含有金屬承載層的金屬的滑動軸承復合材料的制作方法
【專利說明】含有金屬承載層的金屬的滑動軸承復合材料
[0001]本發明涉及金屬的滑動軸承復合材料，含有金屬承載層，特別是鋼承載層，和含有2_6wt%錫的基于銅-錫的軸承金屬層。這種滑動軸承復合材料用于制造用于發動機或發動機近似場合的滑動軸承元件，特別是滑動軸承瓦和滑動軸承套。這里所述類型的典型應用場合是主軸承瓦和連桿軸承瓦。相反，在內燃發動機中用于支承活塞銷的連桿軸承瓦經常構造成單金屬軸套形式。
[0002]含有由CuSn4，特別是CuSn4Pb，和CuSn5Zn制成的軸承金屬層的滑動軸承復合材料是已知的。此外，基于銅-錫的合金也是已知的，其中通過加入鎳形成金屬間的SnNi相。通過所謂的亞穩曲線(spinodal)硬化，可以制造出設計用于通常在活塞銷軸套中出現的撞擊或沖擊負荷的軸承金屬。為此，典型地使用高錫含量和高鎳含量，特別是CuSn9Nil5或CuSn6Ni6合金形式。
[0003]DE 10 2006 019 826 B3公開了具有針對鎳和錫的較寬范圍界限的所述類型的滑動軸承復合材料，即1.0-15.0wt %和2.0-12.0wt %錫。但是示例性實施方案公開了5.2-5.6wt%的錫和5.6-6.0wt %鎳的高錫和鎳含量。由此嘗試實施亞穩曲線硬化。通過300-500°C的熱處理，實現了可能超過170HBW 1/30/10的軸承金屬層的硬度。
[0004]AT 509 459表明了在滑動軸承復合材料的與軸承金屬層相對置并朝向殼體的一側上的銅基防蝕(Antifretting)層。合金成分鍺、錫、銦、鋅、镲、鈷、秘、鉛、銀、鋪以及制備時帶入的雜質的總含量為l_30wt%。防蝕層可以包括特別是5 - 25wt%的錫和0.2 -8wt%的鎳。
[0005]本發明基于的任務是，繼續進一步開發開頭所述類型的金屬的滑動軸承復合材料，即便在高滑動速度下，其摩擦性能也在適應性和顆粒相容性方向上得到改善。應該實現了高斷裂伸長率。
[0006]根據本發明，對于所述類型的金屬的滑動軸承復合材料，這一任務可以這樣實現，即軸承金屬層含有0.2-2wt%的鎳并且錫含量至少是鎳含量的三倍。
[0007]通過本發明，放棄的是使用高錫和鎳含量，目的是獲得高硬度和因此高負載性。根據本發明提出，使用低至中等的錫含量結合極低的鎳含量。由此，與高鎳含量的軸承合金相比，顯著改善了就在作為主軸承瓦或連桿軸承瓦的場合中在滑動速度高時具有重要意義的匹配性和顆粒相容性。此外，意外地發現，通過僅僅0.2-2wt%的所要求范圍的鎳添加，與不含鎳的銅-錫-青銅相比，可以實現將斷裂伸長率提高2-3倍。有利地，錫含量至少為鎳含量的四倍。
[0008]在根據本發明的進一步實施方案中，證明有利的是，軸承金屬層含有0.2-1.5wt%，特別是 0.2-1.0wt %，更特別是 0.2-0.9wt%，尤其是 0.4-0.9wt，更尤其是0.4-0.8wt% 的镲。
[0009]對于錫含量，認為有利的是，軸承金屬層含有2.0-5.5wt%，特別是3.0-5.5wt%,更特別是3.5-5.5wt%，尤其是3.5-5.0wt，和更尤其是4.0-5.0wt %的錫。
[0010]此外證明有利的是軸承金屬層另外含有0.4-1.5wt%的鋅和/或0.2_lwt%的銀。加入銀改善了燒結性能，即燒結過程進行更穩定和對溫度變化反應較少。加入鋅提高了腐蝕穩定性和對侵蝕性油的穩定性。
[0011]一種優選的軸承金屬層由CuSn4.5ΖηΟ.8Ν?0.6Ag0.4-合金形成。
[0012]此外，證明有利的是，軸承金屬層是燒結層并且由球形至塊狀(Knollen)顆粒形成。如果在上面提到球形至塊狀顆粒，則對其理解為具有主要是圓化的幾何形狀而沒有鋒利的、尖的、怪異的或粗糙的形狀的顆粒。
[0013]在顆粒的燒結過程中有利地執行密封，使得生成的軸承金屬層的孔隙度為最高2%，有利地最高1%。通過制成橫截面切片(SchlifT)，對其進行測定，其中橫截面是垂直于滑動軸承復合材料的平面延伸走向的。然后光學測量該橫截面，以便測定孔隙度。
[0014]為進一步制備或結構上形成滑動軸承復合材料，建議，在層狀復合體制備之后通過滾壓進行變型處理和然后在450-520°C下進行熱處理。在通過滾壓進行的變型過程中，滑動軸承復合材料被加固。在此，在5-25%，特別是在10-25%和15-25%的變型度范圍內進行加工。在此，以希望的方式實現將承載層硬化到至少140HBW 1/30/10的值。-數據1/30/10表示，根據常規的HBM硬度測量方法以Imm的球形直徑和30kg的負載度在1s的負載持續時間期間測定硬度。對于軸承金屬層，通過將測試力垂直作用于滑動軸承復合材料的平面延伸上，測定硬度。-但是，在此滾壓處理過程中，還調整了青銅基的軸承金屬層的硬化，但是這被確認對于在此所打算的滑動軸承復合材料應用是不利的。已經表明，在根據本發明的滑動軸承復合材料的組成中，通過在450-520°C范圍的所述熱處理，可以實現軸承金屬層硬度的顯著下降。有利地，軸承金屬層的硬度為70HBW 1/10/10-100HBW 1/10/10。如果由此出發通過彎曲滾壓方法成形軸承元件，則又獲得軸承金屬層的加固，但是然后其保持低于臨界極限。
[0015]此外，要求保護一種由根據本發明的滑動軸承復合材料制造的滑動軸承元件，特別是用于將曲柄軸或發動機連桿、尤其是汽車發動機連桿支承在曲柄軸的曲柄銷上的主軸瓦或連桿軸瓦。
[0016]從根據本發明的滑動軸承復合材料出發，通過彎曲滾壓方法可以執行待制備滑動軸承元件的成型。
[0017]證明有利的是，在滑動軸承復合材料成型以形成滑動軸承元件之后，滑動軸承元件的軸承金屬層的硬度為最高160HBW 1/10/10，特別是最高150HBW 1/10/10，更特別是最高140HBW 1/10/10，尤其是最高130HBW 1/10/10和至少100HBW 1/10/10，特別是至少IlOHBff 1/10/10。
[0018]還要指明的是，本發明的滑動軸承復合材料和由其制成的滑動軸承元件在軸承金屬層朝向滑動偶件的一側上可以具有另外的涂層，但是該涂層可以去除以便測定軸承金屬層的硬度。作為涂層可考慮例如層厚度為2-20 μπι，特別是6-18 μπι的基于鋁的噴鍍層，特別是基于鋁-錫的噴鍍層或考慮錫基合金或錫-銅基合金或鉍合金或鉍基合金。替選地，可設置層厚度為2-20 μ m，特別是6-18 μ m的以錫基合金或錫-銅基合金或鉍合金或鉍基合金形式的電鍍涂層。也可以考慮層厚度為2-