,其组成优选为4%?8%锡、1 %?4%祕、1 %?3%镍，余量为铜。 铜合金具有150微米至400微米范围内的厚度。应注意的是第一层2可包含铅或不含铅。
[0034] 如果存在，粘结层3包括镍和铬，其厚度范围为1微米至5微米。
[0035] 通过溅射沉积的层4包括1 %?40%锡、1 %硅、1 %铜、2%铁，余量的铝。沉积层 4的厚度范围为3至20微米。
[0036] 如前文所公开，本发明涉及将该聚合的