CN101408222B - 滑动元件 - Google Patents

Abstract

本发明说明一种滑动元件，它包括一个支承体、一个在支承体上设置的滑动层以及必要时在滑动层上的一个摩擦层，其中滑动层通过一个具有间隙的支承结构形成，在所述间隙内填充一种滑动材料，滑动层或者必要时摩擦层形成一个用于待支撑的构件的摩擦面，该摩擦面在所述构件的转动方向上具有纵向延伸段。在滑动层的纵向延伸段的方向上延伸形成间隙。

Description

滑动元件

技术领域

本发明涉及一种滑动元件，其包括一个支承体、一个在支承体上设置的滑动层以及必要时在滑动层上的一个摩擦层，其中滑动层通过一个具有间隙的支承结构形成，在所述间隙内填充滑动材料，滑动层或者必要时摩擦层形成一个用于待支撑的构件的摩擦面，该摩擦面在该构件的转动方向上具有纵向延伸段，本发明还涉及一种制造这种滑动元件的方法。

背景技术

该类滑动元件在EP 1 538 354 A中公开。它由一个基体组成，该基体涂覆有一个滑动层，该滑动层应该具有希望的摩擦特性，特别是对于粒子的良好的配合性和良好的嵌入性，连同高动态承载能力，其中滑动层至少部分地由一个形成间隙的支承结构结合滑动材料形成，其中支承结构的材料具有较高的强度作为滑动材料。支承结构优选用金属制造，其例如通过发泡具有带有大量彼此连接的空腔的骨架结构。支承结构也可以形成格栅状。滑动层中的支承结构的体积部分优选小于10％。滑动材料优选是润滑金属，例如巴氏合金，然而也可以用聚合物材料作为滑动材料。该滑动材料用浇铸方法或者喷射方法填充到间隙中，在此支承结构的材料应该具有比滑动材料较高的熔点。

DE4406191A说明了一种浇铸的滑动支撑，用于引导和支撑运动的由轻金属基体材料组成的机器零件，其中浇铸一个形成滑动面的一部分的、用硬材料制造的型体，其带有用复合材料填充的空腔。为获得改进的摩擦特性规定，成型体的敞开的空腔用基层材料填充，成型体的位于滑动面内的硬的部分的大小在一个轴上测量总是≤0.1mm，成型体的位于滑动面内的硬的部分之间的距离在一个轴上测量总是≤2mm。

发明内容

本发明的目的在于，改进这种支撑元件的滑动特性。

该目的一方面通过这样的滑动元件实现，其中在滑动层的纵向延伸段的方向上延伸形成空隙，也就是说它在该方向上具有比在摩擦层的平面内在垂直于它的方向上的宽度更长的长度，以及该目的通过用于制造这种滑动元件的方法实现，在该种方法中所述间隙通过辊在纵向延伸段的方向上变形。由此实现，为构件的滑动特别是转动在滑动材料上有较长的行程供使用。同时滑动层的强度在支承结构上面前后一样保持。该滑动元件原则上可根据各种方法制造，例如通过使用一支承结构，该支承结构已经具有在该构件的转动方向上延伸的空腔，例如通过使用相应的金属格栅，但是该纵向延伸段优选通过轧辊制造，因为其可以同时在滑动层的轧制板坯时在支承体上实施，使得按照间隙的延伸应该是多大，可以用支承结构的半成品加工，并可以根据希望的延伸将其变形。也就是说由此也能简化仓储等，此外为此不需要任何另外的处理步骤。

间隙在纵向延伸段的方向上的长度相对于与该方向垂直的方向上的宽度的平均轴比可以是至少1.1:1，以便进一步改善滑动层的滑动特性。

该轴比特别可以是2:1或者3:1或者4:1。

间隙在纵向延伸段上以μm计的长度对于与该方向垂直的以μm计的高度的比可以在下限10:1、上限50:1的范围内。由此通过增长行程得以再次进一步改善了滑动层的滑动特性。

间隙的纵向延伸段相对于高度的比特别可以位于下限15:1、上限40:1的范围内，优选位于下限20:1、上限30:1的范围内。

间隙在滑动层上的份额相对于整个滑动层可以为至少55％，由此有较大部分的滑动材料可供使用并且能够改善滑动层的滑动特性。

间隙在滑动层上的份额特别可以为至少60％或者为至少70％。

为得到更好的变形性，当支承构架由具有至少2.5％的塑性最小变形性、特别至少7.5％、优选至少10％的材料形成时是有利的。

支承结构可以在形成较大的间隙的情况下部分被中断，由此可以通过自由端实现支承结构在滑动材料中更好的锚定，特别当该自由端至少差不多被弯曲，或者在滑动材料上由此实现较大的延伸和由此实现行程的延长时。

支承结构可以在支承体的范围内至少差不多完全嵌入滑动材料中，使得与支承体的连接主要通过滑动材料建立。因为该滑动材料通常具有比支承结构较小的硬度，所以由此能够实现更好的变形性而不会有破坏迭层结构的危险。此外，通过固体内传播的声音不经由支承结构的较硬的材料传入支承体中，这样除了滑动层的更好的弹性之外，还能改善滑动元件的消声特性。

通过把金属或者合金涂敷在支承体上并且在其上形成泡沫，可以产生支承结构。为此在该金属中至少掺入一种工作介质，例如一种氢化物。通过在“现场”发泡能够实现在基础上亦即在支承体上更好的附着。

所使用或者产生的泡沫优选除用滑动材料填充的敞开的气孔之外还具有封闭的气孔。因为滑动材料在填充这种封闭的气孔时不能穿透，因此它们在成形或者变形前不被填充，由此实现滑动元件的更好的变形性。

优选这种封闭气孔的直径小于最大的敞开的气孔的直径，使得带有滑动材料的气孔的填充度不太小。

在该“预制材料”中的封闭气孔的份额与敞开的气孔的份额相比优选在下限为2％、上限为15％的范围内选择，特别从下限为5％、上限为10％的范围内选择。

通过添加或者使用较小份额的工作介质，例如相对于要发泡的金属的0.1％，可以制造除了敞开的气孔之外的封闭气孔。

为简化泡沫中间隙的填充，可以把滑动材料与要发泡的金属或者要发泡的合金在发泡前混合。以这种方式同时能够在泡沫中产生上述封闭的气孔，因为该滑动材料或多或少阻碍不受干扰地泡沫产生。

最后可以在把支承结构放置或者设置在支承体上之前在后者上涂敷一层滑动材料，亦即如上所述，使得支承结构在支承体的范围内嵌入滑动材料中。

具体实施方式

为更好地理解本发明，根据后面的说明详细地解释本发明。

在具体说明中对于值范围的全部参数如此理解，它包括其中任意的和所有的分区间，例如参数1到10如此理解，它包括从下限1到上限10全部分区间，也就是说，包括从下限1或更大开始且以上限10或者更小结束的全部分区间，例如1到1.7或者3.2到8.1或者5.5到10。

本发明的滑动元件可以具有滑动轴承的半壳的形状。此外其可以采取轴套、轴承的整壳、起动环或者一般轴承元件的形式，在其内支撑其它构件，例如轴、柱塞，它们可相对于该轴承元件运动特别是转动。亦即在本发明的范围内滑动元件的结构可以作为轴向轴承或者径向轴承。

在最简单的实施方案中，滑动元件以由支承体和在其上设置的滑动层组成的两层轴承的形式形成。支承体例如可以通过由钢、黄铜或者类似材料组成的带或者半壳形成，也就是说所述材料用于承载在滑动元件上作用的负载并且能够实现该任务。还可以通过构件自身形成支承体，其中滑动元件通过该构件的直接镀层产生。

除这种两层实施方式外，在本发明的范围内还可以在支承体和滑动层之间设置至少另外一层。所述另外一层例如可以是一个扩散阻挡层或者一个附着层。附着层例如可以由铝或者铝合金例如AlSc₃形成。

扩散层同样可以由铝或者铝合金或者通过镍层形成。

此外还存在这种可能性，即在滑动层上，也就是说在朝向要支撑的构件的每一表面上，形成一个所谓的起动层，例如构成作为一个薄的锡层或者铅层。代替这些，也可以使用滑动漆层作为起动层。

支承体的层厚可以从下限为至少滑动元件的材料复合的总厚度的20％、上限为最大滑动元件的材料复合的总厚度的95％的范围内选择。

滑动层的层厚可以从下限为至少滑动元件的材料复合的总厚度的2.5％、上限为最大滑动元件的材料复合的总厚度的50％的范围内选择。

扩散层或者附着层的层厚可以从下限为滑动元件的厚度的5％、上限为滑动元件的厚度的100％的范围内选择。

起动层的层厚可以从下限为滑动元件的厚度的5％、上限为滑动元件的厚度的250％的范围内选择。

本发明的滑动层由一个支承结构组成，该支承结构确定一个具有间隙的三维骨架结构，其中这些间隙至少大部分彼此连接。

支承结构例如还可以具有由金属或者金属合金组成的泡沫的形式。同样可以把支承结构构成为网状或者格子状。此外还可以如此实现，即通过金属纤维把支承结构构成为纤维网状，亦即例如钢丝绒状。

作为用于该支承结构的材料，使用从包括钢、铜或者铝的组或者它们的合金中选择的金属或者合金，特别是各具有超过150MPa的最小延展界限。

支承结构在滑动层上的份额可以从2％体积百分比的下限和20％体积百分比的上限的范围内选择，特别可以从5％体积百分比的下限和10％体积百分比的上限的范围内选择，优选从6％体积百分比的下限和9％体积百分比的上限的范围内选择。

在这些间隙中填充的滑动材料构成百分之百体积比的剩余部分。作为用于滑动材料的材料，使用从包括锡、铅、铋、铟、巴氏合金或者在其滑动特性方面相似的材料的组中选择的金属或者合金，所述材料在10kP的测试力的情况下具有HV150的最大维氏微硬度。

也许支承结构自身也可能具有滑动特性。为此支承体可以形成多层，具有一个较硬的核和一个较软的例如由PTFE组成的涂层、一个电镀的滑动层、一个由滑动漆制造的涂层，例如在基体上掺有MoS₂和/或石墨的聚酰亚胺，特别是聚酰胺亚胺。例如该涂层可以具有由32±10％重量百分比的PAI、45±10％重量百分比的MoS₂、23±10％重量百分比的石墨的组成的滑动漆形成。此外，由一种滑动漆制成的涂层也可以包含至少另一种成分材料，例如纤维、填充材料，如硬质材料，或者碳纳管(Kohlenstoffnanor

hren)。

为制造这种滑动元件，可以在支承体上，亦即例如在一个钢带上，设置一个如上述构成的支承结构，然后通过浇铸用熔化的滑动材料填充间隙，其中，在至少大部分间隙形成“敞开气孔”后，通过滑动材料产生相对于支承体的附着。为支持这点，可以在设置支承结构前沉积或者涂敷一个由滑动材料形成的层或者一个附着层。

除设置已经预加工的支承结构外，其中也可以使用预加工的金属泡沫，在本发明的范围内，通过给各金属或者金属合金添加工作介质(Treibmittel)，可以在支承体上直接形成金属泡沫。工作介质优选从包括氢化物例如氢化钛或者氢化锆或者一般通过加热形成的添加剂(Aditiva)的组中选择。工作介质在工作介质/金属混合物中的份额可以根据完成后的泡沫应该具有何种气孔度，在下限0.5％重量百分比和上限5％重量百分比的范围内选择。

还可以使用具有带工作介质的粉末冶金制造的层的半成品。

优选直到要发泡的金属或者金属合金的熔点进行加热。在把金属优选铝或者铝合金加热和发泡后，通常执行迅速的冷却，以便冻结泡沫结构。

但是也可以通过添加另一种反应剂通过激发一种化学反应而发泡。

也许可能把工作介质以化学方式或者粘附方式结合在金属或者合金上，并且为产生泡沫由其形成。

此外可以这样制造金属泡沫，即将一种气体例如空气或者一种不被氧化的气体吹过金属熔体(这里也包括合金)，或者其由金属蒸气形成。

原则上指出，金属泡沫的制造已经公知，有关处理方式请参阅有关文献。

泡沫的产生也可以在压力下进行，以便由此决定气孔大小或者间隙的大小，或者由此能够这样形成泡沫，使得如上述它具有一定份额的封闭的气孔以便改善该金属泡沫的变形性。在这种情况下该压力可以从下限为0.1巴和上限为10巴的范围内选择。

代替金属泡沫也可以使用无机材料形成的泡沫，例如由必要时掺有例如5％重量百分比的BaO的Al₂O₃形成。

除后通过浇铸金属熔液或者金属合金熔液发泡的方案外，可以把滑动材料事先与要发泡的金属或者要发泡的金属合金混合，也就是说使得基本上支承结构在滑动材料中从要发泡的金属或者要发泡的合金产生。

代替金属或者金属合金作为滑动材料，在本发明的范围内它还可以通过合成树脂亦即例如滑动漆形成，如从现有技术中所知，其中该滑动漆同样可以作为熔液填充到间隙中，或者更确切说，通过浇铸、伸展、喷射等以弥散或者乳剂的形式。

作为滑动漆特别使用这样的材料，其以作为合成树脂基体材料的聚酰亚胺为基础，优选以聚酰胺亚胺为基础，如上所述。

同样如上所述，一般可以给该滑动漆混入至少一种固体滑动材料，例如二硫化钼或者石墨。

该如此制造的、由支承体和在其上形成的或者设置的本发明的滑动层制成的半成品然后在压力下变形，使得间隙在被支撑的构件的转动方向的方向上具有纵向延伸段，并由此在滑动材料上提供较长的行程。变形例如可以通过轧辊进行，在这种情况下还可以事先产生用滑动材料填充的滑动层，然后把该预制品与支承体或者必要时另外的层轧制成板坯，并且在这种情况下实施间隙的变形。

在本发明的范围内还可以想到，这样制造泡沫，使得它具有在本发明的意义上带有纵向延伸段的间隙的一个优选的方向。

曾实施下面的实施例，它们不限制本发明的保护范围。作为滑动漆在此使用下面的组成：32％重量百分比的PAI、45％重量百分比的MoS₂、23％重量百分比的石墨。硬度值复制在各组成的全部变体方案中所测量的单个值的范围。

 

支承结构	填充材料	变形	硬度HB2.5/15.625
				铝合金纤维网	SnSb7Cu3	15％	23-26
铝合金纤维网	滑动漆	15％	33-40
				以铝为基的泡沫	SnSb7Cu3	15％	29-38
以铝为基的泡沫	滑动漆	15％	41-44
				以镁为基的泡沫	SnSb7Cu3	15％	28-37
以镁为基的泡沫	滑动漆	15％	39-43

填充的支承结构相应地设置在作为支承体的钢带上。各泡沫单独地制造，与支承体用金属胶粘剂粘结，然后用各填充材料填充。在对此的一种变型方案中泡沫结构直接在钢带上产生并用填充材料填充。用轧辊进行冷变形。

不言而喻，在本发明的范围内存在这样的可能性，即实施通常的方法步骤，例如用通常的有机溶剂对泡沫脱脂和/或在设置在支承体上之前或者在用填充材料填充前的表面活性处理(Tensiden)。这些措施从现有技术公知，所以不需要另外说明。

Claims (13)

1.滑动元件，包括一个支承体和一个在支承体上设置的滑动层，其中滑动层通过一个具有间隙的支承结构形成，在所述间隙内填充一种滑动材料，滑动层形成一个用于待支撑的构件的摩擦面，该摩擦面在所述构件的转动方向上具有纵向延伸段，朝滑动层的纵向延伸段的方向延伸形成所述间隙，其特征在于，支承结构是具有间隙的三维骨架结构，其中这些间隙至少大部分彼此连接，支承结构在滑动层上的份额在2％体积百分比和20％体积百分比之间并且滑动材料构成剩余部分。

2.根据权利要求1的滑动元件，其特征在于，间隙的纵向延伸段以μm计的长度相对于与其垂直的以μm计的高度的比值位于下限为10∶1和上限为50∶1的范围内。

3.根据权利要求1的滑动元件，其特征在于，间隙在滑动层上的份额相对于整个滑动层至少为55％。

4.根据权利要求1的滑动元件，其特征在于，支承结构用一种具有至少2.5％的塑性最小变形性的材料制成。

5.根据权利要求1的滑动元件，其特征在于，支承结构在形成在滑动材料中锚定的自由端的情况下并且从而在形成较大的间隙的情况下部分地被中断。

6.根据权利要求1的滑动元件，其特征在于，支承结构在支承体的区域内几乎完全嵌入滑动材料中。

7.根据权利要求1的滑动元件，其特征在于，在所述滑动层上设置一个摩擦层，该摩擦层形成用于待支撑的构件的一个摩擦面。

8.用于制造滑动元件的方法，所述滑动元件包括一个支承体和一个在支承体上设置的滑动层，其中滑动层或形成一个用于待支撑的构件的一个摩擦面，该摩擦面在所述构件的转动方向上具有纵向延伸段，其中用一个具有间隙的支承结构制造滑动层，在所述间隙内填充有滑动材料，所述间隙通过轧辊在纵向延伸段的方向上变形，其特征在于，将在滑动层上的份额在2％体积百分比和20％体积百分比之间的支承结构制造成具有间隙的三维骨架结构，其中这些间隙至少大部分彼此连接，并且加入了份额为80％体积百分比和98％体积百分比之间的滑动材料。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，支承结构通过一种金属在支承体上发泡而产生。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，制造具有封闭的和敞开的气孔的泡沫。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，在发泡前在要发泡的金属中掺入滑动材料。

12.根据权利要求9的方法，其特征在于，在把支承结构放置或者设置在支承体上之前在支承体上涂敷一由滑动材料制成的层。

13.根据权利要求8的方法，其特征在于，在所述滑动层上设置一个摩擦层，该摩擦层形成用于待支撑的构件的一个摩擦面。