CN109790867B - 多层滑动轴承元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多层滑动轴承元件(1)，包括支承层(3)和至少一个滑动层(4)，所述滑动层具有沿径向的层厚(14)，所述层厚(14)在至少一个棱边的区域内比棱边旁边的区域中小，并且所述滑动层(4)至少作为主要组分由金属合金构成，所述合金具有构成基质的第一元素和至少一种第二元素，以沿轴向(8)分布的浓度梯度包含所述第二元素，第二元素在合金中的比例沿朝向棱边的方向增高，并且第二元素具有比构成基质的第一元素小的电流当量和/或第二元素或由第二元素形成的金属间相具有比基质高的密度。

Description

多层滑动轴承元件
技术领域
本发明涉及一种多层滑动轴承元件，所述多层滑动轴承元件包括支承层和至少一个滑动层，所述滑动层具有沿周向延伸的棱边和沿径向的层厚，此外，所述滑动层的层厚在至少一个棱边的区域内比棱边旁边的区域中小，并且所述滑动层至少作为主要组分由金属合金构成，所述合金具有构成基质的第一元素和至少一种第二元素。
此外本发明涉及一种用于制造多层滑动轴承元件的方法，所述多层滑动轴承元件包括支承层和至少一个滑动层，所述滑动层具有沿周向延伸的棱边和沿径向的层厚，此外，在至少一个所述棱边的区域内比棱边旁边的区域中小地建立所述滑动层的层厚，并且作为包括形成基质的第一元素和至少一种第二元素的金属合金由电镀池中电镀地沉积所述滑动层。
背景技术
由现有技术已知滑动轴承瓦的沿轴向延伸的侧棱边的削平部。作为很多示例中的一个可以举出DE 102 08 118 B4。利用这种也称为顶盖边缘或融合边缘(blended edge)特殊的造型应避免在侧棱边区域中出现油膜破裂和滑动轴承过载。
由DE 10 2011 077 278 B3已知一种方法，在这种方法中，轴瓦坯件的直线运动钻床主轴的运动以特殊的方式相叠加，由此，使滑动层获得凸球状的表面。
除了例如通过机器精钻或利用带磨机进行的手动打磨对测棱边的切削加工，还已知以用于建立层厚分布的压制法。
为了建立层厚分布，在电镀技术中可以使用挡板(Blende)、辅助电极或特殊成型的阳极。
只是为了避免在棱边上出现明显升高的层厚就需要进行大量的工作。对此的现有技术包括使用脉冲电流和反脉冲电流、以及平整化的添加剂和相应的工具造型。
就是说，电镀的沉积通常会倾向于，在棱边上施加较大的层厚，因为电场线在这里发生集中并且导致较高的局部电流密度。
除了这种方法较为复杂以外，这些方法还难以重现。在精钻时，滑动轴承通常在侧棱边的区域内衬垫专门的规范带(Lehrband)。对侧棱边的手动加工存在人工的易出错性。
电镀技术上的解决方案需要构件特有的工具或分别涂覆，这对滑动轴承制造的经济性有不利影响。因此，通常对于棱边略微提高层厚(1μm至10μm)被认为是不可避免的或者被描述为有利的(WO2014/104002A1)。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有在部分区域中层厚减小的滑动层的多层滑动轴承元件。
所述目的在前面所述的多层滑动轴承元件中这样来实现，即，以沿轴向分布的浓度梯度包含所述第二元素，第二元素在合金中的比例沿朝向棱边的方式增高，并且第二元素具有比构成基质的第一元素小的电流当量和/或第二元素或由第二元素形成的金属间相具有比形成基质的第一元素高的密度。
本发明的目的还通过前面所述的方法来实现，根据所述方法设定，以沿轴向分布的浓度梯度沉积第二元素，在所述浓度梯度中合金中的第二元素的比例朝棱边的方向增大，使用与第一元素相比具有较小电流当量的元素作为第二元素和/或使用这样的元素作为第二元素，所述元素或由所述元素形成的金属间相具有比第一元素大的密度。
电流当量
Figure BDA0002007238700000021
这里是指一种元素在确定电流量下在确定的时间内能够沉积的量。这里，对于所考察的各元素，电流量和时间必须是相等的。
密度分别涉及纯元素或所形成的金属间相(分别在相同的温度下)。
这里有利的是，利用第二元素的所述浓度梯度(与在没有浓度梯度的情况下并且在电流量相同、即电能量相同的情况下相比)在电镀沉积滑动层时实现了沉积量的变化和/或所沉积的合金的体积的变化。这又实现了希望的层厚减小。就是说，利用本发明，在制造多层滑动轴承元件时，将浓度梯度转化为几何梯度，即滑动层的层厚分布。由此，可以简单地实施所述用于制造多层滑动轴承元件的方法。此外，可以利用棱边区域中较高的第二元素比例实现改变这个区域的机械特性。硬化同样可以在多层滑动轴承元件的运行中抵消这个区域的过载，相反，软化可以实现进一步的适配调整并且由此只需要对运行的调整需求进行部分补偿。
第二元素优选在电化学上比第一元素更贵重/惰性更大(edel)，这里表述“贵重”这里不是涉及标准电位，而是涉及在电镀过程中(必要时也是相应金属间相的)实际的沉积电位。这种较贵重的元素通常例如在电流密度较低时或在扩散层厚较小(例如搅动较强)时以更高的浓度沉积。
优选的是，第一元素是锡，而第二元素是铜。锡以约0.62mg/As和约7.3mg/cm3的密度由酸性电解液中沉积。与此相对，铜(作为具有约40％的铜的Cu6Sn5相)以约0.33mg/As和约8.5mg/cm3的密度从这种电解液中沉积。就是说，以相同的电荷量只能沉积一半量的铜，并且所述铜以更高的密度、即更小的体积沉积。由此可以实现进一步改进前面所述的效果。
根据所述多层滑动轴承元件的一个优选实施形式，在锡-铜系统中可以设定，在棱边区域中铜的比例比该元素在滑动层中的平均比例高至少按重量2％。由此可以进一步强化前面所述的效果。由此，能够更好地避免出现多层滑动轴承元件的过载区域并且由此进一步改进其运行可靠性。
另一方面可能有利的是，在锡-铜系统中，铜在棱边区域中的比例最大为按重量30％。由此，一方面可以避免出现不规则的表面，特别是避免出现过高的表面粗糙度，另一方面，由此可以避免形成过硬和极脆的棱边区域，这样的棱边区域尽管在其承载能力上是有利的，但会对滑动层的总摩擦学特性产生不利影响。在棱边区域中的铜含量超过按重量35％时，此时几乎不再是锡键合的金属间相(Cu6Sn5)会变得极脆。
平均铜含量优选在按重量7％至按重量20％的范围内，特别是在按重量10％至按重量15％的范围内。由此可以较为简单地在棱边处实现按重量2％的提高。
根据另一个实施方案，第一元素由锡组成，而第二元素由铋组成。铋以约0.72mg/As和约9.8mg/cm3的密度由酸性电解液中沉积。锡以约0.62mg/As和约7.3mg/cm3的密度从酸性电解液中沉积。由于锡和铋都较软并具有良好的摩擦学特性，可以在强度和摩擦学特性基本上恒定的同时实现朝棱边发生层厚降低。。
根据一个优选的实施方案，在锡-铋系统中，涂层平均(就是说在整个涂层上考察)包含约按重量3％至按重量10％的铋，有利的是，在棱边上升高按重量2％而达到按重量15％。超过按重量15％的铋含量会使得熔点较低，甚至会形成(熔点为)139℃的共晶体(Eutektikum)。这种组成在温度升高时可能会对强度产生不利影响。
根据另一个实施方案，第一元素可以是锡，而第二元素可以是锑。锑(作为SnSb金属间相)以约0.42mg/As和约6.9mg/cm3的密度由酸性电解液中沉积。锡以约0.62mg/As和约7.3mg/cm3的密度从酸性电解液中沉积。金属间相较小的密度的效果被较低的电流效率(Stromausbeute)的效果略微超出。SnSb相提高了锡合金的强度和耐高温性并且具有良好的摩擦学特性。
作为特别优选的实施形式，在锡-锑系统中，涂层平均(即在整个涂层上考察)包括按重量2％至按重量20％的锑，在棱边区域中优选升高至少按重量5％而达到最大按重量40％。
作为另一个优选的实施形式，锡、铋和/或锑和/或铜相组合。这里优选的是，出于前面所述的原因，合金中未键合的锡的比例、即没有键合在金属间Cu6Sn5相或SnSb相中的锡的比例中铋的最高含量不超过按重量15％。通过这种组合，可以强化锑的有利的特性，其方式是，朝棱边的层厚降低可以主要通过铜含量的增加来建立。层厚减小因此与锑的明显更小的层厚效应无关，锑含量就是说不必过量地朝棱边升高。
根据另一个实施方案，第一元素由锌组成，而第二元素由锡组成。锡以约0.31mg/As和约7.3mg/cm3的密度由氰化物电解液中沉积。与此相对，锌以约0.34mg/As和约7.1mg/cm3的密度从这种电解液中沉积。
作为特别优选的实施方案，在锌-锡系统中，涂层平均(即在整个涂层上考察)具有约按重量10％至按重量30％的锌。由此通过锌使软的锡基质变得更为耐腐蚀和耐磨损。同样优选的是，锡比例朝棱边升高至少按重量2％，更为优选地升高按重量5％。这里，朝棱边的锡升高会导致在同时发生软化的情况下通过减小的层厚实现几何上的适配并由此实现了改进的摩擦学特性和机械上的适应能力。
这里，可以通过附加地使用合金元素、如铜、镍和/或钴(在作为Zn-Cu相的密度为约8g/cm3时，分别对于Co和Ni约为0.3mg/AS，或对于Cu为0.66mg/As)，提高或有针对性地调整远离边缘的区域的强度(特别是对于镍和钴，因为较不贵重)或者提高或有针对性地调整棱边区域的强度(特别是对于铜，因为特别贵重)。
为了完整起见要指出的是，在锡-锌系统从强碱性、氰化电解液中沉积时，条件与在传统的酸性电解液中不同。锌在这种电解液中发生氰化络合并且锡(这里是Sn4+，而不是如在酸中那样是Sn2+)仅随同以约0.3mg/As的电流效率从非常强的羟基络合物中沉积出来，电镀池组分(游离碱度)取决于，锡是否真的比锌贵重。同样在这种电解液中，铜(形式为强氰化络合物)同样可能表现为不如锡贵重，但以0.66mg/As的电流效率(Cu+，而不是Cu2+)沉积。
根据另一个优选的实施方案，第一元素包含银，而第二元素包含铅。银以1.12mg/As和约10.5g/cm3的密度由氰化电解液沉积。与此相对，铅由这种电解液中仅以约1.07mg/As和约11.3g/cm3的密度沉积。
通过这种极强的银氰络合，优选使铅沉积，就是说尽管银相对于标准电位(Ag：+0.80V对Pb：-0.13V)具有明显更为贵重的特性，但铅表现得比银贵重。这里电解液特别是这样组成，使得游离氰化物浓度高(强银络合)，而游离碱度低(较少的Pb络合)。
作为特别优选的实施方案，在银-铅系统中，涂层平均(即在整个涂层上考察)包含约按重量5％至按重量40％的铅。也有利的是，铅比例朝棱边升高至少按重量2％，更为优选升高按重量10％，但不会超过按重量60％的值。由于密度和电化学当量的较小效果，为了实现希望的层厚降低，较大地提高棱边上的铅含量是有利的。
根据另一个实施方案，第一元素可以包含银，而第二元素可以包含铋。银以1.12mg/As和约10.5g/cm3的密度由氰化电解液沉积。与此相对，铋由这种电解液中仅以约0.72mg/As和约9.8g/cm3的密度沉积。对此可以参考前面关于锡-锌系统的实施形式，其中，较小密度的相反效应由电化学当量的较强效应抵消。
只是为了完整起见要指出的是，特别是氰化或接近中性的系统有时在库伦电流效率不完整时沉积，就是说，副反应(例如气体生成)会导致不可忽略的分电流。在一些情况下，电流效率随着电流密度的降低升高。就是说，可能导致希望的效果的弱化，而在其他情况下，会导致希望的效果的强化。通常，对于强酸电解液或者例如银电解液，这种影响可以忽略。
当然，在所有上面给出的示例中可以添加其他合金元素或颗粒，所述合金元素或颗粒对于朝棱边的层厚降低没有明显的效果，但能带来其他有利的作用(例如光泽和平整、颗粒极限强度、磨损强度或疲劳强度)。
根据另一个实施方案可以设定，在滑动层上设置另一个层，所述另一个层具有一定比例的第二元素，所述比例小于该元素在滑动层中的平均比例。由此可以改善多层滑动轴承元件的摩擦学特性，因为起硬化作用的元素的比例小于在滑动层中的比例。由此，提高了滑动层中该元素的比例、即第二元素的比例，由此，同样可以实现改进前面所述的效果。由此，例如可以将具有高的铜梯度(铜含量朝棱边强烈升高)的、并具有相应地较强的层厚降低和硬化的锡-铜层与较软的、有适应能力的、没有明显梯度的锡基磨合层相组合，这里，第一层用于几何上的成形，而第二层用于实现良好的摩擦学特性。，
为了完整起见，要指出的是，滑动层也可以由多个组分不同的分滑动层构成，这些分滑动层分别实现所述的效果。
但这里，所述附加的层也可以在运行中才通过由于扩散造成的元素的交换来构成，所述另外的层被硬化并且滑动层变软，或者各层在运行中由于扩散发生交换并且使铜含量均衡。
根据所述方法的一个实施方案可以设定，电镀池在所述元素沉积时以垂直于要涂覆的表面的振荡运动进行运动。
-所述高度相当于具有减小的层厚的区域的所涂覆的长度的0.1至3倍。
-所述振荡运动以大于0.5Hz的频率执行。
-在电镀池中同时制造多个多层滑动轴承，在用于多重滑动轴承的坯件之间设置间隔元件。
利用每个所述实施方案或各个由这些实施方案组成的组合可以简单地建立第二元素的浓度梯度。
附图说明
为了更好的理解本发明，参考下面的附图来详细说明本发明。
其中以简化的示意图：
图1用侧视图示出多层滑动轴承元件；
图2用横向剖视图示出多层滑动轴承元件。
具体实施方式
首先应确定，在不同地说明的实施形式中，相同的部件具有相同附图标记或相同构件名称，包含在整个说明书中的公开内容能够合理地转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件。在说明书中选用的位置说明，如例如上、下、侧等也涉及当前说明的以及示出的附图并且在位置变化时这些位置说明能合理地转用到新的位置。
在图1和2中用侧视图示出金属的多层滑动轴承元件1、特别是径向滑动轴承元件。这个多层滑动轴承元件具有滑动轴承元件体2。所述滑动轴承元件体2包括支承层3和至少一个设置在支承层上的滑动层4，或者由支承层3和直接与支承层连接的滑动层4组成。
如图1用虚线示出的那样，滑动轴承元件体2也可以具有附加的层，例如设置在滑动层4和支承层3之间的中间层5。中间层6例如可以具有扩散阻断层或结合层或轴承合金层，也可以存在由所述层构成的组合的形式的多个中间层6。
多层滑动轴承元件1的这种结构是由现有技术已知的，因此对此可以参考现有技术。
多层滑动轴承元件1与至少一个另外的滑动轴承元件构成滑动轴承，根据结构上的构造也可以存在多于一个另外的滑动轴承元件，如本身已知的那样。这里优选的是，在滑动轴承的运行中受载较高的滑动轴承元件通过根据本发明的多层滑动轴承元件1形成。但也存在这样的可能性，即，所述至少一个另外的滑动轴承元件中的至少一个通过根据本发明的多层滑动轴承元件1构成。
根据图1的多层滑动轴承元件1以半轴瓦的形式构成。此外，所述多层滑动轴承元件1还可以构造成滑动轴承筒。在这种情况下，多层滑动轴承元件1同时也是滑动轴承。此外还存在其他划分的可能性，例如三等分，从而多层滑动轴承元件1与另外两个滑动轴承元件组合成一个滑动轴承，所述两个另外的滑动轴承元件中的至少一个同样可以通过多层滑动轴承元件1构成。在这种情况下，所述多层滑动轴承元件1不是覆盖180°的角度范围，而是覆盖120°的角度范围。
所述多层滑动轴承元件1特别是设定为在马达工业中或在马达中使用。
支承层3优选由钢制成，但也可以由其他适当的材料，例如青铜制成。所述支承层3也可以通过具有多层滑动轴承元件1的构件形成，其方式是，在轴承区域直接对所述构件进行涂覆。
所有可能存在的轴承合金层可以由铜基合金或率及合金组成，如为此目的由现有技术已知的那样。例如所述轴承合金层可以由根据DIN ISO 4383的铜基合金制成，如例如由CuSn10、CuAl10Fe5Ni5、CuSn31Si、CuPb24Sn2、CuSn8Bi10、CuSn4Zn制成。
可能存在的结合层或扩散阻断层同样可以由为了这个目的由现有技术已知的材料制成。
所述至少一个滑动层4具有沿多层滑动轴承元件1的周向、即垂直于径向7和轴向8(图2)延伸的棱边。所述棱边可以通过侧棱边9、10形成，如由图2示出的那样。侧棱边9、10是沿轴向8限定滑动层4的棱边。
滑动层4也可以具有至少一个槽11，例如润滑剂槽，如在图2中用虚线示出的那样。槽11(在横截面中观察)从滑动层4的滑动层表面12朝支承层3的方向延伸，并在滑动层4中沿周向6的方向分布，在多层滑动轴承元件1的这个实施方案中，要支承的构件、例如轴在所述滑动层表面上滑动。在这种情况下，所述棱边也可以(或附加地)通过槽侧壁13到滑动层表面12的过渡部上的棱边构成。
此外，滑动层4沿径向7观察具有层厚14。特别是如图2所示，所述层厚在至少一个所述棱边(在多层滑动轴承元件1的所示实施例中在两个侧棱边9、10的区域内)比在该区域旁边的区域中小。滑动层4就是说沿轴向8观察具有一种层厚(变化)分布。
滑动层4的层厚14也可以仅在两个侧棱边区域之一中比滑动层4的其余部分小。
这个具有较小的滑动层4的层厚14的区域旁边的所述区域是这样的区域，在所述区域中，滑动层4的层厚14具有其最大值。相应地，所述至少一个具有较小层厚14的区域是与上述区域邻接的区域。
要指出的是，滑动层4不是在沿轴向8的整个宽度上设计成具有宽度凸球状，尽管这是可能的。如特别是由图2可以看到的那样，滑动层4的大部分在常见的表面粗糙度的范围内构造成具有恒定的层厚14。
滑动层4的所述至少一个具有较小层厚14的区域可以为滑动层4沿轴向8的总宽度14的0％至100％之间，特别是在30％至70％之间。
在滑动层4的所述至少一个具有较小层厚14的区域中，层厚14可以从最大值减小到最大值的98％至60％之间、特别是90％至70％之间的值。但滑动层4的层厚14在所有位置都不为零。
在所述至少一个具有较小层厚14的区域中的层厚分布优选构造成倒圆的，从而所述至少一个具有较小层厚14的区域到具有层厚14的最大值的区域的过渡部上不存在锋利棱边的过渡部。倒圆半径16这里随着到棱边的距离优选连续地增大。直接在所述棱边上半径可以大致为0.02mm，所述半径在到平坦的滑动面的过渡部中根据定义近似无限地延伸。所述倒圆半径16特别优选地随到棱边的距离(x)指数式(r＝f(ex))或幂函数式(r＝f(xn))地增大。
滑动层4至少作为主要组分由金属合金制成。“至少作为主要组分”是指，在滑动层4中也可能包含非金属的组分，如例如固体润滑剂或无机物颗粒，如由针对多层滑动轴承元件1的滑动层4所引用的现有技术已知的那样。但滑动层4优选整体由金属合金制成。
所述金属合金包括一种构成合金的基质的第一元素和至少一种第二元素，所述第二元素例如作为与第一元素的金属间相包含在所述基质中。所述金属合金也可以仅由这两种元素组成。
第二元素的比例沿轴向8具有浓度梯度。所述第二元素这里沿朝所述至少一个棱边的方向以升高的含量包含在所述金属合金中。就是说，第二元素的含量可以沿朝滑动层4的侧棱边9和/或侧棱边10的方向和/或朝所述槽11上的滑动层4的至少一个棱边的方向增高。如前面说明的那样，通过这种增高可以实现在所述至少一个棱边的区域中滑动层4的层厚14降低。
构成基质的元素可以是锡、锌或银。
第二元素是包括铜、铋、锑、锡、铅的组中的至少一种元素，条件是，第二元素与第一元素不同。
关于第一和第二元素及其在滑动层4中的比例的选择可以参考前面的说明。所述构成基质的第一元素构成按重量100％的其余部分，并且如果不包含其他合金元素和/或颗粒，则可能包含来自包含在滑动层4中的元素的制造中的杂质。滑动层中所述至少一种另外的合金元素和/或颗粒的比例可以根据滑动轴承元件的现有技术来选择。
根据一个优选的实施形式，滑动层中的第二元素的比例在棱边的区域中(或在各棱边的区域中)比该元素在滑动层4中的平均比例高至少按重量2％。就是说，在所述元素的平均比例为按重量8％时，在棱边的区域内，所述元素的含量至少为按重量10％。
滑动层4的制造通过电镀沉积来进行，就是说，滑动层4是电镀层。
这里要指出的是，滑动层4是单一的连续的层。就是说多层滑动轴承元件1在棱边的区域没有用自己的专门的方法步骤施加的部分层，就是说没有在滑动层4沉积之前或之后设置的例如条带。就是说，滑动层4在一个单一的用于制造多层滑动轴承元件1的方法步骤中沉积。
对于这种沉积，提供支承层3或连接金属条、例如由支承层3和轴承合金层组成的双金属，所述支承层/双金属已经具有正确的尺寸并且根据希望的形状成形，例如具有半轴瓦的形状。这种原材料然后必要时在事先清洁之后放入电镀池中。
为了进行滑动层4的沉积，可以采用以下参数：0.5A/dm2至7A/dm2之间的电流密度；5分钟至60分钟之间的沉积时长；20℃至80℃之间的温度。但应指出的是，在个别情况下，也可以使用在所给定的范围之外的其他参数。
在滑动层4沉积期间，用于多层滑动轴承元件1的坯件在电镀池中运动，特别是以垂直于要涂覆的坯件表面的振荡运动进行运动。由此在电镀池中触发涡流，所述涡流有助于在棱边区域中减小滑动层的层厚14。附加地可以在沉积滑动层4之前在棱边区域中给要涂覆的坯件设置倒棱。
振荡运动的高度(幅值)特别优选地相当于具有减小的层厚的区域的轴向长度0.1倍至3倍。
要涂覆的坯件可以在电镀池中堆叠在相应的保持装置中。这使得可以同时对多个构件进行涂覆。优选所述振荡运动以大约0.5Hz、特别是大于2Hz并且最大为5Hz的频率进行，以便在棱边上引起对于层厚减小优选的涡流。
为了在电镀池中同时涂覆多于一个坯件时强化这种涡流，在坯件之间置入间隔元件、特别是间隔板和/或相互堆叠的坯件的制造在要涂覆的表面的侧棱边之间的间距为至少2mm、特别是至少5mm，并且倒棱的深度或者到间隔板的始端的径向深度同样至少为1mm、特别是至少为5mm。所述最大深度通过轴承壁厚限定，优选至少在周长的一部分上形成通孔，就是说不是沿着整个周长存在间隔板。通过这种涡流辅助结构和/或倒棱，频率低于0.5Hz的振荡也就足够了。
另一种用于制造滑动层4的可能性在于，通过喷嘴或导流板对边缘区域进行有针对性切向冲流。这种导流板通过升降运动例如将竖直的、振荡的流动转换成希望的切向流动。
所有上面所述的效果可以通过附加地向电镀池中安装挡板来进一步强化。所述挡板降低了棱边区域中的电流密度并由此附加地强化了较贵重的合金元素的沉积，这会导致增强所述层厚减小。以这种途径在合金梯度较小的同时实现了较高的层厚减小。
在这种情况下要指出的是，表述“电镀池”不是必须包括其中含有所述元素的电镀溶液的池状结构，就是说也可以只是所述元素的电镀溶液按所述的方式和形式运动，而没有电镀池状结构。例如可以通过保持装置的升降运动来实现涡流，要涂覆的一个或多个滑动轴承元件坯件为了沉积所述滑动层4设置在所述保持装置中。
一般而言，用于产生涡流的升降运动在0.5cm、特别是1cm至5cm、特别是3cm之间。
利用这个方法可以制造这样的滑动层4，所述滑动层在棱边的区域内例如具有2μm至8μm之间、特别是2μm至4μm之间的层厚14减小量。滑动层4的最大层厚14这里可以在10μm至40μm之间、特别是在15μm至30μm之间。
如图2中用虚线示出的那样，根据多层滑动轴承元件1的另一个实施方案，在滑动层4上、即在多层滑动轴承元件1的径向内侧上设置另一个层17，所述另一个层特别是直接与滑动层4连接。所述另一个层的第二元素比例小于该元素在滑动层4中的平均比例，所述另一个层17的基质同样通过第一元素形成。也可以设定，至少一种另外的元素包含在所述另一个层17中、特别是至少一种前面所述的另外的元素。
例如在由锡-铜系统组成的工作层上可以设置由所述元素制成的磨合层。
优选所述另一个层17、如滑动层14是锡基合金，其中铜含量小于按重量2％、特别是在按重量0.1％至按重量1.9％之间。当然这个层也可以包含其他合金元素而不会对层厚的所述特征产生明显影响，例如按重量0％至按重量0.5％的锑和/或按重量0％至按重量1％的铋和/或按重量0％至按重量0.2％的铅。
以相同的方式可以向Ag-Pb层上设置纯铅层或铅合金层等等。所述磨合层主要或完全使用的元素是滑动层4中的较软的(即适应能力较强的)元素。
在所述较软的元素同时是电化学上较贵重的元素的情况下，磨合层或许可以由相同的电解液中沉积出来，其方式是，将电流密度降低到常规电流密度的3％至30％(使得较不贵重的元素不再沉积或仅以非常小的比例沉积)。对此的例子包括Sn-Zn、Ag-Pb和Ag-Bi系统的氰化电解液。
所述另一个层17的层厚18优选在1μm和15μm之间、特别是在2μm至8μm之间。
由此形成这样的另一个层17，由于第二元素较低的比例，沿周向6(图1)观察，所述另一个层在横截面上没有层厚18的明显变化。所述另一个层因此至少接近在所有位置具有相同的层厚18。由滑动层4和所述另一个层17组成的整体在锡-铜系统中优选具有在按重量6％至按重量20％之间、特别是在按重量6％至按重量12％之间的第二元素、特别是铜。
实施例
下面的实施例视为对于在权利要求中限定的本发明的范围时代表性的。
实施例1：Sn-Cu-Sb合金
对于Sn-Cu-Sb，获得下面在表1中给出的相对于纯锡用％表示的体积产量。Cu和Sb的量比例用按重量％表示。Sn构成按重量100％的其余部分。
表1
Figure BDA0002007238700000141
在滑动层4的平均层厚14为30μm并且SnCu8具有平均组成(91％)使，在棱边的区域中，可以获得组成SnCu10，其层厚14为29.3μm(89％)。对于组成SnCu15，在棱边的区域中得到28μm的层厚14(85％)，并且对于组成SnCu20得到26.5μm的层厚(80％)。可以非常局部地观察到按重量35％的铜含量。
实施例2：由SnCu12组成的滑动层4连同由纯锡组成的另外的层17
制造具有棱边分布的滑动层4
Figure BDA0002007238700000151
缩写EO表示环氧乙烷(Ethylenoxid)
所述另一个层17的制造
Figure BDA0002007238700000152
对这样沉积的层复合结构的分析得到以下结果：
到棱边的距离[mm] 0 0.3 1 3 10 30
滑动层4的厚度[μm] 19 19.5 20 21 22 23
滑动层4中Cu的比例，重量％ 31 25 22 18 15 12
滑动层4的硬度，HV0.001 90 80 75 65 50 40
另外的层17的厚度[μm] 3 2.5 2.2 2.0 2.0 2.0
轴瓦的总宽度为110mm，在两个侧棱边处，减弱部具有类似的特性。在轴瓦中央的组成与在30mm距离处的组成非常类似。
在以滑动层4大致两倍厚的实施方式重复该实施例时，绝对效果会大致两倍地出现(到棱边的距离30mm处，滑动层4为46μm，而在棱边上，滑动层4为38μm，即小了8μm)。
实施例3：硬的SnCu10Sb3滑动层4与较软的SnSb3Bi3层17的组合
制造具有棱边分布的滑动层4
Figure BDA0002007238700000161
带有棱边分布的所述另一个层17的制造
Figure BDA0002007238700000162
Figure BDA0002007238700000171
对这样沉积的层复合结构的分析得到以下结果：
到棱边的距离[mm] 0 0.5 2 6 12 20
滑动层4的厚度[μm] 15 16 17 17.5 18 18
滑动层4中Cu的比例，重量％ 25 20 15 12 10 9
滑动层4中Sb的比例，重量％ 5 4.5 4 3.3 3.2 3
滑动层4的硬度，HV0.001 79 63 45 39 37 35
另外的层17的厚度[μm] 5 5.5 6 6.5 7 7.5
层17中Sb的比例，重量％ 6 5 4.0 3.5 3.2 3
层17中Bi的比例，重量％ 12 9 6 5 5 3
层17的硬度，HV0.005 25 23 21 20 18 17
轴瓦的总宽度为56mm，在两个侧棱边处，减弱部具有类似的特性。在轴瓦中央的组成与在20mm距离处的组成非常类似。
所述另外的层17(在这种情况下也称为第二滑动层4)附加地用挡板在棱边上减弱。在没有挡板的情况下，到棱边的层厚降低仅为约1μm至1.5μm。
要指出的是，所述另外的层17通常也可以是第二滑动层4。通常滑动层4页可以由多个分层组成。此外可以设定，在由多个分层组成的滑动层4上或在具有第一滑动层4和第二滑动层4的层结构上设置另一个层17。
实施例4：由SnZn20Cu4组成的滑动层4
制造具有棱边分布的滑动层4
Figure BDA0002007238700000181
由于氰化物浓度低(弱铜络合和锌络合)，在氢氧化物浓度高(强锡络合)时，锌在这种沉积物中比锡贵重，就是说优先沉积。
对这样沉积的滑动层4的分析得到以下结果：
到棱边的距离[mm] 0 0.3 1 3 10 30
滑动层4的厚度[μm] 16.5 17.2 17.8 18.5 19.3 20.0
滑动层4中Zn的比例，重量％ 40 35 30 25 22 20
滑动层4中Cu的比例，重量％ 8 6 5 4 3.5 3.5
滑动层4的硬度，HV0.001 60 51 45 39 35 30
另外的层17的厚度[μm] 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
作为另外的层17按照实施例2沉积纯锡，但没有进行其中给出的升降运动。
轴瓦的总宽度为100mm，在两个侧棱边处，减弱部具有类似的特性。在轴瓦中央的组成与在30mm距离处的组成非常类似。
当然，在两次涂覆之间进行冲洗。
实施例5：AgPb10组成的滑动层4连同由铅-锡组成的另外的层17
Figure BDA0002007238700000191
由于氰化物浓度高(非常强的银络合)，在氢氧化物浓度低(弱铅络合)时，铅在这种沉积物中比银贵重，就是说优先沉积。
所述另一个层17的制造
Figure BDA0002007238700000192
对这样沉积的滑动层4的分析得到以下结果：
Figure BDA0002007238700000193
Figure BDA0002007238700000201
轴瓦的总宽度为30mm，在两个侧棱边处，减弱部具有类似的特性。在轴瓦中央的组成与在30mm距离处的组成非常类似。
当然，在两次涂覆之间进行冲洗。
所述至少一个滑动层4以及必要时还有所述另外的层17的层厚降低优选通过所述升降运动和电镀池中元素的浓度的组合来实现，如前面说明的那样。
各实施例示出或描述了可能的实施方案，其中在这里应指出的是，各个实施方案彼此间可以进行不同的组合。
为了符合规定，最后还应指出，为了更好地理解所述多层滑动轴承元件1的结构，所述多层滑动轴承元件或其组成部分有时不是符合比例地，和/或是放大和/或缩小地示出的。
附图标记列表
1 多层滑动轴承元件
2 滑动轴承元件体
3 支承层
4 滑动层
5 中间层
6 周向
7 径向
8 轴向
9 侧棱边
10 侧棱边
11 槽
12 滑动层表面
13 槽侧壁
14 层厚
15 总宽度
16 倒圆半径
17 层
18 层厚

Claims (17)

1.多层滑动轴承元件(1)，包括支承层(3)和至少一个滑动层(4)，所述滑动层(4)具有沿周向(6)延伸的棱边和沿径向的层厚(14)，此外，所述滑动层(4)的层厚(14)在至少一个所述棱边的区域内比棱边旁边的区域中小，并且所述滑动层(4)至少作为主要组分由金属合金构成，所述合金具有构成基质的第一元素和至少一种第二元素，其特征在于，以沿轴向(8)分布的浓度梯度包含所述第二元素，第二元素在合金中的比例沿朝向棱边的方向增高，并且第二元素具有比构成基质的第一元素小的电流当量和/或第二元素或由第二元素形成的金属间相具有比构成基质的第一元素高的密度。
2.根据权利要求1所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，所述第一元素是锡，而所述第二元素是包括铜、铋、锑的组中的至少一种元素。
3.根据权利要求2所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在棱边区域中铜的比例比该元素在滑动层(4)中的平均比例高至少按重量2％，并且最大为按重量30％。
4.根据权利要求2所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在棱边区域中铋的比例比该元素在滑动层(4)中的平均比例高至少按重量2％，并且最大为按重量15％。
5.根据权利要求2所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在棱边区域中锑的比例比该元素在滑动层(4)中的平均比例高至少按重量5％，并且最大为按重量40％。
6.根据权利要求1所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，第一元素是锌，而第二元素是锡。
7.根据权利要求6所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在棱边区域中锡的比例比该元素在滑动层(4)中的平均比例高至少按重量2％。
8.根据权利要求1所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，第一元素是银，而第二元素是铅。
9.根据权利要求8所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在棱边区域中铅的比例比该元素在滑动层(4)中的平均比例高至少按重量2％，并且最大为按重量60％。
10.根据权利要求1所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，第一元素是银，而第二元素是铋。
11.根据权利要求10所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在棱边区域中铋的比例比该元素在滑动层(4)中的平均比例高至少按重量2％。
12.根据权利要求1至11之一所述的多层滑动轴承元件(1)，其特征在于，在所述滑动层(4)上设置另一个层(17)，所述另一个层具有一定比例的第二元素，所述比例小于该第二元素在滑动层(4)中的平均比例。
13.用于制造多层滑动轴承元件(1)的方法，所述多层滑动轴承元件包括支承层(3)和至少一个滑动层(4)，所述滑动层(4)具有沿周向(6)延伸的棱边和沿径向的层厚(14)，此外，在至少一个所述棱边的区域内比棱边旁边的区域中小地建立所述滑动层(4)的层厚(14)，并且作为包括构成基质的第一元素和至少一种第二元素的金属合金由电镀池中电镀地沉积所述滑动层(4)，其特征在于，以沿轴向(8)分布的浓度梯度沉积第二元素，在所述浓度梯度中合金中的第二元素的比例朝棱边的方向增大，使用与第一元素相比具有较小电流当量的元素作为第二元素和/或使用这样的元素作为第二元素，所述元素或由所述元素形成的金属间相具有比第一元素大的密度。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在各所述元素沉积期间以垂直于要涂覆的表面的振荡运动使电镀池运动。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，以这样的高度实施振荡运动，所述高度相当于具有减小的层厚的区域的期望长度的0.1至3倍。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述振荡运动以大于0.5Hz的频率执行。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在电镀池中同时制造多个多层滑动轴承，在用于多层滑动轴承的坯件之间设置间隔元件。
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