用於製造滑動軸承的方法和滑動軸承的製作方法
2023-04-24 21:31:46
用於製造滑動軸承的方法和滑動軸承的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於製造包括支承層(2)和滑動軸承層(3)的滑動軸承(1)的方法，藉助滾壓包層將所述支承層(2)與滑動軸承層(3)連接，其中，在滾壓包層之前在支承層(2)的表面上產生表面結構(4)並且之後將滑動軸承層(3)輥壓到表面結構(4)上。
【專利說明】用於製造滑動軸承的方法和滑動軸承
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於製造包括支承層和滑動軸承層的滑動軸承的方法，藉助滾壓包層(Walzplattieren)使所述支承層與滑動軸承層連接；並且本發明涉及一種包括支承層和滑動軸承層的滑動軸承，所述支承層與該滑動軸承層連接。
【背景技術】
[0002]將巴氏合金用於滑動軸承層、如軸承金屬層或滑動層已在現有技術中被廣泛記載。這方面例如參見AT 505 664 BI或AT 506 450 BI。
[0003]巴氏合金在鋼梁上的沉積通常通過將巴氏合金澆注到鋼梁上來進行，因為鋼和巴氏合金的滾壓包層(輥壓包層)基於這兩種連接夥伴的極為不同的變形能力是困難的。
[0004]通常，在巨大的強度差異下在支承材料和與此連接的滑動軸承材料之間嵌入一個中間層，以便過渡該強度差異。對此的一種例子是錫含量高的鋁合金和鋼的複合物，為該複合物加入純鋁製的中間層，以便能夠滾壓包層該材料複合物。
[0005]原則上在現有技術中同樣已經提到了包層鋼一巴氏合金一複合物。由上面引用的AT 506 450 BI已知,包層適合用於連接由巴氏合金製成的軸承金屬層和支承瓦，當確保軸承金屬層最高在連接表面的區域中被加熱到熔點之上時。對此的原因在於，根據該文獻通過巴氏合金的細粒結構提高了結合強度。細粒結構為此通過非常突然的冷卻實現。但從本文獻不能得出任何關於包層本身的內容。相反，該文獻中所有實例同樣說明了使用基於錫或鋅的增附層或使用釺焊層。
【發明內容】
[0006]本發明的任務在於，提高滾壓包層的滑動軸承複合材料的結合強度。
[0007]該任務一方面藉助開頭所提的方法並且另一方面藉助開頭所提的滑動軸承來解決，其中，根據方法規定，在滾壓包層之前在支承層的表面上產生表面結構並且之後將滑動軸承層輥壓到表面結構上，並且在滑動軸承中支承層具有表面結構，從而滑動軸承層與支承層除了材料結合的連接外還形鎖合地連接。
[0008]在此有利的是，通過表面結構增大了用於形成複合物的表面，由此可改善疊置的層之間的附著。另外，表面結構防止與支承層相比較軟的滑動軸承層的側向滑移，該支承層本質上應當或必須是硬的，因為通過支承層獲得滑動軸承的結構強度。被強烈防止的該側向滑移在包層期間引起滑動軸承層中更高的靜液應力狀態。結果是在兩種材料中、即在支承層和滑動軸承層中的更高的變形度和因此更多新形成的表面，所述表面使兩個層冷焊並因此支持兩個層的連接。另外，通過表面結構實現了兩個層的形鎖合的連接，這形鎖合的連接在兩個層的結合強度方面同樣起支持作用。
[0009]優選將表面結構構造為溝槽結構，由此表面具有溝紋。溝槽結構的優點在於，該結構可簡單地在工業生產過程中通過使用與此相應的成型輥或衝壓輥加工出。溝槽結構的加工因而可更好地以滾壓包層法實現。另外可藉助溝槽結構增大滑動軸承層中的應力狀態，由此進一步改善上面所描述的效果並且因此也可額外提高滑動軸承層在支承層上的結合強度。
[0010]也可規定，在滾壓包層期間在溝槽結構中產生側凹。通過側凹可通過改善的形鎖合進一步提高結合強度，方式是滑動軸承層「卡鉤」在溝槽內。
[0011]為了進一步改善複合物的粘附強度或結合強度，根據另一種實施變型方式可規定，在滾壓包層之前，至少局部地將粘接層施加或將粘接顆粒塗敷到支承層的表面上。
[0012]在此優選粘接顆粒選自包括銅、銻、鋁、鋅、鉍、錫、鐵、鎂、錳、鎳、鈦、釩及其混合物的組。在此有利的是，由此與溝槽結構相比增加了比面積並且可由此提高結合強度。
[0013]另外有利的是，以至少100個顆粒/cm2的表面覆蓋量施加粘接顆粒。由此實現至少一些顆粒設置在表面結構之內，從而在結構之內並且不僅在未結構化的表面區域中通過粘接顆粒提高結合強度。這另外支持防止滑動軸承層在滾壓包層期間由於緊抓效應發生滑移，因此粘接顆粒不僅在連接形成後起作用、而且在此之前在連接構成期間就已經起作用。
[0014]代替或附加於在支承層的表面中，在粘接層的表面上也可產生或存在溝槽結構。由此粘接層不僅在包層之後的熱處理時由於擴散形成固溶體(混晶)並且因此通過固溶體形成提高結合強度，而且也由於形鎖合機械地提高了結合強度。另外由此便利於表面結構的加工，粘接層通常要軟於支承層。對於支承層附加地具有表面結構的情況，該支承層可構造成具有較小深度，由此在機械加工表面結構的情況下可減小用於構成表面結構所需的力並且因此尤其是用於產生表面結構的工具可具有更長的使用壽命。
[0015]根據滑動軸承的實施變型方式可規定，溝紋具有溝槽，該溝槽的溝槽寬度選自下限為0.1mm且上限為0.9mm的範圍，和/或溝槽的溝槽深度選自下限為0.1mm且上限為
0.9mm的範圍。藉助大於0.9mm的溝槽寬度和/或溝槽深度已表明，只不充分地實現上面所描述的滑動軸承層中應力狀態結構的效果，因為溝槽僅被不充分地、即局部不完全地填充以滑動軸承層的材料。藉助小於0.1mm的溝槽寬度和/或溝槽深度也觀察到，雖然仍實現上述效果，但只是以減小的程度，即僅在減小的程度上實現結合強度的改善。
[0016]優選滑動軸承層由巴氏合金或鋁基合金製成，因為眾所周知這種用於滑動軸承的合金具有極高的適配能力。因此也可在支承層和滑動軸承層之間更好地形成形鎖合。
[0017]在此有利的是，滑動軸承層具有選自包括錫、銦、鉍、鉛、銀及其混合物的組的軟金屬，在此，滑動軸承層中的軟金屬含量至少為20%重量百分比並且最多為95%重量百分t匕，因為由此除改善該合金的滑動性能外，一方面可由於軟金屬含量改善適配能力和因此關於表面結構的形狀填充係數，從而改善到表面結構中的輥壓，並且另一方面滑動軸承層通過限制最高含量也具有足夠的固有強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更好地理解本發明，下面藉助附圖詳細說明本發明。
[0019]分別以示意簡化的圖示出:
[0020]圖1為滑動軸承的側視圖；
[0021]圖2為形成連接的滑動軸承的局部圖；
[0022]圖3為根據形鎖合連接的一種實施變型方式的滑動軸承的局部圖；
[0023]圖4為根據形鎖合連接的另一種實施變型方式的滑動軸承的局部圖。
【具體實施方式】
[0024]首先要指出，在不同描述的實施方式中相同部件設有相同附圖標記或相同構件名稱，其中，在全部說明書中包含的公開內容可以按意義轉用到具有相同附圖標記或相同構件名稱的相同部件上。同樣，在說明中選擇的位置說明如上面、下面、側面等涉及直接描述的以及示出的附圖並且在位置改變時按意義可轉用到新的位置上。
[0025]圖1示出滑動軸承I的側視圖。滑動軸承I包括或由一個支承層2和一個滑動軸承層3構成。
[0026]除了具有至少接近180°的角度範圍覆蓋的半瓦實施方式外，非封閉的滑動軸承I也可具有與此不同的角度範圍覆蓋、例如至少接近120°或至少接近90°，因此，滑動軸承元件I也可構造為三分之一瓦、或構造為四分之一瓦，它們可與相應的其它軸承瓦組合在軸承容納座中，在此根據本發明的滑動軸承I優選安裝在軸承容納座中承受更高載荷的區域中。
[0027]然而也可想到滑動軸承I的其它實施變型方式、例如構造為軸套的實施方式。
[0028]支承層2通常由硬質材料製成。作為用於支承層2 (又稱為支承瓦)的材料可使用青銅、黃銅等。在本發明的優選實施變型方式中，支持層2由鋼製成。
[0029]滑動軸承層3在根據圖1的實施變型方式中構造為滑動層，該滑動層與待支承的構件、如軸直接接觸。
[0030]但在本發明的範疇中除了雙層實施方式外，滑動軸承I也可由多於兩個層構成。在此情況下，滑動軸承層3是軸承金屬層，在該軸承金屬層上之後尚設有滑動層。在此在該軸承金屬層和滑動層之間可設置至少一個中間層、如擴散阻擋層和/或粘接層。
[0031]多層滑動軸承的這種設計結構原則上由現有技術已知，因此，這方面參見相關現有技術。
[0032]滑動軸承層3由與支承層2的材料相比更軟的材料製成。滑動軸承層3尤其是由巴氏合金製成。巴氏合金例如可以具有組合物SnSb7Cu3.5Cdl、PbSbl4Sn9CuNiCdAs、PbSnl5SnlOAs、 SnSb7Cu3.5、 SnSb8Cu3、 SnSb8Cu3、5NiCd、 SnSb10Cu4NiCdAsCr 或SnSbl2Cu5.5NiCdAs，但如由現有技術已知的其它組合物也是可能的。
[0033]除了巴氏合金外也可使用其它合金、如鋁基合金、尤其是軟金屬如鉛青銅含量高的招基合金。
[0034]在本發明的意義中，軟金屬是指選自包括錫、銦、鉍、鉛、銀的組的金屬，在此也可能是包括至少兩種該組元素的混合物。
[0035]在本發明的意義中，軟金屬在非巴氏合金、例如鋁基合金中的高含量例如可理解為軟金屬含量為至少20%重量百分比。軟金屬含量尤其是介於20%重量百分比和40%重量百分比之間。
[0036]而在巴氏合金中軟相含量可高達95%重量百分比、例如介於40%重量百分比和85%重量百分比之間。
[0037]在鉛青銅中，軟金屬含量最多可佔20%重量百分比。
[0038]在此應考慮，軟金屬含量根據這些合金的應用——即作為軸承金屬層或作為滑動層——而變化，優選滑動層合金比軸承金屬合金具有更高含量的軟相元素。
[0039]但原則上相反的實施方式也是可能的，即在軸承金屬合金中的軟相元素含量高於滑動層，儘管該實施方式被用於特定應用。
[0040]這種鋁基合金的例子是AlSn40Cu、AlSn40、AlSn25Cu、AlSn25、AlSn25CuMn、AlSn20Cu、AlSn20CuMn，在此也可使用其它由現有技術已知的鋁基合金。
[0041 ] 另一種可使用的合金例如是PbSn9Sb 15。
[0042]滑動軸承層3通過滾壓包層與支承層2連接。為此眾所周知地將支承層2和滑動軸承層3放在一起，使得它們在表面上相互貼靠，隨後將該鬆散的複合物輸送至包括兩個或多個輥壓工具的軋機機座，兩個層在所述輥壓工具之間穿過並且在此被彼此連接。
[0043]接著，還要將在此產生的複合材料、即相應滑動軸承元件的初級產品在壓力機中變形為最終的(半)瓦。必要時在此之前還可由較大的板中切割出條帶，這些條帶至少大致相應於待由其製造的滑動軸承元件的尺寸一也可在變形後例如通過精密鑽孔進行精加工。
[0044]這一基本過程已由現有技術充分公開，因此有關進一步的細節參見相關的現有技術。
[0045]現在在圖2中示出本發明的第一種實施變型方式。
[0046]僅局部以側視圖示出的滑動軸承I的初級產品也包括或由支承層2及滑動軸承層3構成。
[0047]支承層2設有表面結構4。該表面結構具有凸起5和凹陷6，凹陷設置在凸起5之間。可這樣構造凹陷6，使得其在所有側被凸起5包圍。在此情況下，凹陷6例如在俯視圖中可具有圓形的、橢圓形的、正方形的、矩形的、六邊形的或概括地說多邊形的橫截面。每兩個並排的凹陷6之間的距離在此可介於0.05mm和0.5mm之間。
[0048]但表面結構4優選構造成由多個單個並排的溝槽、即溝槽狀凹陷6構成的溝紋，所述溝槽通過構成凸起5的板條彼此分離。溝槽狀的凹陷6在此可以以其縱向延伸在滑動軸承I的圓周方向上和/或徑向方向上和/或對角方向上、即傾斜於徑向方向延伸。但凹陷優選在由此制出的滑動軸承I的圓周方向上或者說在輥壓方向上延伸，因為由此可通過更好的因輥隙中以不同方式形成的靜液應力狀態產生的變形特性實現更好的填充度。
[0049]溝槽狀的凹陷6優選具有選自下限為0.1mm且上限為0.9mm的範圍、尤其是選自下限為0.3mm且上限為0.7mm的範圍的溝槽寬度7。溝槽寬度在此是凸起6的限定凹陷6的側面的中點之間的距離。
[0050]溝槽深度8優選選自下限為0.1mm且上限為0.9mm的範圍、尤其是選自下限為
0.4mm且上限為0.8mm的範圍。溝槽深度8相應於與相應凹陷6鄰接的凸起5的、從凹陷6的底面9的最低點起測量的最大高度。
[0051]底面9可在製造公差的範疇中構造成至少大致平面的。但該底面也可設有拱度，從而底面9相對於凹陷6具有凸形走向。
[0052]另外，凸起5的側面在橫截面中看可以直線地延伸。但該側面也可具有彎曲的延伸，帶有朝向凹陷6的彎曲。
[0053]在此，底面9和/或側面也可由平面的區段或者說直線的區段和彎曲的區段的組合構成。
[0054]當然，這些實施方式也可用於前述環繞的凹陷6或包圍所述凹陷的凸起5。
[0055]原則上，其它形狀設計也是可能的。
[0056]另外，凹陷6可構造有局部彼此不同的深度和/或凸起5可構造有局部彼此不同的高度。
[0057]在最簡單和優選的情況下，藉助至少一個成型輥、即輪廓輥或衝壓輥來製造表面結構，所述成型輥具有相應的表面結構並且壓入待成型的表面中。也可在多個步驟中用多個成型輥來製造表面結構4。但也可使用其它機械方法如通過噴砂、或化學方法如藉助蝕刻來實現表面結構4。但這些並非優選的方法，因為由此不能預先確定或者說過於不精確地預先確定精確的表面結構。
[0058]也可藉助雷射或電子束等來製造表面結構。
[0059]當在支承層2上產生表面結構4之後，將該支承層與滑動軸承層3接合併且共同輥壓這兩個層。在輥壓期間滑動軸承層3的材料部分被擠入凹陷6中，由此除了兩種材料的上述冷焊外還形成形鎖合。必要時也可在包層之前加熱兩種待連接的材料的至少之一、尤其是滑動軸承層3的材料，在此溫度應為材料熔點的最大70%、尤其是最大50%。
[0060]包層、即輥壓優選以5%至60%之間的道次壓縮量(Stich)進行。因此考慮兩種待連接的層的層厚減小。由於滑動軸承層3的硬度較小，滑動軸承層的層厚在輥壓時比支承層2的層厚減小更甚。層厚減小的程度可由所選擇的道次壓縮量預先決定。例如滑動軸承層3的層厚相對於原始層厚減小了在20%和70%之間的值。支承層2的層厚必要時也被相對於原始層厚減小了例如在5%和30%之間的值。
[0061]滾壓包層可在一個或多個步驟中進行。在此，相對於初始層厚每一軋制道次的層厚減小量可在I %和10%之間。
[0062]滾壓包層也可以較大的道次壓縮量、尤其是在30%和50%之間進行。這種實施方式的結果在圖3中示出。
[0063]圖3如圖2也示出滾壓包層之後的支承層2和與之連接的滑動軸承層3。但在該實施變型方式中這樣選擇滾壓包層期間的變形，使得不僅滑動軸承層3的材料被部分擠入凹陷6中，而且附加地表面結構4的凸起5、在此情況下即溝槽之間的板條也至少部分變形，以致這些凸起——在橫截面中看——構造成具有側凹10的蘑菇狀。在此也觀察到，凸起5的上端面11彎曲並且至少大致構成凹形走向。該變形或者說成形在滾壓包層期間受到上面已經提到的滑動軸承層3中的應力狀態支持。因此凸起5在頭部區域12中比在根部區域13中變形更甚。
[0064]通過側凹10支持兩個層彼此間的幾何嚙合、即形鎖合併且因此改善複合材料的結合強度。
[0065]在圖3中以虛線示出滑動軸承I的另一種實施變型方式。在該實施變型方式中，在支承層2和滑動軸承層3之間設置一粘接層14，該粘接層與支承層2連接。粘接層14在滾壓包層之前被塗敷到或沉積在支承層2上，例如電鍍地或以相應的浸潰法。
[0066]用於粘接層14的材料可從包括銅、錫、鋁、銅、鎳、銻、鋅、鉍、鐵、鎂、錳、鈦、釩及其合金的組中選擇。
[0067]在圖3所示的實施變型方式中，這樣選擇粘接層14的層厚，使得表面結構4完全構造在粘接層14中。相反，支承層2的表面至少在很大程度上或完全不具有這種表面結構4。
[0068]由於粘接層14通常比支承層2更軟，因此實現下述優點:可以以較小的壓力加工出表面結構4。另外，粘接層14還能實現在滾壓包層之後對複合材料進行熱處理時形成由粘接層14的成分和滑動軸承層3的材料構成的固溶體，該固溶體的形成本身又有利於改善層的結合強度。例如在此可與銅形成固溶體。
[0069]備選於粘接層14，可將粘接顆粒撒到已經結構化的支承層2的表面上，以提高結合強度。
[0070]在本發明的意義中，粘接顆粒可理解為這樣的顆粒，其使滑動軸承層3相對於沒有這樣顆粒的實施方式改善附著在支承層2上。
[0071]粘接顆粒在此可從包括銅、銻、鋁、鋅、鉍、錫、鐵、鎂、錳、鎳、鈦、釩及其混合物的組中選擇。
[0072]在此特別有利的是，以至少100個顆粒/cm2的表面覆蓋量、尤其是以500個顆粒/cm2和120000個顆粒/cm2之間、優選500個顆粒/cm2和5000個顆粒/cm2之間的表面覆蓋量施加粘接顆粒。
[0073]另外，進行的試驗表明，對於結合強度有利的是，粘接顆粒具有介於30μπι和300 μ m之間的最大直徑。
[0074]最大直徑在此是顆粒的最大直徑尺寸。
[0075]粘接顆粒優選具有至少大致圓形的或至少大致塊狀或者說至少大致立方體狀的外形，因此它們不用作缺口位置。但原則上也可使用與此不同的、如具有長形外形的粘接顆粒。
[0076]圖4示出滑動軸承I的初級產品的另一種實施變型方式(圖1)。在該實施變型方式中，在支承層2的表面中構造表面結構。隨後在已經成型的該表面上局部塗敷粘接層14，更確切地說尤其是該粘接層沉積於凹陷6中。之後如上所述將滑動軸承層3輥壓到該材料複合物上。在該實施變型方式中，也可如上所述實現固溶體形成的優點，以改善結合強度。
[0077]備選於此地也可規定，表面結構4不僅至少部分構造在支承層中2、而且至少部分構造在粘結層14中。
[0078]在此應注意，未說明常見的方法步驟、如支承層2表面的脫脂等，但這些方法步驟當然應在必要或需要時加以實施。
[0079]這些實施例描述或示出用於製造滑動軸承I的方法的和滑動軸承I的可能的實施變型方式，在此要指出，各個實施變型方式彼此間的不同組合也是可能的並且這種變型可能性基於本發明技術手段的教導是在本領域技術人員的能力範圍之內的。
[0080]最後為清楚起見要指出:為了更好地理解滑動軸承I的結構，該滑動軸承或其組成部分局部未按比例和/或放大和/或縮小地示出。
[0081]附圖標記列表
[0082]I滑動軸承
[0083]2支承層
[0084]3滑動軸承層
[0085]4表面結構
[0086]5 凸起
[0087]6 凹陷
[0088]7溝槽寬度
[0089]8溝槽深度
[0090]9 底面
[0091]10 側凹
[0092]11 端面
[0093]12頭部區域
[0094]13根部區域
[0095]14粘接層
【權利要求】
1.用於製造包括支承層(2)和滑動軸承層(3)的滑動軸承(I)的方法，藉助滾壓包層使所述支承層(2)與滑動軸承層(3)連接，其特徵在於，在滾壓包層之前在支承層(2)的表面上產生表面結構(4)並且之後將滑動軸承層(3)輥壓到表面結構(4)上。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述表面結構(4)構造為溝槽結構。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在滾壓包層期間在表面結構(4)中、尤其是在溝槽結構中產生側凹(10)。
4.根據權利要求1至3之一所述的方法，其特徵在於，在滾壓包層之前，至少局部地將粘接層(14)或粘接顆粒塗敷到支承層(2)的表面上。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述粘接顆粒選自包括銅、銻、鋁、鋅、鉍、錫、鐵、鎂、錳、鎳、鈦、釩及其混合物的組。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，以至少100個顆粒/cm2的表面覆蓋量施加粘接顆粒。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，代替或附加於在支承層(2)的表面中，在粘接層(14)的表面上產生溝槽結構。
8.包括支承層(2)和滑動軸承層(3)的滑動軸承(I)，所述滑動軸承層與支承層(2)相連接，其特徵在於，所述支承層⑵具有設有凸起(5)和凹陷(6)的表面結構(4)，使得滑動軸承層(3)與支承層(2)除了材料結合的連接外還形鎖合地連接。
9.根據權利要求8所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，在滑動軸承層(3)和支承層(2)之間至少局部地設置粘接層(14)或施加粘接顆粒。
10.根據權利要求9所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，所述粘接顆粒選自包括銅、銻、鋁、鋅、秘、錫、鐵、鎂、猛、鎳、鈦、銀及其混合物的組。
11.根據權利要求9或10所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，粘接顆粒以至少100個顆粒/cm2的表面覆蓋量施加。
12.根據權利要求9所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，代替或附加於在支承層(2)的表面中，表面結構(4)構造在粘接層(14)的表面上。
13.根據權利要求8至12之一所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，所述表面結構(4)由溝紋構成。
14.根據權利要求13的滑動軸承(I)，其特徵在於，溝紋具有側凹(10)。
15.根據權利要求13或14所述的滑動軸承(1)，其特徵在於，所述凹陷(6)具有寬度、尤其是溝紋的溝槽具有溝槽寬度(7)，所述寬度選自下限為0.1mm且上限為0.9mm的範圍。
16.根據權利要求15所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，所述凹陷(6)具有深度、尤其是溝槽具有溝槽深度(8)，所述深度選自下限為0.1mm且上限為0.9mm的範圍。
17.根據權利要求8至16之一所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，所述滑動軸承層(3)由巴氏合金或招基合金製成。
18.根據權利要求8至17之一所述的滑動軸承(I)，其特徵在於，所述滑動軸承層(3)具有選自包括錫、銦、鉍、鉛、銀及其混合物的組的軟金屬，其中，滑動軸承層中的軟金屬含量至少為20%重量百分比並且最多為95%重量百分比。
【文檔編號】F16C33/12GK104053918SQ201380005902
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月24日 優先權日:2012年1月25日
【發明者】F·朗拜因, L·黑蒂克, M·霍爾青格 申請人:米巴滑動軸承有限公司