滑动轴承
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。并且描述了 滑动 轴承 ，其包含 钢 支撑 壳和施加于支撑壳的具有主要 合金 元素 锡 和锌的 铜 基无铅 轴承金属 层。为获得有利的轴承性能，建议该轴承金属层的锡含量为2.5至11重量％，锌含量为0.5至5重量％，锆和 钛 的总含量为至少 0.01重量％且磷含量为至少0.03重量％，锆、钛和磷的总含量为最多0.25重量％且锡和锌的总含量为3至13重量％。，下面是滑动轴承专利的具体信息内容。
1.具有钢支撑壳和施加于支撑壳的铜基无铅轴承金属层的滑动轴承，并 且该轴承金属层具有主要合金元素锡和锌，其特征在于该轴承金属层具有的 锡的含量为2.5至11重量％，锌的含量为0.5至5重量％，锆和钛的总含量 为至少0.01重量％，且磷的含量为至少0.03重量％，锆、钛和磷的总含量为 最多0.25重量％，且锡和锌的总含量为3至13重量％。
2.根据权利要求1的滑动轴承，其特征在于所述磷含量最多为0.08重 量％。
3.根据权利要求1或2的滑动轴承，其特征在于所述轴承金属层包括至 少一种附加元素，其选自镍、锰、铝、银、铁、砷、锑、镁和钴，并且这些 元素的单独含量为最多2.5重量％，且所用的这些元素的总含量为最多11重 量％，优选不大于9.5重量％。
4.根据权利要求3的滑动轴承，其特征在于所用的这些元素的单独含量 为不大于0.5重量％，优选不大于0.05重量％。
5.根据权利要求1至3任一项的滑动轴承，其特征在于所述轴承金属层 具有的铋含量不大于2重量％。
技术领域
本发明涉及具有钢支撑壳和施加于支撑壳的铜基无铅轴承金属层的滑 动轴承，该轴承金属层具有主要合金元素锡和锌。
背景技术
铅青铜的毒性越来越多地阻止这种轴承材料的使用。尝试用以锡和锌作 为主要合金元素的铜基无铅滑动轴承材料替代铅青铜总是伴随着代替物轴 承材料的削弱的摩擦适应性。例如(DE 103 08 779 B3)建议了改善黄铜合金滑 动特性，该合金包含至少21.3重量％的锌和最多3.5重量％的锡，并添加镁、 铁或钴、镍和锰或硅，但没有获得令人信服的结果。类似不足的滑动特性在 另一已知的无铅铜合金中获得，该合金含有至少8.5重量％的锌和1至5重 量％的硅作为主要合金成分(DE 103 08 778 B3)，并具有最多2重量％的锡和 少量的铁或钴、镍和锰。例如，如果向含有6重量％锡的铜合金添加0.5至 2重量％的铋以避免加入铅(EP 0457478 B1)，可以改进摩擦性能，但同时机 械强度特性会下降，这使得这些轴承材料不适用于高性能内燃机动力传动系 统的轴承。直到现在，仅有具有高含量铅的青铜基轴承材料满足这些轴承需 求。然而，现代内燃机增加的发火压力显示出由于它们含有铅这种铅青铜不 久将达到它们的机械负载极限。另一因素为确保抗腐蚀性润滑剂的充足耐腐 蚀性，且需要考虑有利的冷成形能力，所以即使铅青铜也不再能满足对轴承 材料的承载能力的提高的需求。
发明内容
所述目的通过本发明以如下方式获得，即所述轴承金属层具有的锡的含 量为2.5至11重量％，锌的含量为0.5至5重量％，锆和钛的总含量为至少 0.01重量％，且磷的含量为至少0.03重量％，锆、钛和磷的总含量为最多0.25 重量％，且锡和锌的总含量为3至13重量％。
出人意料地注意到由于上述建议的组成，可以将轴承金属层的咬合倾向 改进至决定性的程度。认为较低的咬合倾向由主要由α青铜组成的基质和α/δ 共析体的存在引起，该α/δ共析体以超细方式在晶界分配，其中钛和锆对α/δ 共析体的细度具有明显影响，但只有当通过加入磷而防止元素钛和锆过早氧 化时才对细度有影响。锆和钛的总含量为0.01重量％时已能得到轴承金属层 的咬合性能的明显改进。对此的先决条件是氧化前进行相当的保护，这需要 磷的最小含量为0.03重量％。当选择的锆和钛的含量太高，这些元素对基质 具有脆化作用，从而不可接受地限制轴承金属层的变形性。也必须避免过量 的磷含量以避免危及轴承材料的延性和疲劳强度。当锆、钛和磷的总含量不 大于0.25％，可保证满足需要的延性。磷的含量可有利的限制为最大0.08重 量％。
当具有所述的锡和锌的含量范围时，轴承金属层的滑动特性和轴承的机 械强度的需求可以有利的方式满足。当限制锡的最大含量为11重量％时，不 会发生不可接受的硬化效应。而且，还可预期不会导致脆变的相组成。锌是 所用的较高含量的磷的合适替代物，否则较高含量的磷会由于形成金属间铁 /磷化合物对轴承金属层与钢支撑壳的结合具有不利作用。轴承金属层的合金 可用有关的铸造和烧结技术良好地处理，所以它们非常适合在钢上进行铸造 和烧结涂层。
加入锌还促进防止合金产品液相的氧化并支持摩擦学有利的α/δ共析体 的形成。为了利用锌在轴承金属层中的优点，需要最小含量为0.5重量％。 然而，锌的含量必须不能超过5重量％，这样耐腐蚀性不会被削弱。
由于镍、锰、铝、银、铁、砷、锑、镁和钴对强度、耐热性和耐腐蚀性 的已知作用，轴承金属层可包括这些元素的至少一种，其中这些元素的单独 含量应不大于2.5重量％，且所用的这些元素的总含量应不大于11重量％， 优选不大于9.5重量％，否则不能达到轴承金属层的所需特性。必须注意这 些元素的溶解度(solubility)必须不能例如因锌的过高含量所妨碍，以避免削 弱α青铜形式的基质的形成。尤其有利的是，通常当所用的这些元素的单独 含量不大于0.5重量％，优选不大于0.05重量％时。
为了进一步减少咬合倾向，轴承金属层可包含不大于2重量％的铋。当 铋含量小于2重量％时，可保持所需的强度值。但较高含量的铋将导致基质 的强度降低。然后铋引起的较低的耐腐蚀性还将导致腐蚀侵蚀可在基质的较 深区域成为有效。
优选实施方案的描述
为了测定抗咬合性能，将具有直径为48.0mm，宽为21.00mm和轴承 间隙(bearing play)为1.4‰的测试用轴承以转速为5000rpm和油消耗率为 1.1L/min在压力为0.7巴和供油温度为120℃下静负载，分步每1.75分钟增 加该负载直到咬合并测量磨耗负载(attrition load)。在已知的以锡为主要合金 元素的铜基无铅轴承金属合金中，最多达到平均抗咬合性能所需最小值(例 如磨耗负载为20MPa和在2.106的负荷变换时疲劳强度为150MPa)中的一 个，而本发明的滑动轴承能够轻易地确保这些最小值。在含3重量％的锡， 1重量％的锌，且锆、钛和磷的总含量为0.08重量％，镍含量为1重量％和 铝含量为0.3重量％的铜基轴承金属合金中，测得磨耗负载为24MPa且弯曲 疲劳强度为152MPa。当锡含量增加至4重量％且锆、钛和磷的总含量增加 至0.09重量％，且没有向合金添加镍和铝时，磨耗负载为24MPa且弯曲疲 劳强度为154MPa。当再增加锆、钛和磷的总含量至0.12重量％且向合金添 加0.05重量％的钴和0.05重量％的镁时，可以增加磨耗负载至28MPa和弯 曲疲劳强度至164MPa。在铜基轴承金属层含有4重量％的锡，1重量％的 锌，且锆、钛和磷的总含量为0.11重量％的情况下，当通过辊压涂层 (Walzplattieren)施加至钢支撑壳时测得磨耗负载为26MPa且弯曲疲劳强度 为163MPa。然而，在铸造的同样轴承金属合金的情况下，可以达到摩擦负 载(friction load)为24MPa且弯曲疲劳强度为156MPa。当再增加锡含量时， 磨耗负载和弯曲疲劳强度值也将增加。当锡含量为5重量％且不变的锌含量 为1重量％，且锆、钛和磷的总含量为0.01重量％，还含有0.2重量％的铁 和0.1重量％的锰，可达到磨耗负载为34MPa且弯曲疲劳强度为168MPa。 没有这些附加元素铁和锰，磨耗负载为35MPa且弯曲疲劳强度为163MPa。 进一步将锡含量增加至8重量％且锆、钛和磷的总含量增加至0.17重量％， 并且锌含量不变且还含有0.02重量％的锰，0.1重量％的钴和1重量％的镍时， 导致磨耗负载为37MPa且弯曲疲劳强度为173MPa。
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