CN104379951B

CN104379951B - 滑动轴承

Info

Publication number: CN104379951B
Application number: CN201380026209.9A
Authority: CN
Inventors: 鲁霍拉·卡舒桑奇
Original assignee: Maller International Co Ltd; Mahle Engine Systems UK Ltd
Current assignee: Maller International Co Ltd; Mahle Engine Systems UK Ltd
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2019-12-13
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: BR112014028140A2; US9562565B2; CN104379951A; US20150125101A1; GB201208266D0; EP2847480B1; WO2013167900A3; GB2501926A; EP2847480A2; WO2013167900A2

Abstract

用于内燃机的滑动轴承以及制造这种滑动轴承的方法，滑动轴承在基板上具有塑料聚合物基复合层，所述复合层包括：塑料聚合物基材料的基质，塑料聚合物基材料分布于整个基质；0.1至5体积％的碳纳米结构；以及不可避免的杂质。

Description

滑动轴承

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的具有聚合物基轴承材料层的滑动轴承，尤其涉及这样的滑动轴承，诸如轴承衬壳、轴瓦、连接杆的轴承表面、止推垫圈以及发动机罩以及发动机组的轴承表面。

背景技术

滑动轴承用于内燃机中，例如作为轴承衬壳和止推凸缘。在内燃机中轴承衬壳用作曲柄轴颈轴承，典型地为半圆柱形形式。在被组装至发动机的轴承之前，轴承衬壳(例如在轴承壳的每个轴向端部)设置有一个或多个大致半环形的止推凸缘。

滑动轴承的轴承表面通常具有层状构造。所述层状构造经常包括：坚固的背衬材料，诸如钢，厚度在为大约1mm或者更大的区域内；第一轴承材料的层(“内衬层”)，诸如铜基材料(例如青铜)或者铝基材料，粘附至所述背衬，并且厚度大致在大约0.1至0.5mm的范围中(例如300μm的铜基合金，该铜基合金为：8重量％Sn、1重量％Ni以及除不可避免的杂质以外，余量的Cu)；金属轴承材料或者聚合物基轴承材料的第二轴承材料的层(“覆盖层”)粘附至所述内衬层的表面，并且具有的厚度为小于大约25μm。

第二层的表面形成实际的运行或者滑动表面，在使用中，其面向协同操作的轴颈的表面。例如，当其组装至主轴承壳体或者连接杆的大端部时，该背衬提供了强度和抗轴承壳变形性。如果由于任何原因第二层被磨穿的话，第一层可以提供合适的轴承运行性能。如上面所指出的，当第一轴承材料提供抗咬合性和兼容性时，第一轴承材料通常硬于第二层的材料。因而，在适应轴承表面和轴颈之间的小偏差的能力(兼容性)方面以及截留润滑油供给中循环的污物粒子的能力方面，第一层通常劣于第二层，以便防止碎片(污物截留能力)划坏或者破坏轴颈表面。

第一轴承材料通常选自铝基合金(即具有不多于25重量％的添加元素，余量至100重量％之间的铝)或者铜基合金材料(即具有不多于20重量％的添加元素余量至100重量％之间的铜)。铝基合金通常包括其中具有软金属的第二相的铝合金基质。通常，软金属相可以选自铅、锡和铋中的一种或多种，但是，由于其环境不利性，现在铅是非优选元素。由于这些环境因素，铜基合金(诸如铜-铅以及含铅青铜)最终也可能沦为不受欢迎的，并可以被例如无铅的铜合金代替。

与轴颈形成匹配配合而具有用于润滑液的间隙的第二轴承材料层还公知为覆盖层，并且由具有填料的塑料聚合物材料的基质形成，例如该覆盖层具有的厚度为4至40μm。

与本发明具有共同所有者的WO2004/113749描述了一种塑料聚合物基轴承层，当沉积于具有金属轴承材料层的轴承上时，该塑料聚合物基轴承层具有10至30μm的优选常规覆盖层的厚度，该覆盖层旨在维持轴承的寿命。而且，此文献中描述的塑料聚合物基轴承材料当以40～70μm的优选厚度范围直接沉积于坚固的背衬层时，还能够构成唯一的轴承层。塑料聚合物基覆盖材料包括：聚酰亚胺/酰胺或者改性环氧树脂的基质，以及填料，填料选自：15-30体积％的金属粉末；1-15体积％的含氟聚合物；0.5-20体积％的陶瓷粉末；以及2-15体积％的硅石。基于这种制剂的塑料聚合物覆盖层呈现出高耐磨性和疲劳强度。但是，相对高水平的填料含量趋于使覆盖层比较硬，因此较少吸收以及抵消在润滑油中循环的碎片粒子的不利影响，使得污垢截留性会小于预期，这会导致轴承表面和/或轴颈表面的划痕。因此，WO2004/113749还公开了，聚酰亚胺/酰胺树脂基质还包含添加的乙烯基树脂以改善所得轴承层的贴合性。但是，乙烯基添料趋于削弱聚酰亚胺/酰胺基质的强度。

与本发明具有共同所有者的WO2010/066396描述了一种塑料聚合物基轴承层，所述轴承层包括聚酰亚胺/酰胺塑料聚合物材料的基质，并且具有分布于整个基质的：5至小于15体积％的金属粉末；1至15体积％的含氟聚合物，除了不可避免的杂质外，余量为聚酰亚胺/酰胺树脂(例如厚度为12μm的层，其包括12.5体积％的Al、5.7体积％的PTFE微粒、4.8体积％的硅烷、<0.1体积％的其他成分以及余量(约77体积％)的聚酰亚胺/酰胺)。与WO2004/113749的塑料聚合物基轴承材料相比，这提供了显著更高比例的本质上更坚固的材料。但是，仍然期望进一步提高耐磨性，并且进一步改善轴承内衬中的各层，特别是覆盖层的疲劳强度。

对轴承内衬层和/或覆盖层的性能的特定挑战是源自于车辆发动机对“停止-启动”操作的节油配置，在所述操作中，每当车辆停止时发动机停止并且要求重新启动，这不同于常规发动机操作，在常规发动机操作中，在车辆的整个旅程中发动机都保持运行。构造为用于停止-启动操作的发动机会比在每趟车辆旅程中连续运行的常规构造发动机大约频繁一百倍地重新启动它们的发动机。发动机轴承为常规流体动力润滑，当发动机启动时初始提供至轴承的润滑很少或没有。因此，发动机的停止-启动操作会对轴承性能提出更高的需求。

还公知的是，在常规金属轴承合金内衬层的顶部提供塑料聚合物基轴承层(例如具有或者不具有中间金属覆盖层)，作为所谓的"配合(bedding-in)"层，该层旨在作为牺牲层而磨损掉，使得长期后留下常规金属轴承内衬层作为运行或者滑动表面。这种聚合物配合层典型地具有相对高含量的填充材料，通常包括自润滑材料，诸如石墨、二硫化钼等。正如上文所指出的，本质上弱材料中的高填料含量不利于轴承层的强度和耐磨性，结果其会相对快磨损完以履行配合层的功能。因为该层旨在相对快地磨损完，所以其通常是相对薄的。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供了用于内燃机的滑动轴承，在基板上具有塑料聚合物基复合层，所述复合层包括：

塑料聚合物基材料的基质，具有分布于整个基质的；

0.1至5体积％的碳纳米结构；以及

不可避免的杂质。

根据本发明的第二方案，提供了平板元件，用于形成用于内燃机的滑动轴承，所述滑动轴承在基板上具有塑料聚合物基复合层，所述复合层包括：

塑料聚合物基材料的基质，具有分布于整个基质的；

0.1至5体积％的碳纳米结构；以及

不可避免的杂质。

根据本发明的第三方案提供了制造用于内燃机的滑动轴承的方法，所述滑动轴承在基板上具有塑料聚合物基复合层，所述复合层包括：

塑料聚合物基材料的基质，塑料聚合物基材料分布于整个基质；

0.1至5体积％的碳纳米结构；以及

不可避免的杂质，

所述方法包括这些步骤：

制备包括塑料聚合物基树脂材料和碳纳米结构的混合物；

将所述混合物涂覆在基板上；以及，

处理所述塑料聚合物基材料基质以便使所述塑料聚合物基材料基质凝固，以形成复合层。

碳纳米结构(即碳结构在尺寸上具有至少一个维度，所述维度为亚微米大小，并且优选小于100nm，)描述了这样的构件：选自由碳纳米管、碳纳米球、碳纳米椭球、官能化的碳纳米管，官能化的碳纳米球以及官能化的碳纳米椭球(即碳纳米管以及类似结构，其可以被官能化)。

碳纳米结构可以包括碳纳米管。

碳纳米管可以以随机对准布置被并入复合层。

碳纳米管可以以高对准布置被并入复合层，使得纳米管的长度大致平行于复合层和基板之间的界面。

碳纳米管可以以局部对准布置被并入复合覆盖层，即局部对准复合层和基板之间的界面。

纳米管的直径可以是0.5至50nm。纳米管的长度可以是1至40μm。纳米管的长度至少为其直径的100倍，并且可选地至少为其直径的1000倍。

碳纳米结构可以包括球形碳纳米结构。

碳纳米结构可以包括椭球形碳纳米结构。

碳纳米结构可以是被官能化的碳纳米结构。

所述复合层可以包括0.1至5体积％的碳纳米结构，优选0.5至3体积％的碳纳米结构。

碳纳米结构是完全由碳形成的碳的任何同素异形体，呈具有亚微米直径的空心球、椭球或管的形式。有利地，碳纳米结构并入聚合物基基质提高了复合覆盖层的强度、硬度以及耐磨性，与此同时仍然允许润滑轴承的油中携带的任何粒子的良好截留性。暴露的碳纳米结构还提高了自由表面的润滑性能，从而降低了当轴颈接触轴承覆盖层时(例如当发动机启动时并且在润滑油已经升高至全压之前)聚合物基基质的摩擦。

有利地，碳纳米结构具有高强度并且加固了聚合物基基质。此外，在碳纳米管的情况下，由于碳纳米管大大长于其直径(例如，具有的长度是管的直径的数百倍或数千倍)，当以足够浓度且均匀分布地设置时，复合层中的纳米管可以变得彼此纠缠，从而进一步加固聚合物基基质。此外，在碳纳米管的情况下，它们可以通过层(例如背离覆盖层的自由表面的层)来增强散热。

碳纳米结构在轴承覆盖层的自由表面处的暴露还可以导致油分子的增强诱捕，从而改善这种轴承的润滑。

其他类型碳纳米结构可以可替换地或者额外地被并入聚合物基基质，诸如空心球(例如C₅₂,C₆₀,C₇₀,C₇₆,C₈₄等)或者椭球。

碳纳米结构可以是官能化的碳纳米结构，诸如官能化的单壁纳米管(SWNT)或者多壁纳米管(MWNT)。例如，碳纳米结构可以用酸侧链、酰基侧链、胺/酰胺侧链、含氟侧链或者被氧化的侧链官能化。这种结构的一些例子是用酸封端的基团(例如SWNT-(CH₂CH₂COOH)x)、酰基氯封端的基团(例如SWNT-(CH₂CH₂COCl)x)或者胺/酰胺封端的基团(例如SWNT-(CH₂CH₂CONHCH₂CH₂NH₂)x)官能化的单壁纳米管(SWNT)。在纳米管的情况下，上述官能化可以是侧壁官能化或者端-帽官能化。

这种官能化可以改善碳纳米结构保持悬浮在液体聚合物溶液中的能力，和/或可以增强轴承的暴露表面的油捕集性能。

塑料聚合物材料可以选自由聚酰亚胺/酰胺树脂、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、含氟聚合物以及甲醛构成的组。该组的塑料聚合物旨在提供一种或多种以下属性：

很好地结合至金属表面(例如，可以结合至基板而无需促进附着的中间层或者无需将基板的表面粗糙化)；

具有至少一些灵活性，从而提供了低风险的裂化和/或复合层的分离；

耐化学降解(例如酸水解和氧化，因暴露于发动机润滑剂中的无机酸和氯，以及暴露于高温)；以及

适合于在溶液中沉积，通过喷涂或印刷使其沉积。

聚酰亚胺/酰胺树脂提供了这些属性的尤其优选的平衡。

期望地，溶剂混合物具有合适的粘度，将溶剂混合物涂布至基板的涂覆技术引起形成了塑料聚合物轴承材料的最终厚度，而无需用机器加工到期望的最终壁厚。但是，如果需要的话，可以进行塑料聚合物材料的机器加工。

复合层可以包括至少60体积％的塑料聚合物基材料。

塑料聚合物混合物还可以包含添加的硅烷材料。已经发现，硅烷材料可以促进聚酰亚胺/酰胺基质的稳定性，还发现其可以促进聚酰亚胺/酰胺树脂材料对基板的附着。合适的硅烷材料可以是γ-氨丙基三乙氧基硅烷(例如3-氨基丙基三乙氧基硅烷)，3至6体积％范围可以添加至混合物。

合适的可替换硅烷材料可以包括双(γ-三甲氧基硅烷基丙基)胺。

塑料聚合物基树脂材料和碳纳米结构的混合物可以进一步包括溶剂，这可以利于形成混合物。合适的溶剂可以包括N-甲基-2-吡咯烷酮二甲苯，并且能够采用各种比例，以实现适于涂覆至基板上的混合物的特定期望粘度。

复合层可以进一步包括0.5至15体积％的含氟聚合物微粒，优选范围为2至8体积％。

含氟聚合物微粒可以被包括在轴承材料中，因为其对材料摩擦属性和自润滑效应的有益效果。含氟聚合物微粒添加剂可以优选地由聚四氟乙烯(PTFE)构成，因为这是含氟聚合物中在降低轴承材料的摩擦系数和改善自润滑属性方面最有效的。但是，如果期望，可以使用其他合适的含氟聚合物，诸如氟化乙烯-丙烯(FEP)。

低于0.5体积％的含氟聚合物微粒，耐磨性和摩擦学属性的改善不显著。高于15体积％的含氟聚合物微粒，该复合层的结构完整性可能会受到影响。含氟聚合物微粒的含量过高会以不可接受的程度降低基质硬度和强度。

含氟聚合物微粒的粒径期望地范围为1至5μm，而优选粒径范围为2至3μm。

复合层可以进一步包括0.5至小于15体积％的金属粉末。有利地，金属粉末(尤其以金属片的形式)增强复合层的热导率。金属粉末可以进一步增强复合层的耐磨性，尤其提供耐磨损性能，该性能可以补充碳纳米管的耐磨性。低于0.5体积％的金属粉末，在改善耐磨性和摩擦学性能方面不显著。高于15体积％的金属粉末，复合层的结构完整性可能受到影响。

在本发明塑料聚合物轴承材料的优选实施例中，金属粉末含量可以在5至15体积％的范围中，更优选的为11至14体积％，其典型值为12.5体积％。

金属粉末可以选自：铝、铝合金、铜、铜合金、银、钨、不锈钢。我们已经发现，纯铝粉末自身提供了最好的结果。

铝粉末具有呈薄片小板(flake platelet)形式的粒子，尺寸大约为1至5μm，尺寸优选为2至3μm，提供了金属粉末添加剂的最合适的形式。该铝粉末的薄片性质通常导致：通过将使薄片的平面大致平行于轴承表面定位而使得金属粉末暴露于协同操作的轴颈的面积最大。将薄片以大致平行于轴承表面的方式设置在复合层内，这可以通过复合层的喷涂沉积来提供。

铝粉末的薄片小板形态的进一步优势是，粒子凭借每个单个粒子相对较大的表面积而更牢固地结合至基质，因而在发动机操作期间防止铝粒子从基质鼓出。

不希望受任何特定理论的束缚，应该认识的是，形成在铝片表面的氧化铝膜可以提供增强的耐磨性。应该认识的是，氧化铝提供了非常精细的研磨，这趋向于磨光协同操作的轴颈表面上的机加工粗糙部，从而使得轴颈表面本身对聚合物基轴承材料较少磨损，因而降低其磨损率。

上述复合层可以进一步包括聚酰亚胺/酰胺塑料聚合物材料的基质，并且具有分布于整个基质的：0.5至小于15体积％的金属粉末；0.5至15体积％的含氟聚合物微粒，除了不可避免的杂质之外，余量为聚酰亚胺/酰胺树脂。

上述复合层可以进一步包括12.5体积％的Al粉末、5.7体积％的PTFE微粒、4.8体积％的硅烷粉末、<0.1体积％的其他成分，以及余量(约77体积％)的聚酰亚胺/酰胺。

上述复合层可以进一步包括0.5至10体积％的无机微粒，优选范围为3至5体积％。

上述无机微粒可以是硬质无机微粒。硬质无机微粒可以选自由TiCN、SiC、NbC、Si₃N₄、Al₂O₃(氧化铝)、TiN、B₄C以及BN组成的组。该无机微粒可以是滑石(水合硅酸镁)。

无机微粒可以提高复合层的耐磨性。

氧化铝呈现出具有以下有益效果，其轻轻地磨光协同操作轴颈的表面以使轴颈的表面较少磨损轴承表面，从而降低其磨损。

氮化硼可以是有益的，尤其是在粒子的形态是小板形式的情况下。呈小板形式的六边形晶体结构的氮化硼可以与润滑剂协同操作以提供增强的兼容性，从而实现更好的捕获和耐磨损性。

然而，相比于氮化硼，滑石是非常软的材料，例如，看起来尤其在邻近轴向轴承端部的边缘处加固聚合物基质，否则在该端部处在聚合物的固化过程中会发生一些收缩，从而导致当没有滑石时在使用中边缘会更大程度磨损。但是，还发现，氮化硼还实现了在轴承边缘处最小化收缩和磨损效应的功能。

基板可以包括坚固的背衬材料层，并且复合层可以设置在背衬材料层上。坚固的背衬材料可以是钢、铜基(例如青铜基合金)或者铝基。

基板可以包括坚固的背衬材料层和金属轴承材料层，并且复合层可以设置在金属轴承材料层上。金属轴承材料层可以是铝基的轴承合金或者铜基的轴承合金。

在仅使用坚固的背衬层但没有金属轴承内衬材料层的情况下，复合层可以沉积的厚度大于在沉积于金属轴承材料层上的情况下其所沉积的厚度。

轴承内衬层可以包括无铅的铜基合金(铜基合金具有不多于20重量％的添加元素，余量至100重量％之间的Cu，例如，8重量％的Sn、1重量％的Ni以及剩余余量的Cu)，并且具有的厚度在300μm的区域中(例如200至400μm)。

可替换地，轴承内衬层可以包括无铅的铝基合金(铝基合金具有不多于25重量％的添加元素，余量至100重量％之间的Al，例如，6.5重量％的Sn、1重量％的Cu、1重量％的Ni、2.5重量％的Si、<2重量％的Mn、<2重量％的V以及剩余余量的Al)，并且具有的厚度在300μm的区域中(例如200至400μm)。

轴承内衬层可以通过公知方法设置在背衬上，不是通过溅射沉积涂覆工艺，公知方法诸如：(i)在高温炉中将粉末烧结至背衬上(典型地伴随有机械辊压步骤)；(ii)在热机械加工处理期间通过辊压接合工艺(典型地随后为热处理步骤)；或者(iii)铸造工艺，在该工艺中，将熔融金属涂布至背衬并且被骤冷。烧结和铸造工艺典型地使用于铜基内衬层，而辊压接合工艺典型地使用于铝基内衬层。典型地，用于单个轴承的坯料由线圈裁剪而成，所述线圈包括背衬层和形成于背衬层上的铜基内衬层或铝基内衬层。然后使坯料成形，以形成半圆柱或者其他适当的形状，然后典型地在沉积任何中间层和聚合物基覆盖涂层之前被脱脂。但是，应当理解的是，制造步骤可以以其他适当的顺序进行。

例如，轴承可以在涂层步骤之后形成，基板可以是大致完成的半圆柱形半轴承壳或者扁平的带的形式，在涂覆步骤之后然后可以用其形成轴承。基板可以是大致半环形的止推凸缘或者管状衬套的形式。基板可以是连接杆或者轴，其构造为在轴承中形成轴颈。基板可以是轴承块或者轴承盖(即，发动机机体或者发动机盖或者梯形车架，其构造为接收形成轴颈的轴而无需介于其间的轴瓦或者管状衬套)。

在沉积复合层之前，可以通过对内衬层喷砂来加强复合层至轴承内衬层的附着力。可替换地，可以设置附着力增强中间层，例如基板可以包括非溅射涂覆的金属基底层(例如，坚固的背衬层或者金属轴承材料层)，并且复合层可以通过溅射涂覆的Al基中间层来结合至非溅射涂覆的金属基底层。溅射涂覆的Al基中间层可以具有小于20μm的厚度。

复合层可以具有小于100μm的厚度，优选为4至40μm，更优选为4至15μm，仍更优选为6至12μm。更薄的复合层会在发动机的寿命终止之前被磨完，而更厚的复合层具有更低的耐疲劳性。

上述滑动轴承可以是半轴承壳、止推垫圈或者轴承瓦。

应该注意的是，在所描述的组合物中，聚合物、碳纳米结构以及复合层的任何其他成分的比例(即，体积％和重量％)是溶剂被去除之后保留在最终材料中的成分比例。

涂覆的方法可以选自由喷涂和印刷组成的组(例如丝网印刷或移印)。

塑料聚合物基树脂材料和碳纳米结构的混合物可以进一步包括溶剂，该方法可以包括在已经将所述混合物涂覆在所述基板上之后，处理滑动轴承以去除溶剂的步骤。

在喷涂的情况下，也可以通过在基板上喷涂多个独立的层来执行层厚的控制。

附图说明

下文参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出了轴承壳的示意性立体图；以及

图2A、2B和2C示出了类似于图1的轴承壳的部件的示意性截面图。

具体实施方式

在所描述的实施例中，相同特征用相同标记表示，尽管在某些情况下具有后缀字母。例如，在不同的附图中，6A、6B和6C已经用于指示碳纳米管。

图1示意地图示了滑动轴承1，呈中空半柱形轴承内衬壳的形式(通常称为"半轴承")。半轴承1包括坚固的钢背衬2、背衬内的铜基轴承内衬层3以及塑料聚合物基轴承材料的复合“覆盖”层4，复合覆盖层4包括直接设置在轴承内衬层上的碳纳米管。

在沉积复合覆盖层之前，可以通过将表面制备技术(诸如，喷砂)应用至轴承内衬层3来增强复合覆盖层4的附着性。可替换地，在复合“覆盖”层4之前，额外的铝基溅射层(未示出)可以直接设置在内衬层3上。

覆盖层是滑动轴承元件的暴露层，构造为在整个滑动轴承的寿命内(例如在整个发动机寿命内)提供运行表面，不同于寿命开始时短期使用的低牢固性的磨合层。覆盖层构造为面向轴承组件中的移动元件(例如，覆盖层接收组装好的轴承中的形成轴颈的曲柄轴，该轴承与干预油膜相互协同操作)。例如，对于轴承壳来说，覆盖层是面向形成轴颈的轴(诸如曲柄轴)的最内层。

复合覆盖层4包括塑料聚合物基复合材料的基质，具有分布于整个基质的：除不可避免的杂质以外，0.1至5体积％的碳纳米管、12.5体积％的Al粉末、5.7体积％的PTFE微粒、4.8体积％的硅烷粉末，<0.1体积％的其他成分，以及余量(约77体积％)聚酰亚胺/酰胺塑料聚合物。

聚酰亚胺/酰胺基材料以与溶剂的混合物涂布。合适的溶剂可以包括N-甲基-2-吡咯烷酮二甲苯，并且能够采用各种比例以实现适合于涂覆至基板上的特定期望粘度的混合物。应该注意的是，塑料聚合物基轴承材料覆盖层4的组成的上述规格在溶剂被去除之后保留在最终材料中。

溶剂中的聚酰亚胺/酰胺、碳纳米结构以及其他成分形成混合物。在涂覆轴承基板之前，混合物可以被搅拌以使各成分维持悬浮。复合覆盖层4通过喷涂工艺建立，在该工艺中，薄喷涂涂层的反复沉积夹杂了晾干阶段以去除溶剂。在最终涂覆沉积步骤之后，将滑动轴承在150℃至250℃下最终固化大约30分钟以凝固塑料聚合物基基质。

可替换地，塑料聚合物基复合轴承材料4能够通过丝网印刷(即通过掩模)或者移印工艺(即，间接胶版印刷工艺，例如在该工艺中，硅胶垫将塑料聚合物复合材料的图案化的层转移至滑动轴承基板上)而被沉积。

期望地，溶剂混合物具有合适的粘度，将该溶剂混合物涂布至基板的涂覆技术产生处于所需厚度的塑料聚合物轴承材料的最终厚度，而无需机器加工至期望的最终壁厚。但是，如果需要的话，塑料聚合物材料可以被进行机器加工。

在额外设置中间层的可选情况下，中间层通过溅射涂覆工艺被沉积，具有的厚度为2至3μm，并且被牢固地粘附至轴承内衬层3。该中间层包括1.5重量％的Mn，除不可避免的杂质以外，剩余余量至100重量％之间的Al。(可替换方案中：中间层可以包括6重量％的Sn、1重量％的Cu、1重量％的Ni和2重量％的Si，除不可避免的杂质以外，余量至100重量％之间的Al；或者除不可避免的杂质以外，中间层可以包括纯的Al。)

图2A、2B和2C图示了碳纳米管6A并入滑动轴承的复合覆盖层4的聚酰亚胺/酰胺中的布置，该滑动轴承类似于图1的滑动轴承，但不具有中间层5。

在图2A中，碳纳米管6A以随机对准的布置并入复合覆盖层4的聚酰亚胺/酰胺中。提供碳纳米管6A的足够的密度和均匀的分布，使得实现碳纳米管的高水平缠结，从而提供了具有高水平耐疲劳性的覆盖层4。

在图2B中，碳纳米管6B以高对准的布置并入复合覆盖层4的聚酰亚胺/酰胺中，纳米管的长度大致平行于复合层4和轴承内衬层3之间的界面。在该布置中，纳米管6B在表面处的暴露侧提供了具有增强的润滑属性的复合层。

在图2C中，碳纳米管6C以局部对准的布置并入复合覆盖层4的聚酰亚胺/酰胺中，即局部对准复合层4和轴承内衬层3之间的界面。在该布置中，纳米管6C在高水平耐疲劳性属性和高润滑属性之间提供了有利的折中方案。

此处提供的附图是示意性的，并未按比例绘制。

在本申请文件的整个说明书和权利要求书中，词语"包括"和"包含"及其变形意味着"包括但不限于"，它们不旨在(并且不)排除其它部分、添加剂、组分、整体或步骤。在本申请文件的整个说明书和权利要求书中，单数包含复数，除非文义另有所指。尤其，在使用不定冠词的地方，申请文件应当理解为包括单数和复数，除非文义另有所指。

结合本发明的特定方案、实施例或者示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或者基团被理解为适用于此处描述的任何其他方案、实施例或者示例，除非与之不兼容。所有在该申请文件(包括任何所附的权利要求、摘要以及附图)中公开的特征，和/或所有这些公开任何方法或者工艺的步骤，可以以任何组合被结合，除了至少一些这种特征和/或步骤相互排斥的组合。本发明不限制于任何前述实施例的细节。本发明扩展至本申请文件(包括任何所附的权利要求、摘要以及附图)公开的特征中的任何新的一个或者任何新的组合，或者如此公开的任何方法或者工艺的步骤的任何新的一个或者任何新的组合。

读者的注意力涉及所有同时或先于本申请文件提交的与本申请相关的文章和文件，这些文章和文件是对公众查阅开放的，所有这些文章和文件的内容通过引用并入此处。

Claims

1.一种用于内燃机的滑动轴承，在基板上具有塑料聚合物基复合层，所述复合层包括：

塑料聚合物基材料的基质，所述塑料聚合物基材料分布于整个所述基质；

0.1体积％至5体积％的碳纳米结构；

0.5体积％至15体积％的金属粉末，其中所述金属粉末为具有尺寸为1至5μm的呈薄片小板形式的粒子的铝粉末；

0.5体积％至10体积％的硬质无机微粒，其中所述硬质无机微粒是呈小板形式的六边形晶体结构的氮化硼；以及

不可避免的杂质；

其中，所述碳纳米结构包括球形碳纳米结构、或者包括椭球形碳纳米结构、或者包括以下述形式布置的碳纳米管：

碳纳米管以随机对准布置被并入复合层，或

碳纳米管以高对准布置被并入复合层，使得纳米管的长度大致平行于复合层和基板之间的界面，或

碳纳米管以局部对准布置被并入复合层，即局部对准复合层和基板之间的界面；所述碳纳米管以至少部分平行于所述复合层表面对准布置；

所述碳纳米结构用酸侧链、酰基侧链、胺/酰胺侧链、含氟侧链或者被氧化的侧链官能化。

2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述碳纳米结构包括碳纳米管，并且所述碳纳米管的直径为0.5nm至50nm。

3.根据权利要求2所述的滑动轴承，其中，所述碳纳米管的长度为1μm至40μm。

4.根据权利要求3所述的滑动轴承，其中，所述碳纳米管的长度至少为直径的100倍。

5.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，塑料聚合物材料选自由聚酰亚胺/酰胺树脂、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、含氟聚合物以及甲醛构成的组。

6.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述复合层进一步包括0.5体积％至15体积％的含氟聚合物微粒。

7.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述复合层进一步包括聚酰亚胺/酰胺塑料聚合物材料的基质，并且具有分布于整个基质的：0.5体积％至15体积％的金属粉末；0.5体积％至15体积％的含氟聚合物微粒，除了不可避免的杂质外，余量为聚酰亚胺/酰胺树脂。

8.根据权利要求7所述的滑动轴承，其中，所述复合层包括12.5体积％的Al粉末、5.7体积％的PTFE微粒，4.8体积％的硅烷粉末，<0.1体积％的其他成分以及余量聚酰亚胺/酰胺。

9.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述基板包括坚固的背衬材料层，并且所述复合层设置在所述背衬材料层上。

10.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述基板包括坚固的背衬材料层以及金属轴承材料层，并且所述复合层设置在所述金属轴承材料层上。

11.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述基板包括非溅射涂覆的金属基底层，并且通过溅射涂覆Al基中间层将所述复合层结合至所述非溅射涂覆的金属基底层。

12.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述复合层具有的厚度为6μm至12μm。

13.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述滑动轴承是半轴承壳、止推垫圈或者轴承瓦。

14.一种制造用于内燃机的滑动轴承的方法，所述滑动轴承在基板上具有塑料聚合物基复合层，所述复合层包括：

塑料聚合物基材料的基质，所述塑料聚合物基材料分布于整个基质；

0.1体积％至5体积％的碳纳米结构；

不可避免的杂质，

所述方法包括以下步骤：

制备包括塑料聚合物基树脂材料和碳纳米结构的混合物；

将所述混合物涂覆在基板上；以及，

处理以便使所述塑料聚合物基材料基质凝固以形成复合层；

其中，所述碳纳米结构包括碳纳米管；

碳纳米管以随机对准布置被并入复合层，或

15.根据权利要求14所述的方法，

塑料聚合物基树脂材料和碳纳米结构的所述混合物进一步包括溶剂，以及

在已经将所述混合物涂覆在所述基板上之后，处理所述滑动轴承以去除所述溶剂的步骤。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述涂覆的方法选自由喷涂和印刷构成的组。