轴承元件的制作方法
专利名称：轴承元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴承元件，包括一支承层、一在支承层上面设置的轴承合金层和一在轴承合金层上面设置的阴极喷镀的滑动层，还涉及一种制造轴承元件的方法。
发动机工业中的技术进展导致，对轴承元件例如滑动轴承总是提出更严格的要求。单层滑动轴承由于在高转速时变薄的油膜不再能满足这些要求，例如对抗腐蚀磨损，从而滑动轴承工业增多地转向多层滑动轴承。其通常包括一钢支承层，在其上通过滚压、电镀或阴极喷镀涂覆一个或多个其他的层。这些其他的层首先是轴承合金层，其在必要时通过一粘结层的中间连接固定在钢支承层上，在该轴承合金层上在必要时通过一粘结层或一扩散阻挡层的中间连接涂覆滑动层，其由一合金，例如一具有或高或低的锡成分的铝合金，或由一滑动漆构成。
通过受摩擦应力的构件或表面的这种的涂层序列，一方面应该能够达到用于改善的热力学的较高的点火压力，并从而以后减少的能耗或减至最少的废气量。另一方面发动机工业除要求提高内燃机的效率亦即比功率并从而经济性和较高的环境相容性以外，还要求较轻型的发动机，由此引起各个构件的较小的尺寸。随之而来的也应该特别在较高的温度下采用易流动的润滑油以便保持较小的摩擦功耗。要求的汽车、特别是载货汽车的寿命为至少约1百万公里并且维修间隔期也应该总是变得更长的，由此为了可以确定轴承元件的磨损，可以减少其检查时机。换言之必须明显地提高轴承元件的平均寿命。
这些要求导致轴承元件的较高的比载荷以及导致较高的动力应力。此外构成较小的润滑间隙，由此产生更多的和更强的混合摩擦状态。这可能导致局部地例如在边缘形成边界摩擦状态并且在局部几乎不形成有承载能力的油膜。由于在燃烧过程中产生的热的减少的排除，随之可能出现局部的温度峰值，其可能至少局部地损坏滑动轴承层或影响滑动轴承的寿命。
由此出发，本发明的目的是，提供一种滑动元件，其满足这些要求。
本发明的该目的总是独立地通过一种轴承元件来达到，其构成为所谓阴极喷镀轴承并且作为第四层在该阴极喷镀层上具有一滑动漆层或通过一种用于制造该轴承元件的方法达到，其中在沉积滑动层的阴极喷镀方法以后在轴承合金层上涂覆一附加的滑动漆层。
原则上通过涂覆一附加的软层以减少一固定层的摩擦的缺点的方法是已知的，但在达到当前的目的解决方案中并不能达到目的，因为通过磨掉软层实现局部的几何适应，并且在边界摩擦状态时预期较高的磨损并从而短的寿命。此外在较高的温度下金属层软化，从而由此迁移粒子并且在较低的温度的区域内由于材料的内部的亲合力而积聚并重新硬化。由此引起润滑间隙几何的破坏，层越厚破坏越大。此外对于当前的目的，金属层的摩擦系数已证明是过高的。同样已发现，一滑动漆在传统的滑动元件的底层上不能达到要求的寿命。
通过一作为滑动层或摩擦层的阴极喷镀层与一在其上设置的滑动漆层的按照本发明的组合达到的优点是，特别地被设计成磨合层的滑动漆层，不仅被局部地磨掉而且由于动载荷也使底层变形。因此两层在磨合阶段一起参与适应并因此明显地降低磨合层的磨损率。基本上，与在传统的轴承元件中相比存在一不同的作用机理。因此也有可能，只使底层，亦即滑动层或摩擦层变形，而不使滑动漆层塑性变形。在本发明的轴承元件中没有区域观察到在其上积聚磨合层或滑动层的磨掉的粒子，从而润滑间隙几何至少基本上保持不变。由此也可能将滑动漆层构成为薄层。与传统的滑动层相比，特别是阴极喷镀层，以此可达到较高的对待支承的元件例如轴的适应性。其另外的优点是，滑动漆层可以直接涂覆到滑动层上，亦即不再需要一个传统的由现有技术已知的滑动轴承通常采用的镍层作为扩散阻挡层，从而本发明的轴承元件与已知的多层滑动轴承相比不仅改善关于其机械特性，而且在制造本发明的轴承元件中还可实现相应的成本优势。
滑动漆层可以具有各向异性的特性，特别在载荷方向，亦即垂直于各层的方面能够允许高的机械载荷，同时在平行于滑动漆层的方向具有较低的抗剪强度。
滑动漆层可以包含至少一种热塑性树脂作为主组分，其中该热塑性树脂特别选自由包括聚酰亚胺、特别是芳族的聚酰胺亚胺、特别是芳族的聚芳醚亚胺的组，必要时用下列材料加以改性，即异氰酸酯、酚醛树脂、聚芳醚醚酮、聚酰胺、特别是芳族的环氧树脂、聚四氟乙烯、含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、烯丙基硫化物、聚三唑均苯酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚芳硫化物、聚亚乙烯基硫化物、聚砜、聚芳砜、聚芳氧化物、由其制成的共聚物和混合物，例如聚酰亚胺和/或聚酰胺酰亚胺和/或聚芳醚酰亚胺和/或酚醛树脂和/或聚芳醚醚酮和/或聚酰胺和/或环氧树脂和/或聚四氟乙烯和/或含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、亚烯丙基硫化物和/或聚三唑苯亚胺和/或聚酯酰亚胺物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、烯丙基硫化物和/或聚三唑苯酰亚胺和/或聚酯酰亚胺和/或聚亚乙烯硫化物和/或聚砜和/或聚芳砜和/或聚芳氧化物与聚酰亚胺和/或聚酰胺酰亚胺和/或聚酰胺酰亚胺和/或聚芳醚酰亚胺和/或酚醛树脂和/或聚芳醚醚酮和/或聚酰胺和/或环氧树脂和/或聚四氟乙烯和/或含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯聚共物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯和/或亚烯丙基硫化物和/或聚三唑均苯酰亚胺和/或聚酯酰亚胺和/或聚芳硫化物和/或聚亚乙烯硫化物和/或聚芳砜和/或聚芳氧化物的共聚物和混合物。
在这里优点是，通过主要由热塑性树脂或树脂混合物或共聚物构成的滑动漆层可以提供一循环的取决于温度的软化和硬化的机理，由此可以提高滑动漆层的寿命。另外优点是，通过特别列举的树脂或树脂混合物或共聚物，轴承功能能够适应于不同的载荷情况，从而因此例如较昂贵的树脂类型只用于可能受高载荷的轴承元件并从而对于受较低载荷的轴承元件可以实现成本优势。
滑动漆中的树脂份额可以从下限为30％和上限为95％的范围选择。以此可以实现变形向底层的转移能力的变化，从而滑动漆层特别在磨合阶段的适应性可以更好地匹配于相应的要求。
为了进一步改善这种效应，按照本发明的进一步构成能够从下限为50％重量和上限为85％重量的范围或从下限为70％重量和上限为75％重量的范围选择滑动漆层的树脂份额。
热塑性树脂可以包含至少一种添加物，其选自包括润滑剂、特别是MOS2、h-BN、WS2、石墨、聚四氟乙烯、Pb、Pb-Sn合金、CF2、PbF2，另外硬材料，例如CrO3、Fe3O4、PbO、ZnO、CdO、Al2O3、SiC、Si3N4、SiO、Si3N4，另外粘土、滑石、TiO2、多铝红柱石、CaC2、Zn、AlN、Fe3P、Fe2B、Ni2B、FeB、金属硫化物，例如ZnS、Ag2S、CuS、FeS、FeS2、Sb2S3、PbS、Bi2S3、CdS、纤维、特别是无机纤维例如玻璃、碳、钛酸钾、晶质例如SiC、金属纤维例如由Cu或钢构成的纤维、以及它们的混合物，例如至少一种特别是所述类型的润滑剂和/或至少一种特别是所述类型的硬材料和/或至少一种特别是所述类型的金属硫化物和/或至少一种特别是所述类型的纤维状的添加物与全部的特别是所述类型的至少一种润滑剂和/或一种硬材料和/或一种金属硫化物和/或至少一种纤维状的添加物的混合物。
由此尤其可以影响滑动漆层的外貌，亦即例如表面粗糙度，并且最终以此有可能影响滑动漆关于摩擦的性能。特别是利用至少一种润滑剂给予滑动漆以一较高的可滑动性或利用至少一种硬材料或至少一种纤维状的添加物改变滑动漆的硬度，特别是由此还可以影响或改善滑动漆层的耐磨性和/或滑动漆层的摩擦系数。
有利的是，滑动漆层包含至少一种添加物，其具有薄片状的形状，因为以此可以改善滑动漆的特性的各向异性，并从而改善滑动漆的平整特性，从而与混合摩擦相比边界摩擦的部分明显退到次要位置。
优选添加物的添加份额为由下限5％和上限30％的范围选择或也可以将这些界限用于不同的添加物的混合物，以便进一步加强上述效应。
在这种情况下有利的是，添加物的添加份额为由下限为10％和上限为25％的范围选择或按照另一实施方案由下限为15％和上限为20％的范围选择，由此同样可达到上述效应的进一步改善。
至少一种添加物具有优选选自下限为0.5μm和上限为20μm的范围的粒子尺寸。在该给的粒子尺寸的范围内在峰值分解，亦即滑动漆层或待支承的元件例如轴的表面的平整，和减小的摩擦之间在添加物构成为润滑剂的情况下达到平衡的比例。
为了进一步改善这种效应，有利的是，至少一种添加物具有的粒子尺寸选自下限为2μm和上限为10μm的范围或按照另一实施方案选自下限为3μm和上限为5μm的范围。
特别有利的是，至少一种添加物由二硫化钼粒子构成并具有平均的长度选自下限为10μm和上限为40μm的范围和/或平均的宽度选自下限为10μm和上限为40μm的范围和/或平均的高度选自下限为2nm和上限为20nm的范围，因此二硫化钼粒子特别再次基本上具有薄层状的形状，由此达到这些MoS2薄片至少部分地垂直于运动方向定位并从而使跟随的粒子或多或少地可以“连续”，从而由此可以降低磨损。
为了进一步改善这种效应，有利的是，二硫化钼按照各实施方案具有的粒子尺寸具有长度选自下限为15μm和上限为35μm的范围和/或平均的宽度选自下限为15μm和上限为35μm的范围和/或平均的高度选自下限为5nm和上限为15nm的范围或具有平均的粒子长度选自下限为18μm和上限为25μm的范围和/或平均的宽度选自下限为18μm和上限为25μm的范围和/或平均的高度选自下限为5nm和上限为8nm的范围。
为了经由宽的界限可以改变滑动漆层的自润滑性能，有可能由石墨构成至少一种添加物，特别地具有选自下限为2μm和上限为8μm的范围的粒子尺寸。
滑动漆层可以具有层厚度选自下限为2μm和上限为40μm的范围或按照进一步构成下限为5μm和上限为20μm的范围或按照另一实施方案选自下限为10μm和上限为15μm的范围，由此轴承元件再次可以适应于相应的应用情况，例如大型轴承或小型轴承，并从而在确保长期可靠的保持轴承元件特性不变的同时可达到相应的成本优化。
特别有利的是，滑动漆由包含二硫化钼和石墨的聚酰亚胺树脂、特别聚酰胺酰亚胺树脂构成，其中聚酰亚胺在溶剂中的份额由下限为60％和上限为80％的范围选择，MoS2的份额选自下限为15％和上限为25％的范围，而石墨的份额选自下限为5％和上限为15的范围，因为通过这样的组合，尽管MoS2和石墨在聚酰亚胺树脂内的高份额，但意外地能够预料不到地改善轴承元件的耐磨性。因此并未预期如此，因为随着降低的聚酰亚胺树脂份额，其尤其可视为降低摩擦的添加剂的粘结剂，预期会使层的粘结度变坏而使其最终“破碎”。通过选择的MoS2和石墨的份额，特别是MoS2与石墨的份额的比例，并未发生这种情况，本申请人到目前的时刻对此尚无解释的理论。但推测是MoS2与石墨的粒子之间的相互作用。
由此还可以改善空蚀性能并且另外还降低轴承元件的可腐蚀性。
为了进一步改善这种特性，可能的是，由下限为65％和上限为75％或下限为67.5％和上限为72.5％的范围选择聚酰亚胺树脂在溶剂中的份额或聚酰亚胺树脂在溶剂中的份额特别为70％，另外由下限17％和上限为22％或下限为18.5％和上限为21.5％的范围选择MoS2的份额或该份额为20％或另外由下限为7％和上限为13％或下限为8.5％和上限为11.5％范围选择石墨的份额或该份额为10％。
特别有利的是，由下限为1.5∶1和上限为4.5∶1的范围选择MoS2与石墨的比例，以便由此可以再次经由更宽的极限改善滑动漆层的性能并从而改善磨合特性。
滑动层可以构成有层厚度选自下限为10μm和上限为30μm或下限为12μm和上限为20μm或下限为15μm和上限为17μm的范围。特别有利的是，滑动层的层厚度与滑动漆层的层厚度的比例选自下限为2∶1和上限为5∶1的范围。通过这样的层厚比例或给定的层厚范围改善所述效应，不仅局部磨掉磨合层而且由于动载荷也使底层变形并从而该两层在磨合阶段参与适应。此外通过选择的滑动层的层厚度改善轴承元件的疲劳强度。
按照对此的一个实施方案，滑动层的层厚度与滑动漆层的层厚度的比例可以为至少近似3∶1。
也可以设定，轴承合金层的层厚度与滑动层的层厚度的比例选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围或该比例可以为至少近似10∶1，其中轴承合金层不必具有运转性能，而除支承层之外只有助于轴承元件的机械强度。必要时该轴承合金层自然可以具有减摩性能。
最后也有利的是，轴承合金层的支承层的层厚度的比例选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围或支承层的层厚度与轴承合金层的层厚度的比例为至少近似10∶1，由此在一方面可以达到在产生于轴承元件制造的成本与轴承元件的机械强度之间的平衡比例。
特别有利的是，将不含铅的材料用于各个层而至少除去污染，亦即轴承元件基本上是不含铅的，因为比此可以减轻环境负担。
轴承元件特别可以构成为滑动轴承半瓦、轴承套或止推环。
为了更好地理解本发明，借助后面的附图更详细地说明本发明。在这里示出大大示意简化的视图
图1 本发明的滑动轴承半瓦形式的轴承元件。
首先应该规定，在描述中选择的位置说明，例如上面、下面、侧面等涉及直接描述的和示出的图并且在位置改变时按意义转到新的位置上。此外描述的不同的实施例的单个特征或特征组合同样可以构成独立发明的或按照本发明的解决方案。
在当前的描述中关于数值范围的全部参数应该理解为，其包括任何的和其中全部的部分范围，例如参数1至10应该理解为，包括从下限1到上限10之间的全部的部分范围，亦即全部的部分范围以一个下限1或更大开始而终止于一个上限10或更小，例如1至1.7或3.2至8.1或5.5至10。
各实施例示出可能的轴承元件的实施方案，其中在该点应该指出，本发明并不限于其特别示出的实施方案，而更确切地说各个实施方案彼此不同的组合也是可能的，并且这种变型可能性由于本发明的技术处理的原理处于在技术领域工作的技术人员的能力内。因此同样全部可设想的实施方案均包括在保护范围内，这些方案通过所示的和描述的实施方案的各个细节的组合是可能的。
图1示出一按照本发明的轴承元件1，包括一个支承层2、一个轴承合金层3、一个滑动层4和一个在后者上面按照本发明设置的滑动漆层5。
支承层2通常由钢构成，但当然地可以由可比较的材料构成，利用它可实现相同的或类似的功能，亦即提供轴承元件1的机械强度。在这方面整个的轴承元件1的机械强度取决于相应的应用领域，从而例如也可以采用铜合金，例如黄铜、青铜。并且通过支承层2给轴承元件1以形状稳定性。
在该支承层2上面设置的轴承合金层3由轴承合金构成。其可以例如由一种铝基亦即具有铝基体的合金构成，其中可以填充至少一个软相和/或至少一个粒子状的硬材料。
至少一个软相可以由至少一种从包括锡、锑、铟、铋的第一组中选出的元素构成。必要时，轴承合金层3也可以包含铅，但为此优选采用不含铅的合金。
硬粒子可以例如由至少一种从包括铜、锰、锌、钴、铬、硅、镁和铁的元素组中选出的元素或由元素钪和/或锆构成。同样有可能的是，该硬粒子由金属互化相构成，其例如在最后所述的各元素之间或各元素与铝之间构成。同样有可能由纤维构成该硬粒子的至少一定份额。
当然也可以在轴承合金层3的轴承金属合金中包含任何其他的由现有技术已知的软相和/或硬粒子。
借助于软相公知地有可能的是，当在其上面设置的滑动层4或润滑漆层5中由于轴承元件的运转产生缺陷部位并从而轴承合金层3至少接近直接与一个待支承的构件例如轴发生接触时，为轴承元件1提供减摩性能。由此在必要时还为轴承元件1提供嵌入固体粒子的能力，该固体粒子来源于因轴承元件1的应用产生的磨损。硬粒子给予铝合金以需要的机械强度。
特别是锡基、铋基、铟基、铅基或铝基的合金以及在必要时含高铅的CuPb基或AlSn基或AlBi基的合金适于作为轴承合金3。特别是含高锡的锡基合金具有优点。也可采用不含铅的铜基合金。
可应用的铜基轴承合金是例如CuPb22Sn2、CuPb10Sn10、CuPb15Sn7、CuSn6、CuSn4Zn。特别是CuAl基、CuSn基、CuZn基、CuZnSn基以及CuBi基的不含铅的铜合金在微小的环境负担方面是有利的。
可应用的锡基轴承合金是例如Sn8Cu4、SnSb12、Cu6Pb。
可应用的铅基轴承合金是例如PbSb10Sn6、PbSb15Sn10、PbSb15SnAS。
铝基轴承合金可以例如由AlSn40、AlSn20、AlSn25、AlSn10、AlSn6等构成。
还有可能采用AlZn基例如AlZn4SiPb的、或AlSi基例如AlSi11CuMgNi的或AlAnSi基例如AlSn20Si4的轴承合金。
轴承合金层3可以例如电流地通过电镀等涂覆到支承层2上，如其由现有技术已知的。
然后借助于阴极喷镀法例如由铝合金在该两层或多层的结构上气相喷镀滑动层4。当然也可以气相喷镀其他的由现有技术已知的合金或金属，如其在阴极喷镀法中通常用于该应用目的加工的，例如包括铅和/或铋和/或铟和/或锡作为合金元素的铝基合金，包括铅和/或铋和/或铟和/或锡的铜基合金、银基合金，银铅合金等。列举的可能采用的合金不是详尽的并且当然也可以加工不同于所述的合金或混合物，其中特别优选采用不含铅的合金。
由于阴极喷镀法本身是已知的，在这方面可参阅有关文献。
这样的合金可以包含在50％至90％重量的范围内的铝，例如在50％与80％重量之间的范围内、优选在60与79％重量之间的范围内、特别是在64％与70％重量之间的范围内的铝以及在5％与45％重量之间的范围内的锡，例如在10％与39％重量之间的范围内、优选在12％与32％重量之间的范围内、特别是在17％与20％重量之间的范围内的锡。当然可以包含其他的合金元素，例如锰、铁、钴等用以形成规定的合金相，例如硬材料。
其他的合金元素是例如Ag、Al、Fe、Cu、Ni、Sc、Si、Zn、Mn、Co、Cr、Zr、Mg。
这样的包括支承层2、轴承合金层3和滑动层4的结构的滑动轴承是现有技术，并且对比可参阅有关文献，以便在这方面避免不必要的重复。只应该特别说明，轴承合金层3的组分不同于滑动层4的组分。
按照本发明在滑动层4上面设置滑动漆层5。这可以例如通过展涂、喷涂等涂覆。
优选直接相叠设置轴承元件1的各个层，亦即轴承合金层3直接在支承层2上和/或滑动层4直接在轴承合金层3上和/或滑动漆层直接在滑动层4上。当然在本发明的范围内例如如果各个层的粘结强度是不够的，可以在它们之间、亦即例如在支承层2与轴承合金层3之间和/或在轴承合金层3与滑动层4之间和/或在滑动层4与滑动漆层5之间设置另一功能层，例如以粘结层的形式，其例如由一种纯金属如铝或一种合金例如AlZn4.5构成，或甚至以一个阻挡层的形式，例如镍坝，以便例如阻止各个合金组分在各层之间的扩散。这些层也已是现有技术，从而在这方面无必要进一步讨论。
滑动漆层5优选主要由一种热塑性树脂构成，如其先前已说明的。例如可以采用一种聚酰胺酰亚胺树脂作为热塑性树脂或也可以至少一种上述的热塑性树脂。该树脂可以存在于至少一种溶剂中，特别是一种有机的溶剂中，例如二甲苯，由此可便于可加工性。其中溶剂份额相对于树脂份额、亦即包括溶剂的树脂，可由下限为40％重量和上限为80％重量的范围选择，特别是下限为50％重量和上限为70％重量的范围、优选下限为60％重量和上限为65％重量的范围选择。因此干的树脂份额、特别是聚酰胺酰亚胺树脂份额可由下限为20％重量和上限为50％重量的范围选择、特别是下限为30％重量和上限为40％重量的范围、优选下限为35％重量和上限为37.5％重量的范围选择。相对于此，按照本发明涂覆的滑动漆层5例如具有一个35％重量的聚酰胺酰亚胺、45％重量的MoS2和20％重量的石墨的干的组成或一个由为润滑漆层5的各个材料含量规定的数值范围算出的干的组成。
特别优选的是，该滑动漆层具有至少一种其它的润滑剂和/或硬材料形式的添加物。例如有可能向聚酰胺酰亚胺树脂特别以规定的量范围添加二硫化钼和/或石墨，以便由此提高润滑能力。
为了在这里再次避免不必要的重复，关于滑动漆层5的组成或用于滑动漆层5的热塑性树脂可参阅以上说明。
本发明的轴承元件1，其例如如图1中所示可以构成为滑动轴承半瓦，同样如其在图1中虚线所增所示，可以构成为整体轴承或构成为止推环或轴承套或一般构成为径向轴承或推力轴承，主要在混合摩擦区域(按照Stribeck曲线，即润滑状态曲线)中运转。如果此时例如在其他待支承的元件，亦即例如轴的表面上出现边缘等，则其可能导致向所谓的边界摩擦区域的转移。借助于本发明的轴承元件1，亦即其滑动漆层5，现在有可能，特别当该滑动漆层5具有各向异性的机械特性时，可将摩擦再次移到更有利的混合摩擦区域。在这方面还特别优选采用具有薄片状形状的MoS2，因为这种MoS2粒子彼此间没有亲合力，不同于传统的具有包括软金属例如锡的滑动层的滑动元件或轴承元件，其中软金属粒子具有这样的特性，即通过尖峰分解其在一点上被排除而在滑动层的另一点上由于软相粒子彼此间的亲合力又重新积聚，从而随之出现一种雪崩效应而减小润滑间隙。因此按照本发明优选采用一种滑动漆，其包含并不显示这种亲合力的润滑剂，亦即例如MoS2。
此外由于开头所述原因优选采用一种薄片状的润滑剂。但应该指出，其不一定是必需的，因为本发明的目的也利用不同的滑动漆来达到。尽管薄片状的彼此间无亲合力的润滑剂粒子的应用改善轴承元件1的特性。
由于磨损或腐蚀产生的滑动漆层5的粒子，滑动漆层也用作为磨合层，不再粘结在底层上，因此不发生这些粒子的迁移，以此可以达到一个在轴承元件1的寿命期间至少近似保持不变的润滑间隙。
此外有可能，滑动漆层5具有一个维氏硬度，其选自下限为20HV和上限为45HV的范围或下限为22HV和上限为35HV，特别是下限为15HV和上限为30HV的范围。以此在同时的润滑能力下为滑动漆层5提供一相应的强度。
滑动层4优选具有一个维氏硬度，其选自下限为60HV、特别是90HV和上限为200HV、特别是130HV的范围。
还有可能，滑动漆层5的表面具有一个按照DIN EN ISO4287的算术平均粗糙度Ra，其选自下限为0.02μm和上限为1.5μm的范围或下限为0.5μm和上限为1μm、特别是下限为0.8μm和上限为0.9μm的范围。此外该滑动漆或滑动漆层5的该表面可以具有一个按照DIN ENISO4287的最大的粗糙度轮廓高度Rz，其选自下限为0.5μm和上限为10μm的范围或下限为3μm和上限为8μm、特别是下限为5μm和上限为6μm的范围。通过滑动漆层5的这种外貌可很均匀地形成一润滑间隙或油间隙。
最后自然应该指出，为了更好地理解轴承元件1的结构，将其或其构件部分地未按比例地和/或放大地和/或缩小地表达。
附图标记清单1 轴承元件2 支承层3 轴承合金层4 滑动层5 滑动漆层
权利要求
1.轴承元件(1)，包括一支承层(2)、一在支承层(2)上面设置的轴承合金层(3)和一在轴承合金层(3)上面设置的阴极喷镀的滑动层(4)，其特征在于，在滑动层(4)上设置一滑动漆层(5)。
2.按照权利要求1所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)具有各向异性的机械特性。
3.按照权利要求1或2所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)包含至少一种热塑性树脂作为主组分。
4.按照权利要求3所述的轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一种热塑性树脂选自包括聚酰亚胺、特别是芳族的聚酰胺酰亚胺、特别是芳族的聚芳醚酰亚胺的组，必要时用下列材料加以改性，即异氰酸酯、酚醛树脂、聚芳醚醚酮、聚酰胺、特别是芳族的环氧树脂、聚四氟乙烯、含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、亚烯丙基硫化物、聚三唑均苯酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚芳硫化物、聚亚乙烯硫化物、聚砜、聚芳砜、聚芳氧化物、其混合物和共聚物。
5.按照权利要求3或4所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆中的树脂份额选自下限为30％重量和上限为95％重量的范围。
6.按照权利要求3至5之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，热塑性树脂包括至少一种添加物，其选自包括润滑剂，例如MoS2、h-BN、WS2、石墨、聚四氟乙烯、Pb、Pb-Sn合金、CF2、PbF2、硬材料，例如CrO3、Fe3O4、PbO、ZnO、CdO、Al2O3、SiC、Si3N4、SiO2、Si3N4、粘土、滑石、TiO2、多铝红柱石、CaC2、Zn、AlN、Fe3P、Fe2B、Ni2B、FeB、金属硫化物，例如ZnS、Ag2S、CuS、FeS、FeS2、Sb2S3、PbS、Bi2S3、CdS、纤维、特别是无机纤维例如玻璃、碳、钛酸钾、晶质例如SiC、金属纤维例如Cu或钢纤维、以及其混合物。
7.按照上述权利要求之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)含有至少一种具有薄片状外形的添加物。
8.按照权利要求6或7所述的轴承元件(1)，其特征在于添加物的添加份额为选自下限为5％和上限为30％的范围。
9.按照权利要求6至8之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一种添加物具有选自下限为0.5μm和上限为20μm的范围的粒子尺寸。
10.按照权利要求6至9之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，至少一种添加物由二硫化钼构成，该二硫化钼具有一平均的粒子长度选自下限为10μm和上限为40μm的范围和/或一平均的宽度选自下限为10μm和上限为40的范围和/或一平均的高度选自下限为2nm和上限为20nm的范围。
11.按照上述权利要求6至10之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，至少一种添加物由石墨构成，该石墨具有一选自下限为2μm和上限为8μm的范围的粒子尺寸。
12.按照权利要求1至11之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)构成为一个层厚度，其选自下限为2μm和上限为40μm的范围。
13.按照权利要求1或2之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆包括一种聚酰亚胺树脂、特别是一种聚酰胺酰亚胺树脂、二硫化钼(MoS2)和石墨，其中包括溶剂的聚酰亚胺树脂的份额选自下限为60％和上限为80％的范围，MoS2的份额选自下限为15％和上限为25％的范围而石墨的份额选自下限为5％和上限为15％的范围。
14.按照权利要求13所述的轴承元件(1)，其特征在于，MoS2与石墨的比例选自下限为1.5∶1和上限为4.5∶1的范围。
15.按照权利要求1至14之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动层(4)构成为一层厚度，其选自下限为10μm和上限为30μm的范围。
16.按照权利要求1至15之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动层(4)的层厚度与滑动漆层(5)的层厚度的比例选自下限为2∶1和上限为5∶1的范围。
17.按照权利要求1至16之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，轴承合金层(3)的层厚度与滑动层(4)的层厚度的比例选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围。
18.按照权利要求1至17之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，支承层(2)的层厚度与轴承合金层(3)的层厚度选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围。
19.按照上述权利要求之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，各个层是不含铅的而至少除去污染。
20.按照上述权利要求之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，其构成为滑动轴承半瓦或轴承套或止推环。
21.轴承元件(1)的制造方法，该轴承元件包括一支承层(2)，一在支承层(2)上面设置的轴承合金层(3)和一在轴承合金层(3)上面设置的滑动层(4)，其中轴承合金层(3)按照一电流的方法或通过电镀涂覆到支承层(2)上，必要时在将一粘结层和/或扩散阻挡层涂覆在支承层(2)上以后，并且必要时在将一粘结层和/或扩散阻挡层涂覆在轴承合金层(3)上以后，将滑动层(4)通过阴极喷镀法沉积在轴承合金层(3)上，其特征在于，在滑动层(4)上涂覆一滑动漆层(5)。
22.按照权利要求21所述的方法，其特征在于，按照在权利要求2至14中的滑动漆层(5)的特征构成滑动漆层(5)。
23.按照权利要求21或22所述的方法，其特征在于，滑动层(4)构成为一层厚度，其选自下限为10μm和上限为30μm的范围。
全文摘要
本发明描述一种轴承元件(1)，包括一支承层(2)、一在支承层(2)上面设置的轴承合金层(3)和一在轴承合金层(3)上面设置的、阴极喷镀的滑动层(4)。在滑动层(4)上设置一滑动漆层(5)。
文档编号C23C14/34GK1975188SQ20061017191
公开日2007年6月6日 申请日期2006年9月15日 优先权日2005年9月16日
发明者W·格特纳, M·金伯格, H·朗 申请人:米巴·格来特来格有限公司
技术领域：
本发明涉及一种轴承元件，包括一支承层、一在支承层上面设置的轴承合金层和一在轴承合金层上面设置的阴极喷镀的滑动层，还涉及一种制造轴承元件的方法。
发动机工业中的技术进展导致，对轴承元件例如滑动轴承总是提出更严格的要求。单层滑动轴承由于在高转速时变薄的油膜不再能满足这些要求，例如对抗腐蚀磨损，从而滑动轴承工业增多地转向多层滑动轴承。其通常包括一钢支承层，在其上通过滚压、电镀或阴极喷镀涂覆一个或多个其他的层。这些其他的层首先是轴承合金层，其在必要时通过一粘结层的中间连接固定在钢支承层上，在该轴承合金层上在必要时通过一粘结层或一扩散阻挡层的中间连接涂覆滑动层，其由一合金，例如一具有或高或低的锡成分的铝合金，或由一滑动漆构成。
通过受摩擦应力的构件或表面的这种的涂层序列，一方面应该能够达到用于改善的热力学的较高的点火压力，并从而以后减少的能耗或减至最少的废气量。另一方面发动机工业除要求提高内燃机的效率亦即比功率并从而经济性和较高的环境相容性以外，还要求较轻型的发动机，由此引起各个构件的较小的尺寸。随之而来的也应该特别在较高的温度下采用易流动的润滑油以便保持较小的摩擦功耗。要求的汽车、特别是载货汽车的寿命为至少约1百万公里并且维修间隔期也应该总是变得更长的，由此为了可以确定轴承元件的磨损，可以减少其检查时机。换言之必须明显地提高轴承元件的平均寿命。
这些要求导致轴承元件的较高的比载荷以及导致较高的动力应力。此外构成较小的润滑间隙，由此产生更多的和更强的混合摩擦状态。这可能导致局部地例如在边缘形成边界摩擦状态并且在局部几乎不形成有承载能力的油膜。由于在燃烧过程中产生的热的减少的排除，随之可能出现局部的温度峰值，其可能至少局部地损坏滑动轴承层或影响滑动轴承的寿命。
由此出发，本发明的目的是，提供一种滑动元件，其满足这些要求。
本发明的该目的总是独立地通过一种轴承元件来达到，其构成为所谓阴极喷镀轴承并且作为第四层在该阴极喷镀层上具有一滑动漆层或通过一种用于制造该轴承元件的方法达到，其中在沉积滑动层的阴极喷镀方法以后在轴承合金层上涂覆一附加的滑动漆层。
原则上通过涂覆一附加的软层以减少一固定层的摩擦的缺点的方法是已知的，但在达到当前的目的解决方案中并不能达到目的，因为通过磨掉软层实现局部的几何适应，并且在边界摩擦状态时预期较高的磨损并从而短的寿命。此外在较高的温度下金属层软化，从而由此迁移粒子并且在较低的温度的区域内由于材料的内部的亲合力而积聚并重新硬化。由此引起润滑间隙几何的破坏，层越厚破坏越大。此外对于当前的目的，金属层的摩擦系数已证明是过高的。同样已发现，一滑动漆在传统的滑动元件的底层上不能达到要求的寿命。
通过一作为滑动层或摩擦层的阴极喷镀层与一在其上设置的滑动漆层的按照本发明的组合达到的优点是，特别地被设计成磨合层的滑动漆层，不仅被局部地磨掉而且由于动载荷也使底层变形。因此两层在磨合阶段一起参与适应并因此明显地降低磨合层的磨损率。基本上，与在传统的轴承元件中相比存在一不同的作用机理。因此也有可能，只使底层，亦即滑动层或摩擦层变形，而不使滑动漆层塑性变形。在本发明的轴承元件中没有区域观察到在其上积聚磨合层或滑动层的磨掉的粒子，从而润滑间隙几何至少基本上保持不变。由此也可能将滑动漆层构成为薄层。与传统的滑动层相比，特别是阴极喷镀层，以此可达到较高的对待支承的元件例如轴的适应性。其另外的优点是，滑动漆层可以直接涂覆到滑动层上，亦即不再需要一个传统的由现有技术已知的滑动轴承通常采用的镍层作为扩散阻挡层，从而本发明的轴承元件与已知的多层滑动轴承相比不仅改善关于其机械特性，而且在制造本发明的轴承元件中还可实现相应的成本优势。
滑动漆层可以具有各向异性的特性，特别在载荷方向，亦即垂直于各层的方面能够允许高的机械载荷，同时在平行于滑动漆层的方向具有较低的抗剪强度。
滑动漆层可以包含至少一种热塑性树脂作为主组分，其中该热塑性树脂特别选自由包括聚酰亚胺、特别是芳族的聚酰胺亚胺、特别是芳族的聚芳醚亚胺的组，必要时用下列材料加以改性，即异氰酸酯、酚醛树脂、聚芳醚醚酮、聚酰胺、特别是芳族的环氧树脂、聚四氟乙烯、含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、烯丙基硫化物、聚三唑均苯酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚芳硫化物、聚亚乙烯基硫化物、聚砜、聚芳砜、聚芳氧化物、由其制成的共聚物和混合物，例如聚酰亚胺和/或聚酰胺酰亚胺和/或聚芳醚酰亚胺和/或酚醛树脂和/或聚芳醚醚酮和/或聚酰胺和/或环氧树脂和/或聚四氟乙烯和/或含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、亚烯丙基硫化物和/或聚三唑苯亚胺和/或聚酯酰亚胺物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、烯丙基硫化物和/或聚三唑苯酰亚胺和/或聚酯酰亚胺和/或聚亚乙烯硫化物和/或聚砜和/或聚芳砜和/或聚芳氧化物与聚酰亚胺和/或聚酰胺酰亚胺和/或聚酰胺酰亚胺和/或聚芳醚酰亚胺和/或酚醛树脂和/或聚芳醚醚酮和/或聚酰胺和/或环氧树脂和/或聚四氟乙烯和/或含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯聚共物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯和/或亚烯丙基硫化物和/或聚三唑均苯酰亚胺和/或聚酯酰亚胺和/或聚芳硫化物和/或聚亚乙烯硫化物和/或聚芳砜和/或聚芳氧化物的共聚物和混合物。
在这里优点是，通过主要由热塑性树脂或树脂混合物或共聚物构成的滑动漆层可以提供一循环的取决于温度的软化和硬化的机理，由此可以提高滑动漆层的寿命。另外优点是，通过特别列举的树脂或树脂混合物或共聚物，轴承功能能够适应于不同的载荷情况，从而因此例如较昂贵的树脂类型只用于可能受高载荷的轴承元件并从而对于受较低载荷的轴承元件可以实现成本优势。
滑动漆中的树脂份额可以从下限为30％和上限为95％的范围选择。以此可以实现变形向底层的转移能力的变化，从而滑动漆层特别在磨合阶段的适应性可以更好地匹配于相应的要求。
为了进一步改善这种效应，按照本发明的进一步构成能够从下限为50％重量和上限为85％重量的范围或从下限为70％重量和上限为75％重量的范围选择滑动漆层的树脂份额。
热塑性树脂可以包含至少一种添加物，其选自包括润滑剂、特别是MOS2、h-BN、WS2、石墨、聚四氟乙烯、Pb、Pb-Sn合金、CF2、PbF2，另外硬材料，例如CrO3、Fe3O4、PbO、ZnO、CdO、Al2O3、SiC、Si3N4、SiO、Si3N4，另外粘土、滑石、TiO2、多铝红柱石、CaC2、Zn、AlN、Fe3P、Fe2B、Ni2B、FeB、金属硫化物，例如ZnS、Ag2S、CuS、FeS、FeS2、Sb2S3、PbS、Bi2S3、CdS、纤维、特别是无机纤维例如玻璃、碳、钛酸钾、晶质例如SiC、金属纤维例如由Cu或钢构成的纤维、以及它们的混合物，例如至少一种特别是所述类型的润滑剂和/或至少一种特别是所述类型的硬材料和/或至少一种特别是所述类型的金属硫化物和/或至少一种特别是所述类型的纤维状的添加物与全部的特别是所述类型的至少一种润滑剂和/或一种硬材料和/或一种金属硫化物和/或至少一种纤维状的添加物的混合物。
由此尤其可以影响滑动漆层的外貌，亦即例如表面粗糙度，并且最终以此有可能影响滑动漆关于摩擦的性能。特别是利用至少一种润滑剂给予滑动漆以一较高的可滑动性或利用至少一种硬材料或至少一种纤维状的添加物改变滑动漆的硬度，特别是由此还可以影响或改善滑动漆层的耐磨性和/或滑动漆层的摩擦系数。
有利的是，滑动漆层包含至少一种添加物，其具有薄片状的形状，因为以此可以改善滑动漆的特性的各向异性，并从而改善滑动漆的平整特性，从而与混合摩擦相比边界摩擦的部分明显退到次要位置。
优选添加物的添加份额为由下限5％和上限30％的范围选择或也可以将这些界限用于不同的添加物的混合物，以便进一步加强上述效应。
在这种情况下有利的是，添加物的添加份额为由下限为10％和上限为25％的范围选择或按照另一实施方案由下限为15％和上限为20％的范围选择，由此同样可达到上述效应的进一步改善。
至少一种添加物具有优选选自下限为0.5μm和上限为20μm的范围的粒子尺寸。在该给的粒子尺寸的范围内在峰值分解，亦即滑动漆层或待支承的元件例如轴的表面的平整，和减小的摩擦之间在添加物构成为润滑剂的情况下达到平衡的比例。
为了进一步改善这种效应，有利的是，至少一种添加物具有的粒子尺寸选自下限为2μm和上限为10μm的范围或按照另一实施方案选自下限为3μm和上限为5μm的范围。
特别有利的是，至少一种添加物由二硫化钼粒子构成并具有平均的长度选自下限为10μm和上限为40μm的范围和/或平均的宽度选自下限为10μm和上限为40μm的范围和/或平均的高度选自下限为2nm和上限为20nm的范围，因此二硫化钼粒子特别再次基本上具有薄层状的形状，由此达到这些MoS2薄片至少部分地垂直于运动方向定位并从而使跟随的粒子或多或少地可以“连续”，从而由此可以降低磨损。
为了进一步改善这种效应，有利的是，二硫化钼按照各实施方案具有的粒子尺寸具有长度选自下限为15μm和上限为35μm的范围和/或平均的宽度选自下限为15μm和上限为35μm的范围和/或平均的高度选自下限为5nm和上限为15nm的范围或具有平均的粒子长度选自下限为18μm和上限为25μm的范围和/或平均的宽度选自下限为18μm和上限为25μm的范围和/或平均的高度选自下限为5nm和上限为8nm的范围。
为了经由宽的界限可以改变滑动漆层的自润滑性能，有可能由石墨构成至少一种添加物，特别地具有选自下限为2μm和上限为8μm的范围的粒子尺寸。
滑动漆层可以具有层厚度选自下限为2μm和上限为40μm的范围或按照进一步构成下限为5μm和上限为20μm的范围或按照另一实施方案选自下限为10μm和上限为15μm的范围，由此轴承元件再次可以适应于相应的应用情况，例如大型轴承或小型轴承，并从而在确保长期可靠的保持轴承元件特性不变的同时可达到相应的成本优化。
特别有利的是，滑动漆由包含二硫化钼和石墨的聚酰亚胺树脂、特别聚酰胺酰亚胺树脂构成，其中聚酰亚胺在溶剂中的份额由下限为60％和上限为80％的范围选择，MoS2的份额选自下限为15％和上限为25％的范围，而石墨的份额选自下限为5％和上限为15的范围，因为通过这样的组合，尽管MoS2和石墨在聚酰亚胺树脂内的高份额，但意外地能够预料不到地改善轴承元件的耐磨性。因此并未预期如此，因为随着降低的聚酰亚胺树脂份额，其尤其可视为降低摩擦的添加剂的粘结剂，预期会使层的粘结度变坏而使其最终“破碎”。通过选择的MoS2和石墨的份额，特别是MoS2与石墨的份额的比例，并未发生这种情况，本申请人到目前的时刻对此尚无解释的理论。但推测是MoS2与石墨的粒子之间的相互作用。
由此还可以改善空蚀性能并且另外还降低轴承元件的可腐蚀性。
为了进一步改善这种特性，可能的是，由下限为65％和上限为75％或下限为67.5％和上限为72.5％的范围选择聚酰亚胺树脂在溶剂中的份额或聚酰亚胺树脂在溶剂中的份额特别为70％，另外由下限17％和上限为22％或下限为18.5％和上限为21.5％的范围选择MoS2的份额或该份额为20％或另外由下限为7％和上限为13％或下限为8.5％和上限为11.5％范围选择石墨的份额或该份额为10％。
特别有利的是，由下限为1.5∶1和上限为4.5∶1的范围选择MoS2与石墨的比例，以便由此可以再次经由更宽的极限改善滑动漆层的性能并从而改善磨合特性。
滑动层可以构成有层厚度选自下限为10μm和上限为30μm或下限为12μm和上限为20μm或下限为15μm和上限为17μm的范围。特别有利的是，滑动层的层厚度与滑动漆层的层厚度的比例选自下限为2∶1和上限为5∶1的范围。通过这样的层厚比例或给定的层厚范围改善所述效应，不仅局部磨掉磨合层而且由于动载荷也使底层变形并从而该两层在磨合阶段参与适应。此外通过选择的滑动层的层厚度改善轴承元件的疲劳强度。
按照对此的一个实施方案，滑动层的层厚度与滑动漆层的层厚度的比例可以为至少近似3∶1。
也可以设定，轴承合金层的层厚度与滑动层的层厚度的比例选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围或该比例可以为至少近似10∶1，其中轴承合金层不必具有运转性能，而除支承层之外只有助于轴承元件的机械强度。必要时该轴承合金层自然可以具有减摩性能。
最后也有利的是，轴承合金层的支承层的层厚度的比例选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围或支承层的层厚度与轴承合金层的层厚度的比例为至少近似10∶1，由此在一方面可以达到在产生于轴承元件制造的成本与轴承元件的机械强度之间的平衡比例。
特别有利的是，将不含铅的材料用于各个层而至少除去污染，亦即轴承元件基本上是不含铅的，因为比此可以减轻环境负担。
轴承元件特别可以构成为滑动轴承半瓦、轴承套或止推环。
为了更好地理解本发明，借助后面的附图更详细地说明本发明。在这里示出大大示意简化的视图
图1 本发明的滑动轴承半瓦形式的轴承元件。
首先应该规定，在描述中选择的位置说明，例如上面、下面、侧面等涉及直接描述的和示出的图并且在位置改变时按意义转到新的位置上。此外描述的不同的实施例的单个特征或特征组合同样可以构成独立发明的或按照本发明的解决方案。
在当前的描述中关于数值范围的全部参数应该理解为，其包括任何的和其中全部的部分范围，例如参数1至10应该理解为，包括从下限1到上限10之间的全部的部分范围，亦即全部的部分范围以一个下限1或更大开始而终止于一个上限10或更小，例如1至1.7或3.2至8.1或5.5至10。
各实施例示出可能的轴承元件的实施方案，其中在该点应该指出，本发明并不限于其特别示出的实施方案，而更确切地说各个实施方案彼此不同的组合也是可能的，并且这种变型可能性由于本发明的技术处理的原理处于在技术领域工作的技术人员的能力内。因此同样全部可设想的实施方案均包括在保护范围内，这些方案通过所示的和描述的实施方案的各个细节的组合是可能的。
图1示出一按照本发明的轴承元件1，包括一个支承层2、一个轴承合金层3、一个滑动层4和一个在后者上面按照本发明设置的滑动漆层5。
支承层2通常由钢构成，但当然地可以由可比较的材料构成，利用它可实现相同的或类似的功能，亦即提供轴承元件1的机械强度。在这方面整个的轴承元件1的机械强度取决于相应的应用领域，从而例如也可以采用铜合金，例如黄铜、青铜。并且通过支承层2给轴承元件1以形状稳定性。
在该支承层2上面设置的轴承合金层3由轴承合金构成。其可以例如由一种铝基亦即具有铝基体的合金构成，其中可以填充至少一个软相和/或至少一个粒子状的硬材料。
至少一个软相可以由至少一种从包括锡、锑、铟、铋的第一组中选出的元素构成。必要时，轴承合金层3也可以包含铅，但为此优选采用不含铅的合金。
硬粒子可以例如由至少一种从包括铜、锰、锌、钴、铬、硅、镁和铁的元素组中选出的元素或由元素钪和/或锆构成。同样有可能的是，该硬粒子由金属互化相构成，其例如在最后所述的各元素之间或各元素与铝之间构成。同样有可能由纤维构成该硬粒子的至少一定份额。
当然也可以在轴承合金层3的轴承金属合金中包含任何其他的由现有技术已知的软相和/或硬粒子。
借助于软相公知地有可能的是，当在其上面设置的滑动层4或润滑漆层5中由于轴承元件的运转产生缺陷部位并从而轴承合金层3至少接近直接与一个待支承的构件例如轴发生接触时，为轴承元件1提供减摩性能。由此在必要时还为轴承元件1提供嵌入固体粒子的能力，该固体粒子来源于因轴承元件1的应用产生的磨损。硬粒子给予铝合金以需要的机械强度。
特别是锡基、铋基、铟基、铅基或铝基的合金以及在必要时含高铅的CuPb基或AlSn基或AlBi基的合金适于作为轴承合金3。特别是含高锡的锡基合金具有优点。也可采用不含铅的铜基合金。
可应用的铜基轴承合金是例如CuPb22Sn2、CuPb10Sn10、CuPb15Sn7、CuSn6、CuSn4Zn。特别是CuAl基、CuSn基、CuZn基、CuZnSn基以及CuBi基的不含铅的铜合金在微小的环境负担方面是有利的。
可应用的锡基轴承合金是例如Sn8Cu4、SnSb12、Cu6Pb。
可应用的铅基轴承合金是例如PbSb10Sn6、PbSb15Sn10、PbSb15SnAS。
铝基轴承合金可以例如由AlSn40、AlSn20、AlSn25、AlSn10、AlSn6等构成。
还有可能采用AlZn基例如AlZn4SiPb的、或AlSi基例如AlSi11CuMgNi的或AlAnSi基例如AlSn20Si4的轴承合金。
轴承合金层3可以例如电流地通过电镀等涂覆到支承层2上，如其由现有技术已知的。
然后借助于阴极喷镀法例如由铝合金在该两层或多层的结构上气相喷镀滑动层4。当然也可以气相喷镀其他的由现有技术已知的合金或金属，如其在阴极喷镀法中通常用于该应用目的加工的，例如包括铅和/或铋和/或铟和/或锡作为合金元素的铝基合金，包括铅和/或铋和/或铟和/或锡的铜基合金、银基合金，银铅合金等。列举的可能采用的合金不是详尽的并且当然也可以加工不同于所述的合金或混合物，其中特别优选采用不含铅的合金。
由于阴极喷镀法本身是已知的，在这方面可参阅有关文献。
这样的合金可以包含在50％至90％重量的范围内的铝，例如在50％与80％重量之间的范围内、优选在60与79％重量之间的范围内、特别是在64％与70％重量之间的范围内的铝以及在5％与45％重量之间的范围内的锡，例如在10％与39％重量之间的范围内、优选在12％与32％重量之间的范围内、特别是在17％与20％重量之间的范围内的锡。当然可以包含其他的合金元素，例如锰、铁、钴等用以形成规定的合金相，例如硬材料。
其他的合金元素是例如Ag、Al、Fe、Cu、Ni、Sc、Si、Zn、Mn、Co、Cr、Zr、Mg。
这样的包括支承层2、轴承合金层3和滑动层4的结构的滑动轴承是现有技术，并且对比可参阅有关文献，以便在这方面避免不必要的重复。只应该特别说明，轴承合金层3的组分不同于滑动层4的组分。
按照本发明在滑动层4上面设置滑动漆层5。这可以例如通过展涂、喷涂等涂覆。
优选直接相叠设置轴承元件1的各个层，亦即轴承合金层3直接在支承层2上和/或滑动层4直接在轴承合金层3上和/或滑动漆层直接在滑动层4上。当然在本发明的范围内例如如果各个层的粘结强度是不够的，可以在它们之间、亦即例如在支承层2与轴承合金层3之间和/或在轴承合金层3与滑动层4之间和/或在滑动层4与滑动漆层5之间设置另一功能层，例如以粘结层的形式，其例如由一种纯金属如铝或一种合金例如AlZn4.5构成，或甚至以一个阻挡层的形式，例如镍坝，以便例如阻止各个合金组分在各层之间的扩散。这些层也已是现有技术，从而在这方面无必要进一步讨论。
滑动漆层5优选主要由一种热塑性树脂构成，如其先前已说明的。例如可以采用一种聚酰胺酰亚胺树脂作为热塑性树脂或也可以至少一种上述的热塑性树脂。该树脂可以存在于至少一种溶剂中，特别是一种有机的溶剂中，例如二甲苯，由此可便于可加工性。其中溶剂份额相对于树脂份额、亦即包括溶剂的树脂，可由下限为40％重量和上限为80％重量的范围选择，特别是下限为50％重量和上限为70％重量的范围、优选下限为60％重量和上限为65％重量的范围选择。因此干的树脂份额、特别是聚酰胺酰亚胺树脂份额可由下限为20％重量和上限为50％重量的范围选择、特别是下限为30％重量和上限为40％重量的范围、优选下限为35％重量和上限为37.5％重量的范围选择。相对于此，按照本发明涂覆的滑动漆层5例如具有一个35％重量的聚酰胺酰亚胺、45％重量的MoS2和20％重量的石墨的干的组成或一个由为润滑漆层5的各个材料含量规定的数值范围算出的干的组成。
特别优选的是，该滑动漆层具有至少一种其它的润滑剂和/或硬材料形式的添加物。例如有可能向聚酰胺酰亚胺树脂特别以规定的量范围添加二硫化钼和/或石墨，以便由此提高润滑能力。
为了在这里再次避免不必要的重复，关于滑动漆层5的组成或用于滑动漆层5的热塑性树脂可参阅以上说明。
本发明的轴承元件1，其例如如图1中所示可以构成为滑动轴承半瓦，同样如其在图1中虚线所增所示，可以构成为整体轴承或构成为止推环或轴承套或一般构成为径向轴承或推力轴承，主要在混合摩擦区域(按照Stribeck曲线，即润滑状态曲线)中运转。如果此时例如在其他待支承的元件，亦即例如轴的表面上出现边缘等，则其可能导致向所谓的边界摩擦区域的转移。借助于本发明的轴承元件1，亦即其滑动漆层5，现在有可能，特别当该滑动漆层5具有各向异性的机械特性时，可将摩擦再次移到更有利的混合摩擦区域。在这方面还特别优选采用具有薄片状形状的MoS2，因为这种MoS2粒子彼此间没有亲合力，不同于传统的具有包括软金属例如锡的滑动层的滑动元件或轴承元件，其中软金属粒子具有这样的特性，即通过尖峰分解其在一点上被排除而在滑动层的另一点上由于软相粒子彼此间的亲合力又重新积聚，从而随之出现一种雪崩效应而减小润滑间隙。因此按照本发明优选采用一种滑动漆，其包含并不显示这种亲合力的润滑剂，亦即例如MoS2。
此外由于开头所述原因优选采用一种薄片状的润滑剂。但应该指出，其不一定是必需的，因为本发明的目的也利用不同的滑动漆来达到。尽管薄片状的彼此间无亲合力的润滑剂粒子的应用改善轴承元件1的特性。
由于磨损或腐蚀产生的滑动漆层5的粒子，滑动漆层也用作为磨合层，不再粘结在底层上，因此不发生这些粒子的迁移，以此可以达到一个在轴承元件1的寿命期间至少近似保持不变的润滑间隙。
此外有可能，滑动漆层5具有一个维氏硬度，其选自下限为20HV和上限为45HV的范围或下限为22HV和上限为35HV，特别是下限为15HV和上限为30HV的范围。以此在同时的润滑能力下为滑动漆层5提供一相应的强度。
滑动层4优选具有一个维氏硬度，其选自下限为60HV、特别是90HV和上限为200HV、特别是130HV的范围。
还有可能，滑动漆层5的表面具有一个按照DIN EN ISO4287的算术平均粗糙度Ra，其选自下限为0.02μm和上限为1.5μm的范围或下限为0.5μm和上限为1μm、特别是下限为0.8μm和上限为0.9μm的范围。此外该滑动漆或滑动漆层5的该表面可以具有一个按照DIN ENISO4287的最大的粗糙度轮廓高度Rz，其选自下限为0.5μm和上限为10μm的范围或下限为3μm和上限为8μm、特别是下限为5μm和上限为6μm的范围。通过滑动漆层5的这种外貌可很均匀地形成一润滑间隙或油间隙。
最后自然应该指出，为了更好地理解轴承元件1的结构，将其或其构件部分地未按比例地和/或放大地和/或缩小地表达。
附图标记清单1 轴承元件2 支承层3 轴承合金层4 滑动层5 滑动漆层
权利要求
1.轴承元件(1)，包括一支承层(2)、一在支承层(2)上面设置的轴承合金层(3)和一在轴承合金层(3)上面设置的阴极喷镀的滑动层(4)，其特征在于，在滑动层(4)上设置一滑动漆层(5)。
2.按照权利要求1所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)具有各向异性的机械特性。
3.按照权利要求1或2所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)包含至少一种热塑性树脂作为主组分。
4.按照权利要求3所述的轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一种热塑性树脂选自包括聚酰亚胺、特别是芳族的聚酰胺酰亚胺、特别是芳族的聚芳醚酰亚胺的组，必要时用下列材料加以改性，即异氰酸酯、酚醛树脂、聚芳醚醚酮、聚酰胺、特别是芳族的环氧树脂、聚四氟乙烯、含氟树脂，例如聚氟烷氧基-聚四氟乙烯共聚物、乙烯-聚四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、亚烯丙基硫化物、聚三唑均苯酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚芳硫化物、聚亚乙烯硫化物、聚砜、聚芳砜、聚芳氧化物、其混合物和共聚物。
5.按照权利要求3或4所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆中的树脂份额选自下限为30％重量和上限为95％重量的范围。
6.按照权利要求3至5之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，热塑性树脂包括至少一种添加物，其选自包括润滑剂，例如MoS2、h-BN、WS2、石墨、聚四氟乙烯、Pb、Pb-Sn合金、CF2、PbF2、硬材料，例如CrO3、Fe3O4、PbO、ZnO、CdO、Al2O3、SiC、Si3N4、SiO2、Si3N4、粘土、滑石、TiO2、多铝红柱石、CaC2、Zn、AlN、Fe3P、Fe2B、Ni2B、FeB、金属硫化物，例如ZnS、Ag2S、CuS、FeS、FeS2、Sb2S3、PbS、Bi2S3、CdS、纤维、特别是无机纤维例如玻璃、碳、钛酸钾、晶质例如SiC、金属纤维例如Cu或钢纤维、以及其混合物。
7.按照上述权利要求之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)含有至少一种具有薄片状外形的添加物。
8.按照权利要求6或7所述的轴承元件(1)，其特征在于添加物的添加份额为选自下限为5％和上限为30％的范围。
9.按照权利要求6至8之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一种添加物具有选自下限为0.5μm和上限为20μm的范围的粒子尺寸。
10.按照权利要求6至9之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，至少一种添加物由二硫化钼构成，该二硫化钼具有一平均的粒子长度选自下限为10μm和上限为40μm的范围和/或一平均的宽度选自下限为10μm和上限为40的范围和/或一平均的高度选自下限为2nm和上限为20nm的范围。
11.按照上述权利要求6至10之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，至少一种添加物由石墨构成，该石墨具有一选自下限为2μm和上限为8μm的范围的粒子尺寸。
12.按照权利要求1至11之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆层(5)构成为一个层厚度，其选自下限为2μm和上限为40μm的范围。
13.按照权利要求1或2之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动漆包括一种聚酰亚胺树脂、特别是一种聚酰胺酰亚胺树脂、二硫化钼(MoS2)和石墨，其中包括溶剂的聚酰亚胺树脂的份额选自下限为60％和上限为80％的范围，MoS2的份额选自下限为15％和上限为25％的范围而石墨的份额选自下限为5％和上限为15％的范围。
14.按照权利要求13所述的轴承元件(1)，其特征在于，MoS2与石墨的比例选自下限为1.5∶1和上限为4.5∶1的范围。
15.按照权利要求1至14之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动层(4)构成为一层厚度，其选自下限为10μm和上限为30μm的范围。
16.按照权利要求1至15之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，滑动层(4)的层厚度与滑动漆层(5)的层厚度的比例选自下限为2∶1和上限为5∶1的范围。
17.按照权利要求1至16之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，轴承合金层(3)的层厚度与滑动层(4)的层厚度的比例选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围。
18.按照权利要求1至17之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，支承层(2)的层厚度与轴承合金层(3)的层厚度选自下限为7∶1和上限为15∶1的范围。
19.按照上述权利要求之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，各个层是不含铅的而至少除去污染。
20.按照上述权利要求之一项所述的轴承元件(1)，其特征在于，其构成为滑动轴承半瓦或轴承套或止推环。
21.轴承元件(1)的制造方法，该轴承元件包括一支承层(2)，一在支承层(2)上面设置的轴承合金层(3)和一在轴承合金层(3)上面设置的滑动层(4)，其中轴承合金层(3)按照一电流的方法或通过电镀涂覆到支承层(2)上，必要时在将一粘结层和/或扩散阻挡层涂覆在支承层(2)上以后，并且必要时在将一粘结层和/或扩散阻挡层涂覆在轴承合金层(3)上以后，将滑动层(4)通过阴极喷镀法沉积在轴承合金层(3)上，其特征在于，在滑动层(4)上涂覆一滑动漆层(5)。
22.按照权利要求21所述的方法，其特征在于，按照在权利要求2至14中的滑动漆层(5)的特征构成滑动漆层(5)。
23.按照权利要求21或22所述的方法，其特征在于，滑动层(4)构成为一层厚度，其选自下限为10μm和上限为30μm的范围。
全文摘要
本发明描述一种轴承元件(1)，包括一支承层(2)、一在支承层(2)上面设置的轴承合金层(3)和一在轴承合金层(3)上面设置的、阴极喷镀的滑动层(4)。在滑动层(4)上设置一滑动漆层(5)。
文档编号C23C14/34GK1975188SQ20061017191
公开日2007年6月6日 申请日期2006年9月15日 优先权日2005年9月16日
发明者W·格特纳, M·金伯格, H·朗 申请人:米巴·格来特来格有限公司
最新回复(0)