滑动轴承元件
阅读：438发布：2020-05-11
专利汇可以提供滑动轴承元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 滑动 轴承 元件(1)，包括由至少一种第一 锡 基 合金 构成的至少一个滑动层(4)和由至少一种另外的锡基合金构成的至少一个另外的层(5)，所述第一锡基合金和所述另外的锡基合金包含选自以下组中的至少一种元素，所述组包括：Cu、Ni、Ag、Sb、As、Pb、Bi、Te、Tl，和/或包含非金属颗粒。所述第一锡基合金具有至少为5并且最高为25的强度指数FI，并且所述另外的锡基合金具有至少为0.3并且最高为3的强度指数(FI)，所述滑动层(4)的强度指数至少是所述另外的层(5)的强度指数的五倍，所述强度指数FI通过公式来定义，公式中C表示元素Cu、Ni、Ag中的至少一种，S表示Sb和/或非金属颗粒，B表示元素Pb、Bi、Te、Tl中的至少一种，而ω表示锡基合金分别配设给字母C、S和B的组成成分的总份额。，下面是滑动轴承元件专利的具体信息内容。
1.滑动轴承元件(1)，按以下顺序包括：支承元件；至少一个滑动层(4)；至少一个另外的层(5)；其中，所述至少一个滑动层(4)由至少一种第一锡基合金构成，而所述至少一个另外的层(5)由至少一种另外的锡基合金构成，所述第一锡基合金和所述另外的锡基合金包含选自以下组中的至少一种元素和/或包含非金属颗粒，所述组包括：Cu、Ni、Ag、Sb、As、Pb、Bi、Te、Tl，所述至少一种第一锡基合金和所述至少一种另外的锡基合金包含β锡晶粒(13)，其特征在于，所述至少一种第一锡基合金具有至少为5并且最高为25的强度指数FI，并且所述至少一种另外的锡基合金具有至少为0.3并且最高为3的强度指数FI，所述滑动层(4)的强度指数至少是直接设置在滑动层(4)上的所述至少一个另外的层(5)的强度指数的五倍，所述强度指数FI通过以下公式来定义：
其中C表示元素Cu、Ni、Ag中的至少一种，S表示Sb和/或非金属颗粒，B表示元素Pb、Bi、Te、Tl中的至少一种，而ω表示锡基合金分别配设给字母C、S和B的组成成分的总份额。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述滑动轴承元件(1)是径向滑动轴承元件。
3.根据权利要求1所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述支承元件形成支承层(3)。
4.根据权利要求1所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述支承元件和所述至少一个滑动层(4)之间设置有至少一个轴承金属层(3a)。
5.根据权利要求1所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)还设置在滑动轴承元件背部(8)上。
6.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)至少在径向内表面(17)的区域中具有这样的层厚(15)，所述层厚选自从轴承内直径(16)的至少5×10-6至轴承内直径(16)的50×10-6的范围，所述至少一个另外的层(5)的所述层厚(15)至少为1.5μm并且最高为15μm。
7.根据权利要求6所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)的在径向内表面(17)的区域内的层厚(15)大于该表面(17)按DIN EN ISO 4287:2010的算术平均粗糙度Ra的两倍。
8.根据权利要求6所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)的在径向内表面(17)的区域内的层厚(15)小于该表面(17)按DIN EN ISO 4287:2010的平均表面粗糙度Rz的两倍。
9.根据权利要求6所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)的在滑动轴承元件背部(8)上的层厚(19)在所述至少一个另外的层(5)在径向内表面(17)的区域内的层厚(15)的0.1倍至0.5倍之间。
10.根据权利要求6所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)的层厚(15)是按根据VDA 2007的测量方法测得的主导波纹轮廓WDc的平均高度(18)的0.3倍至5倍。
11.根据权利要求10所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)的层厚(15)是按根据VDA 2007的测量方法测得的主导波纹轮廓WDc的平均高度(18)的1倍至2倍。
12.根据权利要求6所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，β锡晶粒(13)的择优取向在所述至少一个滑动层(4)和/或所述至少一个另外的层(5)的至少两个相互贴靠的层中或者在所述至少一个滑动层(4)和贴靠在滑动层上的所述至少一个另外的层(5)中基本上是相同的。
13.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个滑动层(4)的锡基合金包含按重量在0％至40％之间的锑和/或按重量在0％至25％之间的铜。
14.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)的锡基合金包含按重量在0％至3％之间的铜和/或锑，以及包含按重量在0.01％至
10％之间的铋和/或铅。
15.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)只具有一个β锡晶粒(13)的颗粒层。
16.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)中的β锡晶粒(13)的平均粒度在所述至少一个另外的层(5)的层厚(15)的10％至
90％之间。
17.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)是电镀沉积的。
18.根据权利要求1至5之一所述的滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述至少一个另外的层(5)直接设置在所述至少一个滑动层(4)上。
滑动轴承元件
技术领域
背景技术
[0002] 锡基合金作为所谓的运行层或滑动层在发动机工业的滑动轴承中的应用是长期以来就已知的。例如对此可以参考GB 566 360 A(Sn-Cu合计，具有75％至99.75％的Sn)、DE 82 06 353 U1(白色金属，具有最多按重量2％的Cu以及必要时少量的As、Ni和Cd)、DE 197
28 777 C2(按重量3％至20％的铜，其余为锡)、DE 199 63 385 C1(锡基质具有嵌入的Sn-Cu颗粒，所述Sn-Cu颗粒包括按重量39％至55％的铜并且其余为Sn)、AT 509 112 A1和die AT 509 111 A1(锡基合金，具有最高按重量20％的Sb、最高按重量10％的Cu和总和最高为按重量1.5％的Pb和Bi，其中Sb和Cu的总份额在按重量2％至22％之间，并且β锡晶粒具有确定的定向或确定的粒度)。
28 777 C2(按重量3％至20％的铜，其余为锡)、DE 199 63 385 C1(锡基质具有嵌入的Sn-Cu颗粒，所述Sn-Cu颗粒包括按重量39％至55％的铜并且其余为Sn)、AT 509 112 A1和die AT 509 111 A1(锡基合金，具有最高按重量20％的Sb、最高按重量10％的Cu和总和最高为按重量1.5％的Pb和Bi，其中Sb和Cu的总份额在按重量2％至22％之间，并且β锡晶粒具有确定的定向或确定的粒度)。
[0003] 在现有技术中还记载了其他用于构成所谓的亮锡(Zinn-Flash)的锡或锡合金。例如，US 6,000,853 A记载了，所述亮锡是滑动轴承上的一种厚度小于1μm的保护层，所述保护层用作防氧化的表面保护结构并且改进滑动面的视觉外观。亮锡在滑动轴承首次使用时从轴上除去，因为这种亮锡过软。通过亮锡可以实现对磨合特性的一定改进，但实际的磨合层是位于亮锡下面的滑动层，所述滑动层实现了摩擦副几何上的适配。与此不同，US 6,000,853 A记载了一种约5μm厚的由纯锡组成的功能层。这种功能层设置在铅基合金上。由此在接触面上形成具有相应明显降低的耐高温性的共熔合金。此外，通过与铅材料的直接接触还会出现铅的互扩散。
[0004] DE 100 54 461 C2记载了一种多层滑动轴承，具有由锡基合金连同强化金属和/或无机颗粒组成的覆盖层，这里，在关于厚度的中间区域的含量较高，而在表面区域中含量为零或小于中央的含量。
[0005] 通常，由锡基合金构成多层滑动轴承能够令人满意地完成对其提出的任务。对于一些特殊的应用，如例如高速运行的发动机(约1000转/分钟至3000转/分钟)，例如载重汽车发动机、燃气发动机、用于矿山应用或船舶应用的发动机，以及对于中速运行的发动机(约300转/分钟至1000转分钟)，例如在船舶和发电应用中的发动机，就是说通常是高载荷的径向滑动轴承，由于高载荷，在径向内表面上使用强化的表面涂层。这里，通常在涂层之前，在涂层的表面上描绘表面状态。精钻沟纹或拉削沟纹此时会导致沿径向方向或轴向方向形成表面的波纹度。这种波纹度特别是对于强化的表面涂层会导致在运行开始时出现极高的局部载荷。由于表面的不平度，轴主要由沟纹顶端经由仅非常薄的、在一些情况下甚至破裂的油膜支承。同时，强化的涂层的高耐磨强度会导致，轴承表面与轴的希望的适配(磨合磨损)过慢或只能以不足的程度出现。在延长的磨合磨损阶段中，可能由于表面涂层因为不完整的承重比率(Traganteil)导致的过载而出现疲劳、裂缝和/或断裂形式的不可逆的损伤。
发明内容
[0007] 本发明的目的在按照本发明的滑动轴承中这样来实现，即，所述滑动轴承元件、特别是径向滑动轴承元件，按以下顺序包括：支承元件，所述支承元件特别是形成支承层；至少一个滑动层；至少一个另外的层；其中，所述至少一个滑动层由至少一种第一锡基合金构成，而所述至少一个另外的层由至少一种另外的锡基合金构成，所述第一锡基合金和所述另外的锡基合金包含选自以下组中的至少一种元素和/或包含非金属颗粒，所述组包括：Cu、Ni、Ag、Sb、As、Pb、Bi、Te、Tl，所述至少一种第一锡基合金和所述至少一种另外的锡基合金包含β锡晶粒，所述至少一种第一锡基合金具有至少为5并且最高为25的强度指数FI，并且所述至少一种另外的锡基合金具有至少为0.3并且最高为3的强度指数FI，所述滑动层的强度系数至少是所述至少一个直接设置在滑动层上的另外的层的强度指数的五倍，所述强度指数FI通过以下公式来定义：
[0008]
[0009] 其中C表示元素Cu、Ni、Ag中的至少一种，S表示Sb和/或非金属颗粒，B表示元素Pb、Bi、Te、Tl中的至少一种，而ω表示锡基合金分别配设给字母C、S和B的组成成分的总份额，[0010] 这里有利的是，由所述至少一种另外的锡基合金组成的较小的固定覆盖层在磨合期间快速地磨损。但这里磨掉的颗粒不是或不是全部随着润滑油排出，而是由于这种较软的层较高的延展性使滑动层的表面的波纹度平整。设置在其下面的具有较高强度指数的滑动层这里对于所述至少一个另外的层起支承作用。此外，这种层结构的优点是，在滑动轴承元件磨合之后，所述至少一个另外的具有较小强度指数的层至少部分地保持在所述至少一个滑动层的表面通过机械加工形成的凹谷中。由此，所述至少一个另外的层在滑动轴承元件的正常运行中对其摩擦学的特性有贡献作用，特别是在滑动轴承元件的异物颗粒嵌入性或润滑特性方面有贡献作用。这里，通过所述至少一个滑动层的波纹的凸起部实现了对于凹谷中的所述至少一种另外的锡基合金的支承作用。此外，覆盖层还大面积地改进了轴承表面与支承轴颈的适配。这种适配需求由于轴颈、盲孔和轴承形状(例如圆度、锥度、各体部的对齐)的表面几何形状误差得到。这些误差当然会随着构件的尺寸而增大。由现有技术已知的“亮锡”不能充分地满足这些要求，因为所述亮锡在磨合阶段会迅速磨掉。
[0011] 根据滑动轴承的一个实施形式可以设定，所述至少一个另外的层还设置在滑动轴承元件背部上。特别优选地，所述至少一个另外的层包裹滑动轴承元件的其余各层。由此，在唯一一个方法步骤中既可以给滑动轴承元件背部也可以给所述至少一个滑动层的径向内表面设置所述至少一种另外的锡基合金，这里所述至少一种另外的锡基合金在所述径向内表面实现前面所述的效果，但在滑动轴承元件背部上可以同时用作防腐蚀保护结构。由此，通过同时在滑动轴承元件的正面和背面进行沉积，能够在滑动轴承元件的制造中实现相应地节省时间。同样的情况也适用于这样的实施方案，其中，所述至少一个另外的层完全包围其他各层，就是说，由此所述至少一个另外的层也沉积在沿轴向方向的端面上。但在这种情况下，所述至少一个另外的层也可以起轴向滑动面的作用。
[0012] 根据所述滑动轴承元件的另一个优选的实施方案可以设定，所述至少一个另外的层至少在径向内部的表面的区域中具有这样的层厚，所述层厚选择从轴承内直径的至少5×10-6至轴承内直径的50×10-6的范围，所述至少一个另外的层的所述层厚至少为1.5μm并且最高为15μm。就是说，利用这个实施方案，在给定的绝对极值内部确定所述至少一个另外的层的层厚时，对轴承内直径并且由此进一步还对轴承间隙加以考虑。与由至少两种不同的锡基合金的层结构相配合，由此可以更好地防止润滑剂膜的破裂，由此，在磨合阶段可以有效地防止在滑动轴承元件上出现损伤。
[0013] 根据另一个实施方案可以设定，所述至少一个另外的层的在径向内表面的区域内的层厚大于该表面按DIN EN ISO 4287:2010的算术平均粗糙度Ra的两倍和/或所述至少一个另外的层的在径向内表面的区域内的层厚小于该表面按DIN EN ISO 4287:2010的平均表面粗糙度Rz的两倍。所述至少一个另外的层的层厚这样选择，使得两个条件都满足。一方面，通过考虑Ra可以在磨合阶段期间进一步减轻对在所述至少一个另外的层的下面的强度较大的滑动层的不利影响，但此时另一方面通过考虑Rz，所述至少一个另外的层仍具有通过所述至少一个滑动层实现的支承作用。
[0014] 所述至少一个另外的层的在滑动轴承元件背部上的层厚在所述至少一个另外的层的径向内表面的区域内的层厚的0.1倍至0.5倍之间。由于滑动轴承元件在轴承座中不应旋转并且所述至少一个另外的层在滑动轴承元件背部上设置在两个较硬的材料之间，就是说设置在滑动轴承元件的支承层和轴承容纳部的材料之间，并且此外在滑动轴承元件背部上预期在轴承容纳部与滑动轴承元件之间只出现微运动，优选减小所述至少一个另外的层的在滑动轴承元件背部上的层厚，这是因为在滑动轴承元件背部上的所述至少一个另外的层不会发生磨损。通过减小所述层厚，支承层的支承作用可以在所述至少一个另外的层上更好地生效。另一方面，通过在滑动轴承元件背部上的所述至少一个另外的层也可以实现对滑动轴承元件的防腐蚀保护。
[0015] 根据另一个实施方案可以设定，所述至少一个另外的层的层厚是按根据VDA 2007“几何产品规格，表面特性，主导波纹度的定义和特征量(Geometrische Produktspezifikation, Definitionen und
der dominanten Welligkeit)”的测量方法测得的主导波纹度轮廓WDc的
平均高度的0.3倍至5倍，特别是1倍至2倍。
der dominanten Welligkeit)”的测量方法测得的主导波纹度轮廓WDc的
平均高度的0.3倍至5倍，特别是1倍至2倍。
[0016] 所述至少一个滑动层和所述至少一个另外的层的锡基合金如本身已知的那样包含β锡晶粒。这里有利的是，所述β锡晶粒的择优取向在所述至少一个滑动层和/或所述至少一个另外的层的至少两个相互贴靠的层中或者在所述至少一个滑动层和贴靠在滑动层上的所述至少一个另外的层中基本上是相同的，其中两个相互贴靠的层优选是滑动层和一个另外的层。这里特别优选的是，所述另外的层的具有最高晶向指数的X射线衍射强度也是所述滑动层的具有最高晶向指数的X射线衍射强度或者滑动层的具有最高晶向指数的三个X射线衍射强度中的一个，或者所述另外的层的具有第二和/或第三高晶向指数的X射线衍射强度特别也是所述滑动层的具有第二和/或第三高晶向指数的X射线衍射强度。指数低于1.5、特别是低于2的X射线衍射强度这里由于取向过低而被忽略。由此，可以改善两个相互连接的层的结合强度，因为在两个相互贴靠的层的边界面上可以出现一种啮合效应，其方式是，一个层的晶粒更好地配合到另一个层的“空隙”中。
[0017] 优选所述至少一个滑动层的锡基合金包含按重量在0％至40％之间的锑和/或按重量在0％至25％之间的铜，由此，一方面所述至少一个滑动层对于来自磨损的异物颗粒有良好的嵌入性，另一方面具有相应地高的强度。
[0018] 所述至少一个另外的层的锡基合金包含按重量在0％至3％之间的铜和/或锑，以及包含按重量在0.01％至10％之间的铋和/或铅，由此所述至少一个另外的层可以构造成能容易地变形的。这又对前面所述的在滑动轴承元件磨合阶段期间利用所述至少一个另外的层对所述至少一个滑动层的波纹的平整效应起有利的作用。
[0019] 可以设定，所述至少一个另外的层只具有一个β锡晶粒的晶粒层，由此，可以改进所述至少一个另外的层在所述至少一个滑动层的表面波纹的凹谷中的结合强度。
[0020] 根据另一个实施方案设定，所述至少一个另外的层中的β锡晶粒的平均粒度在所述至少一个另外的层的层厚的10％至90％之间。通过构成具有在所述范围内的平均粒度的β锡晶粒，由β锡晶粒构成的基质可以构造成能容易地变形的，从而所述基质本身具有小的强度指数。由此，对于基质有提高强度作用的其他元素能以较大的份额加入合金中，而不会使所述至少一个另外的层偏离所述强度指数的范围，并且以这种方式能够通过所述其他合金元素改善所述至少一个另外的层的摩擦学特性。
[0022] 还可以设定，所述至少一个另外的层直接设置在所述至少一个滑动层上，由此，能够进一步改善滑动轴承元件前面所述的承重比率和缩短磨合时间以及在磨合时间期间实现滑动轴承元件改进的承载能力方面的效应。附图说明
[0023] 为了更好地理解本发明，根据后面的附图来详细说明本发明。图中分别以简化的示意图：
[0024] 图1用侧视图示出半壳形式的径向滑动轴承元件；
[0025] 图2示出粗糙度曲线(左)和承重比率曲线(右)；
[0026] 图3示出根据图1的滑动轴承元件的一个局部；
[0027] 图4示出滑动轴承有的一个实施方案的一个局部；
[0028] 图5示出所述另外的层的层厚与Rz的商关于滑动轴承元件的承载能力的曲线；
[0029] 图6示出所述另外的层的层厚与Ra的商关于滑动轴承元件的承载能力的曲线；
[0030] 图7示出所述另外的层的层厚与WDc的商关于滑动轴承元件的承载能力的曲线。
具体实施方式
[0031] 首先要确认，在不同的实施形式中，相同的部件具有相同的附图标记或相同的构件名称，其中，包含在整个说明书中的公开内容能合理地转用到具有相同的附图标记或相同的构件名称的相同部件上。在说明书中选用的位置表述，如例如上、下、侧等涉及当前说明以及示出的附图，并且所述位置表述在位置变化时能合理地转用到新的位置。
[0032] 在图1中用侧视图示出金属的滑动轴承元件1，特别是径向滑动轴承元件。所述滑动轴承元件具有滑动轴承元件主体2。所述滑动轴承元件主体2按以下顺序包括支承层3、至少一个设置在支承层上的轴承金属层3a、至少一个设置轴承金属层上的滑动层4和至少一个设置在所述至少一个滑动层4上的另外的层5(覆盖层)，或者由所述支承层3、所述至少一个滑动层4和与所述滑动层连接的至少一个另外的层5构成。所述至少一个另外的层5优选直接设置在所述至少一个滑动层4上并与其连接。
[0033] 关于滑动层4和所述另外的层5的表述“至少一个”应用于表达，可能的是，所述滑动层4可以由多个具有不同组分的单滑动层构成和/或所述另外的层5可以由多个具有不同组分的单层构成，或者说可以由所述多个单层组成。但滑动层4和/或所述另外的层5中的至少个别合金元素的浓度连续地沿朝向滑动轴承元件1的径向内表面的方向降低或增高。在所有这些情况下，根据下面针对两个层的一般组分的、按表1的数据，滑动层4和所述另外的层5的组分是指，所述数据给出在整个滑动层4和整个另外的层5中各个合金元素的平均含量。
[0034] 此外，滑动层4可以直接设置在特别是构成支承层3上的支承元件上，就是说，由此可以省去轴承金属层3a。这种直接涂层例如应用在连杆孔中。所述至少一个另外的层5在该实施方案中也可以设置在滑动层4上。必要时，在这个实施方案中，在支承元件和所述至少一个滑动层4之间可以设置结合层和/或扩散锁定层。
[0035] 如在图1中用虚线示出的那样，滑动轴承元件主体2也可以具有附加的层，例如至少一个设置在所述至少一个另外的层5和所述至少一个滑动层4之间的中间层6。所述至少一个中间层6例如可以是扩散锁定层和/或至少一个结合层。
[0036] 此外，所述至少一个另外的层5可以不仅设置在所述至少一个滑动层4的径向内表面7上，所述至少一个另外的层5而是也设置在滑动轴承元件背部8上，如同样在图1中用虚线示出的那样。根据对此的另一个实施方案可以设定，所述至少一个另外的层5设置在滑动轴承元件主体2的至少接近所有表面上或设置在所有表面上，就是说也设置在轴向的端面9上和/或径向的端面9上。
[0037] 滑动轴承元件1与至少一个另外的滑动轴承元件—根据具体的结构构造也可以存在多于一个另外的滑动轴承元件—一起构成滑动轴承，如本身已知的那样。这里优选在滑动轴承的运行中受载荷较高的滑动轴承元件通过按本发明的滑动轴承元件1构成。但也存在这样的可能性，即所述至少一个另外的滑动轴承元件中的至少一个通过按本发明的滑动轴承元件1构成。
[0038] 根据图1的滑动轴承元件1构造成半壳的形式。此外，也可以将滑动轴承元件1构造成滑动轴承套。在这种情况下，所述滑动轴承元件1同时构成滑动轴承。此外还存在其他划分形式的可能性，例如三等分，从而所述滑动轴承元件1可以与另外两个滑动轴承元件一起组成滑动轴承，此时，所述另外两个滑动轴承元件中至少一个同样可以通过滑动轴承元件1形成。在这种情况下，滑动轴承元件不是覆盖180°的角度范围，而是覆盖120°的角度范围。
[0039] 滑动轴承元件1特别是设定为用于在发动机工业中或在根据前面所述实施形式的发动机中使用。
[0041] 轴承金属层3a优选由铜基合金或铝基合金组成，如对于这个目的由现有技术已知的合金。轴承金属层例如可以由按照DIN ISO 4383的铜基合金组成，如例如CuSn10、CuAl10Fe5Ni5、CuZn31Si、CuPb24Sn2、CuSn8Bi10、CuSn4Zn。
[0042] 所述至少一个中间层6由为此目的由现有技术已知的材料组成。
[0043] 所述至少一个滑动层4由至少一种第一锡基合金组成。所述至少一个另外的层5由至少一种另外的锡基合金组成。所述至少一种第一锡基合金和所述至少一种另外的锡基合金包括由β锡晶粒组成基质和由以下组中选出的一种或多种元素，所述组包括以下元素或由以下元素组成：Cu、Ni、Ag、Sb、Pb、Bi、Te、Tl。此外，备选于或附加于所述至少一种元素所述至少一种第一锡基合金和/或所述至少一种另外的锡基合金中还可以包含非金属颗粒。所述非金属颗粒特别是无机颗粒，如例如Al2O3,Si3N4,TiO2,SiC等。所述无机颗粒优选具有在0.05μm至5μm之间、特别是在0.1μm至2μm之间的最大粒度。
[0044] 所述最大粒度根据标准ISO 13320:2009通过激光衍射确定。
[0045] 在图2中(图的左部)示出粗糙度分布和承重比率曲线(图的右部)。应由此来详细说明构成本发明基础的问题。
[0046] 如前面所述，高负载的径向滑动轴承中采用加强的表面涂层。在基质进行涂层之后进行的常见的最终加工、如精钻或拉削会由于形成沟纹(Riefen)而沿径向或轴向方向导致表面波纹度。这种微波纹对于强化的表面涂层会导致在运行开始时出现极高的局部载荷。由于表面不平度，轴主要由沟纹尖端通过仅非常薄的、在一些情况下甚至破裂的油膜支承。
[0047] 在图2的左部示出粗糙度分布，如通过精钻得到的粗糙度分布，其中，记录了沿轴向方向的剖面记录。
[0049] 这种波纹与固有的随机粗糙度相叠加，所述随机粗糙度的带宽通常仅为轮廓高度的一小部分，在当前情况下大致为四分之一，如在图2中通过波纹的“锯齿形”轮廓示出的那样。
[0050] 在图2中右边示出了相对于左边示出的粗糙度轮廓的承重比率曲线(表面粗糙度曲线)。
[0051] 由于粗糙度尖端很小的塑性变形和磨损，在这个示例中在滑动轴承元件的磨合开始时承重比率设定仅为约20％。
[0052] 润滑剂将大部分力传递到了较低的轮廓区域，这里特别是在采用稀薄的润滑油时，这个比例较小。
[0053] 就是说，在表面上可能会出现约2倍至5倍高的局部载荷。由于加强的涂层非常高的耐磨强度，磨合阶段，即直到约80％的轮廓(并且在考虑润滑剂的情况下因此约100％的表面)对轴的支承有贡献的时间明显延迟。
[0054] 约2至5倍过高的局部载荷还可能超过了强化的层的疲劳强度并且由此导致提早损坏。
[0055] 不仅表面在约0.1mm的范围内的小偏差可以降低局部承重比率，而且类似大小的、数量级为毫米(例如在边缘上)或厘米(例如在滑动面的壁厚波动中)的形状偏差也可能对承重比率产生不利影响。
[0056] 为了能够更好地处理高载荷滑动轴承元件的所述问题，根据本发明的滑动轴承元件1具有由所述至少一个滑动层4和所述至少一个另外的层5组成的组合，所述至少一个另外的层优选直接设置在所述至少一个滑动层4上。为此，在图3中示出根据图1的滑动轴承元件1的一个局部。如该图所示，所述至少一个另外的层5跟随所述至少一个滑动层4的表面的波纹。
[0057] 这里所述至少一个滑动层4由所述至少一种第一锡基合金组成，其中所述至少一种锡基合金具有最少为5而最高为25、特别是至少为10而最高为25的强度指数FI。所述至少一个另外的层5由至少一种另外的锡基合金组成，其中，这种锡基合金仅具有最低为0.3而最高为3、特别是最低为0.3而最高为1.5的强度指数FI。
[0058] 通过这两种层的这种组合实现了，所述至少一个另外的层5的少数几微米的磨损实现了承重比率的明显改善并由此实现了局部过载的明显降低。
[0059] 强度指数FI通过以下公式定义：
[0060]
[0061] 其中，C表示元素Cu、Ni、Ag、S、Sb在中的至少一个和/或非金属颗粒，B表示元素Pb、Bi、Te、Tl中的至少一个，而ω表示分别锡基合金配设给字母C、S和B的组成成分的总份额。
[0062] 所述另外的层5的强度指数为0.3，相对于具有纯锡层的滑动轴承元件，对于滑动轴承元件1的摩擦学特性没有明显的改进。其原因可能在于，技术上的纯锡必然具有杂质。目前，通常可以获得纯度>99.95％的锡。由铅、锑和铋(三种主要杂质元素)导致的单一杂质分别在约0.005％至0.01％的范围内。在采用电镀制造工艺时，元素锑和铋通常会进一步减少，因为这些元素只能少量地从阳极溶解到电解液中。由此例如用于所谓的亮锡的沉积的锡具有更低的“杂质”含量。就是说，利用带有常见杂质的纯锡不能实现至少0.3的强度指数。
[0063] 没有掺杂铅、锑或铋的锡合金在低温存放时不能以足够的程度针对同素异形转化提供保护。到转换开始的时间和转化速度通过总份额为0.04％的铅、铋和锑就已经能充分地延迟。
[0064] 在所述另外的层5强度指数大于3时，所述另外的层5的适应能力由于此时已经提高的强度而降低。
[0065] 此外，可以在所述至少一个滑动层4和所述至少一个另外的层5之间构成过渡区域。出于这个原因，在本说明书采用了表述方式“至少一个滑动层4”和“至少一个另外的层5”，因为由此可以将滑动层4和/或所述另外的层5视为构造成多层的。
[0066] 滑动层4和所述另外的层5之间的过渡区域可以具有至少为3且最高为5的强度指数FI。
[0067] 由此，由滑动层4和另外的层5组成的层系统在强度指数沿径向方向的分布上也可以构造成梯度层。
[0068] 所述过渡区域优选具有这样的层厚，所述层厚不大于所述另外的层5的层厚15。前面给出的所述另外的层5的层厚15的值因此也适用于过渡区域。所述滑动层4优选包含至少为0.04％的铅、铋和锑的总份额。
[0069] 在滑动层4的强度指数FI小于5时，所述滑动层具有这样耐磨强度，所述耐磨强度不是对应于滑动轴承元件1希望的特性配置。另一方面，在强度指数大于25时，适应能力和异物嵌入性(即使在已磨合的状态下)明显降低。
[0070] 所述至少一个另外的层5优选是电镀沉积的。所述至少一个滑动层4也优选是电镀沉积的。由于电镀沉积本身是已知的，对此可以参考所引用的现有技术，例如来自本申请人的AT 509 111B1或AT 509 867B1，这些现有技术关于锡基合金的电镀沉积条件的内容包含在本说明书中。
[0071] 优选在所述至少一个另外的层5沉积之后，不再通过例如精钻对滑动轴承元件1进行最终加工，或者说不再需要最终加工。
[0072] 如果所述至少一个另外的层5也应沉积在滑动轴承元件背部8上或滑动轴承元件1的其他表面上，特别是以视觉上美观并且起防锈保护作用的亮锡的形式沉积，这可以与所述至少一个另外的层5在滑动轴承元件1径向内侧上的沉积相结合。此时，在滑动轴承元件背部8上可以降低层厚，其方式是，在径向内部和径向外部相应不同地选择电流强度和/或涂层时间。
[0073] 所述非金属颗粒可以添加给这种电镀浴中并与锡一起沉积。
[0074] 所述至少一个滑动层4和所述至少一个另外的层5各自的强度指数通过相应层的组分来调整。一般而言，这些层可以具有在下面的表1中给出的各个组成成分的比例，其中按重量100％的剩余部分分别由锡构成。所有表1中的量份额数据以及一般而言在整个说明书中(如果没有明确地另行说明)都应理解为按重量的百分比。
[0075] 表1：锡基合金的量比例
[0076]
[0077] 这些关于组分的数据这里这样理解，滑动层4和所述另外的层5锡基合金总是至少包含表1中的这些合金元素，因为否则无法达到这些层希望的强度指数。就是说，对于滑动层4排除了纯锡，并且对于所述另外的层5也排除了纯锡。
[0078] 根据滑动轴承元件1的优选实施方案可以设定，所述至少一个滑动层4的锡基合金包含按重量在2％至12％之间的锑和/或按重量在2％至12％之间的铜，和/或所述至少一个另外的层5包含按重量在0至0.5％之间的铜或按重量在0％至0.5％之间的锑或按重量在0％至0.5％之间的铜和锑，以及按重量在0.01％至10％之间的铋或按重量在0.01％至2％之间的铅或按重量在0.01％至10％之间的铋和铅。
[0079] 根据滑动轴承元件1的另一个优选实施方案，可以设定，所述至少一个滑动层4和/或所述至少一个另外的层5的锡基合金包含表1中列出的合金元素、特别是元素锡、锑和铋的总比例为按重量至少为0.04％、特别是按重量至少为0.3％，其中所述层中这些元素含量的上限通过前面给出的数据限定。
[0080] 在后面的表格中给出几个对比示例以及根据本发明的滑动轴承元件1的实施形式。
[0081] 将所述另外的层5的不同实施方案施加在滑动轴承半壳(宽度25mm、直径80mm)上并对其进行动态滑动轴承测试。所使用的滑动轴承半壳具有不利的表面特性(Ra＝0.7μm、Rq＝0.8μm、Rz＝2.8μm、Rt＝3μm)。
[0082] 分别执行两个测试，一个在滑动面没有倾斜位置的情况下进行测试(方案1)、第二个测试滑动面有0.5μm/mm的倾斜位置(方案2)。第二个测试向一个边缘施加极高的载荷，如在孔没有理想地对齐或例如连杆弯曲时出现的载荷。第一次测试在磨损后进行并分析评估显微检验结果，第二个检测通过视觉和显微评估进行。每次试验的单次分析评估总结为总评估分数0-5(0＝非常差，5＝非常好)。
[0083] 为了实现更好的可比性，滑动轴承元件1包括滑动层4在内的层结构保持不变，并且只有所述另外的层5变化。
[0084] 在列组成中，元素后面数字表示的是该元素的质量百分比(例如SnTe1表示具有按重量1％的碲的锡)。缩写FI表示强度指数。在结构表中，左边的列中数字5表示所述另外的层，数字4表示滑动层。在结果表中，在左边的列中，数字1表示方案1，数字2表示方案2。这些术语表适用于整个说明书中关于示例的所有表格。
[0085] 对比示例1
[0086] 结构
[0087] 层厚 组成 FI
5 1μm SnPb0.1，其他元素<0.005％ 0.4
4 19μm SnCu2Pb0.5，其他元素<0.005％ 3.4
5 1μm SnPb0.1，其他元素<0.005％ 0.4
4 19μm SnCu2Pb0.5，其他元素<0.005％ 3.4
[0088] 结果
[0089] 磨损 视觉和显微检验结果
1 22μm 完全磨损，进入支承金属中 1
2 － 完全磨损，进入支承金属中 1
1 22μm 完全磨损，进入支承金属中 1
2 － 完全磨损，进入支承金属中 1
[0090] 这里显示，所述另外的层5过薄，而所述滑动层4过软。
[0091] 对比示例2
[0092] 结构
[0093]
[0094]
[0095] 结果
[0096] 磨损 视觉和显微检验结果
1 6μm 磨损较少，强烈的疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
1 6μm 磨损较少，强烈的疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
[0097] 这里显示，所述另外的层5过软。
[0098] 对比示例3
[0099] 结构
[0100] 层厚 组成 FI
5 0μm
4 20μm SnCu16Sb3Bi0.15，其他元素<0.005％ 18.3
5 0μm
4 20μm SnCu16Sb3Bi0.15，其他元素<0.005％ 18.3
[0101] 结果
[0102] 磨损 视觉和显微检验结果
1 4μm 磨损非常少，强烈的疲劳断裂 3
2 － 破坏(Verreiber) 0
1 4μm 磨损非常少，强烈的疲劳断裂 3
2 － 破坏(Verreiber) 0
[0103] 对比示例4
[0104] 结构
[0105] 层厚 组成 FI
5 2μm SnPb0.2Sb0.1，其他元素<0.005％ 0.5
4 19μm SnSb6Cu0.5Pb0.25，其他元素<0.005％ 4.5
5 2μm SnPb0.2Sb0.1，其他元素<0.005％ 0.5
4 19μm SnSb6Cu0.5Pb0.25，其他元素<0.005％ 4.5
[0106] 结果
[0107] 磨损 视觉和显微检验结果
1 10μm 磨损明显，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
1 10μm 磨损明显，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
[0108] 在这种层结构中，滑动层4过软。
[0109] 对比示例5
[0110] 结构
[0111]
[0112] 结果
[0113] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 明显磨损，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
1 7μm 明显磨损，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
[0114] 所述另外的层5过薄。
[0115] 对比示例6
[0116] 结构
[0117] 层厚 组成 FI
5 1μm Sn，其他元素<0.005％ <0.3
4 19μm SnAg5Cu1，其他元素<0.005％ 6
5 1μm Sn，其他元素<0.005％ <0.3
4 19μm SnAg5Cu1，其他元素<0.005％ 6
[0118] 结果
[0119] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 明显磨损，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
1 7μm 明显磨损，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
[0120] 所述另外的层5过薄且过软。
[0121] 对比示例7
[0122] 结构
[0124] 结果
[0125] 磨损 视觉和显微检验结果
1 8μm 明显磨损，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
1 8μm 明显磨损，疲劳断裂 3
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
[0126] 所述另外的层5过软。
[0127] 对比示例8
[0128] 结构
[0129] 层厚 组成 FI
5 1μm SnSb1Cu1，其他元素<0.005％ 1.5
4 19μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
5 1μm SnSb1Cu1，其他元素<0.005％ 1.5
4 19μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
[0130] 结果
[0131]
[0132]
[0133] 所述另外的层5过薄。
[0134] 对比示例9(类似于GB 2 375 801A，第9页，示例3和4)
[0135] 结构
[0136] 层厚 组成 FI
5 18μm SnCu4Sb0.6，其他元素<0.005％ 4.3
4 2μm SnCu15Sb2，其他元素<0.005％ 16
5 18μm SnCu4Sb0.6，其他元素<0.005％ 4.3
4 2μm SnCu15Sb2，其他元素<0.005％ 16
[0137] 结果
[0138] 磨损 视觉和显微检验结果
1 15μm 强烈磨损，疲劳断裂 2
2 － 完全磨损，进入轴承金属 1
1 15μm 强烈磨损，疲劳断裂 2
2 － 完全磨损，进入轴承金属 1
[0139] 所述另外的层5过厚。
[0140] 根据本发明的示例1
[0141] 结构
[0142] 层厚 组成 FI
5 3μm SnPb0.1，其他元素<0.005％ 0.6
4 17μm SnCu8Pb0.1，其他元素<0.005％ 8.6
5 3μm SnPb0.1，其他元素<0.005％ 0.6
4 17μm SnCu8Pb0.1，其他元素<0.005％ 8.6
[0143] 结果
[0144] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧强烈磨损，强烈的疲劳断裂 2
1 7μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧强烈磨损，强烈的疲劳断裂 2
[0145] 与对比示例2相比，实现了滑动轴承元件1承载能力的改进。
[0146] 根据本发明的示例2
[0147] 结构
[0148]
[0149] 结果
[0150] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
1 7μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
[0151] 在这个示例中也显示，与对比示例3相比，实现了滑动轴承元件1承载能力的改进。
[0152] 根据本发明的示例3
[0153] 结构
[0154] 层厚 组成 FI
5 2μm SnPb0.2Sb0.1，其他元素<0.005％ 0.5
4 18μm SnSb9Cu1Pb0.25，其他元素<0.005％ 6.5
5 2μm SnPb0.2Sb0.1，其他元素<0.005％ 0.5
4 18μm SnSb9Cu1Pb0.25，其他元素<0.005％ 6.5
[0155] 结果
[0156] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 磨损明显，疲劳断裂 3
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
1 7μm 磨损明显，疲劳断裂 3
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
[0157] 这里显示，与对比示例4相比，在两个测试中都实现了改进。
[0158] 根据本发明的示例4
[0159] 结构
[0160] 层厚 组成 FI
5 3μm SnAg1，其他元素<0.005％ 1
4 17μm SnAg8Cu1，其他元素<0.005％ 6
5 3μm SnAg1，其他元素<0.005％ 1
4 17μm SnAg8Cu1，其他元素<0.005％ 6
[0161] 结果
[0162] 磨损 视觉和显微检验结果
1 6μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
1 6μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
[0163] 与对比示例2相比，这里也显示出在滑动轴承元件1承载能力方面的改进。
[0164] 根据本发明的示例5
[0165] 结构
[0166] 层厚 组成 FI
5 3μm SnCu1，其他元素<0.005％ 1
4 17μm SnNi8Te0.5，其他元素<0.005％ 9.4
5 3μm SnCu1，其他元素<0.005％ 1
4 17μm SnNi8Te0.5，其他元素<0.005％ 9.4
[0167] 结果
[0168] 磨损 视觉和显微检验结果
1 8μm 明显磨损，疲劳断裂 4
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
1 8μm 明显磨损，疲劳断裂 4
2 － 单侧完全磨损，强烈疲劳断裂 2
[0169] 与对比示例7相比，实现了疲劳断裂方面的改进。
[0170] 根据本发明的示例6
[0171] 结构
[0172] 层厚 组成 FI
5 5μm SnSb1Cu1，其他元素<0.005％ 1.5
4 15μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
5 5μm SnSb1Cu1，其他元素<0.005％ 1.5
4 15μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
[0173] 结果
[0174] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 明显磨损，没有疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，轻微疲劳断裂 4
1 7μm 明显磨损，没有疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，轻微疲劳断裂 4
[0175] 与对比示例8相比，尽管沿垂直于滑动面方向的磨损较大，但对于测试方案2实现了改进。
[0176] 根据本发明的示例7
[0177] 结构
[0178] 层厚 组成 FI
5 3μm SnCu2Sb0.6，其他元素<0.005％ 2.3
4 17μm SnCu15Sb2，其他元素<0.005％ 16
5 3μm SnCu2Sb0.6，其他元素<0.005％ 2.3
4 17μm SnCu15Sb2，其他元素<0.005％ 16
[0179] 结果
[0180] 磨损 视觉和显微检验结果
1 5μm 磨损较小，没有疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，轻微疲劳断裂 4
1 5μm 磨损较小，没有疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，轻微疲劳断裂 4
[0181] 与对比示例9相比，在未倾斜和倾斜的支承方面都显示出改进。
[0182] 根据本发明的示例8
[0183] 结构
[0184] 层厚 组成 FI
5 3μm SnCu2Sb0.6Pb0.05，其他元素<0.005％ 2.7
4 17μm SnCu18Sb8Pb1，其他元素<0.005％ 24
5 3μm SnCu2Sb0.6Pb0.05，其他元素<0.005％ 2.7
4 17μm SnCu18Sb8Pb1，其他元素<0.005％ 24
[0185] 结果
[0186] 磨损 视觉和显微检验结果
1 5μm 磨损很小，没有疲劳断裂 5
2 － 破坏 0
1 5μm 磨损很小，没有疲劳断裂 5
2 － 破坏 0
[0187] 如根据结果可以看到的那样，这个实施方案非常好地适用于无倾斜支承。
[0188] 根据本发明的示例9
[0189] 结构
[0190] 层厚 组成 FI
5 5μm SnCu1Sb0.6Pb0.05，其他元素<0.005％ 1.7
4 15μm SnSb26Pb1，其他元素<0.005％ 15
5 5μm SnCu1Sb0.6Pb0.05，其他元素<0.005％ 1.7
4 15μm SnSb26Pb1，其他元素<0.005％ 15
[0191] 结果
[0192] 磨损 视觉和显微检验结果
1 8μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
1 8μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
[0193] 高Sb
[0194] 结果类似于前面的示例9，但这里在倾斜支承方面实现了改进。
[0195] 根据本发明的示例10
[0196] 结构
[0197] 层厚 组成 FI
5 6μm SnCu2Bi0.5，其他元素<0.005％ 2.4
4 14μm SnCu23Bi1，其他元素<0.005％ 25
5 6μm SnCu2Bi0.5，其他元素<0.005％ 2.4
4 14μm SnCu23Bi1，其他元素<0.005％ 25
[0198] 结果
[0199] 磨损 视觉和显微检验结果
1 10μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
1 10μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧完全磨损，强烈的疲劳断裂 2
[0200] 这个滑动轴承元件1显示出类似于示例10的承载能力。
[0201] 根据本发明的示例11
[0202] 结构
[0203] 层厚 组成 FI
5 8μm SnCu1Sb0.5，其他元素<0.005％ 1.25
4 12μm SnCu7Sb7Bi0.1Pb0.1，其他元素<0.005％ 11.4
5 8μm SnCu1Sb0.5，其他元素<0.005％ 1.25
4 12μm SnCu7Sb7Bi0.1Pb0.1，其他元素<0.005％ 11.4
[0204] 结果
[0205] 磨损 视觉和显微检验结果
1 10μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
1 10μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
[0206] 由于所述另外的层5相对于滑动层4具有非常高的厚度，关于垂直于滑动面的载荷的磨损增大。
[0207] 根据本发明的示例12
[0208] 结构
[0209] 层厚 组成 FI
5 2.5μm SnPb0.01Bi0.02，其他元素<0.005％ 0.35
4 18μm SnCu9Sb5Bi0.2Pb0.1，其他元素<0.005％ 12.6
5 2.5μm SnPb0.01Bi0.02，其他元素<0.005％ 0.35
4 18μm SnCu9Sb5Bi0.2Pb0.1，其他元素<0.005％ 12.6
[0210] 结果
[0211] 磨损 视觉和显微检验结果
1 6μm 磨损较小，轻微的疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，轻微的疲劳断裂 4
1 6μm 磨损较小，轻微的疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，轻微的疲劳断裂 4
[0212] 根据示例12的结构对于两个测试方案都显示出良好的结果，从而这种结构既能用于倾斜支承也能用于无倾斜的支承。
[0213] 根据本发明的示例13
[0214] 结构
[0215] 层厚 组成 FI
5 3μm SnBi2,其他元素<0.005％ 2.8
4 17μm SnCu8Bi8，其他元素<0.005％ 13.7
5 3μm SnBi2,其他元素<0.005％ 2.8
4 17μm SnCu8Bi8，其他元素<0.005％ 13.7
[0216] 结果
[0217] 磨损 视觉和显微检验结果
1 5μm 磨损较小，轻微的疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
1 5μm 磨损较小，轻微的疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
[0218] 此外还进行了利用连杆孔的直接涂层的盲孔进行了两个试验，其中在两种情况下完成的孔内径和在测试轴承中一样具有明显更大的40μm的层厚。
[0219] 在这些试验中，涂层直接涂覆在设有薄的增附中间层的钢上。
[0220] 对比示例10
[0221] 结构
[0222] 层厚 组成 FI
5 - - -
4 40μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
5 - - -
4 40μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
[0223] 结果
[0224]
[0225]
[0226] 根据本发明的示例14
[0227] 结构
[0228] 层厚 组成 FI
5 5μm SnSb1Cu1,其他元素<0.005％ 1.5
4 35μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
5 5μm SnSb1Cu1,其他元素<0.005％ 1.5
4 35μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 12.5
[0229] 结果
[0230] 磨损 视觉和显微检验结果
1 10μm 磨损明显，疲劳断裂 3
1 10μm 磨损明显，疲劳断裂 3
[0231] 对比示例11
[0232] 结构
[0233] 层厚 组成 FI
5 1μm Sn，其他元素<0.005％ <0.3
4 39μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 17.5
5 1μm Sn，其他元素<0.005％ <0.3
4 39μm SnSb15Cu5，其他元素<0.005％ 17.5
[0234] 结果
[0235] 磨损 视觉和显微检验结果
1 － 破坏 0
1 － 破坏 0
[0236] 根据本发明的示例15
[0237] 结构
[0238] 层厚 组成 FI
5 10μm SnSb2Cu2,其他元素<0.005％ 3.0
4 30μm SnCu15Sb5，其他元素<0.005％ 17.5
5 10μm SnSb2Cu2,其他元素<0.005％ 3.0
4 30μm SnCu15Sb5，其他元素<0.005％ 17.5
[0239] 结果
[0240] 磨损 视觉和显微检验结果
1 15μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
1 15μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
[0241] 如上所述，滑动层4可以由多个不同组成的分层组合而成。由此，这些分层的强度指数沿朝向滑动轴承元件背部8的方向变大。相同的情况也适用于所述至少一个另外的层5。各个分层的组成可以根据在表2中给出的示例或一般而言由在表1中给出的锡基合金的各个组成成分的份额的数值来选择。
[0242] 下面举例说明包括多个分层的滑动层4和另外的层5的制造。在对于所给出的电解液的可能的添加剂方面参考AT 509 112B1，在此方面这里明确引用该文献的内容。
[0243] 根据本发明的示例16
[0244] 用于沉积滑动层4的电解液
[0245] Sn....50g/L(作为四氟硼酸锡(II))
[0246] Sb....7g/L(作为三氟化锑)
[0247] Cu...7g/L(作为四氟硼酸铜)
[0248] 浴温度40℃
[0249] 电流密度 时长 厚度 组成 FI
分层1 1A/dm2 10分钟 4.5μm SnSb15Cu15，其余<0.005％ 22.5
分层2 2A/dm2 5分钟 4.5μm SnSb10Cu10，其余<0.005％ 15.0
2
分层3 4A/dm 3分钟 5μm SnSb6Cu7，其余<0.005％ 10.0
分层4 6A/dm2 1.5分钟 4.5μm SnSb4Cu5，其余<0.005％ 7.0
分层1 1A/dm2 10分钟 4.5μm SnSb15Cu15，其余<0.005％ 22.5
分层2 2A/dm2 5分钟 4.5μm SnSb10Cu10，其余<0.005％ 15.0
2
分层3 4A/dm 3分钟 5μm SnSb6Cu7，其余<0.005％ 10.0
分层4 6A/dm2 1.5分钟 4.5μm SnSb4Cu5，其余<0.005％ 7.0
[0250] 用于沉积所述另外的层5的电解液
[0251] Sn....40g/L(作为四氟硼酸锡(II))
[0252] Sb....0.5g/L(作为三氟化锑)
[0253] Cu...0.2g/L(作为四氟硼酸铜)
[0254] 浴温度25℃
[0255] 电流密度 时长 厚度 组成 FI
分层1 1A/dm2 3分钟 1.5μm SnSb2Cu0.5，其余<0.005％ 1.5
分层2 2A/dm2 2分钟 2μm SnSb1Cu0.2，其余<0.005％ 0.7
分层1 1A/dm2 3分钟 1.5μm SnSb2Cu0.5，其余<0.005％ 1.5
分层2 2A/dm2 2分钟 2μm SnSb1Cu0.2，其余<0.005％ 0.7
[0256] 根据本发明的示例17
[0257] 用于沉积滑动层4的电解液
[0258] Sn....50g/L(作为甲基磺酸锡(Ⅱ))
[0259] Cu...7g/L(作为四氟硼酸铜)
[0260] Bi....5g/L(作为甲基磺酸铋)
[0261] 温度40℃
[0262]
[0263]
[0264] 用于沉积所述另外的层5的电解液
[0265] Sn....20g/L(作为甲基磺酸锡(Ⅱ))
[0266] Bi....1g/L(作为甲基磺酸铋)
[0267] Cu...0,5g/L(作为四氟硼酸铜)
[0268] 浴温度40℃
[0269] 电流密度 时长 厚度 组成 FI
分层1 1A/dm2 3分钟 1.5μm SnBi1.5Cu0.4，其余<0.005％ 2.8
分层2 2A/dm2 2分钟 2μm SnBi0.5Cu0.2，其余<0.005％ 1.6
分层1 1A/dm2 3分钟 1.5μm SnBi1.5Cu0.4，其余<0.005％ 2.8
分层2 2A/dm2 2分钟 2μm SnBi0.5Cu0.2，其余<0.005％ 1.6
[0270] 下面说明滑动轴承元件1的其他实施形式。
[0271] 如图4所示，所述另外的层5仅由β锡晶粒13的晶粒层12构成。这里，所述另外的层5的金属间的相14或与所述另外的层的锡基合金的其他组成成分一起或者非金属颗粒在颗粒边界处嵌接在所述β锡晶粒13之间。如图4所示，由于滑动层4的β锡晶粒13不同的粒度在与所述另外的层5的边界面处形成不平的滑动层表面，这里，所述另外的层5的β锡晶粒13直接在滑动层4的β锡晶粒13上生长。由此可以实现一种啮合效应，这种啮合效应实现了所述另外的层5在滑动层4上较高的结合强度。
[0272] 出于前面所述的原因，优选在所述至少一个另外的层5中的所述β锡晶粒13可以具有这样的平均粒度，所述粒度在所述至少一个另外的层5的层厚15(图3)的10％至90％之间。
[0273] 所述平均粒度如前面所述通过激光衍射确定。进一步优选的是，在所述至少一个滑动层4和/或所述至少一个另外的层5的至少两个相互贴靠的层中的β锡晶粒13的择优取向是相同的。特别是所述滑动层4和设置在滑动层上的并与滑动层连接的所述另外的层5的β锡晶粒13具有相同的择优取向。这里特别优选的是，所述另外的层5的具有最高晶向指数的X射线衍射强度也是滑动层4的具有最高晶向指数的X射线衍射强度或者是滑动层4的具有最高晶向指数的三个X射线衍射强度中的一个，或者所述另外的层5的具有第二和/或第三高晶向指数的X射线衍射强度特别也是所述滑动层4的具有第二和/或第三高晶向指数的X射线衍射强度。指数低于1.5、特别是低于2的X射线衍射强度这里由于取向过低而被忽略。
[0274] 优选β锡晶粒13按{220}和/或{321}(米勒指数)取向。
[0275] 为了定量地说明择优取向，采用符合下面的等式的晶向指数M{hkl}：
[0276]
[0277] 其中，I{hkl}表示对于滑动层的{hkl}平面的XRD强度(X射线衍射强度)，而I0{hkl}表示完全无定向的锡粉末样品(ICDD PDF 00-004-0673)的XRD强度。
[0278] 衍射强度的和∑I{hkl}或∑I0{hkl}必须在相同的区域上求得，例如包括所有反射{200}至{431}的强度，在采用CuKα射线时这对应于衍射角2θ在30°至90°之间的所有反射。
[0279] 在下面的表格中给出以下滑动层的X射线衍射强度(第3至5行)以及所属的晶向指数(第6至8行)：SnCu10Sb5滑动层4，其他合金元素的含量按重量小于0.005％，强度指数FI为12.5(简称QZ2)；SnCu10Sb5滑动层4，其他合金元素的含量按重量小于0.005％，强度指数FI为12.5，并具有设置在其上的SnCu1Bi0.02合金作为另外的层5，所述另外的层的其他合金元素的含量按重量小于0.005％，强度指数FI为1.3(简称QZ4)；和根据现有技术的SnCu6Pb1滑动层(简称Ref.1)。缩写Sn-Ref.代表完全无定向的锡粉末(ICDD PDF 00-004-0673)。
[0280] 表：X射线衍射强度和晶向指数
[0281]
[0282]
[0283] 对于下面给出的测试结果，QZ02的取向用定向a表示，QZ04的取向用定向b表示，Ref.1的取向用定向c表示。
[0284] 根据本发明的示例18
[0285] 结构
[0286] 层厚 组成 FI
5 3μm SnCu1Bi0.02，<0.005％(定向a) 2.8
4 17μm SnCu10Bi5，其他元素<0.005％(定向a) 13.7
5 3μm SnCu1Bi0.02，<0.005％(定向a) 2.8
4 17μm SnCu10Bi5，其他元素<0.005％(定向a) 13.7
[0287] 结果
[0288] 磨损 视觉和显微检验结果
1 5μm 磨损较小，没有疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，轻微的疲劳断裂 4
1 5μm 磨损较小，没有疲劳断裂 5
2 － 单侧磨损，轻微的疲劳断裂 4
[0289] 对比示例
[0290] 结构
[0291] 层厚 组成 FI
5 3μm SnCu1Bi0.02，<0.005％(定向c) 2.8
4 17μm SnCu10Bi5，其他元素<0.005％(定向a) 13.7
5 3μm SnCu1Bi0.02，<0.005％(定向c) 2.8
4 17μm SnCu10Bi5，其他元素<0.005％(定向a) 13.7
[0292] 结果
[0293] 磨损 视觉和显微检验结果
1 7μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
1 7μm 磨损明显，轻微的疲劳断裂 4
2 － 单侧磨损，疲劳断裂 3
[0294] 这里如图4中所示，β锡晶粒13可以具有细长的外观，β锡晶粒13以其纵轴线沿垂直于滑动轴承元件1的径向内表面17(图1)的方向定向。这里特别有利的是，细长的β锡晶粒13具有至少接近正方形的横截面(沿平行于所述另外的层5的滑动表面观察)，因为由此可以降低颗粒边界的面积。由此可以改进滑动轴承元件1的承载能力。
[0295] 但出于相同的原因，也可能有利的是，β锡晶粒13具有至少接近正方体形的结构。
[0296] 在测试过程中，在不同的另外的层5上已经确定，在β锡晶粒13的粒度小于0.2μm时，在所述另外的层5中出现非常高的内应力。在粒度大于10μm时，形成这样的表面，所述表面妨碍均匀地保持润滑油并由此会妨碍润滑剂间隙的优选构成。
[0297] 根据滑动轴承元件1的另一个实施方案可以设定，所述至少一个另外的层4中的β锡晶粒13的平均粒度、特别粒度大于滑动层4中的β锡晶粒13的平均粒度、特别是粒度。这例如可以通过改变电镀沉积期间的沉积参数来实现，其方式例如是，提高浴温度和/或降低沉积速度和/或电镀浴中的锡浓度。为此目的也可以事后对滑动轴承元件1进行热处理。
[0298] 优选所述至少一个另外的层5的β锡晶粒13直接在滑动层5的β锡晶粒13上生长。
[0299] 此外优选的是，所述至少一个另外的层5至少在滑动层4的径向内表面7(图3)的区域内具有这样的层厚15(图3)，所述层厚选自从轴承内直径16的至少5×10-6至轴承内直径16的50×10-6的范围，所述至少一个另外的层5的所述层厚15至少为1.5μm并且最高为15μm，优选最少为2μm并且最高为10μm，特别是至少为2.5μm并且最高为7.5μm，或者至少为2μm并且最高为6μm。
[0300] 径向内部的另外的层5可以具有这样的层厚15，所述层厚为由滑动层4和所述另外的层5的层厚的总层厚的10％至50％之间，特别是在15％至30％之间。
[0301] 此外优选的是，滑动层4的层厚大于所述另外的层5的层厚，特别是大于所述另外的层5的层厚的三倍。
[0302] 轴承内直径16是滑动轴承元件1在其径向内表面上的直径，如由图1示出的那样。所述表面的波纹度这里通过测量波纹的一半高度来加以考虑。
[0303] 如针对前面给出的根据本发明的示例的测试结果可以看到的那样，在层厚小于1.5μm时，所述至少一个另外的层5的前面所述的效果表现得较弱，从而不能以希望的程度提高滑动轴承元件1的承重比率。就是说，因此可能只能不令人满意地避免滑动面的局部过载。另一方面，在所述另外的层5的层厚15大于15μm时，所述另外的层5的厚度会延长磨合阶段，因为为了部分磨掉所述另外的层5需要更多时间。此外，在层厚15大于15μm时，位于其下面的强度更高的滑动层4只能向所述至少一个另外的层5提供不充分的支撑。
[0304] 为了更好地对所述至少一个滑动层4的表面形貌加以考虑而设定，所述至少一个另外的层5的层厚15在径向内表面17(图1)的区域内大于该表面按DIN EN ISO 4287:2010的算术平均粗糙度Ra的两倍和/或所述至少一个另外的层5的层厚15在径向内部的表面17的区域内小于该表面17按DIN EN ISO 4287:2010的平均表面粗糙度Rz的两倍。
[0305] 根据另一个实施方案可以设定，所述至少一个另外的层5的层厚15(图3)是该层5的表面17(图1)的主导波纹度轮廓WDc的平均高度18的0.3倍至5倍，特别是1倍至2倍，所述波纹度轮廓根据前面所述的VDA 2007垂直于加工方向测量。
[0306] 为了研究所述至少一个另外的层5的厚度与表面粗糙度的协同作用，执行如前面所述的试验(没有倾斜位置的方案1)。轴承可具有在Ra 0.3-0.7μm和Rz 2-5的范围内的粗糙度。此外，对于轴承壳的两个三分之一部，发现了WDc为0.5–2.5μm的主导波纹度。
[0307] 根据本发明的示例11对轴承壳进行涂层，其中所述至少一个另外的层5的层厚15在0.1至12μm之间变化。
[0308] 图5至7与由SnCu1Sb0.5组成的所述至少一个另外的层5的层厚15与相应的粗糙度参数的比例相关地示出检测的结果。在各坐标上这里相应地标注前面的方案1的测试结果。在横坐标上是所述至少一个另外的层5的层厚15与Rz(图5)或Ra(图6)或WDc(图7)的比例。
对于这个测试，滑动层4由SnCu7Sb7BiPb组成。
对于这个测试，滑动层4由SnCu7Sb7BiPb组成。
[0309] 由所述图5至7可以清楚地看到，有利的是，层厚15小于两倍的Rz和/或大于两倍的Ra和/或在WDc＝0.5至5的范围内。
[0310] 此外可以设定，所述至少一个另外的层5在滑动轴承背部8上的层厚19(图1)为所述至少一个另外的层5的径向内部表面17的区域内的层厚15的0.1倍至0.5倍之间。
[0312] 径向内部的所述另外的层5的层厚15的0.1至0.5倍的范围在电镀制造工艺中提供了这样的优点，即，通过适当地(例如以2-3的倍数)缩短在背部上的涂层时长和/或减小电流密度可以设置这样的层厚19，该层厚提供充分防腐蚀保护，但仍不会提高材料移动的风险。
[0313] 电流密度过强的降低可能例如会导致沉积的组成成分发生明显变化并由此导致防腐蚀保护作用降低。
[0314] 各个实施例示出滑动轴承元件1可能的实施方案，这里应指出的是，各个实施方案相互之间可以进行各种不同的组合。
[0315] 为了符合规定，最后还要指出，为了更好地理解滑动轴承元件1的结构，所述滑动轴承元件或其组成部分部分地不是符合比例地和/或是放大和/或缩小地示出的。
[0316] 附图标记列表
[0317] 1 滑动轴承元件
[0318] 2 滑动轴承元件主体
[0319] 3 支承层
[0320] 3a 轴承金属层
[0321] 4 滑动层
[0322] 5 层
[0323] 6 中间层
[0324] 7 表面
[0325] 8 滑动轴承元件背部
[0326] 9 端面
[0327] 10 端面
[0328] 11 距离
[0329] 12 晶粒层
[0330] 13 β锡晶粒
[0331] 14 相
[0332] 15 层厚
[0333] 16 轴承内直径
[0334] 17 表面
[0335] 18 高度
[0336] 19 层厚
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