滑動發動機部件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種具有聚合物軸承材料層的滑動發動機部件，尤其設及用于滑動軸 承組件W及活塞組件部件的滑動發動機部件，滑動軸承組件諸如軸承襯套殼、軸套、曲柄軸 的軸承表面、凸輪軸的軸承表面、連接桿的軸承表面、止推墊圈、軸承塊的軸承表面、軸承蓋 的軸承表面，活塞組件部件諸如活塞圈、活塞裙、W及氣缸壁W及氣缸襯套。
【背景技術】
[0002] 在內燃機中，軸承組件典型地均包括保持曲柄軸（繞軸線可旋轉）的一對半軸承。 每個半軸承包括中空大致半柱形軸承殼，典型地至少一個是凸緣半軸承，其中軸承殼設置 有在每個軸向端部向外（徑向）延伸的大致半環形止推墊圈。在一些半軸承中，使用軸承殼 和止推墊圈構成的單件構造，而在其他半軸承中，軸承殼和止推墊圈用夾狀特征被松散地 機械接合，在另一類型的半軸承中，止推墊圈通過接合特征的變形而永久地組裝至軸承殼。 在其他軸承組件中還公知的是使用環形或者圓形止推墊圈。
[0003] 滑動軸承的軸承表面大致具有分層構造。分層構造經常包括：強背襯材料（諸如， 鋼），具有的厚度范圍是大約1mm或更多；第一軸承材料的層（"襯套層")，諸如銅材料（例 如銅錫青銅）或者侶材料，粘附至背襯，并且具有的厚度范圍大致在大約0. 1至0. 5mm(例 如，300 μηι，具有8%wtSn的銅合金，1%wt的化，W及余量化，除了附帶雜質）；W及金屬 或者聚合物軸承材料的第二軸承材料的層（"覆蓋層"），粘附至襯套層的表面并且具有的 厚度為小于大約25μm。
[0004] 第二層的表面形成了實際運行或滑動表面，在使用中其面向協同操作構件（例如 曲柄軸體軸頸）的表面。在軸承殼的情形下，例如當其組裝在主軸承殼體或者組裝在連接 桿大端時，背襯提供了強度W及阻力W防止軸承殼的變形。如果第二層被磨穿，那么第一層 可W提供合適的軸承運行屬性。雖然第一軸承材料提供了抗咬合性和兼容性，但其一般比 第二層的材料硬。因而，在其適應軸承表面和軸體軸頸之間小的未對準的能力（符合能力） W及在嵌入潤滑油供給中循環的灰塵粒子的能力方面，第一層通常劣于第二層，W便防止 被碎片刻痕或者破壞軸頸表面。 陽0化]第一軸承材料通常選自侶合金（即，具有不多于25%wt的添加劑元素，除了附帶 雜質，100%wt剩余的為侶，）或者銅合金材料（即具有不多于20%wt的添加劑元素，除了 附帶雜質，100%wt剩余的為銅）。侶合金一般包括侶合金基質，侶合金基質上具有軟金屬 的第二相位。通常，軟金屬相位可W選自鉛、錫W及祕中的一個或多個，但是，由于鉛的環境 劣勢，其目前為非優選元素。由于運些環境考慮，銅合金（諸如銅鉛W及含鉛青銅）也最終 不受歡迎，例如，可W被無鉛銅合金代替。
[0006] 第二軸承材料層與軸體軸頸形成匹配配合，二者之間具有用于潤滑流體的間隙， 第二軸承材料層還公知為覆蓋層，并且由塑料聚合物材料的基質形成，基質典型地包括實 屯、填料微粒，例如具有的厚度為4至40μm。
[0007] W02010066396描述了一種相關的塑料聚合物復合材料軸承層，其包括聚酷亞胺/ 酷胺塑料聚合物材料的基質，并且在整個基質中分布有：從5至小于15%vol的金屬粉末； 1至15%vol的含氣聚合物微粒，除了附帶雜質之外，剩余為聚酷亞胺/酷胺樹脂（例如 12μm厚度的層，包括12. 5%vol的Al、5. 7%vol的PT陽微粒、4. 8%vol的硅烷、<0. 1% vol的其他元素，剩余為（約77%vol)聚酷亞胺/酷胺）。雖然W02010066396的塑料聚合 物軸承層的成分提供了高耐磨性和疲勞強度，但是仍期望能夠進一步在滑動軸承中增加運 種聚合物層的抗咬合性，特別在運種滑動軸承的覆蓋層中。
[0008] 節約燃料操作計劃已經變得對于自動發動機來說越來越流行，運增加了發動機啟 動的頻率。在"停止-啟動"操作計劃中，停止W及重新啟動車輛移動還導致發動機停止W 及重新啟動。在"混合"操作計劃中，當車輛能夠通過可替換電源供能（通常是供電）時， 發動機關閉。在運種操作計劃中利用發動機啟動的較大頻率導致了對止推墊圈W及軸承殼 的性能漸增的需求，增加了相關網W及曲柄軸的軸頸的配合端面分別接觸止推墊圈和軸承 殼的頻率，因此引起相應地增加了運行表面的磨損。
[0009] 在活塞組件中，公知的是降低活塞裙和氣缸壁之間劃痕的可能性，更為公知的是 從曲柄箱中的潤滑油提供活塞和氣缸壁之間的潤滑。此外，公知的是提供具有耐磨涂層的 發動機部件。例如，公知的是用N化asil?涂覆活塞氣缸襯套，N化asil⑥是電鍛儀親脂性 的基質碳化娃涂層。類似地，正如W02005042953描述的，公知的是利用材料涂覆活塞裙W 輔助潤滑W及避免兩個部件之間金屬對金屬的接觸，從而降低磨損，改善氣缸內的潤滑和/ 或熱屬性。
[0010] 四沖程發動機通常在每個活塞上使用Ξ個活塞圈，Ξ個活塞圈是兩個壓縮圈和一 個油圈。壓縮圈的任務是防止燃燒氣體進入曲柄箱，而油圈的功能是從氣缸壁刮掉多余油 W及使多余油返回曲柄箱，控制油的"膜"的厚度并且防止其過度燃燒。圈的另一重要的功 能是充當橋W將熱從活塞傳遞至依靠冷卻系統消散的氣缸壁或者氣缸襯套（還公知為氣 缸套筒）。正如W02011000068描述的，在活塞圈上，尤其在壓縮圈上，公知的是至少在接觸 到氣缸壁的外周上施加涂覆層。
【發明內容】
[0011] 根據本發明的第一方案提供了具有通過塑料聚合物復合材料層設置于基板上的 滑動表面的滑動發動機部件，復合材料層包括：
[0012] 塑料聚合物材料的基質，在整個基質中分布有：
[001引 0. 1至20%vol的液體填充微囊；從及
[0014] 附帶雜質。
[0015] 根據本發明的第二方案提供了用于形成滑動發動機部件的扁平板材元件，滑動發 動機部件具有通過塑料聚合物復合材料層設置于基板上的滑動表面，復合材料層包括：
[0016] 塑料聚合物材料的基質，在整個基質中分布有：
[0017] 0. 1至20%vol的液體填充微囊；W及
[0018] 附帶雜質。
[0019] 根據本發明的第Ξ方案提供了制造滑動發動機部件的方法，滑動發動機部件的具 有通過塑料聚合物復合材料層設置于基板上的滑動表面，復合材料層包括：
[0020] 塑料聚合物材料的基質，在整個基質中分布有：
[002U 0. 1至20%vol的液體填充微囊；從及
[0022] 附帶雜質，
[0023] 運些步驟的方法包括：
[0024] 制作包括塑料聚合物樹脂材料和液體填充微囊的混合物； 陽0巧]將混合物涂覆至基板上；W及，
[00%] 處理W便凝固塑料聚合物材料基質W形成復合材料層。
[0027] 有利地，當要求時（即"根據需要"）使用微囊提供了液體潤滑的局部釋放，從而降 低了相對于彼此W高度移動的部件（即，摩擦配合件）之間的咬合風險。特別有利的是緊 急潤滑是局部的，設置在滑動發動機部件和協作構件之間的接觸點。
[0028] 20%vol液體填充微囊的上限設及復合材料層的結構完整性，因為高于該水平的 話，微囊會引起復合材料層的抗疲勞性的顯著降低。從微囊釋放的液體的有益性質（例如 抗咬合性、抗腐蝕性或者抗裂性）在低水平降低，低于0. 1%vol的液體填充微囊無法提供 顯著利益。
[0029] 復合材料層可W包括0. 5至5%vol的液體填充微囊。該范圍在獲得具有液體填 充微囊的利益W及最小化任何抗疲勞性降低之間提供了特別有利的折衷。
[0030] 微囊可W具有不多于復合材料層的厚度的一半的平均直徑。微囊可W具有不多于 復合材料層的厚度的四分之一的平均直徑。微囊可W是大致球形。
[0031] 液體填充微囊可W具有0. 5至10μπι的平均直徑。微囊的平均直徑小于復合材料 層（或者子層）的厚度。
[0032] 復合材料層可W具有6至40μm的厚度，優選6至20μm。
[0033] 有利地，提供顯著小于復合材料層厚度的微囊能夠使微囊變得暴露，當滑動發動 機部件的表面逐漸磨損時釋放液體內含物。
[0034] 復合材料層可W包括多個不同的子層。多個層可W包括兩個不同的子層。有利地， 可W選擇子層W當復合材料層磨損時提供不同的性能屬性。
[0035] 子層可W包括不同體積百分比濃度的微囊。
[0036] 子層可W包括不同體積百分比濃度的金屬微粒。
[0037] 子層可W包括不同的液體填充微囊（例如，具有不同成分的填充液體）。
[003引靠近基板的子層可W比遠離基板的子層包括較低比例的潤滑劑液體。靠近基板的 子層可W包括較少潤滑劑的微囊W及較高比例的微粒（例如金屬粉末）W改善耐磨性。
[0039] 微囊內的液體可W包括液體潤滑劑（例如礦物質油，合成聚α-締控（P0A)油）。 液體可W包括在l〇(TC具有> 5. 6mm2/s(即> 5. 6cSt)黏度的油，例如油符合汽車工程師協 會類SAE20及W上標準。有利地，微囊內的油比發動機的曲柄箱中發動機潤滑油具有更高 黏度，W在復合材料層磨損的情形下提供增強的潤滑。更高黏度的油能夠向復合材料層提 供改進的潤滑。
[0040] 液體可W包括液體潤滑劑和液體添加劑。液體可W包括構造為與摩擦配和件的表 面起反應的溶解固體添加劑（例如胺類，其是固體鹽），例如W加硬或者潤滑該表面。
[0041] 液體添加劑可W包括腐蝕抑制劑。一些發動機潤滑油（例如有機派生的"生物 油"）包括氧化劑，其能夠引起金屬部件（諸如沉積復合材料層的基板）的腐蝕。在復合材 料層變得破裂或者磨穿