滑动轴承
阅读：57发布：2020-05-13
专利汇可以提供滑动轴承专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 描述了一种 滑动 轴承 ，其具有 钢 支撑 壳和无铅的 轴承金属 层，该轴承金属层以 铜 为 基础 并含有 锡 和锌的主要 合金 元素，所述层施加于支承壳上。为了结合有利的滑动特性与有利的机械弹性，提出轴承金属层的锡含量为2.5～11%重量，锌含量为0.5～5%重量，锡和锌的总含量为3～13%重量。，下面是滑动轴承专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承(friction bearing)，其具有钢支承壳和无铅的轴 承金属层，该轴承金属层以铜为基础并含有锡和锌的主要合金元素，所述轴 承金属层施加于支撑壳上。
背景技术
长期以来，以铜为基础并含有锡和锌作为主要合金元素的滑动轴承材料 是已知的。向这些轴承材料的合金中加入相当大量的铅，以改善摩擦特性。 铅合金的毒性日益变得不利于该轴承材料的使用。因此，人们做了许多努力 以开发出以铜为基础并含有锡和锌作为主要合金元素的无铅的滑动轴承材 料。然而，与由加铅青铜制成的轴承材料相比，发现其摩擦适应性降低。有 人例如(DE 10308779B3)提出通过加入镁、铁或钴、镍和锰或硅，来改善包 含至少21.3％重量锌和至多3.5％重量锡的无铅的铜合金的滑动特性。这证明 没有特别成功。由另一种已知的含有锌和硅作为主要合金成分的无铅的铜合 金得到同样不足的滑动特性(DE 10308778B3)，其中向含有微量的铁或钴、 镍和锰的铜中加入至少8.5％重量的锌、1～5％重量的硅和至多2％重量的锡。 如果例如加入0.5～2％重量的铋，最终避免了向锡含量为6％重量的铜合金中 加入铅(EP 0457478B1)，那么可能改善摩擦特性，但是必须接受低耐蚀性， 而耐蚀性低阻止了该轴承材料的成功使用。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种上述类型的滑动轴承，该滑动轴承具有 以铜为基础的无铅的轴承金属层，满足了摩擦特性以及强度要求，使得该滑 动轴承可以特别用于制备内燃机。
该目的由本发明用这样的方法来实现，即轴承金属层的锡含量为 2.5～11％重量，锌含量为0.5～5％重量，锡和锌的总含量为3～13％重量。
惊人地发现，在所述的锡和锌含量范围内，可以确实达到对轴承金属层 的滑动特性和对轴承的机械弹性的要求。在锡含量的范围为至多11％重量的 条件下，硬化效应仍不会发生。而且，导致脆化的相组成也没有预期出现。 锌是所使用磷的适宜的替换物。由于形成金属间铁-磷化合物，可能对轴承 金属层与钢支承壳的结合产生不利的影响。以铜为基础并含有所述含量的锡 和锌的无铅的轴承金属层，从铸造和烧结技术的观点来看可以是非常好处理 的合金，以便它们特别适于通过铸造或烧结覆盖(plating)在钢上。
为了改善结合钢支承壳的轴承金属层特性，轴承金属层还可以包括选自 钴、锰和锆的元素组中的至少一种元素，该组中所采用的元素的总浓度为 0.1～1.8％重量。按照该量，没有形成或仅形成非常少量的初生释放相(primary released phase)，它们的影响是可以忽略的，所述量对于烧结粉末的可浇注性 (pourability)和生产有有利的影响。导致强度增加的金属间相可以通过限制这 些合金元素的含量获得，而不必担心脆化。而且，特别是，锆产生的再结晶 阻碍，对轴承金属层的许多厂商特定的(vendor-specilic)热处理是有利的。
除了钴、锰和锆之外，还可能向合金中加入钛、镁和磷。这些元素的总 浓度应该为0.05～1.7％重量，最大磷浓度为0.08％重量。除了在固态下各有 序状态的形成过程中的协作，这些元素还具有脱氧效应，并允许用最少另外不 可避免加入的磷(a minimum of otherwise unavoidable additions of phosphorus) 控制冶金过程。另外的因素在于，因在内燃机的构造中滑动轴承的应用预期 达到高达150℃的工作温度，特别是钛还有锆防止由于老化引起的脆化。这 对于滑动轴承的使用寿命有有利的影响。
附图说明
附图图示了已知含有在铜和铅的基础上的轴承金属层的滑动轴承，以与 根据本发明含有无铅的轴承金属层的滑动轴承进行比较，附图中：
图1以方框图图示了发生固死(seizure)的极限载荷，及
图2为交变弯曲强度相对载荷变化数量的曲线图。
该目的由本发明用这样的方法来实现，即轴承金属层的锡含量为 2.5～11％重量，锌含量为0.5～5％重量，锡和锌的总含量为3～13％重量。
惊人地发现，在所述的锡和锌含量范围内，可以确实达到对轴承金属层 的滑动特性和对轴承的机械弹性的要求。在锡含量的范围为至多11％重量的 条件下，硬化效应仍不会发生。而且，导致脆化的相组成也没有预期出现。 锌是所使用磷的适宜的替换物。由于形成金属间铁-磷化合物，可能对轴承 金属层与钢支承壳的结合产生不利的影响。以铜为基础并含有所述含量的锡 和锌的无铅的轴承金属层，从铸造和烧结技术的观点来看可以是非常好处理 的合金，以便它们特别适于通过铸造或烧结覆盖(plating)在钢上。
为了改善结合钢支承壳的轴承金属层特性，轴承金属层还可以包括选自 钴、锰和锆的元素组中的至少一种元素，该组中所采用的元素的总浓度为 0.1～1.8％重量。按照该量，没有形成或仅形成非常少量的初生释放相(primary released phase)，它们的影响是可以忽略的，所述量对于烧结粉末的可浇注性 (pourability)和生产有有利的影响。导致强度增加的金属间相可以通过限制这 些合金元素的含量获得，而不必担心脆化。而且，特别是，锆产生的再结晶 阻碍，对轴承金属层的许多厂商特定的(vendor-specilic)热处理是有利的。
除了钴、锰和锆之外，还可能向合金中加入钛、镁和磷。这些元素的总 浓度应该为0.05～1.7％重量，最大磷浓度为0.08％重量。除了在固态下各有 序状态的形成过程中的协作，这些元素还具有脱氧效应，并允许用最少另外不 可避免加入的磷(a minimum of otherwise unavoidable additions of phosphorus) 控制冶金过程。另外的因素在于，因在内燃机的构造中滑动轴承的应用预期 达到高达150℃的工作温度，特别是钛还有锆防止由于老化引起的脆化。这 对于滑动轴承的使用寿命有有利的影响。
附图说明
附图图示了已知含有在铜和铅的基础上的轴承金属层的滑动轴承，以与 根据本发明含有无铅的轴承金属层的滑动轴承进行比较，附图中：
图1以方框图图示了发生固死(seizure)的极限载荷，及
图2为交变弯曲强度相对载荷变化数量的曲线图。
具体实施方式
具有同样设计的一系列几个滑动轴承在类似的条件下进行静载荷处理， 该载荷逐步增加直到发生固死。由发生固死所测量的极限载荷(单位MPa)计 算得到各系列滑动轴承的固死平均极限载荷，并将平均极限载荷填入图1的 方框图中。轴承的直径为48mm，轴承宽度为21mm。在12.6m/s的轴转速 和120℃的工作温度下，确定固死倾角(seizure inclination)。根据方框图1， 由CuPb20Sn2制成的轴承金属层的固死的平均极限载荷为43MPa。根据方框 图2，由CuPb15Sn7制成的轴承金属层的固死的平均极限载荷为37MPa。如 方框图3所示，根据本发明的轴承金属层的固死的平均极限载荷为48MPa， 本发明的轴承金属层与用于比较的轴承中一样，施加于钢支承壳上，该轴承 金属层的组成为4％重量的锡、1％重量的锌、0.04％重量的锰、0.08％重量的 锆、0.05％重量的磷、0.11％重量的镁、0.05％重量的钛和余量的铜。
根据图2的曲线图，纵坐标表示在反向弯曲应力下单位为MPa的疲劳 强度，横坐标表示滑动轴承的对数刻度的载荷变化数，该滑动轴承也就固死 倾角进行检验。发现在反向弯曲应力下，根据曲线4的本发明的滑动轴承的 疲劳强度显著高于具有含铅的轴承金属层的滑动轴承。曲线5适用于具有由 CuPb20Sn2制成的轴承金属层的滑动轴承，曲线6适用于具有由CuPb15Sn7 制成的轴承金属层的滑动轴承。
根据图2的曲线图，纵坐标表示在反向弯曲应力下单位为MPa的疲劳 强度，横坐标表示滑动轴承的对数刻度的载荷变化数，该滑动轴承也就固死 倾角进行检验。发现在反向弯曲应力下，根据曲线4的本发明的滑动轴承的 疲劳强度显著高于具有含铅的轴承金属层的滑动轴承。曲线5适用于具有由 CuPb20Sn2制成的轴承金属层的滑动轴承，曲线6适用于具有由CuPb15Sn7 制成的轴承金属层的滑动轴承。
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