滑动轴承复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种滑动轴承复合材料、一种由该滑动轴承复合材料构成的轴瓦和一 种由两个这样的轴瓦构成的滑动轴承，该滑动轴承主要用于在车辆的发动机内部的应用， 主要用于连杆轴承、曲轴主轴承和连杆衬套。另外一些应用是用于凸轮轴和平衡轴的支承 以及在传动机构（变速器）中的支承。
【背景技术】
[0002] 已知的复合材料具有一层作为支撑层的钢背、至少一个轴承合金层，以及在轴承 合金层不具备足够滑移性能的情况下具有一个涂覆于其上的覆盖层或滑动层。负载较低的 滑动轴承通常是由具有钢支撑层和铝基轴承合金层的复合材料制造，而用于较高负荷的滑 动轴承则由钢-青铜或者钢-黄铜复合材料制成，也就是说利用铜基的轴承合金层制成，因 为它们与铝基的轴承合金相比一般具有更高的疲劳强度。
[0003] 通过如下方式制得由钢-青铜-复合材料或者钢-黄铜-复合材料组成的滑动轴 承复合材料，即，将轴承合金铸到或者烧结到钢带上。通过包覆进行制造也是已知的。在这 种情况中，首先制备实心青铜带或实心黄铜带，然后将这个铜带-必要时在成型工序和热 处理工序之后-包覆、通常是滚压包覆到钢带上。
[0004] 例如文献DE 39 38 234 C2公开了含铅的材料。其中所介绍的涂层复合材料可选 择地具有一种铸到载体层上的或者铸到涂覆于该载体层上的中间层上的铝-铅-弥散合 金。所述中间层则又可以是一种含铅量高的铜-铅-锡-铸造合金、一种铜-铝-合金、一 种铝-锡-合金、一种铝-镍-合金或一种铝-锌-合金。
[0005] 因为出于毒理学之故在法律上禁止使用铅，所以，现今几乎只使用无铅的青 铜合金或黄铜合金。在此条件下，与含铅的青铜合金或黄铜合金相比，材料的切削加 工性能变差。由于废除以铅作为固体润滑剂，另外还提高了轴承合金的腐蚀敏感性 (Fressempfindlichkeit)，这样便降低了轴承的自润滑性能，如果所述滑动层耗尽的话。所 以这种轴承合金在无附加滑动层的情况下只能用在滑动轴承表面与对应转子（例如在连 杆衬套中）的相对运动很缓慢的场合。在滑动速度较高的情况中则需要滑动层。由于厚度 为典型的5至20 μm的滑动层非常薄，因此它们在与对应转子直接接触时将很快磨损并且 此外只提供不多的用于嵌置脏污粒子的储备。因此，对于这种滑动轴承，必须始终设法为滑 动间隙提供足够的润滑。所以须避免出现混合摩擦条件。
[0006] 例如由文献 DE 10 2005 023 308 AU DE 10 2005 063 324 B4、DE 10 2005 063 325 B4、DE 10 2009 002 442 A1、DE 101 44 126 Al 和 DE 10 2011 012 086 Al 公开了无 铅的青铜复合材料或黄铜复合材料。
[0007] 与此相对，铝基的轴承合金提供了用于脏粒的更好的嵌入性。铝轴承合金的自润 滑性能也比较好，特别是当这些铝轴承合金具有较高的锡成份时。所以这些材料在带有和 不带滑动层的情况下均可使用。铝基的材料通常铸成实心铝带并且在必要时在前置的成型 工序和热处理工序之后通过包覆、通常是滚压包层法与钢带连接。
[0008] 例如文献 DE 10 2005 023 541 Al、DE 102 46 848 Al 和 DE 103 43 618 Al 公开 了由具有铝的或铝合金的轴承合金层的复合材料构成的滑动轴承。在两个最先提到的文献 中谈及的是铝-锡-合金，其耐磨性和疲劳强度部分地利用Si和其他合金组分如Zn、Cu、 Mn、V或Cr得到改善。最后提到的文献涉及的主题是铝-锌-合金作为轴承合金。
[0009] 对于滑动层，也称为包罩层或覆盖层，特别是可以考虑聚合物，例如作为漆料涂 覆，参见DE 10 2008 055 194 Al或EP 1 522 750 A1，或者化学地或电化学地（电镀地） 或者借助PVD-法、特别是喷镀涂覆的薄的金属层，参见DE 199 63 385 AUGB 2 400 420 A、DE 10 2005 063 324 B4或DE 10 2005 063 325 B4。作为金属滑动层，很多不同的材料 成分是已知的。它们例如可以具有锡-铜-基或者铋-基或者AlSn20-基。
[0010] 前述涂层在滑动轴承制造中在各种情况下被涂覆在加工完成的滑动轴承上。滑动 层涂覆经常导致这种滑动轴承的制造成本上升，在电沉积或者借助PVD-法涂敷涂层的情 况中甚至大幅度地上升。另外，在很多情况中在轴承合金层与滑动层之间设置有中间层或 阻挡层作为扩散屏障，它们同样通常通过电沉积形成并且再次使得生产过程成本上升。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是，提供一种滑动轴承复合材料、一种轴瓦和一种滑动轴承，它们不 具有或者较小程度地具有上述的两种轴承合金的缺点，特别是比钢-铝-复合材料更高的 负载能力和更小的腐蚀敏感性，高的嵌入性和比无铅的钢-青铜-复合材料或者钢-黄 铜-复合材料更好的切削加工性能。另外，该滑动轴承复合材料应该使经济地制造滑动轴 承成为可能。
[0012] 此目的通过一种滑动轴承复合材料得以实现，其包括：钢制的支撑层；涂覆于该 支撑层上的、铜制或铜合金制的轴承合金层；和涂覆于该轴承合金层上的、铝制或铝合金制 的功能层，其中，功能层是通过滚压包层法涂覆到轴承合金层上的，并且功能层的铝合金是 含锡的并且除了不可避免的杂质以外是无铅的。
[0013] 如上面详细说明的那样，铝和特别是具有高的锡组分份额的铝合金与铜或无铅的 铜合金相比具有腐蚀（Fressen)降低的倾向。所以功能层的铝合金是含锡的并且除了不可 避免的杂质以外是无铅的。
[0014] 例如文献 DE 43 28 921 Al、WO 2005/066512Al、EP 1 764 522 Bl 或者已经述及 的DE 10 2005 063 324 B4公开了一种具有一钢制支撑层、一铜基轴承合金层和一涂覆于 其上的铝基滑动层的滑动轴承材料，然而在这些情况中滑动层均为喷镀层，该喷镀层受涂 敷工艺方法的限制而只达到几个ym的厚度。
[0015] 因此，特别是在功能层的铝合金中含锡量充分的情况下，这种铝合金/功能层也 能够提供滑动面的功能。然而它同时还具有改善的嵌入性，具体而言，不仅作为由铜或铜合 金构成的轴承合金，而且由于其较大的厚度还作为已知的滑动层。
[0016] 另外，上述目的通过由前述类型的滑动轴承复合材料所构成的轴瓦得以实现。
[0017] 功能层在成品轴瓦中优选具有5至500 ym的层厚，其中，该层厚根据特殊应用情 况可以在这个范围内变动。
[0018] 如果应用情况例如要求很高的疲劳强度的话，如其在现代柴油发动机中适用于连 杆轴瓦那样，所述轴瓦中的功能层设计得尽可能薄，优选为5至50 μ m。
[0019] 在滑动轴承复合材料中，优选功能层首先具有较大的厚度，因为必须考虑到典型 的100至200 μ m的余量，该余量在由相应较厚的板坯成型的轴瓦的内侧面应该借助切削加 工、例如借助所谓的成型钻孔或铰孔成型时是必要的。在此，常常有意地通过如下方式产生 一种沿着圆周方向变化的轴瓦壁厚分布，即，相对轴瓦的外周偏心地实施成型钻孔。由于在 切削加工中仅仅对内部轴承合金层进行材料去除，因此也就只有其厚度发生变化。在完成 钻孔加工的轴瓦中功能层的厚度的数据在这些情况下始终涉及主要负载范围。根据轴承孔 的偏心度，切削加工后的功能层的厚度在主要负载范围内在偏心度较小的情况中特别优选 为5至30 μ m或者在偏心度较大的情况中为20至50 μ m。
[0020] 仅仅在铝材料或者铝合金之内进行切削加工具有如下优点：通常较难切削的、由 铜或铜合金构成的轴承合金层保持不被触及。由于优选还可以含有附加软相（Weichphase) 诸如锡的铝或铝合金能够更加容易切削加工，所以一方面可以减少废品废料，另一方面可 以提高钻孔的精度。另外还提高了用于钻孔的刀具的使用寿命。
[0021] 若要求特别高的匹配适应性和/或嵌入性，正如这一点例如适用于现代的汽油发 动机的主轴承那样，则优选将成品轴瓦中的功能层设计得较厚。然后需争取的目标是50至 500 μ m、特别优选150至350 μ m的厚度范围。在此还要注意的是：错基的功能层不可太厚， 因为否则便会重新出现铝基轴承材料疲劳强度不足的问题，固然该疲劳强度由于位于下面 的铜基轴承合金层之故在用于负载较小的轴承的上部极限值500 μ m或者350 μ m以下还可 以得到有效补偿。在这些前提条件下钢制的支撑层以及轴承合金层可靠地吸收在滑动轴承 运行中产生的力，因而由本发明的滑动轴承复合材料构成的滑动轴承的负载能力并不比已 知的青铜轴承或黄铜轴承逊色。上文所述关于成型钻孔和为此所需的余量的观点在此同样 适用，因而如果继后应该对轴瓦进行切削修整加工的话，针对本发明的滑动轴承复合材料 应该以大致100至200 μ m较厚的层厚为先决条件。
[0022] 在一种有益的构造设计中，功能层的铝合金除了杂质以外含有：
[0023] 重量的5至25%锡，优选重量