專利名稱：滑動元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種滑動元件，包括支承元件和滑動層，在所述支承元件和滑動層之間設置軸承合金層，其中所述滑動層有鉍或鉍合金構成，并且其中鉍或鉍合金的微晶在滑動層中相對于其定向占據一個優選的方向，其通過晶格平面(012)的密勒指數表示，其中晶格平面(012)的X光衍射強度相對于其他晶格平面的X光衍射強度是最大的。
背景技術：
此外，滑動軸承的特征在于，它具有相對軟的滑動層，以便由此實現支承的元件例如軸的調整以及對于雜質顆粒的一定程度的可嵌入性。為了滿足這些摩擦學的特性，迄今為止現有技術主要的滑動層建議包含錫或鉛。但鉛由于其毒性是不希望的，并且正好在最近的時間內試圖發現消除鉛的方案。
這樣，在DE100 32 624A中建議一種滑動軸承，其包括一軸承合金和一個在軸承合金上構成的由鉍或鉍合金制成的摩擦層，其中在以下限定的、由鉍或鉍合金制成的摩擦層的X光衍射強度I[hkl]的相對比率滿足以下條件(a)和(b)(a)除了{012}之外的其他平面的X光衍射強度I[hkl]的相對比率是X光衍射強度I
的比率的0.2到5倍，亦即0.2I
≤I[hkl]≤5I
；(b)除了{012}之外的三個或多個其他平面的X光衍射強度I[hkl]的相對比率是X光衍射強度I
的相對比率的0.5到2倍，亦即0.5I
≤I[hkl]≤I
；其中具有隨機定向的標準粉末樣品的鉍微晶的{hkl}平面呈現出X光衍射強度Rρ(hkl)；由鉍或鉍合金制成的摩擦面的鉍微晶的{hkl}平面呈現出X光衍射強度RO/L(hkl)；兩個強度值的比率K(hkl)＝RO/L(hkl)/Rρ(hkl)；K(012)和K(hkl)的比率表示為I[hkl]＝K(hkl)/K(012)。
此外，由DE 10 2004 015 827已知一滑動件，包括一背面金屬層，一在背面金屬層上的滑動合金層和一在滑動合金層上的覆蓋層，其中覆蓋層由鉍和鉍合金構成，并且其中在覆蓋層的晶格中，一以密勒指數(202)表示的表面具有一定向度，其不小于30％，并且于其他表面相比較，(202)的表面的X光衍射強度R(202)為最大值。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種具有無鉛的滑動層的滑動元件。
該目的這樣地達到，即在開始所述的滑動元件上，具有第二大的X光衍射強度的晶格平面的X光衍射強度最多為晶格平面(012)的X光衍射強度的10％，或者獨立地，在按本發明的方法中，滑動層根據所述特征制造。
出人意料地提出，與在DE 10 2004 015 827 A1中的觀點不同，帶有由鉍或鉍合金制成的按本發明滑動層的滑動元件至少具有相對于按DE 10 2004 015 827 A1所述的那個滑動層的可比較的特性，所述滑動層具有這樣對齊的鉍或鉍合金的微晶。這個結果相對于DE 100 32624A也是出人意料的，按照所述結果，如果優選的定向不限于一些特定的平面，如其是按本發明的情況，這樣的鉍-滑動層僅僅是適合的。
除了無鉛性，按本發明的滑動層的優點首先在于，它易于制造。按(0120)平面的強的定向例如通過電鍍實現。如按DE10 2004 015 827A1所建議的，在這里例如不必在一個確定的工作循環中以反向周期工作。此外由于微晶的強的定向，按本發明的滑動元件具有改進的耐磨性。
按一實施變型方案，具有第二大的X光衍射強度的晶格平面是具有密勒指數(024)的那個晶格平面。這樣在滑動層中實現微晶的較高的定向度，由此進一步改進上述特性。
除了晶格平面(012)之外的所有其他晶格平面的X光衍射強度的總和最多為晶格平面(012)的X光衍射強度的25％，由此同樣達到較高的定向度。
另外有利的是，滑動層具有從下限為15HV和上限為40HV的范圍中選擇的維氏硬度，由此改進耐磨性。例如滑動層具有20HV或者25HV或者30HV或者35HV的硬度。
滑動層具有從下限為15μm和上限為40μm的范圍中選擇的層厚，以便達到滑動元件的更好的防摩擦特性。例如滑動層具有10μm或者15μm或者20μm或者25μm或者30μm或者35μm的層厚。
為了更好地理解本發明，借助以下附圖更詳細地說明本發明。
附圖中圖1示出按本發明的由鉍構成的滑動層的表面在電流密度為5A/dm2(ASD)的情況下在沉積時的X光衍射圖；圖2示出按本發明的由鉍構成的滑動層的表面在電流密度為10A/dm2(ASD)的情況下在沉積時的X光衍射圖；圖3示出按本發明的由鉍構成的滑動層的表面在電流密度為15A/dm2(ASD)的情況下在沉積時的X光衍射圖；圖4示出按本發明的由含有8重量％的錫的鉍合金構成的滑動層的表面的X光衍射圖。
具體實施例方式
首先，要注意的是，在本說明書中選擇的位置說明如上、下、側向的等針對直接描述的實施方式，并且當位置改變時根據含義轉移到新的位置上。此外，由所示的和所述的不同的實施例的單個特征或特征組合在本身獨立的、獨創的或按本發明的方案中描述。
如本身已知的，按本發明的滑動元件包括支承元件、一個在該支承元件上設置的軸承合金層、以及在該軸承合金層上設置的由鉍或鉍合金制成的按本發明的滑動層，所述支承元件例如可以為鋼支承殼。
軸承合金層可以是任何已知的軸承合金層，例如鋁-錫合金、銅合金、鋁合金等。
對此實例為1.鋁基的軸承合金(按DIN ISO 4381以及4383)AlSn6CuNi，ALSn20Cu，AlSn4Cd，AlCd3CuNi，AlSi11Cu，AlSn6Cu，AlSn40，AlSn25CuMn，AlSi11CuMgNi；2.銅基的軸承合金(按DIN ISO 4383)CuSn10，CuA110Fe5Ni5，CuZn31Si1，CuPb24Sn2，CuSn8Bi10；3.錫基的軸承合金SnSb8Cu4，SnSb12Cu6Pb。
當然，也可以使用其他的作為鋁基、銅基或錫基的所謂的軸承合金。
如已經提及的，滑動層由鉍或鉍合金制成的按本發明的層構成，其中對于鉍的合金配對(Legierungspartner)名義上考慮為至少一種來自于包括銅、銀、錫、銻和銦的組的元素，并且具有最多10重量％的份額。所述至少一種合金元素的份額可以從下限為1重量％和上限為9重量％的范圍內選擇，或者從下限為3重量％和上限為7重量％的范圍內選擇。亦即鉍合金例如可以具有至少其中一種合金配對的2重量％或4重量％或6重量％或8重量％。在優選的實施變型方案中，加入到合金中的比例最多為10重量％。亦即例如也可能的是，合金含有3重量％的Sn、2重量％的Sb或者4重量％的Sn和2重量％的In。其他合金組分在所給出的范圍的邊界內也是可能的，只要滿足所述微晶的定向的上述條件。
除了滑動元件的三層的實施方式，多層的實施方式也是可能的。例如在支承元件和軸承合金層之間或者在軸承合金層和滑動層之間設置一擴散阻隔層或粘結層。對于這樣的層，例如Al、Mn、Ni、Fe、Cr、Co、Cu、Ag、Mo、Pd以及NiSn合金或CuSn合金是可行的。
作為滑動元件在本發明的含義內理解為任何類型的滑動支承裝置，如滑動軸承、例如形式為襯套的滑動軸承半殼或整殼、止推環、例如連桿的、導向裝置等的在驅動技術中的軸承。
但也可能的是，按本發明的滑動層直接涂覆在相應的元件上，也就是說進行直接的涂層，從而一個附加的構件對于滑動支承裝置不是必需的。這例如在連桿上是可能的。
按本發明的滑動層電鍍的制成，其中電鍍液具有以下組成，并且涂層用以下參數進行。
實例1用于電鍍的電鍍液組分50g/l鉍作為甲磺酸鹽80g/l甲磺酸用于改進導電性光滑劑和至少一種表面活性劑的添加劑。
工作參數室溫電流密度5A/dm2(圖1)以及10A/dm2(圖2)以及15A/dm2(圖3)實例2用于電鍍的電鍍液組分70g/l鉍作為甲磺酸鹽50g/l甲磺酸用于改進導電性1g/l商用的表面活性劑用于改進可潤濕性0.5g/l層光滑添加劑(“勻平劑”)工作參數室溫電流密度5A/dm2以下在圖1至3示出的X光衍射圖記錄所制出的光滑層的X光衍射圖。在表1中給出圖1相應的強度。
表1
所示圖像與一標準的圖像相應，其中X軸為°2θ值，而Y軸是脈沖(數量)。上述圖像借助照相機生成，并且使用CuKα射線。
如從圖1至3的三幅圖的比較可看出，在沉淀時通過提高電流密度，012平面還更清楚地處于更顯著的位置，亦即換句話說，通過提高電流密度，進一步提高在層中的定向度。
按本發明材料亦即在該實施例中按本發明的鉍層與由現有技術的上述對比文件已知的滑動層相比。在六個滑動層樣品(Gleitschichtmustern)中，其中五個為純鉍的，一個樣品由含有3重量％的錫的鉍合金構成，表面壓力由發生所謂的軸咬合處確定。在這六個樣品上，所述表面壓力在95MPa和110MPa之間，亦即位于在DE 100 32 624A公開的測量值的區域中。與按DE 10 2004 015 827 A的軸承相比，按本發明的軸承的結果明顯更好。為了測量，使用在DE100 32 624A中所述的方法。滑動層的厚度相應地選擇為10μm。
按本發明的Bi-滑動層確定具有17UMHV 2p的硬度，而BiCu10-滑動層確定具有30UMHV 5p的硬度。在此，UMHV為在2克力或5克力負載的情況下維氏超微硬度。
最后地，圖4示出由含有8重量％的錫的鉍合金制成的按本發明的滑動層的實例。在此也可明顯地看出，在按(012)平面的的層中的定向。
在本說明書中的對于值區域的說明可理解為，其也包括任意的和所有的子區域，例如標記1至10理解為包括所有從下限為1和上限為10的子區域，亦即所有子區域從下限1開始或者更大，在上限10終止或更小，例如1至1.7或者3.2至8.1或5.5至10。
實施例描述了滑動元件的可能的實施變型方案，其中在這里要注意的是，本發明不限于特別示出的實施變型方案。
基于發明本身的方案的目的可從說明書中得出。
權利要求
1.滑動元件，特別是滑動軸承，包括支承元件和滑動層，在所述支承元件和滑動層之間設置軸承合金層，其中所述滑動層有鉍或鉍合金構成，并且其中鉍或鉍合金的微晶在滑動層中相對于其定向占據一個優選的方向，其通過晶格平面(012)的密勒指數表示，其中晶格平面(012)的X光衍射強度相對于其他晶格平面的X光衍射強度是最大的，其特征在于，具有第二大的X光衍射強度的晶格平面的X光衍射強度最多為晶格平面(012)的X光衍射強度的10％。
2.按權利要求1所述的滑動元件，其特征在于，具有第二大的X光衍射強度的晶格平面是具有密勒指數(024)的那個晶格平面。
3.按權利要求1或2所述的滑動元件，其特征在于，除了晶格平面(012)之外的所有其他晶格平面的X光衍射強度的總和最多為晶格平面(012)的X光衍射強度的25％。
4.按權利要求1至3之一所述的滑動元件，其特征在于，滑動層具有從下限為15HV和上限為40HV的范圍中選擇的維氏硬度。
5.按權利要求1至4之一所述的滑動元件，其特征在于，滑動層具有從下限為15μm和上限為40μm的范圍中選擇的層厚。
6.用于制造滑動元件的方法，該滑動元件至少包括支承層、軸承合金層和滑動層，按照該方法，在支承元件上必要時在中間設置粘結層情況下設置軸承合金層，而且在軸承合金層上必要時在中間設置粘結層的情況下設置滑動層，其中滑動層由鉍鹽的甲磺酸溶液電鍍到軸承合金層或粘結層上，其特征在于，所述滑動層根據權利要求1至5的滑動層的特征制造。
全文摘要
本發明涉及一種滑動元件，特別是滑動軸承，包括支承元件和滑動層，在所述支承元件和滑動層之間設置軸承合金層，其中所述滑動層有鉍或鉍合金構成，并且其中鉍或鉍合金的微晶在滑動層中相對于其定向占據一個優選的方向，其通過晶格平面(012)的密勒指數表示，其中晶格平面(012)的X光衍射強度相對于其他晶格平面的X光衍射強度是最大的。具有第二大的X光衍射強度的晶格平面的X光衍射強度最多為晶格平面(012)的X光衍射強度的10％。
文檔編號C25D3/54GK101046228SQ20071008906
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月29日 優先權日2006年3月30日
發明者T·朗夫 申請人:米巴·格來特來格有限公司