CN101046228A - 滑动元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滑动元件，特别是滑动轴承，包括支承元件和滑动层，在所述支承元件和滑动层之间设置轴承合金层，其中所述滑动层有铋或铋合金构成，并且其中铋或铋合金的微晶在滑动层中相对于其定向占据一个优选的方向，其通过晶格平面(012)的密勒指数表示，其中晶格平面(012)的X光衍射强度相对于其他晶格平面的X光衍射强度是最大的。具有第二大的X光衍射强度的晶格平面的X光衍射强度最多为晶格平面(012)的X光衍射强度的10％。

Description

滑动元件
技术领域
本发明涉及一种滑动元件，包括支承元件和滑动层，在所述支承元件和滑动层之间设置轴承合金层，其中所述滑动层有铋或铋合金构成，并且其中铋或铋合金的微晶在滑动层中相对于其定向占据一个优选的方向，其通过晶格平面(012)的密勒指数表示，其中晶格平面(012)的X光衍射强度相对于其他晶格平面的X光衍射强度是最大的。
背景技术
此外，滑动轴承的特征在于，它具有相对软的滑动层，以便由此实现支承的元件例如轴的调整以及对于杂质颗粒的一定程度的可嵌入性。为了满足这些摩擦学的特性，迄今为止现有技术主要的滑动层建议包含锡或铅。但铅由于其毒性是不希望的，并且正好在最近的时间内试图发现消除铅的方案。
这样，在DE100 32 624A中建议一种滑动轴承，其包括一轴承合金和一个在轴承合金上构成的由铋或铋合金制成的摩擦层，其中在以下限定的、由铋或铋合金制成的摩擦层的X光衍射强度I[hkl]的相对比率满足以下条件(a)和(b)：
(a)除了{012}之外的其他平面的X光衍射强度I[hkl]的相对比率是X光衍射强度I[012]的比率的0.2到5倍，亦即0.2I[012]≤I[hkl]≤5I[012]；
(b)除了{012}之外的三个或多个其他平面的X光衍射强度I[hkl]的相对比率是X光衍射强度I[012]的相对比率的0.5到2倍，亦即0.5I[012]≤I[hkl]≤I[012]；
其中具有随机定向的标准粉末样品的铋微晶的{hkl}平面呈现出X光衍射强度Rρ(hkl)；由铋或铋合金制成的摩擦面的铋微晶的{hkl}平面呈现出X光衍射强度RO/L(hkl)；两个强度值的比率K(hkl)＝RO/L(hkl)/Rρ(hkl)；K(012)和K(hkl)的比率表示为I[hkl]＝K(hkl)/K(012)。
此外，由DE 10 2004 015 827已知一滑动件，包括一背面金属层，一在背面金属层上的滑动合金层和一在滑动合金层上的覆盖层，其中覆盖层由铋和铋合金构成，并且其中在覆盖层的晶格中，一以密勒指数(202)表示的表面具有一定向度，其不小于30％，并且于其他表面相比较，(202)的表面的X光衍射强度R(202)为最大值。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有无铅的滑动层的滑动元件。
该目的这样地达到，即在开始所述的滑动元件上，具有第二大的X光衍射强度的晶格平面的X光衍射强度最多为晶格平面(012)的X光衍射强度的10％，或者独立地，在按本发明的方法中，滑动层根据所述特征制造。
出人意料地提出，与在DE 10 2004 015 827 A1中的观点不同，带有由铋或铋合金制成的按本发明滑动层的滑动元件至少具有相对于按DE 10 2004 015 827 A1所述的那个滑动层的可比较的特性，所述滑动层具有这样对齐的铋或铋合金的微晶。这个结果相对于DE 100 32624A也是出人意料的，按照所述结果，如果优选的定向不限于一些特定的平面，如其是按本发明的情况，这样的铋-滑动层仅仅是适合的。
除了无铅性，按本发明的滑动层的优点首先在于，它易于制造。按(0120)平面的强的定向例如通过电镀实现。如按DE10 2004 015 827A1所建议的，在这里例如不必在一个确定的工作循环中以反向周期工作。此外由于微晶的强的定向，按本发明的滑动元件具有改进的耐磨性。
按一实施变型方案，具有第二大的X光衍射强度的晶格平面是具有密勒指数(024)的那个晶格平面。这样在滑动层中实现微晶的较高的定向度，由此进一步改进上述特性。
除了晶格平面(012)之外的所有其他晶格平面的X光衍射强度的总和最多为晶格平面(012)的X光衍射强度的25％，由此同样达到较高的定向度。
另外有利的是，滑动层具有从下限为15HV和上限为40HV的范围中选择的维氏硬度，由此改进耐磨性。例如滑动层具有20HV或者25HV或者30HV或者35HV的硬度。
滑动层具有从下限为15μm和上限为40μm的范围中选择的层厚，以便达到滑动元件的更好的防摩擦特性。例如滑动层具有10μm或者15μm或者20μm或者25μm或者30μm或者35μm的层厚。
附图说明
为了更好地理解本发明，借助以下附图更详细地说明本发明。
附图中：
图1示出按本发明的由铋构成的滑动层的表面在电流密度为5A/dm2(ASD)的情况下在沉积时的X光衍射图；
图2示出按本发明的由铋构成的滑动层的表面在电流密度为10A/dm2(ASD)的情况下在沉积时的X光衍射图；
图3示出按本发明的由铋构成的滑动层的表面在电流密度为15A/dm2(ASD)的情况下在沉积时的X光衍射图；
图4示出按本发明的由含有8重量％的锡的铋合金构成的滑动层的表面的X光衍射图。
具体实施方式
首先，要注意的是，在本说明书中选择的位置说明如上、下、侧向的等针对直接描述的实施方式，并且当位置改变时根据含义转移到新的位置上。此外，由所示的和所述的不同的实施例的单个特征或特征组合在本身独立的、独创的或按本发明的方案中描述。
如本身已知的，按本发明的滑动元件包括支承元件、一个在该支承元件上设置的轴承合金层、以及在该轴承合金层上设置的由铋或铋合金制成的按本发明的滑动层，所述支承元件例如可以为钢支承壳。
轴承合金层可以是任何已知的轴承合金层，例如铝-锡合金、铜合金、铝合金等。
对此实例为：
1.铝基的轴承合金(按DIN ISO 4381以及4383)：
AlSn6CuNi，ALSn20Cu，AlSn4Cd，AlCd3CuNi，AlSi11Cu，AlSn6Cu，AlSn40，AlSn25CuMn，AlSi11CuMgNi；
2.铜基的轴承合金(按DIN ISO 4383)：
CuSn10，CuA110Fe5Ni5，CuZn31Si1，CuPb24Sn2，CuSn8Bi10；
3.锡基的轴承合金
SnSb8Cu4，SnSb12Cu6Pb。
当然，也可以使用其他的作为铝基、铜基或锡基的所谓的轴承合金。
如已经提及的，滑动层由铋或铋合金制成的按本发明的层构成，其中对于铋的合金配对(Legierungspartner)名义上考虑为至少一种来自于包括铜、银、锡、锑和铟的组的元素，并且具有最多10重量％的份额。所述至少一种合金元素的份额可以从下限为1重量％和上限为9重量％的范围内选择，或者从下限为3重量％和上限为7重量％的范围内选择。亦即铋合金例如可以具有至少其中一种合金配对的2重量％或4重量％或6重量％或8重量％。在优选的实施变型方案中，加入到合金中的比例最多为10重量％。亦即例如也可能的是，合金含有3重量％的Sn、2重量％的Sb或者4重量％的Sn和2重量％的In。其他合金组分在所给出的范围的边界内也是可能的，只要满足所述微晶的定向的上述条件。
除了滑动元件的三层的实施方式，多层的实施方式也是可能的。例如在支承元件和轴承合金层之间或者在轴承合金层和滑动层之间设置一扩散阻隔层或粘结层。对于这样的层，例如Al、Mn、Ni、Fe、Cr、Co、Cu、Ag、Mo、Pd以及NiSn合金或CuSn合金是可行的。
作为滑动元件在本发明的含义内理解为任何类型的滑动支承装置，如滑动轴承、例如形式为衬套的滑动轴承半壳或整壳、止推环、例如连杆的、导向装置等的在驱动技术中的轴承。
但也可能的是，按本发明的滑动层直接涂覆在相应的元件上，也就是说进行直接的涂层，从而一个附加的构件对于滑动支承装置不是必需的。这例如在连杆上是可能的。
按本发明的滑动层电镀的制成，其中电镀液具有以下组成，并且涂层用以下参数进行。
实例1：用于电镀的电镀液组分：
50g/l铋作为甲磺酸盐
80g/l甲磺酸用于改进导电性
光滑剂和至少一种表面活性剂的添加剂。
工作参数：
室温
电流密度：5A/dm2(图1)以及10A/dm2(图2)以及15A/dm2(图3)
实例2：用于电镀的电镀液组分：
70g/l铋作为甲磺酸盐
50g/l甲磺酸用于改进导电性
1g/l商用的表面活性剂用于改进可润湿性
0.5g/l层光滑添加剂(“匀平剂”)
工作参数：
室温
电流密度：5A/dm2
以下在图1至3示出的X光衍射图记录所制出的光滑层的X光衍射图。在表1中给出图1相应的强度。
表1
  平面   强度
  012   4561
  014   223
  110   161
  202   82
  024   339
  116   178
  112   125
所示图像与一标准的图像相应，其中X轴为°2θ值，而Y轴是脉冲(数量)。上述图像借助照相机生成，并且使用CuKα射线。
如从图1至3的三幅图的比较可看出，在沉淀时通过提高电流密度，012平面还更清楚地处于更显著的位置，亦即换句话说，通过提高电流密度，进一步提高在层中的定向度。
按本发明材料亦即在该实施例中按本发明的铋层与由现有技术的上述对比文件已知的滑动层相比。在六个滑动层样品(Gleitschichtmustern)中，其中五个为纯铋的，一个样品由含有3重量％的锡的铋合金构成，表面压力由发生所谓的轴咬合处确定。在这六个样品上，所述表面压力在95MPa和110MPa之间，亦即位于在DE 100 32 624A公开的测量值的区域中。与按DE 10 2004 015 827 A的轴承相比，按本发明的轴承的结果明显更好。为了测量，使用在DE100 32 624A中所述的方法。滑动层的厚度相应地选择为10μm。
按本发明的Bi-滑动层确定具有17UMHV 2p的硬度，而BiCu10-滑动层确定具有30UMHV 5p的硬度。在此，UMHV为在2克力或5克力负载的情况下维氏超微硬度。
最后地，图4示出由含有8重量％的锡的铋合金制成的按本发明的滑动层的实例。在此也可明显地看出，在按(012)平面的的层中的定向。
在本说明书中的对于值区域的说明可理解为，其也包括任意的和所有的子区域，例如标记1至10理解为包括所有从下限为1和上限为10的子区域，亦即所有子区域从下限1开始或者更大，在上限10终止或更小，例如1至1.7或者3.2至8.1或5.5至10。
实施例描述了滑动元件的可能的实施变型方案，其中在这里要注意的是，本发明不限于特别示出的实施变型方案。
基于发明本身的方案的目的可从说明书中得出。

Claims (6)

1.滑动元件，特别是滑动轴承，包括支承元件和滑动层，在所述支承元件和滑动层之间设置轴承合金层，其中所述滑动层有铋或铋合金构成，并且其中铋或铋合金的微晶在滑动层中相对于其定向占据一个优选的方向，其通过晶格平面(012)的密勒指数表示，其中晶格平面(012)的X光衍射强度相对于其他晶格平面的X光衍射强度是最大的，其特征在于，具有第二大的X光衍射强度的晶格平面的X光衍射强度最多为晶格平面(012)的X光衍射强度的10％。
2.按权利要求1所述的滑动元件，其特征在于，具有第二大的X光衍射强度的晶格平面是具有密勒指数(024)的那个晶格平面。
3.按权利要求1或2所述的滑动元件，其特征在于，除了晶格平面(012)之外的所有其他晶格平面的X光衍射强度的总和最多为晶格平面(012)的X光衍射强度的25％。
4.按权利要求1至3之一所述的滑动元件，其特征在于，滑动层具有从下限为15HV和上限为40HV的范围中选择的维氏硬度。
5.按权利要求1至4之一所述的滑动元件，其特征在于，滑动层具有从下限为15μm和上限为40μm的范围中选择的层厚。
6.用于制造滑动元件的方法，该滑动元件至少包括支承层、轴承合金层和滑动层，按照该方法，在支承元件上必要时在中间设置粘结层情况下设置轴承合金层，而且在轴承合金层上必要时在中间设置粘结层的情况下设置滑动层，其中滑动层由铋盐的甲磺酸溶液电镀到轴承合金层或粘结层上，其特征在于，所述滑动层根据权利要求1至5的滑动层的特征制造。
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