CN104053918A - 用于制造滑动轴承的方法和滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造包括支承层(2)和滑动轴承层(3)的滑动轴承(1)的方法，借助滚压包层将所述支承层(2)与滑动轴承层(3)连接，其中，在滚压包层之前在支承层(2)的表面上产生表面结构(4)并且之后将滑动轴承层(3)辊压到表面结构(4)上。

Description

用于制造滑动轴承的方法和滑动轴承

技术领域

本发明涉及一种用于制造包括支承层和滑动轴承层的滑动轴承的方法，借助滚压包层(Walzplattieren)使所述支承层与滑动轴承层连接；并且本发明涉及一种包括支承层和滑动轴承层的滑动轴承，所述支承层与该滑动轴承层连接。

背景技术

将巴氏合金用于滑动轴承层、如轴承金属层或滑动层已在现有技术中被广泛记载。这方面例如参见AT 505 664 B1或AT 506 450 B1。

巴氏合金在钢梁上的沉积通常通过将巴氏合金浇注到钢梁上来进行，因为钢和巴氏合金的滚压包层(辊压包层)基于这两种连接伙伴的极为不同的变形能力是困难的。

通常，在巨大的强度差异下在支承材料和与此连接的滑动轴承材料之间嵌入一个中间层，以便过渡该强度差异。对此的一种例子是锡含量高的铝合金和钢的复合物，为该复合物加入纯铝制的中间层，以便能够滚压包层该材料复合物。

原则上在现有技术中同样已经提到了包层钢－巴氏合金－复合物。由上面引用的AT 506 450 B1已知，包层适合用于连接由巴氏合金制成的轴承金属层和支承瓦，当确保轴承金属层最高在连接表面的区域中被加热到熔点之上时。对此的原因在于，根据该文献通过巴氏合金的细粒结构提高了结合强度。细粒结构为此通过非常突然的冷却实现。但从本文献不能得出任何关于包层本身的内容。相反，该文献中所有实例同样说明了使用基于锡或锌的增附层或使用钎焊层。

发明内容

本发明的任务在于，提高滚压包层的滑动轴承复合材料的结合强度。

该任务一方面借助开头所提的方法并且另一方面借助开头所提的滑动轴承来解决，其中，根据方法规定，在滚压包层之前在支承层的表面上产生表面结构并且之后将滑动轴承层辊压到表面结构上，并且在滑动轴承中支承层具有表面结构，从而滑动轴承层与支承层除了材料结合的连接外还形锁合地连接。

在此有利的是，通过表面结构增大了用于形成复合物的表面，由此可改善叠置的层之间的附着。另外，表面结构防止与支承层相比较软的滑动轴承层的侧向滑移，该支承层本质上应当或必须是硬的，因为通过支承层获得滑动轴承的结构强度。被强烈防止的该侧向滑移在包层期间引起滑动轴承层中更高的静液应力状态。结果是在两种材料中、即在支承层和滑动轴承层中的更高的变形度和因此更多新形成的表面，所述表面使两个层冷焊并因此支持两个层的连接。另外，通过表面结构实现了两个层的形锁合的连接，这形锁合的连接在两个层的结合强度方面同样起支持作用。

优选将表面结构构造为沟槽结构，由此表面具有沟纹。沟槽结构的优点在于，该结构可简单地在工业生产过程中通过使用与此相应的成型辊或冲压辊加工出。沟槽结构的加工因而可更好地以滚压包层法实现。另外可借助沟槽结构增大滑动轴承层中的应力状态，由此进一步改善上面所描述的效果并且因此也可额外提高滑动轴承层在支承层上的结合强度。

也可规定，在滚压包层期间在沟槽结构中产生侧凹。通过侧凹可通过改善的形锁合进一步提高结合强度，方式是滑动轴承层“卡钩”在沟槽内。

为了进一步改善复合物的粘附强度或结合强度，根据另一种实施变型方式可规定，在滚压包层之前，至少局部地将粘接层施加或将粘接颗粒涂敷到支承层的表面上。

在此优选粘接颗粒选自包括铜、锑、铝、锌、铋、锡、铁、镁、锰、镍、钛、钒及其混合物的组。在此有利的是，由此与沟槽结构相比增加了比面积并且可由此提高结合强度。

另外有利的是，以至少100个颗粒/cm²的表面覆盖量施加粘接颗粒。由此实现至少一些颗粒设置在表面结构之内，从而在结构之内并且不仅在未结构化的表面区域中通过粘接颗粒提高结合强度。这另外支持防止滑动轴承层在滚压包层期间由于紧抓效应发生滑移，因此粘接颗粒不仅在连接形成后起作用、而且在此之前在连接构成期间就已经起作用。

代替或附加于在支承层的表面中，在粘接层的表面上也可产生或存在沟槽结构。由此粘接层不仅在包层之后的热处理时由于扩散形成固溶体(混晶)并且因此通过固溶体形成提高结合强度，而且也由于形锁合机械地提高了结合强度。另外由此便利于表面结构的加工，粘接层通常要软于支承层。对于支承层附加地具有表面结构的情况，该支承层可构造成具有较小深度，由此在机械加工表面结构的情况下可减小用于构成表面结构所需的力并且因此尤其是用于产生表面结构的工具可具有更长的使用寿命。

根据滑动轴承的实施变型方式可规定，沟纹具有沟槽，该沟槽的沟槽宽度选自下限为0.1mm且上限为0.9mm的范围，和/或沟槽的沟槽深度选自下限为0.1mm且上限为0.9mm的范围。借助大于0.9mm的沟槽宽度和/或沟槽深度已表明，只不充分地实现上面所描述的滑动轴承层中应力状态结构的效果，因为沟槽仅被不充分地、即局部不完全地填充以滑动轴承层的材料。借助小于0.1mm的沟槽宽度和/或沟槽深度也观察到，虽然仍实现上述效果，但只是以减小的程度，即仅在减小的程度上实现结合强度的改善。

优选滑动轴承层由巴氏合金或铝基合金制成，因为众所周知这种用于滑动轴承的合金具有极高的适配能力。因此也可在支承层和滑动轴承层之间更好地形成形锁合。

在此有利的是，滑动轴承层具有选自包括锡、铟、铋、铅、银及其混合物的组的软金属，在此，滑动轴承层中的软金属含量至少为20％重量百分比并且最多为95％重量百分比，因为由此除改善该合金的滑动性能外，一方面可由于软金属含量改善适配能力和因此关于表面结构的形状填充系数，从而改善到表面结构中的辊压，并且另一方面滑动轴承层通过限制最高含量也具有足够的固有强度。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面借助附图详细说明本发明。

分别以示意简化的图示出：

图1为滑动轴承的侧视图；

图2为形成连接的滑动轴承的局部图；

图3为根据形锁合连接的一种实施变型方式的滑动轴承的局部图；

图4为根据形锁合连接的另一种实施变型方式的滑动轴承的局部图。

具体实施方式

首先要指出，在不同描述的实施方式中相同部件设有相同附图标记或相同构件名称，其中，在全部说明书中包含的公开内容可以按意义转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。同样，在说明中选择的位置说明如上面、下面、侧面等涉及直接描述的以及示出的附图并且在位置改变时按意义可转用到新的位置上。

图1示出滑动轴承1的侧视图。滑动轴承1包括或由一个支承层2和一个滑动轴承层3构成。

除了具有至少接近180°的角度范围覆盖的半瓦实施方式外，非封闭的滑动轴承1也可具有与此不同的角度范围覆盖、例如至少接近120°或至少接近90°，因此，滑动轴承元件1也可构造为三分之一瓦、或构造为四分之一瓦，它们可与相应的其它轴承瓦组合在轴承容纳座中，在此根据本发明的滑动轴承1优选安装在轴承容纳座中承受更高载荷的区域中。

然而也可想到滑动轴承1的其它实施变型方式、例如构造为轴套的实施方式。

支承层2通常由硬质材料制成。作为用于支承层2(又称为支承瓦)的材料可使用青铜、黄铜等。在本发明的优选实施变型方式中，支持层2由钢制成。

滑动轴承层3在根据图1的实施变型方式中构造为滑动层，该滑动层与待支承的构件、如轴直接接触。

但在本发明的范畴中除了双层实施方式外，滑动轴承1也可由多于两个层构成。在此情况下，滑动轴承层3是轴承金属层，在该轴承金属层上之后尚设有滑动层。在此在该轴承金属层和滑动层之间可设置至少一个中间层、如扩散阻挡层和/或粘接层。

多层滑动轴承的这种设计结构原则上由现有技术已知，因此，这方面参见相关现有技术。

滑动轴承层3由与支承层2的材料相比更软的材料制成。滑动轴承层3尤其是由巴氏合金制成。巴氏合金例如可以具有组合物SnSb7Cu3.5Cd1、PbSb14Sn9CuNiCdAs、PbSn15Sn10As、SnSb7Cu3.5、SnSb8Cu3、SnSb8Cu3、5NiCd、SnSb10Cu4NiCdAsCr或SnSb12Cu5.5NiCdAs，但如由现有技术已知的其它组合物也是可能的。

除了巴氏合金外也可使用其它合金、如铝基合金、尤其是软金属如铅青铜含量高的铝基合金。

在本发明的意义中，软金属是指选自包括锡、铟、铋、铅、银的组的金属，在此也可能是包括至少两种该组元素的混合物。

在本发明的意义中，软金属在非巴氏合金、例如铝基合金中的高含量例如可理解为软金属含量为至少20％重量百分比。软金属含量尤其是介于20％重量百分比和40％重量百分比之间。

而在巴氏合金中软相含量可高达95％重量百分比、例如介于40％重量百分比和85％重量百分比之间。

在铅青铜中，软金属含量最多可占20％重量百分比。

在此应考虑，软金属含量根据这些合金的应用——即作为轴承金属层或作为滑动层——而变化，优选滑动层合金比轴承金属合金具有更高含量的软相元素。

但原则上相反的实施方式也是可能的，即在轴承金属合金中的软相元素含量高于滑动层，尽管该实施方式被用于特定应用。

这种铝基合金的例子是AlSn40Cu、AlSn40、AlSn25Cu、AlSn25、AlSn25CuMn、AlSn20Cu、AlSn20CuMn，在此也可使用其它由现有技术已知的铝基合金。

另一种可使用的合金例如是PbSn9Sb15。

滑动轴承层3通过滚压包层与支承层2连接。为此众所周知地将支承层2和滑动轴承层3放在一起，使得它们在表面上相互贴靠，随后将该松散的复合物输送至包括两个或多个辊压工具的轧机机座，两个层在所述辊压工具之间穿过并且在此被彼此连接。

接着，还要将在此产生的复合材料、即相应滑动轴承元件的初级产品在压力机中变形为最终的(半)瓦。必要时在此之前还可由较大的板中切割出条带，这些条带至少大致相应于待由其制造的滑动轴承元件的尺寸——也可在变形后例如通过精密钻孔进行精加工。

这一基本过程已由现有技术充分公开，因此有关进一步的细节参见相关的现有技术。

现在在图2中示出本发明的第一种实施变型方式。

仅局部以侧视图示出的滑动轴承1的初级产品也包括或由支承层2及滑动轴承层3构成。

支承层2设有表面结构4。该表面结构具有凸起5和凹陷6，凹陷设置在凸起5之间。可这样构造凹陷6，使得其在所有侧被凸起5包围。在此情况下，凹陷6例如在俯视图中可具有圆形的、椭圆形的、正方形的、矩形的、六边形的或概括地说多边形的横截面。每两个并排的凹陷6之间的距离在此可介于0.05mm和0.5mm之间。

但表面结构4优选构造成由多个单个并排的沟槽、即沟槽状凹陷6构成的沟纹，所述沟槽通过构成凸起5的板条彼此分离。沟槽状的凹陷6在此可以以其纵向延伸在滑动轴承1的圆周方向上和/或径向方向上和/或对角方向上、即倾斜于径向方向延伸。但凹陷优选在由此制出的滑动轴承1的圆周方向上或者说在辊压方向上延伸，因为由此可通过更好的因辊隙中以不同方式形成的静液应力状态产生的变形特性实现更好的填充度。

沟槽状的凹陷6优选具有选自下限为0.1mm且上限为0.9mm的范围、尤其是选自下限为0.3mm且上限为0.7mm的范围的沟槽宽度7。沟槽宽度在此是凸起6的限定凹陷6的侧面的中点之间的距离。

沟槽深度8优选选自下限为0.1mm且上限为0.9mm的范围、尤其是选自下限为0.4mm且上限为0.8mm的范围。沟槽深度8相应于与相应凹陷6邻接的凸起5的、从凹陷6的底面9的最低点起测量的最大高度。

底面9可在制造公差的范畴中构造成至少大致平面的。但该底面也可设有拱度，从而底面9相对于凹陷6具有凸形走向。

另外，凸起5的侧面在横截面中看可以直线地延伸。但该侧面也可具有弯曲的延伸，带有朝向凹陷6的弯曲。

在此，底面9和/或侧面也可由平面的区段或者说直线的区段和弯曲的区段的组合构成。

当然，这些实施方式也可用于前述环绕的凹陷6或包围所述凹陷的凸起5。

原则上，其它形状设计也是可能的。

另外，凹陷6可构造有局部彼此不同的深度和/或凸起5可构造有局部彼此不同的高度。

在最简单和优选的情况下，借助至少一个成型辊、即轮廓辊或冲压辊来制造表面结构，所述成型辊具有相应的表面结构并且压入待成型的表面中。也可在多个步骤中用多个成型辊来制造表面结构4。但也可使用其它机械方法如通过喷砂、或化学方法如借助蚀刻来实现表面结构4。但这些并非优选的方法，因为由此不能预先确定或者说过于不精确地预先确定精确的表面结构。

也可借助激光或电子束等来制造表面结构。

当在支承层2上产生表面结构4之后，将该支承层与滑动轴承层3接合并且共同辊压这两个层。在辊压期间滑动轴承层3的材料部分被挤入凹陷6中，由此除了两种材料的上述冷焊外还形成形锁合。必要时也可在包层之前加热两种待连接的材料的至少之一、尤其是滑动轴承层3的材料，在此温度应为材料熔点的最大70％、尤其是最大50％。

包层、即辊压优选以5％至60％之间的道次压缩量(Stich)进行。因此考虑两种待连接的层的层厚减小。由于滑动轴承层3的硬度较小，滑动轴承层的层厚在辊压时比支承层2的层厚减小更甚。层厚减小的程度可由所选择的道次压缩量预先决定。例如滑动轴承层3的层厚相对于原始层厚减小了在20％和70％之间的值。支承层2的层厚必要时也被相对于原始层厚减小了例如在5％和30％之间的值。

滚压包层可在一个或多个步骤中进行。在此，相对于初始层厚每一轧制道次的层厚减小量可在1％和10％之间。

滚压包层也可以较大的道次压缩量、尤其是在30％和50％之间进行。这种实施方式的结果在图3中示出。

图3如图2也示出滚压包层之后的支承层2和与之连接的滑动轴承层3。但在该实施变型方式中这样选择滚压包层期间的变形，使得不仅滑动轴承层3的材料被部分挤入凹陷6中，而且附加地表面结构4的凸起5、在此情况下即沟槽之间的板条也至少部分变形，以致这些凸起——在横截面中看——构造成具有侧凹10的蘑菇状。在此也观察到，凸起5的上端面11弯曲并且至少大致构成凹形走向。该变形或者说成形在滚压包层期间受到上面已经提到的滑动轴承层3中的应力状态支持。因此凸起5在头部区域12中比在根部区域13中变形更甚。

通过侧凹10支持两个层彼此间的几何啮合、即形锁合并且因此改善复合材料的结合强度。

在图3中以虚线示出滑动轴承1的另一种实施变型方式。在该实施变型方式中，在支承层2和滑动轴承层3之间设置一粘接层14，该粘接层与支承层2连接。粘接层14在滚压包层之前被涂敷到或沉积在支承层2上，例如电镀地或以相应的浸渍法。

用于粘接层14的材料可从包括铜、锡、铝、铜、镍、锑、锌、铋、铁、镁、锰、钛、钒及其合金的组中选择。

在图3所示的实施变型方式中，这样选择粘接层14的层厚，使得表面结构4完全构造在粘接层14中。相反，支承层2的表面至少在很大程度上或完全不具有这种表面结构4。

由于粘接层14通常比支承层2更软，因此实现下述优点：可以以较小的压力加工出表面结构4。另外，粘接层14还能实现在滚压包层之后对复合材料进行热处理时形成由粘接层14的成分和滑动轴承层3的材料构成的固溶体，该固溶体的形成本身又有利于改善层的结合强度。例如在此可与铜形成固溶体。

备选于粘接层14，可将粘接颗粒撒到已经结构化的支承层2的表面上，以提高结合强度。

在本发明的意义中，粘接颗粒可理解为这样的颗粒，其使滑动轴承层3相对于没有这样颗粒的实施方式改善附着在支承层2上。

粘接颗粒在此可从包括铜、锑、铝、锌、铋、锡、铁、镁、锰、镍、钛、钒及其混合物的组中选择。

在此特别有利的是，以至少100个颗粒/cm²的表面覆盖量、尤其是以500个颗粒/cm²和120000个颗粒/cm²之间、优选500个颗粒/cm²和5000个颗粒/cm²之间的表面覆盖量施加粘接颗粒。

另外，进行的试验表明，对于结合强度有利的是，粘接颗粒具有介于30μm和300μm之间的最大直径。

最大直径在此是颗粒的最大直径尺寸。

粘接颗粒优选具有至少大致圆形的或至少大致块状或者说至少大致立方体状的外形，因此它们不用作缺口位置。但原则上也可使用与此不同的、如具有长形外形的粘接颗粒。

图4示出滑动轴承1的初级产品的另一种实施变型方式(图1)。在该实施变型方式中，在支承层2的表面中构造表面结构。随后在已经成型的该表面上局部涂敷粘接层14，更确切地说尤其是该粘接层沉积于凹陷6中。之后如上所述将滑动轴承层3辊压到该材料复合物上。在该实施变型方式中，也可如上所述实现固溶体形成的优点，以改善结合强度。

备选于此地也可规定，表面结构4不仅至少部分构造在支承层中2、而且至少部分构造在粘结层14中。

在此应注意，未说明常见的方法步骤、如支承层2表面的脱脂等，但这些方法步骤当然应在必要或需要时加以实施。

这些实施例描述或示出用于制造滑动轴承1的方法的和滑动轴承1的可能的实施变型方式，在此要指出，各个实施变型方式彼此间的不同组合也是可能的并且这种变型可能性基于本发明技术手段的教导是在本领域技术人员的能力范围之内的。

最后为清楚起见要指出：为了更好地理解滑动轴承1的结构，该滑动轴承或其组成部分局部未按比例和/或放大和/或缩小地示出。

附图标记列表

1  滑动轴承

2  支承层

3  滑动轴承层

4  表面结构

5  凸起

6  凹陷

7  沟槽宽度

8  沟槽深度

9  底面

10 侧凹

11 端面

12 头部区域

13 根部区域

14 粘接层

Claims (18)

1.用于制造包括支承层(2)和滑动轴承层(3)的滑动轴承(1)的方法，借助滚压包层使所述支承层(2)与滑动轴承层(3)连接，其特征在于，在滚压包层之前在支承层(2)的表面上产生表面结构(4)并且之后将滑动轴承层(3)辊压到表面结构(4)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面结构(4)构造为沟槽结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在滚压包层期间在表面结构(4)中、尤其是在沟槽结构中产生侧凹(10)。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在滚压包层之前，至少局部地将粘接层(14)或粘接颗粒涂敷到支承层(2)的表面上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述粘接颗粒选自包括铜、锑、铝、锌、铋、锡、铁、镁、锰、镍、钛、钒及其混合物的组。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，以至少100个颗粒/cm²的表面覆盖量施加粘接颗粒。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，代替或附加于在支承层(2)的表面中，在粘接层(14)的表面上产生沟槽结构。

8.包括支承层(2)和滑动轴承层(3)的滑动轴承(1)，所述滑动轴承层与支承层(2)相连接，其特征在于，所述支承层(2)具有设有凸起(5)和凹陷(6)的表面结构(4)，使得滑动轴承层(3)与支承层(2)除了材料结合的连接外还形锁合地连接。

9.根据权利要求8所述的滑动轴承(1)，其特征在于，在滑动轴承层(3)和支承层(2)之间至少局部地设置粘接层(14)或施加粘接颗粒。

10.根据权利要求9所述的滑动轴承(1)，其特征在于，所述粘接颗粒选自包括铜、锑、铝、锌、铋、锡、铁、镁、锰、镍、钛、钒及其混合物的组。

11.根据权利要求9或10所述的滑动轴承(1)，其特征在于，粘接颗粒以至少100个颗粒/cm²的表面覆盖量施加。

12.根据权利要求9所述的滑动轴承(1)，其特征在于，代替或附加于在支承层(2)的表面中，表面结构(4)构造在粘接层(14)的表面上。

13.根据权利要求8至12之一所述的滑动轴承(1)，其特征在于，所述表面结构(4)由沟纹构成。

14.根据权利要求13的滑动轴承(1)，其特征在于，沟纹具有侧凹(10)。

15.根据权利要求13或14所述的滑动轴承(1)，其特征在于，所述凹陷(6)具有宽度、尤其是沟纹的沟槽具有沟槽宽度(7)，所述宽度选自下限为0.1mm且上限为0.9mm的范围。

16.根据权利要求15所述的滑动轴承(1)，其特征在于，所述凹陷(6)具有深度、尤其是沟槽具有沟槽深度(8)，所述深度选自下限为0.1mm且上限为0.9mm的范围。

17.根据权利要求8至16之一所述的滑动轴承(1)，其特征在于，所述滑动轴承层(3)由巴氏合金或铝基合金制成。

18.根据权利要求8至17之一所述的滑动轴承(1)，其特征在于，所述滑动轴承层(3)具有选自包括锡、铟、铋、铅、银及其混合物的组的软金属，其中，滑动轴承层中的软金属含量至少为20％重量百分比并且最多为95％重量百分比。