多层滑动轴承的制作方法_2

文档序号:8497332阅读:来源:国知局
外地设置所述多层滑动轴承1,例如作为轴瓦,这如 图1中以虚线所示出。同样可能的是如止推环、轴向运动的滑垫等的实施方式。覆盖偏离 180°角度范围的多层滑动轴承1也是可能的,从而使得所述多层滑动轴承1不必强制性地 作为半轴瓦实施,虽然这是优选的实施方案。
[0025] 所述支承金属层2由赋予所述多层滑动轴承1必需的结构强度的材料组成,例如 由黄铜或青铜组成。在所述多层滑动轴承1的优选的实施方案变型中,它也由钢组成。
[0026] 作为轴承金属层3,可以使用完全不同的合金。对此的实例是基于铝的轴承金属, 例如 AlSn6CuNi、AlSn20Cu、AlSi4Cd、AlCd3CuNi、AlSiIlCu、AlSn6Cu、AlSn40、AlSn25CuMn、 AlSiIICuMgNi、AlZn4Si。在多层滑动轴承I的优选的实施方案变型中,所述轴承金属层3 由于较高的疲劳强度也由青铜组成。尤其是所述轴承金属层3由青铜制造,所述青铜除铜 以外,包含2重量%至30重量%比例的铅和/或1重量%至15重量%比例的锡和/或1重 量%至8重量%比例的锌和/或1重量%至4重量%的铝和/或1重量%至4重量%比例 的镍。例如所述轴承金属层 3 可以由 CuPb4Sn4Zn4、CuPb5Sn5Zn5、CuPb7Sn7Zn4、CuPb9Sn5、 CuPblOSnlO、CuPbl5Sn7、CuPb22Sn2、CuPb20Sn4、CuPb22Sn8、CuPb24Sn2、CuPb24Sn、 CuPb24Sn4、CuSn5Zn、CuAllONi、CuSnlO构成。对于所有提及的合金变型的组成而言,使用 至多5个百分点的公差范围,如上文已解释的那样。
[0027] 优选地,所述轴承金属层3由青铜制造,所述青铜除铜以外包含17重量%至27重 量%的铅,0.5重量%至8. 5重量%的锡(或在不含铅的变型(〈0.05重量%的铅)的情况 下包含3. 5重量%至7. 0重量%的锡)和0. 5重量%至2. 5重量%的锌。
[0028] 所述轴承金属层3可以用常规的由滑动轴承技术已知的方法沉积或者设置在所 述支承层2上。例如由所述支承层2和所述轴承金属层3构成的双金属可以通过轧制轴承 金属层3而制造。同样可以将所述轴承金属层3浇铸在所述支承层2上。任选地,使这样 的双金属变形和/或进行切削加工。
[0029] 在所述轴承金属层3上(或任选地在所述支承层2上)沉积中间层4,尤其是由气 相,优选按照阴极溅射法或电子束蒸发法。因为所述方法原则上由现有技术是已知的,为避 免重复不再赘述。
[0030] 优选地,所述中间层4由镍或镍合金或铁或铁合金,例如不锈钢组成。尤其是所述 中间层4以至少0? 5 ym,优选至少0? 8 ym,最大3 ym,优选最大2. I ym的层厚度沉积。
[0031] 还优选的是所述中间层4具有的硬度相当于所述滑动层5的硬度的最多十倍。不 言而喻的是对于用于测定该关系的硬度测量而言采用相同的方法。
[0032] 还可能的是在轴承金属层3与滑动层5之间提供多个中间层4。因此例如可以有 利的是,中间层4由不锈钢构成并在其上设置由镍构成的另外的中间层4。在此,所述由不 锈钢构成的中间层4可以具有介于Ium和2 ym之间的层厚度且所述由镍构成的另外的中 间层4可以具有介于0.1 ym和0. 5 ym之间的层厚度。
[0033] 所述滑动层5由锡基合金组成,所述锡基合金除锡以外还包含锑和铜。任选地,所 述滑动层5可以包含至少一种选自由硅、铬、钛、锌、银和铁组成的第一组的元素。另外优选 包含选自由铝、铋和镍组成的第二组的另一种元素。
[0034] 锑的份额为介于1重量%和8重量%之间,尤其是介于1重量%和5重量%之间。 在低于1重量%的份额的情况下,所述滑动层太软,由此削弱了疲劳强度。另一方面,具有 大于8重量%的份额的滑动层太硬,从而使得在磨合阶段中滑动层5的适配性过低。
[0035] 铜的份额为介于8重量%和20重量%之间,尤其是介于9重量%和15重量%之 间。在小于8重量%的份额的情况下,该份额本身形成的纳米颗粒过小,而不满足开篇提及 的滑动层5的需求特性。然而铜份额超过20重量%则导致富含铜的硬质相的粗颗粒的析 出物,由此同样实现不了期望的性质。
[0036] 元素硅、铬、钛、锌、银和铁的每个的份额可以为介于0. 1重量%和2重量%之间, 尤其是介于〇. 25重量%和1. 5重量%之间。
[0037] 为了改进疲劳强度和为了延缓扩散作用可以添加硅,由此可以导致层软化。
[0038] 通过添加铬可以实现晶界扩散的延缓。
[0039] 钛和铁又与锡形成硬质相,由此可以改进滑动层5的疲劳强度。
[0040] 通过添加锌或银进行组织的细晶化,从而使得在运行中不出现硬度损失,并且另 一方面因此改进了滑动层5的疲劳强度和承载能力。
[0041] 在所述界限以外的这些元素的份额导致滑动层5的与前述要求不相适应的性质 特性。
[0042] 其它元素铝、铋和镍的每种的份额可以为介于0. 1重量%和5重量%之间,尤其是 介于0. 1重量%和3. 1重量%之间。
[0043] 铝降低了组织的粗颗粒性并且同样可以改进滑动层5的疲劳强度。
[0044] 通过添加镍可以实现组织的细晶化,由此一方面以这样的方式抑制扩散,使得在 运行中不出现硬度损失,且另一方面因此改进滑动层5的疲劳强度和承载能力。
[0045] 添加铋使得组织变细并在温度影响下阻碍了晶界扩散。
[0046] 已发现,在给定量范围以外的铝、铋、镍的份额不导致期望的结果。
[0047] 除锡以外的全部合金元素的总含量限制在最大30重量%,优选限制在介于10重 量%和25重量%之间的份额。已发现,高于给定的量范围的总含量导致脆性,低于给定的 量范围的总含量导致滑动层5的低硬度和疲劳强度。
[0048] 锡与常规的制备过程带来的杂质形成至100重量%的余量。
[0049] 除多层滑动轴承1的所述优选的四层实施方式以外,在本发明的范围内还包括这 样的可能性,即可以将所述滑动层5直接沉积在所述支承层2上。在此所述支承层2任选 地也可以是连杆,在所述连杆的孔中沉积滑动层5。
[0050] 此外可能的是,所述多层滑动轴承1具有这样的结构:支承层2具有直接在其上设 置的轴承金属层3和在这之上直接设置的滑动层5。
[0051] 所述滑动层5由气相优选地沉积在所述中间层4上。尤其是气相沉积按照阴极溅 射法或电子束蒸发法进行,如果设置轴承金属层3的话,其中优选产生至少10ym,优选至 少15 ym,和最大60 ym,优选最大50 ym的层厚度。在缺少轴承金属层3时,优选产生至少 150 y m,优选至少200 y m和最大1000 y m,优选最大750 y m的层厚度。
[0052] 对于借助溅射法沉积而言,可以使用以下参数:
[0053] 基材上的电压:_150V至OV
[0054] 气氛:氩气
[0055] 压力:7xl0 4至 6xl0 3mbar,
[0056] 温度:80 至 160 °C
[0057] 靶的电压:-450V 至-800V
[0058] 借助PVD方法的沉积是优选的,因为这远离热力学平衡而发生,从而可以抑制析 出物的凝固和颗粒扩散。
[0059] 在沉积滑动层5期间产生富含铜的硬质相,其由-青铜(Cu6Sn5)组成。所述硬质 相根据沉积条件具有50nm的最大晶粒尺寸。优选地,纳米颗粒的晶粒尺寸为介于IOnm和 40nm之间。
[0060] 优选地,沉积之后的锡基合金具有介于15HV(0. 001)和70HV(0. 001)之间,尤其是 介于35HV(0. 001)和60HV(0. 001)之间的维氏硬度。
[0061] 以下滑动层5借助PVD方法制备。在此,将由钢制支承层2和镀铅的青铜作为轴 承金属层3组成的滑动轴承半轴瓦引入电磁产生的金属蒸汽中,其中施加厚度为约15 ym 的滑动层5。滑动层5的产生既可以由单个来源,也可以同时由相同或不同的组成的多个来 源进行。
[0062] 实施例1:
[0063] 作为滑动层5,产生借助单个溅射靶的磁控溅射沉积的组成为SnCullSb3的层 (基材温度ll〇°C,平均涂覆速率0. 19ym/min,工艺气体为0. 7Pa压力的氩气,基材电 压:-50V,靶电压:480V,靶组成:SnCullSb3)。在由镍构成的中间层4上以Iym的层厚度 沉积所述滑动层5。
[0064] 所述滑动层5显示出在锡相中的Cu6Sn5的细分散纳米析出物(所述纳米析出物的 最小/平均/最大尺寸为l〇/25/37nm)。所述层具有42HV(0. 001)的硬度。
[0065] 实施例2 :
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