CN106029794A - 减摩涂层和具有减摩涂层的滑动轴承层复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有至少25体积％的粘结剂(16)且具有填料的减摩涂层(11,12,41,42,43)和滑动漆层复合体(10)，所述填料包括硫化锌(18)和硫酸钡(20)和可选的另外的填料，其中，硫化锌(18)比硫酸钡(20)的体积比为0.1至15.7，优选0.8至4.88，且特别优选1.5至3.44。滑动漆层复合体(10)具有至少两个具有不同组成的这种类型的减摩涂层(11,13)。本发明还涉及具有这样的涂层的滑动轴承层复合材料及其在内燃机中的用途。

Description

减摩涂层和具有减摩涂层的滑动轴承层复合材料
本发明涉及具有粘结剂和具有有助于滑动行为的填料的减摩涂层。本发明还涉及具有这样的减摩涂层的滑动轴承层复合材料，且此外还涉及这样的滑动轴承层复合材料在用于内燃机的轴承元件中的用途，尤其是在曲轴轴承或连杆轴承的轴承套中、在连杆套筒中或在启动盘上的用途。
内燃机中的滑动元件大多由具有经特别改性的表面的多层材料组成，所述表面使其滑动性能最优化。通常，滑动轴承的表面是金属层，如基于铅、锡或铝，其通过电镀工艺、蒸镀或通过金属包覆施加。还已知非金属滑动层，其具有合成树脂基并且其可在一定限度内适应轴承座对滑动性能、承载能力和摩擦抗力的要求。
尤其是，基于合成树脂的减摩涂层多年以来作为助剂用于降低机械部件的摩擦。通常涂覆没有另外的润滑而必须持久地可容易移动的金属零件、塑料零件和橡胶零件。在典型的应用中，负荷相当低且边界条件如温度和介质接触并不关键。此外，由各种专利申请如EP 0 984 182 A1已知的是，还可以将滑动漆用于内燃机中，例如作为曲轴轴承。
但是，已知的减摩涂层的缺点基本上在于相对高的、然而苛刻受限的承载能力，所述承载能力在超限时导致涂层的快速破坏。于是暴露出位于其下的基材。如果基材材料不具有足够的自润滑性能，则这样的结果是轴承由于卡住而完全失效。
在这样的轴承的情况下，通常想到铜合金或铝合金作为基材。粘结剂(也称为基体材料)通常由PAI、PI、环氧树脂、酚树脂或PBI组成，参见EP 1 775 487 A2。其次，在EP 0984 182 A1中还列举PEI、PEEK、芳族聚酰胺、PTFE和其它含氟聚合物如PFA、ETFE和FEP作为具有滑动材料的涂层的塑料，然而其中在该文中，没有提及滑动漆，而是提及糊状施涂的、大体较厚的塑料层，所述塑料层在压力下进入基材的开孔结构中，例如进入金属烧结骨架的孔中并因此将滑动层固定在基材中。这样的涂层例如描述于EP 1 390 629 B1中。其并不落入当前的减摩涂层的种类中。这样的塑料层的最突出的代表是基于PTFE的那些。此外，它们并不是足够承载的，从而对于高负荷的轴承而言并不考虑它们。
与之相反，滑动漆的特征在于，其在施加时以低粘度状态存在，例如呈溶液或分散体，或者例如由于熔化而这样流动，使得其在没有压力影响下形成平滑流动的、连续的表面。减摩涂层的施涂通过喷涂法或印刷法并且随后热固化或在紫外光下固化而进行。滑动漆的粘结剂在随后的干燥过程或固化过程期间通过化学或物理交联或化学转化转变成更难溶或更不可熔的形式，从而使得滑动层在基材上形成形状稳定的和可高负荷的薄层。由自身，即没有压力影响而形成的平滑的表面使得在已经重新成型的滑动元件例如轴承套上施加均匀的厚减摩涂层成为可能，而这在糊状施涂的涂层情况下是不可能的，因为在此仅可以在带状半成品上，即在滑动元件的最终机械加工之前经济上有意义地完成涂层。
典型的功能填料是固体润滑剂如MoS2、WS2、BN、PTFE，陶瓷粉末如氧化物、氮化物、碳化物、硅酸盐，金属如Al、Cu、Ag、W、Ni、Au和Fe2O3，参见WO2010/076306或US 6 305 847B1.
作为另外的填料，已经知晓摩擦学应力层中的BaSO4或ZnS。由DE 10 2006 048311 A1已知一种组合物，其由具有最高20％的PTFE的塑料基体以及5％至15％的硫酸钡或硫化锌添加剂组成。EP 1 716 342 B1例如提出了具有升高的孔体积的材料和由50体积％的PVDF或60体积％的PA、PS或PPS组成的塑料基体，在所述塑料基体中包含超过5体积％的PTFE和至少5体积％，优选8至12体积％的硫化锌或硫酸钡。EP 1 526 296 A2描述了基于PEEK、PPS或PA的材料，其具有硬微粒组分和碳纤维而没有PTFE，其中ZnS或BaSO4份额为5至15重量％，其中仅具体给出了具有ZnS的组合物。在文献EP 1 716 342 B1中给出了具有基于聚合物的滑动层的滑动轴承复合材料，其以至少5体积％且优选8-12体积％的份额包含硫化锌和/或硫酸钡，其中仅具体给出了包含ZnS或BaSO4的组合物。还已知硫化锌和硫酸钡，可选地与另外的填料的填料组合。DE 36 01 569 A1公开了添加细颗粒的ZnS和BaSO4添加剂用于塑料复合滑动轴承中的聚合物，其中可以包含基于基体材料计5至40体积％的硫化锌份额，基于硫化锌颗粒计最多5体积％的BaSO4。如此选择实施例，使得仅使用硫化锌或仅使用硫酸钡或硫化锌与0.5体积％的低份额的硫酸钡。此外，所给出的文献全部涉及基于PTFE的自润滑材料，因此又涉及糊状施涂的材料，其出于上述原因而对于所讨论的应用而言是不考虑的并且也并不属于减摩涂层的种类。
本发明的目的在于，实现基于合成树脂的减摩涂层的摩擦抗力和承载能力的进一步改进。
所述目的通过具有至少25体积％的粘结剂且具有填料的减摩涂层得以解决，所述填料包括硫化锌和硫酸钡和可选的另外的填料，其中，硫化锌比硫酸钡的体积比为0.1至15.7，优选0.8至4.88，且特别优选1.5至3.44。
已经指出，通过在所述范围内的填料组合相对于仅包含硫化锌或仅包含硫酸钡或包含另外的比例的两种填料的那些明显改进了减摩涂层的性质。所述性质尤其包括减摩涂层的承载能力和摩擦抗力。例如，曲轴轴承的最大承载能力可以提高至高达120MPa。这是在其它情况下仅由基于铝的溅射层所达到的值。
在硫化锌比硫酸钡的体积比的整个所要求保护的范围内相对于具有两种组分ZnS和BaSO4二者中的仅一种的减摩涂层降低所述最大承载能力。在直至1.5至3.44的比例的更窄范围内，所述承载能力改进高达12MPa且在1.5至3.44的比例的最窄范围内，所述承载能力改进高达25MPa。
据估计，通过BaSO4/ZnS-混合物改进了润滑膜的效果，由此降低了单位轴承负荷的磨损速率的升高。借此提高负荷极限，这又明显提高轴承在低于所述负荷极限的负荷时的运转安全性。
优选地，所述硫化锌和所述硫酸钡总共以2至35体积％且特别优选5至25体积％的份额包含于所述减摩涂层中。
在更小的总份额的情况下，不可识别摩擦抗力和承载能力的明显改进。更大的两种填料的份额导致粘结剂基体的削弱。
优选地，总组成通过添加另外的填料而优化。作为填料，在本文中是指除粘结剂以外的所有组分。总填料量，即硫化锌、硫酸钡和另外的填料的份额优选为减摩涂层的总组成的最高75体积％，特别优选不超过60体积％。
经证实还有利的是，所述硫化锌和所述硫酸钡以具有0.1μm至1.0μm范围内的d50值的粉末形式存在。在这种情况下，BaSO4和ZnS的初级粒度(即单个颗粒的尺寸而非聚集体的尺寸)为0.01μm至5μm。
通过粉末的这样的选择，能够有效降低磨损速率。同样，填料在减摩涂层中的可分散性非常好，由此可以以简单的方式保证均匀的减摩涂层。
特别优选地，硫化锌部分和硫酸钡部分以锌钡白形式存在。
锌钡白是通过共同沉淀硫化锌和硫酸钡产生的混合物，其可以以10:90至60:40的组成获得，这相当于0.11至1.5的硫化锌比硫酸钡的体积比。
特别优选地，所述粘结剂选自PAI、PI、环氧树脂、PBI、有机硅树脂和高级芳族热塑性塑料尤其是聚丙烯酸酯、PEEK和PES。
所有这些物质由于其高的耐热性和耐介质性而特别适合应用于内燃机的滑动轴承中。
减摩涂层的厚度优选为1μm至40μm。在此要注意的是，应当适应部件尺寸的层厚度。尤其适用的是对于具有高达100mm的直径的径向轴承而言，优选5至25μm的层厚度。在超过100mm直径的大轴承的情况下，厚度高达40μm，在特殊情况下还优选高达50μm的厚度，因为在大轴承的情况下经常由于几何学缺陷和/或较大的公差而产生提高的入口磨损。
一种特别优选的实施方式提供其中另外的填料包含至少一种固体润滑剂的减摩涂层。
固体润滑剂份额应当优选与ZnS/BaSO4份额至少相当，且特别优选以ZnS/BaSO4混合物的1倍至5.7倍的量使用。
通过添加固体润滑剂，尤其改进自润滑性能，即在没有流体动力学运行状态下的行为。
进一步优选地，所述固体润滑剂选自具有层状结构的金属硫化物、石墨、六方氮化硼和PTFE。
有利之处还在于，所述另外的填料以不超过10体积％的总份额包含至少一种硬质材料，基于减摩涂层计。一种或多种硬质材料在径向轴承例如轴的情况下用作与反向旋转件接触的磨损减速物，用于其调节。尤其是在磨合阶段中不平整和/或过大的粗糙度迅速侵蚀轴表面，直至轴表面适应轴承所带有的滑动层表面。硬质材料份额在此应当不超过10％的提及份额，因为否则这在反向旋转件的工作面上产生过度磨蚀的效果并且总体上削弱轴承的滑动性质。
至少一种硬质材料优选选自氮化物、碳化物、硼化物、氧化物，尤其是SiC、Si3N4、B4C3、c-BN(立方氮化硼)、TiO2和SiO2。
在另一有利的实施方式中，所述另外的填料以不超过30体积％的总份额包含至少一种金属粉末，基于减摩涂层计。
这样的金属粉末用于提高导热性并因此导致更低的平衡温度，这尤其明显提高内燃机中的高热负荷滑动轴承的长时间承载能力。金属粉末的体积份额如果可能的话应当不超过30％，因为更大的份额差地分散于滑动漆中并且因此对其可加工性产生负面作用。
所述至少一种金属粉末优选选自元素Ag、Pb、Au、Sn、Al、Bi、Cu以及这些元素的合金。
非常特别优选地，减摩涂层具有最多15体积％，优选1至10体积％的氧化铁(III)作为另外的填料。
尤其证实该填料与根据本发明的份额的填料硫化锌和硫酸钡相关，有利地降低磨损速率。
前述填料可以总计以75体积％的最大量，基于总减摩涂层计且各自在给出的范围界限内存在于减摩涂层中。余量即至少25体积％因此由所述粘结剂组成。
所述目的此外由具有至少两个在前述给出的参数范围内的不同组成的减摩涂层的滑动漆层复合体而解决。
以这样的方式提供由含BaSO4和含ZnS的滑动漆构成的多层体系，其始终最优化地适应在运行过程中改变的运行条件。以下提供具体的实施例。
根据另一方面，本发明提供了具有至少一个金属层和具有前述特征的在所述金属层的表面上施加的减摩涂层或在所述金属层上施加的滑动漆层复合体的滑动轴承层复合材料。
至少一个金属层形成基材，根据一个有利的实施方式，具有在金属层上施加的下减摩涂层和在所述下减摩涂层上施加的上减摩涂层的滑动漆层复合体位于所述基材的表面上。
在有利的实施方式的情况下，在金属层的表面上设置具有在金属层上施加的具有固体润滑剂和/或金属粉末的下减摩涂层和在所述下减摩涂层上施加的具有硬质材料的上减摩涂层的滑动漆层复合体。上部的与反向旋转件首先接触的减摩涂层在功能上设计为磨合镀层，其通过使用硬质颗粒用于调节反向旋转件(轴)。位于其下的减摩涂层设计为耐久层并且在前文给出的界限以内具有更高份额的金属粉末和固体润滑剂且基本上不具有或具有少量硬质材料，并且因此基本上是耐磨的。
替代性的有利的实施方式设计为，在金属层的表面上设置具有在金属层上施加的下减摩涂层和在所述下减摩涂层上施加的与下减摩涂层相比具有减少份额的粘结剂的上减摩涂层的滑动漆层复合体。在此，填料组合物在最简单的情况下可以相同，然而也可以不同。再一次设计为磨合镀层的上减摩涂层由于较低的粘结剂份额经受对几何给定条件例如轴的倾斜位置或挠曲的加速适应，由此降低或避免例如轴承元件边缘范围的局部超负荷。
滑动轴承层复合材料此外可以在耐久层之下，即与金属层的表面直接接触具有另外的减摩涂层，所述减摩涂层由此进一步提高轴承的运转安全性，使得它们尤其关于其摩擦抗力最优化，即尤其在耐久层磨损之后延缓轴承材料上的完全渗透。这例如通过提高份额的粘结剂或/和提高量的抑制磨损的硬质颗粒来实现。
在替代性实施方式中，在金属层与下减摩涂层之间设置另外的层，使其在金属层上的滑动漆层复合体的粘合方面最优化。这具有涂底漆的作用并且通常可以已经通过设置少量或完全不设置填料的、非常薄的、尤其是几μm厚的层来实现。
滑动漆层复合体不同组成的减摩涂层的不连续层的形式或作为梯度层实现，在所述梯度层中层组成和因此的层性质彼此连续地转变。
根据本发明的滑动轴承层复合材料优选由此继续改进：在其上施加有减摩涂层的至少一个金属层的表面具有1μm至10mm，优选3μm至8μm的粗糙度Rz。
在该范围内的粗糙度改进了直接在所述表面上所施加的减摩涂层的粘合。此外，这样的粗糙度还导致在减摩涂层逐渐磨损时，反向旋转件首先仅逐点与金属层的单个尖端接触，所述尖端首先仅构成暴露的滑动面的小的表面份额，由此提高其负荷能力。这抵消了进一步的磨损，然后金属层的整个表面与反向旋转件接触，并由此大的裸露区域的易侵蚀性导致轴承的全部失效。
有利的表面粗糙度可以通过金属表面的机械磨损，例如通过喷砂或抛光，或通过化学剥蚀，例如通过磷化或浸蚀来产生。作为不均匀的粗糙度的替代，还有均匀的基材结构，其可以大致通过钻孔、拉削或冲压产生，在该实施方式的意义上理解为粗糙度。
滑动轴承层复合材料有利地如下进一步改进，使得至少一个金属层具有由基于以下元素的合金组成的轴承金属层或覆盖层，所述元素选自Cu、Al、Ni、Sn、Zn、Ag、Au、Bi和Fe。
金属层既可以作为相对厚的承载层，又可以作为薄的覆盖层形成，其中减摩涂层取决于组成作为用于适应或调节反向旋转件另外的磨合镀层形成，或作为具有长寿命的独立的滑动层形成。
特别优选地，所述至少一个金属层是由合金组成的轴承金属层或覆盖层，所述合金选自：CuSn、CuNiSi、CuZn、CuSnZn、AlSn、AlSi、AlSnSi和AlZn。单个特别优选的候选物是合金CuNi2Si、CuSn8Ni、CuSn10Bi3、CuPb23Sn、AlSn10Mn2NiCu、AlSn6Si4CuMnCr和AlNi2MnCu。
前述类型的具有轴承金属层和/或覆盖层的滑动轴承层复合材料的另一有利的实施方式的特征在于，所述至少一个金属层还包括钢支持层、在其上的轴承金属层和/或覆盖层和可选的在轴承金属层上施加的由Ni、Ag、Cu或Fe组成的中间层，其中减摩涂层或滑动漆层复合体在轴承金属层或覆盖层的表面上或如果存在的话在中间层上在背对钢支持层的侧面上施加。
非常特别优选地，将这样的滑动轴承层复合材料中的覆盖层作为可高负荷的AlSn-溅射层形成，其中减摩涂层或滑动漆层复合体在功能上尤其设计为磨合镀层，即包括上述类型的至少一种硬质材料和/或具有在以下根据本发明的范围内的粘结剂含量。
所述目的此外通过根据前述类型的滑动轴承层复合材料在用于内燃机的轴承元件中的用途，尤其是作为曲轴轴承的轴承套、作为连杆轴承的轴承套、作为连杆套筒或作为启动盘得以解决。
在功能上，在现代内燃机的情况下，这些轴承是在热和化学侵蚀性环境中的特别高负荷的轴承元件，在所述环境中，至今减摩涂层作为磨合镀层或作为滑动层不被视负荷足够。
图1是用于阐释在基材上的根据本发明的减摩涂层的原理图；
图2是用于阐释在基材上的根据本发明的滑动漆复合材料的实施例的原理图；
图3是用于阐释在基材上的根据本发明的滑动漆复合材料的替代性实施例的原理图；
图4是根据本发明的具有减摩涂层的轴承套的透视图，和
图5是用于阐释根据本发明的滑动轴承层复合材料的层构造的原理图。
在图1中概要性简化示出了在非进一步详细说明的基材14上的具有根据本发明的减摩涂层12的简单构造。几何学比例，尤其是层厚度出于阐释性目的没有按正确比例描绘。所述减摩涂层12由粘结剂16作为基体组分组成，其中包埋多种填料。作为填料，根据本发明包含硫化锌18和硫酸钡20。此外，所示出的减摩涂层12作为任选的填料包含硬质材料颗粒22、金属粉末颗粒24和固体润滑剂颗粒26。
图2中显示了由下减摩涂层11和上减摩涂层13组成的滑动漆层复合体10的示例性构造。所述下减摩涂层11施加在基材14上且正好在其表面15上，且所述上减摩涂层13在所述下减摩涂层11之上。两个减摩涂层11和13除了作为基体组分的粘结剂16以外根据本发明还具有填料硫化锌18和硫酸钡20以及Fe2O3 28，但在其它情况下包含不同的另外的填料组合物。在两个减摩涂层11和13中，又示例性包含任选的填料硬质材料颗粒22、金属粉末颗粒24和固体润滑剂颗粒26，然而具有不同的侧重点。在下减摩涂层11的基体中，包含较高份额的固体润滑剂颗粒26且几乎不含硬质材料颗粒22时，情况恰与上减摩涂层13时相反。如此选择该组成，从而在轴承运转时首先与反向旋转件接触的上减摩涂层13基于硬质材料起磨损作用并且有利于滑动偶件的磨合。下减摩涂层11与之相反首先在磨合过程之后，即在上减摩涂层13磨损之后与反向旋转件接触，并由于较高的固体润滑剂份额起降低摩擦的作用。低的硬质材料份额是有用的，以延缓层的磨损。
与示意图相反，在下减摩涂层11中也可以完全省略硬质颗粒和/或在上减摩涂层13中完全省略固体润滑剂。在此的重点在于在上减摩涂层中的提高份额的硬质材料和在下减摩涂层中的提高份额的固体润滑剂和/或金属粉末颗粒。
在图3中示出了由下减摩涂层31和上减摩涂层33组成的滑动漆层复合体30的替代性构造。所述下减摩涂层31施加在基材14上且正好在其表面15上，且所述上减摩涂层33在所述下减摩涂层31之上。两个减摩涂层31和33除了作为基体组分的粘结剂树脂16以外根据本发明还具有填料硫化锌18和硫酸钡20以及Fe2O3 28，但在其它情况下包含不同的另外的填料组成。在两个减摩涂层31和33中，又示例性包含任选的填料、金属粉末颗粒24和固体润滑剂颗粒26。此外，在下减摩涂层31的基体中还又包含硬质材料颗粒22。上减摩涂层33与此相反包含更低的粘结剂份额且不包含硬质材料颗粒。如此选择该组成，从而在轴承运转时首先与反向旋转件接触的上减摩涂层33由于更低的粘结剂份额可以快速地适应配对件。下减摩涂层31与之相反首先在磨合过程之后，即在上减摩涂层33磨损之后与反向旋转件接触，并由于较高的粘结剂份额具有较高的摩擦抗力和承载能力。
与示意图相反，在上减摩涂层33也可以包含硬质材料组分。在此的重点在于低份额的粘结剂。
图4以透视图方式示出了轴承套38，其中使用根据本发明的滑动轴承层复合材料。限制滑动轴承层复合材料的层构造，使得在未差异显示的基材14上施加减摩涂层11。基材本身由至少一个金属层组成，其功能可以是多方面的。首先，其用于轴承套的机械稳定。为此其具有坚固的轴承金属实心材料或具有在其上设置有轴承金属层的钢支持层。所述轴承金属层在两种情况下承担轴承的承载功能。此外其由于自润滑性能和对脏物颗粒的包埋能力而也可以设计为与滑动偶件直接接触。然后位于其上的是任选的由金属组成的滑动层或覆盖层。在该情况下，减摩涂层11单独承担磨合镀层的功能。否则减摩涂层11本身可以在选择合适的填料的情况下起滑动层的作用。当然，替代简单的减摩涂层11，可以设置具有不同功能的滑动漆层复合体，如前文借助于图2和图3所解释那样。
所有滑动漆都是低粘度的，从而使得它们在施加时，尤其是通过在没有压力作用的喷涂法施加时形成平滑流动的表面。在随后的干燥过程和固化过程(热或在UV光下)之后，滑动漆的粘结剂交联或者以化学或物理方式如此转化，使得滑动层在基材上形成形状稳定的、尽量不溶的且可高负荷的薄的层。由自身，即没有压力影响而形成的平滑的表面使得即使在已经变形的滑动元件例如在图3中示出的轴承套上施涂减摩涂层成为可能。
图5示出了用于阐释根据本发明的滑动轴承层复合材料的层构造的原理图，其中再一次示例性汇总多个前述层组合。
滑动轴承层复合材料一方面包括具有多个减摩涂层41,42,43的滑动漆层复合体40，且另一方面包括由多个金属层51,52,53组成的基材50。最下方设置钢支持层51作为稳定化元件。以该方式设置轴承金属层52。在轴承金属层52上设置中间层53作为对位于其上的滑动漆层复合体40的增附剂。也可以取决于轴承金属的组成省略该增附剂，如果轴承金属层形成足够的粘附基底层，例如具有足够的粗糙度的话。在上侧，也就是在中间层53的背向钢支持层51的表面54上施加滑动漆层复合体40。其具有第一减摩涂层41，将其直接施加在表面54上。可以在功能上将减摩涂层41设计为不同的。取决于轴承金属或中间层的性质它们同样可以用作位于其上的减摩涂层的增附剂。在该情况下，它们可以包含仅少量或几乎不包含填料部分并且因此不必然属于根据本发明的减摩涂层。否则，通过选择填料组合可以将它们用于另外提高运转安全性，所述组合在其摩擦抗力方面最优化，从而可以延缓轴承材料上的完全渗透，然后磨损在其下设置的下减摩涂层42。这可以例如通过提高粘结剂份额和硬质成分的份额产生，其中适应性、咬合耐久性和摩擦的性质退居次要位置。在此假定该层首先仅局部和缓慢地暴露并且因此在更长的时间段内并不明显损害整个表面的滑动性质。
下减摩涂层42在组成方面根据本发明具有硫化锌和硫酸钡并且还具有固体润滑剂和/或金属粉末，任选地还有硬质材料颗粒和/或氧化铁(III)，所述组成一方面构成对负荷能力和摩擦抗力的最佳折衷且另一方面构成对适应性、摩擦和咬合耐久性的最佳折衷，并且因此在预定使用条件下实现长期稳定的层。然后在下减摩涂层42上施加符合上文图2的上减摩涂层。
单个减摩涂层的特别优选的实施例具有以下成分：
实施例a：PAI、BaSO4、ZnS、h-BN、Fe2O3
实施例b：PAI、BaSO4、ZnS、MoS2、Fe2O3
实施例c：环氧树脂、BaSO4、ZnS、MoS2、Fe2O3
实施例d：PEEK、BaSO4、ZnS、PTFE、Fe2O3
实施例e：有机硅树脂、BaSO4、ZnS、石墨、Fe2O3
为了评价减摩涂层或滑动轴承层复合材料的能力，进行Underwood测试。在此旋转具有在固定安装的连杆中的偏心配重的轴。连杆中的轴承由试验轴承构成。所述试验轴承具有1.4mm的壁厚和50mm的直径。在轴承宽度上调节具体的负载，转数为4000U/m。评价标准为在100h连续运行之后的滑动层疲劳和磨损。结果为以MPa计的极限负载(UW负载)，其中在最大5％的滑动面上将层磨损直至基材或存在疲劳。
下表1给出具有钢衬和CuNi2Si轴承金属作为基材和基于PAI粘结剂的不同减摩涂层且没有中间层的滑动轴承层复合材料的测试结果。对照三种对比材料R1至R3(它们仅包含硫酸钡、仅包含硫化锌或不包含两种填料)和具有硫酸钡比硫化锌的不同比例的根据本发明的实施例。填料份额基于减摩涂层计，否则选定各自相等。
在表1中如此选择BaSO4比ZnS的比例，从而根据本发明的有利的范围的效果是明显的。在0.1至15.7的比例的范围内，承载能力超过非根据本发明的比例的承载能力，在此为95MPa或更高。在0.8与4.88之间，该值超过100MPa，在1.5与3.44之间，在BaSO4/ZnS比例为2.75时为110MPa的最优的最高值.
下表2给出具有钢衬和CuSn8Ni轴承金属作为基材和基于PAI粘结剂的不同减摩涂层且没有中间层的滑动轴承层复合材料的测试结果。将三个不属于本发明的参比实施例与具有大致相同比例的硫酸钡与硫化锌但具有不同的硫酸钡和硫化锌总含量且部分不同的另外的固体润滑剂MoS2填料部分四个根据本发明的实施例进行对比。
在表2中如此选择BaSO4–ZnS混合物的总量，从而根据本发明的有利的范围的效果是明显的。在2至25体积％的量范围内，承载能力超过非根据本发明的量范围或根据本发明的较不有利的比例的承载能力，如实施例9、10、11与参比实施例R4和R5的对比所示。R6(78体积％)与实施例8(73体积％)的对比证实了所有填料一起的含量的过量添加的效果。实施例8的承载能力为45MPa，虽然相当低，但这对于磨合镀层而言可以是绝对足够的。实施例8此外比其中总填料量超过75％的限值的非根据本发明的实施例R6明显更佳。
下表3给出了具有钢衬和CuNi2Si轴承金属作为基材和基于PAI粘结剂的不同减摩涂层且没有中间层的滑动轴承层复合材料的测试结果。具有基本上相同比例和相同总含量的硫酸钡与硫化锌的四个根据本发明的实施例，然而其中该填料在两种情况下以具有2.13的BaSO4/ZnS体积比(具有“L”的量)的锌钡白形式附加。变化的还有各固体润滑剂，然而其在减摩涂层的总组成中的份额相同。此外，在三个实施例中使用Fe2O3。
表3证实，通过使用锌钡白替代由BaSO4和ZnS组成的混合物以及使用Fe2O3可实现进一步改进，最佳地达到120Mpa的承载能力。
下表4给出了具有钢衬和CuNi2Si轴承金属作为基材和基于不同基体材料的减摩涂层且没有中间层的滑动轴承层复合材料的测试结果。将10个以在前的“R”标明的既不包含硫酸钡又不包含硫化锌的对比材料与具有相同总填料量但不同填料组成的各一种指定为根据本发明的材料进行对比。在此在一种情况下也以锌钡白形式(标记“L”)附加硫酸钡和硫化锌。
在所有情况下，通过以特别优选的组成和量使用根据本发明的BaSO4/ZnS混合物，实现了明显的改进。借助于热塑性塑料PEEK和PES和热固性环氧树脂，实施例21、23和24显示这对于其它粘结剂类型如在主要使用PAI的尝试中的那些也适用。
下表5给出了具有两种不同中间层的具有钢衬和CuSn10Bi3轴承金属作为基材和基于PAI粘结剂的不同减摩涂层的滑动轴承层复合材料的测试结果。将3个以在前的“R”标明的既不包含硫酸钡又不包含硫化锌的对比材料与具有不同填料组成的相应属于根据本发明的材料进行对比。在此在一种情况下也以锌钡白形式(标记“L”)附加硫酸钡和硫化锌。
可以看出，使用中间层并不损害BaSO4/ZnS混合物的效果。实施例26与表4中的实施例17的对比显示，通过将基材从CuNi2Si改变成CuSn10Bi3，采用Ni中间层也能够实现承载能力的改进。
下表6给出了没有中间层的具有不同铝基基材和基于不同基体材料的不同减摩涂层的滑动轴承层复合材料的测试结果。将具有不同的硫酸钡比硫化锌的比例和不同的该填料的总份额的6个根据本发明的实施例进行对比。还改变另外的填料份额。最后在此在一种情况下也以锌钡白形式(标记“L”)附加硫酸钡和硫化锌。
结果显示，即使在基于铝的基材上通过将BaSO4/ZnS混合物添加至滑动漆也能进一步改进承载能力。因为Al合金比Cu合金不太耐疲劳，所以在测试时的负荷极限经常并不受到减摩涂层限制，而是受基材本身的疲劳限制。在这些情况下，采用“S”标明结果。然而，Al合金的疲劳强度通过漆涂层明显改进并且该改进还取决于所使用的漆的类型，如表6中所明显看出那样。
附图标记列表
10 滑动漆层复合体
11 下减摩涂层
12 减摩涂层
13 上减摩涂层
14 基材
15 基材的表面
16 粘结剂，基体
18 硫化锌(ZnS)
20 硫酸钡(BaSO4)
22 硬质材料
24 金属颗粒
26 固体润滑剂
28 氧化铁(III)
30 滑动漆层复合体
31 下减摩涂层
33 上减摩涂层
38 轴承套
40 滑动漆层复合体
41 第一减摩涂层
42 下减摩涂层
43 上减摩涂层
50 金属层复合体
51 钢支持层
52 中间层
53 轴承金属层
54 轴承金属层的表面

Claims (22)

1.具有至少25体积％的粘结剂(16)且具有填料的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，所述填料包括硫化锌(18)和硫酸钡(20)和可选的另外的填料，
其中，硫化锌(18)比硫酸钡(20)的体积比为0.1至15.7，优选0.8至4.88，且特别优选1.5至3.44。
2.根据权利要求1所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述硫化锌(18)和所述硫酸钡(20)总计以2至35体积％，优选5至25体积％的份额包含在总组成中。
3.根据权利要求2所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述硫化锌(18)、所述硫酸钡(20)和所述另外的填料(28)总计以最高75体积％的份额包含在总组成中。
4.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述硫化锌(18)和所述硫酸钡(20)以具有在0.1μm至1.0μm范围内的d50值的粉末形式存在。
5.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述硫化锌部分和硫酸钡部分以锌钡白的形式存在。
6.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述粘结剂选自PAI、PI、环氧树脂、PBI、有机硅树脂和高级芳族热塑性塑料尤其是聚丙烯酸酯、PEEK和PES。
7.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，1μm至40μm的厚度。
8.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述另外的填料(28)包含至少一种固体润滑剂。
9.根据权利要求8所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，至少一种固体润滑剂选自具有层结构的金属硫化物、石墨、六方氮化硼和PTFE。
10.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述另外的填料(28)包含具有不多于10体积％的总份额的至少一种硬质材料。
11.根据权利要求10所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述至少一种硬质材料选自氮化物、碳化物、硼化物、氧化物，尤其是SiC、Si3N4、B4C3、立方氮化硼、TiO2和SiO2。
12.根据前述权利要求任一项所述减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述另外的填料(28)包含具有不超过30体积％的总份额的至少一种金属粉末。
13.根据权利要求12所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述至少一种金属粉末选自元素Ag、Pb、Au、Sn、Al、Bi、Cu和这些元素的合金。
14.根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层(11,12,13,41,42,43)，
其特征在于，所述另外的填料(28)包括最多15体积％，优选4至10体积％的氧化铁(III)。
15.滑动漆层复合体(10,40)，其具有至少两个不同组成的根据前述权利要求任一项所述的减摩涂层。
16.滑动轴承层复合材料，其具有至少一个金属层(51,52,53)和在金属层(51,52,53)的表面(54)上施加的根据权利要求1至14中任一项所述的减摩涂层(41,42,43)或在金属层的表面上施加的根据权利要求15的滑动漆层复合体(40)。
17.根据权利要求16所述的滑动轴承层复合材料，
其特征在于，在其上施加减摩涂层(41,42,43)或滑动漆层复合体(40)的至少一个金属层(51,52,53)的表面(54)具有1μm至10μm，优选3μm至8μm的粗糙度Rz。
18.根据权利要求16或17所述的滑动轴承层复合材料，
其特征在于，所述至少一个金属层(51,52,53)具有由基于以下元素的合金组成的轴承金属层(53)，所述元素选自Cu、Al、Ni、Sn、Zn、Ag、Au、Bi和Fe。
19.根据权利要求18所述的滑动轴承层复合材料，
其特征在于，所述至少一个金属层(51,52,53)具有由选自以下的合金组成的轴承金属层(53)：CuSn、CuNiSi、CuZn、CuSnZn、AlSn、AlSi、AlSnSi和AlZn。
20.根据权利要求18或19所述的滑动轴承层复合材料，
其特征在于，所述至少一个金属层(51,52,53)具有钢支持层(51)和可选地在所述钢支持层(51)上施加的由Ni、Ag、Cu或Fe组成的中间层(52)，其中所述轴承金属层(53)施加在所述钢支持层(51)上或者，如果存在的话，施加在所述中间层(52)上，且其中所述减摩涂层(41,42,43)或所述滑动漆层复合体(40)施加在轴承金属层(53)的背对钢支持层(51)的侧的表面上。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的滑动轴承层复合材料在内燃机的轴承元件中的用途。
22.根据权利要求21所述的滑动轴承层复合材料的用途，其特征在于，所述轴承元件是曲轴轴承或连杆轴承的轴承套(30)、连杆套筒或启动盘。
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