CN103402756A - 制造无铅镀铝滑动轴承的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种滑动轴承的制造方法中，一种铝-铁-硅合金被轧制在钢背上，其中铁与硅的比例为2:1至4:1。滑动轴承的滑动表面具有这样的铝-铁-硅合金。

Description

制造无铅镀铝滑动轴承的方法
技术领域
本发明涉及一种制造铝铁硅合金滑动轴承的方法。本发明还进一步涉及一种具有铝铁硅合金的滑动面的滑动轴承。
背景技术
在滑动轴承特别是用于内燃机的连杆轴承的生产过程中，必需使用具有高耐磨性能的材料。此外，这种合金具有极易获得且价格低廉的特性，可以方便地使用。而且，该滑动轴承的材料有合适的硬度，能够理想地确保发动机中硬粒子（污染物）良好的可嵌入性。
     在过去，合金曾被频繁的使用于滑动轴承，随着越来越多合金元素的添加，滑动轴承的化学成分也越来越复杂。关于应用于发动机的一对滑动组件，DE10 2005 047 0037A1的德国专利公开了一种用于液压系统或内燃机的铝基合金滑动元件，其需要在混合/边界摩擦条件下和/或流体力学的摩擦状况下运行，也包括空运行，能有这样的特点在于它在材料的体积上和/或铝基合金的摩擦表面上含有至少质量分数为80%的铝。
US2003/0185701A1描述了一种铝铁钒硅合金产品的制造方法，所述方法得到的合金能够具有高强度和高耐磨性。在这个申请中，对主要金属间相进行改性，同样对枝晶间硅化物相进行改性，加入镁元素或含镁合金对熔体进行改性。DE 10 2004 025 557 A1和US 2009-0245702 A1阐述了进一步的现有技术。
发明内容
本发明意在提供一种滑动轴承的制造方法，其所使用的合金与传统的镀层无铅铝材料相比，具有更简单的化组成分和简洁的制造方法，同时滑动性能还得以改善。
该主旨将通过权利要求1所述的方法得到解决。
根据前述，一种滑动轴承通过将铝铁硅合金轧制到钢背上制造得到。铝铁硅合金密度低，这对于生产的组件是有利的，因为这也就意味着组件的重量轻。此外，铝铁硅合金具有适中的硬度，这对于应用于滑动轴承是有利的，因为这意味着与滑动轴承接触的材料损耗很少。而且，所述材料价格便宜，所述合金因其组成也容易生产。
权利要求2-11描述了本发明所述方法的优选实施方式。
优选的是，所述合金包含高达10%的铁和高达3%的硅。所有文本中所涉及的%为重量百分含量。通过所述方法，使得所得到的合金的最终硬度可以调整。
按照本发明，铁和硅的比例为2:1至4：1。最终可以形成铁硅化物和铝-铁化合物，这取决于所需要的最终硬度，材料所需的最终硬度是可以选择性的调整的。
优选的是，所述铝-铁-硅合金包含高达20%，更优选的是高达15%的锡。从而，对于使用的滑动轴承的滑动性能和机械性能可以调整。
优选的是，所述铝-铁-硅合金包含高达1%的锶和/或钠；更优选的是，包含0.2%的锶和/或钠，再优选的是0.02-0.05%的锶和/或钠。铁硅化物和铝-铁化合物的沉淀行为可以因此得到改善。特别是在铸造过程中，沉淀物的形状和尺寸可以得到调节。而且，还能得到铁硅化物粒子和铝-铁化合物粒子尽可能均一的分布，这样会使材料具有均一的机械性能。然而当量大生产时，钠的添加会产生更精细的沉淀物（例如，见FOSECO公开的“Schmelzbehandlung von Aluminium und Aluminiumlegierungen mit MTS”）。此外，可以获得的高导热系数大约能接近于纯铝的导热系数，这会使得在混合摩擦条件下有更好的散热。
优选的是，所述钢背优选包含C10或C22钢。在这类材料上轧制（电镀）铝-铁-硅合金的材料价格便宜，易于得到，并且具有良好的机械性能特别是高强度的优点。
所述方法的另一个优选实施例包含下列步骤：
（A）   熔化铝-铁-硅合金材料，
（B）   对步骤（A）得到的材料进行铸造，
（C）   对步骤（B）得到的材料进行加热，
（D）   对步骤（C）得到的材料进行轧制，
（E）    将步骤（D）轧制得到的材料轧制到钢支架上然后形成至少一部分钢背，
（F）    对步骤（E）得到的材料进行加热，
（G）   可选择地：对步骤（F）得到的材料进行塑形。
本发明所述方法的一个优点是，可以通过该方法步骤，轻易地控制生产的材料的后续硬度。如上所述，需要合适的硬度，因此按照这种方法生产的材料能够很好的适应所需。此外，所有的步骤在工业应用中很容易实施，这也就意味着实施该方法所需的成本相对很低。
优选的是，通过连续的铸造过程，步骤（B）中的材料被铸造成绞线。其优点是这样的绞线能够很好地应用于工业生产。
优选的是，步骤（C）在温度大约为450-550℃下加热10-20个小时。这样的优点是通过这个步骤，所得到的的材料的硬度将会显著降低，其能较好的促进后续步骤（D）的轧制。更进一步地，会带来所述材料的均一化。
优选的是，通过步骤（D）的轧制得到的材料厚度约为0.8-1.2mm。得到这种相对较薄的材料的优点是，为下一步骤的使用与电镀（E）处理做充分的准备。
此外，优选的是，步骤（F）在大约180-240℃下加热6到10小时。这样，会使其硬度减小，同时位错的减小也确保了理想的嵌入性。硬度的减小和理想的嵌入性都有利于将所述材料应用于滑动轴承。
优选的是，通过步骤（G）的轧制会产生5-15%的变形。因此而能够实现的是，能够使最终材料的硬度很好地适应实际应用。
本发明的另一目的是如权利要求12所述的滑动轴承。
按照本发明的滑动轴承具有铝-铁-硅合金的滑动表面，它的优点已在权利要求1中提及。
进一步的优选实施例记载在引用权利要求12的权利要求13至15中。
根据本发明，所述铁/硅的比例为2:1到4：1。最终可以形成铁硅化物和铝-铁化合物，这取决于所需要的最终硬度，材料所需的最终硬度是可以选择性的调整的。
优选的是，所述铝-铁-硅合金包含高达15%的锡。从而，对于作为滑动轴承使用时的滑动性能和机械性能可以调整。
优选的是，所述铝-铁-硅合金包含高达0.2%的锶和/或纳，更优选的是0.02-0.05%的锶和/或纳。铁硅化物和铝-铁化合物的沉淀的形成和沉淀行为可以通过锶和/或纳的加入得到改善。特别是沉淀物的形状和尺寸可以得到调整。而且，还能使得铁硅化物粒子和铝-铁化合物粒子尽可能均一的分布，这样会使材料具有均一的机械性能。此外，可以获得高导热系数，其大约能接近于纯铝的导热系数，这会导致混合摩擦条件下更好的散热。
此外，优选的是轴承材料的布氏硬度HBW 1/5/30为40至60，这样的优点在于所述硬度尤其适用于滑动轴承。
说明书附图说明
图1示出了按照本发明的权利要求7完成步骤(F)制造的材料的显微图片。
具体实施方式
附图1示出了按照本发明，在完成步骤(F)后制造的一种材料的显微图片。在这个实施例中，铝合金中加入了1.09%的硅和3.45%的铁。所述材料在一个连续铸造过程中铸造得到。铸造以后迅速固化，得到的所述材料布氏硬度HBW1/5/30为50。
随后，所述材料在大约450-550℃下煅烧16个小时。一个小时以后，所述材料的布氏硬度HBW1/5/30为40，两个小时以后的布氏硬度HBW1/5/30为38，三小时、四小时、五小时以后都会维持在这个硬度。煅烧六小时以后所述材料的布氏硬度HBW1/5/30为35，煅烧七小时以后所述材料的布氏硬度HBW1/5/30为37，煅烧八小时以后所述材料的布氏硬度HBW1/5/30为36，煅烧12小时以后所述材料的布氏硬度HBW1/5/30为35，煅烧16小时以后也就是在完成步骤（B）的加热以后，得到所述材料的布氏硬度HBW1/5/30为36。
随后，之前为8mm厚的材料，轧制到厚度为1.1mm。在轧制过程中，能够得到布氏硬度HBW 1/5/30 的硬度为58，厚度为1.5mm，而之后能够实现厚度至1.1mm，材料布氏硬度HBW 1/5/30为62。为了便于比较，材料还被进一步轧制，使厚度为0.45mm，布氏硬度HBW 1/5/30为63。
相较之下，所述材料的一个样本在450-550℃下进一步煅烧，即使在煅烧20小时以后和煅烧24小时以后能检测到其布氏硬度HBW1/5/30为36。
随后，将已轧制至厚1.1mm的所述材料再轧制（电镀）到钢支架上，在电镀之前，所述钢的初始厚度为2.8mm，铝合金的初始厚度如上所述，为1.1mm。电镀以后，所述钢的厚度在1.1-1.15mm之间，铝合金的厚度在0.38-0.42mm之间。如此，所述钢材料产生50%的变形，所述铝材料产生64%的变形，所以总变形量为62%。在这个电镀过程中，所述材料的布氏硬度达HBW1/5/30达到63。
所述材料在180-240℃下煅烧后，测量得其布氏硬度HBW1/5/30为43。得到的材料的显微切片如图1所示。在铝基体上可以清晰的看到沉淀物（以“DST”指代），它还清楚地表明所述沉淀物的典型直径大约为4μm并在铝基体里形成”岛“状。
最后，所述材料轧制至总层厚为1.33mm，其中所述钢支架1mm厚，所述铝合金的厚度为0.3mm。在这个例子中，材料的总变形量为13%，所述刚组件的变形量也为13%。所述铝合金的变形量为22%。该实施例最后的布氏硬度HBW1/5/30为49。

Claims (15)

1.一种滑动轴承的制造方法，其中，铝-铁-硅合金在钢背上轧制，铁/硅的比例为2:1至4:1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝-铁-硅合金最多包含10%的铁和最多3%的硅。
3.如上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述铝-铁-硅合金最多包含15%的锡。
4.如上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述铝-铁-硅合金最多包含0.2%的锶或纳，优选的是包含0.02-0.05%的锶或钠。
5.如上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述钢背包含C10或C22钢。
6.如上述任意一项权利要求所述的方法，其中所述方法包含以下顺序的步骤：
（A）熔化铝-铁-硅合金材料，
（B）对步骤（A）得到的材料进行铸造，
（C）对步骤（B）得到的材料进行加热，
（D）对步骤（C）得到的材料进行轧制，
（E）将步骤（D）轧制得到的第一层材料轧制到钢支架上，然后形成至少一部分钢背，
（F）对步骤（E）得到的材料进行加热，
（G）可选择地：对步骤（F）得到的材料进行塑形。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤（B）所述的铸造是一个连续铸造过程。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤（C）所述的加热在450-550℃下进行10至20个小时。
9.如权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于：通过步骤（D）的轧制工艺，使得所述材料的厚度为0.8-1.2mm。
10.如权利要求6-9任意一项所述的方法，其特征在于：步骤（F）所述的加热在180-240℃下进行6至10个小时。
11.如权利要求6-10任意一项所述的方法，其特征在于：步骤（G）的变形量为5-15%。
12.一种滑动轴承，其滑动表面具有铝-铁-硅合金，其中，所述铁/硅比例为2:1至4:1。
13.如权利要求12所述的滑动轴承，其特征在于：所述铝-铁-硅合金最多包含20%的锡，优选的是最多包含15%的锡。
14.如权利要求12或13的滑动轴承，其特征在于：所述铝-铁-硅合金最多包含1%的锶和/或钠；优选的是，包含多达0.2%的锶和/或钠，更优选的是0.02-0.05%的锶和/或钠。
15.如权利要求12-14任一项所述的滑动轴承，其特征在于：所述铝-铁-硅合金的布氏硬度HBW 1/5/30为40-60。
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