專利名稱：：滑動軸承的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種滑動軸承，該滑動軸承具有軸承金屬層和無鉛運行層(runninglayer),該軸承金屬層由支撐殼支撐并由鋁或銅制成，該無鉛運行層可通過中間層施加于軸承金屬層，該運行層由具有至少一種其它合金元素的鋅基制成。
背景技術：
：滑動軸承的含鉛運行層，一方面由于含鉛而存在毒性的缺陷，另一方面由于鉛成分引起的低硬度而導致易于磨損。人們試圖研發無鉛運行層以努力降低磨損傾向。因此，尤其建議將錫基用于運行層中，在運行層中夾入錫-銅顆粒(DE19963385Cl)。雖然在軟的錫基體中添加較硬的錫-銅顆粒但磨損性能不能滿足更高的要求，忽略這一事實，這種運行層的耐溫性也相當的低。由于鉍的脆性，將鉍或鉍合金用于滑動軸承的運行層的嘗試通常會失敗。即使通過鉍晶體的特定取向以適當影響鉍的硬度和脆性的建議(DE10032624C2)相較于具有相應鉛成分的滑動軸承也沒有獲得軸承性能的決定性的提高。最后，具有支撐殼、具有基于鋁或銅的軸承金屬層，以及具有運行層的滑動軸承被提及(WO96/15382Al),該運行層具有含0.5-25重量°/。的至少一種選自鎳、鈷和鐵的附加合金元素的鋅基。盡管采用該滑動軸承能顯著的提高抗磨損性，但是，由于鋅對鋼的高親合力，它們不適于更多的應用。
發明內容本發明是基于以下目的設計一種在前面描述的滑動軸承，其有與高抗磨損性緊密聯系的良好摩擦性。本發明通過含有1-49重量％的鉍作為附加的合金元素的鋅基運行層實現了所述的目的。令人驚奇地發現，通過添加鉍，盡管是鋅基，但與鋅相比可以確保運行層有良好的摩擦性能，且具有較低的磨損傾向。另外，得到了易延展的運行層，盡管人們認為鉍本質上為脆性。這對于滑動軸承的磨合特性和污漬埋藏性是明顯重要的，尤其是因為提高了疲勞強度。1重量％的鉍含量已經顯示對運行層的摩擦學性能具有顯著的影響。尤其是鉍含量高于4重量%,更優選是高于10重量％時具有特別有益的影響。然而，鉍的比例必須有上限，以限制鉍對運行層的脆性的影響。盡管鉍的比例對特定的應用可高達49重量％,但是通常鉍的比例不能超過40重量％,最好不超過30重量％。原則上，添加有鉛或鎘的鋅合金同樣能用于滑動軸承的運行層，但是，這些合金添加物的毒性限制了上述應用。具有錫或銦作為主要合金添加物的鋅合金也有足夠的摩擦性能，但是耐溫性有限。基于含有銀作為主要合金添加物的鋅的運行層有很好的運行性能，但是，銀與鋅會形成硬質金屬間相。可以通過其他合金元素調節運行層的硬度和作為其功能的耐磨性或耐蝕性。為此，除鉍之外，鋅基體可包含選自鐵、鈷、銅、錳、鎳、銀、錫、銻、鈦、鉻、鉬和鴒中的至少一種合金元素，這些合金元素的單獨比例為0.01-15重量％,但總比例最多為20重量％。為了不危及運行層的鋅-鉍合金的摩擦特性，附加合金元素的使用必須限于總的比例，附加合金元素含量的具體下限對于要考慮的特定性能能產生相應的影響是必要的。這些合金元素的單獨比例在0.1-10重量％為宜，優選0.3-5重量％。在這組合金元素中，由鐵、鈷和銅組成的小組更宜于加強鋅基，除銅之外，抗腐蝕性也提高。該小組合金元素占總比例的0.2-3重量％,合金元素的單獨比例在0.02-3重量％之間。4失比例為0.3-1重量°/。時抗腐蝕性得到顯著的提高。鐵成分的增加能增高硬度，但是鐵含量為6-15重量%的運行層仍然有足夠的可變形性。鈷含量一般為0.5-2重量％，最重要的是增加抗二氧化硫的腐蝕性。銅溶于鋅基最多約l重量％而不形成沉淀。在該銅含量范圍內可觀察到拉伸強度的增加而可變形性基本不變。銅含量高于1重量％時產生沉淀，這與可變形性降低和同時硬度增加有關。除了這些合金元素之外，其它特定元素同樣能用來影響特性。因而溶于鋅的錳顯著提高了運行層的機械性能。由于最多約0.3重量％的錳溶于鋅，為此，可提供0.01-0.3重量％比例的錳。更高的錳含量，能增加抗腐蝕性的特性。然而，錳含量在12-17重量％會形成鉍-錳相，并由此降低軟相成分。鎳既與鋅也與鉍形成金屬間相。因為與鋅的金屬間相比與鉍的金屬間相更穩定，然而，更高的鎳含量同樣確保使運行層具有充分的展延性，高的鎳含量將提高抗腐蝕性。當鎳含量低于0.05重量％時，在鋅基中形成很細的沉淀，這將提高運行層的強度。為了降低粉化趨勢，銀可以合金化，最多2.5重量％的銀能溶于鋅基中。為此目的，優選提供0.1-1重量％的含量。銀含量超過2.5重量％時會產生沉淀，這種沉淀將提高硬度和抗磨損性。游離錫與鋅形成的合金具有很低的熔點。錫在鋅中的溶解度最高為0.02重量％,在O.Ol-0.02重量％的比例范圍內能提高運行層的抗腐蝕性。銻通過與鉍形成相從而提高鋅基的強度，特別是在高含量的附加合金元素時，例如鐵、鈷或銅。為此，銻的比例需要在0.05-5重量°/。之間。0.1-0.5重量％含量的鈦可用于提高鋅基的抗磨損性。最高0.02重量％含量的鉻也可用于提高運行層的強度。鉻在鋅基中的溶解度最高為此含量。更高的鉻比例能提高抗腐蝕性，保持充分展延性的鋅基鉻含量至多為10重量％。鉬與鉻在鋅基中具有相似的效果，但是還抑制鋅電解液中氫的形成，以致于由氫引起脆變的危險可有效的抵消。鎢既不溶于鋅也不溶于鉍，且在沉淀硬化期間起第三相作用。尤其是在含量約1重量％時，抗磨損性能可獲得顯著提高。眾所周知，憑借運行層合金的成分在運行層合金的厚度上變化，可以在磨合階段(break-inphase)期間獲得良好的污漬埋藏能力和抗磨損性能，該抗磨損性能隨著磨損的提高而逐漸增加。為此，對于運行相僅須保證增加軟相的比例，但是對于軸承金屬層則應提高硬質相的比例。為了得到特別有利的磨合條件，運行層可以由鉍構成的磨合層(break-inlayer)覆蓋，該磨合層在磨合階段期間磨損，因此，在磨合階段之后低磨損的運行層開始生效，其中，污潰埋藏能力不再起決定作用。在本文中不再需要強調，通過在運行層的鋅基中另外插入硬質顆粒可以使滑動軸承的性能適應特定需要。該硬的顆粒由氧化鈦或鋅-銅相制成，例如，晶界積聚，以致于防止晶界擴散和晶粒粗化，這將導致滑動軸承的摩擦性能在其整個使用壽命期間保持一致。氧化鋁、氧化鋯或氧化硅，碳化硅或碳化硼，氮化鋁和混合氧化物可用作硬質的顆粒，優選直徑為50-500nm。這些顆粒的體積比優選為0.1-2%。在鋅基中摻入硬質顆粒可大大降低磨損率，甚至幾乎不改變硬度。這可能歸因于安置在物體上的硬顆粒的拋光作用。具有晶粒尺寸小于100nm的更硬的顆粒，另外還提供分散硬化的作用。如果鋁合金用作軸承金屬層，運行層能直接施加于具有粘附促進層的鋁合金，該促進層由鋅酸鹽熔池施加。推薦向鋁合金中添加相應的鋅以降低鋅向鋁合金中的擴散。基于銅合金的軸承合金層通常需要一個中間層來抑制鋅遷移進軸承金屬層。例如，基于鋅-鎳、鋅-鐵、錫-鎳、銅-錫、銅-鋅、銅-鋅-錫、鋅-鈷、錫-鈷、鴒-鎳、鉬-鎳和鈀-鎳的合金適合作為中間層，中間層的厚度優選為1-3pm。然而，例如由銀、金、柏、銻、釔或鉻制成的中間層同樣可以應用。實施例1:在具有鋼制支撐殼和由黃銅合金制成的軸承金屬層的滑動軸承中，施加了多層運行層，在軸承金屬側上的運行層具有10重量％的鉍，3重量％的鐵，1重量％的鈷和余量的鋅，和不可避免的雜質。運行層面的硬度為130HV,厚度為5fmi。在鐵的比例為1.2重量％，鈷的比例為0.8重量％時，鉍的比例在中間運行層面增加到20重量％,硬度降低到70HV。最后，最上層的鉍的比例為30重量％,鐵的比例為0.5重量％,鈷的比例為0.3重量%,硬度為40HV。該層由鉍制成的磨合層覆蓋，該磨合層的厚度為3!im,硬度為18HV。實施例2:施加于鋁合金的運行層具有鉍的比例為30重量％,銅為0.5重量％和余量的鋅以及不可避免的雜質，0.8重量％的附加氧化鈦顆粒插入鋅基，其硬度達到35HV。氧化鈦顆粒的平均晶粒尺寸為0.2(im。實施例3:在另一個具有代表性的實施方式中，將硬度為180HV的銅-錫-鋅合金用作軸承金屬層，將由含鎳12重量°/。的鋅-鎳合金構成的中間層以2(im厚度(硬度為550HV)施加于軸承金屬層作為擴散阻擋層。該運行層的沉積厚度為15(im并包含30重量。/。的鉍，和3重量％的鈷以及0.2重量％的鎳，和余量的鋅以及不可避免的雜質。運行層的硬度為50HV。提供3lam厚的由鉍制成的磨合層以提高磨合性能。為檢測磨損行為，一方面對根據本發明的實施例1-3的滑動軸承，另一方面對已知的滑動軸承進行相應的測試，在運行速度為13.2m/s(6000rpm)時變化的動力荷載逐步提高到80Mpa,然后保持超過25小時。提供的潤滑油5W-40SE的溫度為130°C。測量卡住極限負荷(seizinglimitload),即滑動軸承的運行層與軸之間發生卡住時的負荷，以及以摩擦層厚度的形式發生的磨損。另外，在金相學橫斷面的運行層的硬度使用Vickers顯微硬度測試儀確定。該硬度和污漬埋藏能力非常相關，污漬埋藏能力隨著硬度的增加而降低。可以確定耐溫性本質上與(共晶)熔點溫度相應，該熔點溫度可以通過相圖得到。檢測值總結在下表，根據實施例1-3的軸承的結果記錄在1-3行。第4行涉及具有由含鉛青銅制成的軸承金屬層的滑動軸承，其運行層基于沉積在鎳中間層上的鉛。第5行的值是來自具有基于黃銅的軸承金屬層的滑動軸承，該滑動軸承具有基于錫的運行層和由鎳構成的中間層。對于具有基于黃銅的軸承金屬層、由銀制成的中間層以及由鉍制成的運行層的軸承，其試驗結果總結在第6行。最后，對于具有基于黃銅的軸承金屬層、由鎳-鋅合金制成的中間層以及由鋅制成的運行層的滑動軸承的結果記錄在第7行。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1.一種滑動軸承，其具有軸承金屬層和無鉛的運行層，該軸承金屬層由支撐殼支撐且由鋁合金或銅合金制成，該運行層可通過中間層施加于軸承金屬層，該運行層由具有至少一種其它合金元素的鋅基制成，其特征在于運行層的鋅基包括1-49重量％的鉍作為附加的合金元素。2.如權利要求1所述的滑動軸承，其特征在于運行層的鋅基包括4-40重量％的鉍、，優選10-30重量％的鉍。3.如權利要求1或2所述的滑動軸承，其特征在于除鉍之外，該鋅基包括選自鐵、鈷、錳、銅、鎳、銀、錫、銻、鈦、鉻、鉬和鎢的合金元素中的至少一種其它合金元素，這些元素的各自比例為0.01-15重量％，但是總的比例最多為20重量％。4.如權利要求3所述的滑動軸承，其特征在于選自鐵、鈷、錳、銅、鎳、銀、錫、銻、鈦、鉻、鉬和鴒的合金元素各自比例為0.1-10重量％，優選0.3-5重量％。5.如權利要求3所述的滑動軸承，其特征在于如果使用選自鐵、鈷和銅的合金元素組成的小組中的至少一種合金元素，該小組的比例至少為0.2重量％,但是最多為3重量％，且這些合金元素各自比例在0.02-3重量％之間。6.如權利要求1-5任一項所述的滑動軸承，其特征在于用由鉍制成的磨合層覆蓋運行層。全文摘要描述了一種滑動軸承，其具有軸承金屬層和無鉛的運行層，該軸承金屬層由支撐殼支撐并由鋁或銅合金制成，該運行層可通過中間層施加于軸承金屬層，該運行層由具有至少一種其它合金元素的鋅基制成。為獲得良好的摩擦性能，建議運行層的鋅基包括1-49重量％的鉍作為附加的合金元素。文檔編號F16C33/12GK101201079SQ20071016467公開日2008年6月18日申請日期2007年12月13日優先權日2006年12月13日發明者梅格吉特·塞里梅蒂,沃納·舒伯特,雅各布·齊達申請人:米巴滑動軸承股份有限公司;Ks滑動軸承有限責任公司