CN110402336B - 滑动轴承部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滑动轴承部件(2)特别是径向滑动轴承部件或起动盘及其制造方法，该滑动轴承部件尤其用于支承内燃机的曲轴，可选地带有特别是钢的金属支撑层(4)、铝‑锡基的金属的承载层(6)和覆设在该承载层上的摩擦层(8)，其中，所述摩擦层(8)是聚合物层(10)或电镀层(12)，其特征在于，在覆设所述摩擦层(8)之前对金属的所述承载层(6)的顶面(14)予以喷射，从而该顶面具有0.5‑1.5μm的所谓的减小的谷部高度SVK和0.06‑0.16μm3/μm2的所谓的谷部空体积VVV，并且把所述摩擦层(8)覆设到所述承载层(6)的经过如此处理的顶面(14)上。

Description

滑动轴承部件及其制造方法
本发明涉及一种滑动轴承部件、特别是径向滑动轴承部件或起动盘，尤其用于支承内燃机的曲轴，可选地带有特别是钢制成的金属支撑层、铝-锡基的金属的承载层和覆设在该承载层上的摩擦层，其中，该摩擦层是聚合物层或电镀层。本发明还涉及一种在制造滑动轴承部件的过程中的中间产品和一种用于制造该中间产品和滑动轴承部件的方法。
前述类型的滑动轴承部件在车辆或其内燃机的所谓的起动-停止运行中在磨蚀或磨损强度方面始终都发现有问题，其中，这两个术语在下面同义地使用。
据此，本发明的目的在于，改善这里所述的滑动轴承部件的磨损强度。
就滑动轴承部件而言，根据本发明，该目的的实现方式为，在覆设摩擦层之前对金属的承载层的顶面予以喷射，从而该顶面具有0.5-1.5μm的所谓的减小的谷部(Talhoehe)高度SVK和0.06-0.16μm3/μm2的所谓的谷部空体积VVV，并且把摩擦层覆设到承载层的经过如此处理的顶面上。减小的谷部高度SVK和谷部空体积VVV是根据2012年的DIN EN ISO 25178的第2部分确定的；在此，谷部空体积VVV是在材料份额p为80％时确定的。
按相应的方式，该目的通过一种具有权利要求5的特征的中间产品以及一种具有权利要求6的特征的用于制造滑动轴承部件或中间产品的方法得以实现。
通过本发明已发现，在发动机起动时，在从静摩擦到滑动摩擦的过渡过程中，在轴与摩擦层的接触区域内产生了明显的剪切力。对于设有起动-停止运行的车辆，这由于很频繁地起动而有危急影响。按照这种运行方式，摩擦层的磨损强度不仅由其材料参数和层参数决定，而且，对于磨损强度，已表明摩擦层夹紧承载层对于吸收剪切力来说很重要。于是根据本发明发现，两个参数、即减小的谷部高度和谷部的空体积，这二者根据2012年的DINEN ISO 25178的第2部分，是用来实现摩擦层已表明有利地夹紧在承载层顶面上的重要的顶面或表明参数。已发现，谷部的增大，确切地说，在其深度及其可填充的体积方面的增大导致磨损强度的提高，进而导致其改善。然而在这方面还发现了目标冲突，确切地说，随着两个参数的增大、即随着粗糙度的增加或者功能性毛糙度的增大，会出现问题，确切地说，以咬合负载减小的形式出现问题。粗糙度增大引起匹配能力减小，并且妨碍构建起良好的流体动力机构，因为所覆设的摩擦层相当好地模拟承载层的粗糙度，即得到了该粗糙度，而不是比如大部分地补偿。但这在咬合测试中导致混合摩擦占比提高，进而导致摩擦热量增加，在粗糙度增加且流体动力机构不导热的情况下，且由于这种情况，所述摩擦热量不能足够快速地排出。本发明认识到了这种目标冲突，并且对承载层进行了已表明了有利的功能性的顶面设计，其允许摩擦层良好地夹紧承载层，并且也在起动-停止运行中经受住了考验。也就是在那里总是在起动时更多地出现从静摩擦到滑动摩擦的过渡，进而出现所述的危急的情况。但通过使得摩擦层更好地夹紧承载层，消除了这些危急的情况。
已认识到，减小的谷部高度SVK和谷部的空体积VVV这些参数是功能性的粗糙度参数，这些粗糙度参数允许推断出顶面拓扑的润滑特性。这些功能性的粗糙度参数的增大因而一方面意味着改善的夹紧，进而改善磨损强度，但另一方面减小了匹配能力，且由此引起了后续问题。基于这种认识，确定出这些参数的要求保护的参数范围。
图3和4示出了减小的谷部高度SVK和谷部的空体积VVV这些参数。减小的谷部高度SVK是在所谓的顶面的芯部(kern)下方的突伸的谷部的平均高度。
减小的谷部高度SVK是根据DIN EN ISO 25178的第2部分按图3所示那样定义的。为此首先借助曲线的割线确定出拓扑的芯部或芯部高度Sk，该曲线将表面的面积相关的材料份额X表示为高度或厚度Y的函数，如下述：在厚度或高度Y最大时开始，因而这相当于材料份额X为零，并且从那里起，在曲线的材料份额X为40％的值处，绘制割线1。然后，把带有40％的材料份额的这条割线朝向材料份额较高的方向移动，确切地说，直至其斜率/坡度具有最小值，即其然后在进一步移动时又变得陡峭。割线的位置在图3中用标号2标出。在该位置，该割线2延长至直线3。其与Y-坐标轴的在X＝0％和X＝100％处的交点称为拓扑的芯部或芯部高度Sk。减小的谷部高度SVK现在是在芯部下方突伸的或者向下延伸的谷部的平均高度或深度。SVK根据2012年的DIN EN ISO25178的第2部分第5.3节被确定成直角三角形A2的高度SVK，该三角形经过设计，从而它具有与“谷部区域”相同的面积，即在图3中芯部下方的谷部的累积面积。该三角形A2因而具有值(100％-Smr2)作为基本长度，且具有SVK作为高度。
谷部的空体积VVV由图4可见，确切地说，在所示区域内作为积分的面积份额VVV，其中，根据标准DIN EN ISO 25178的第2部分，基于X＝80％的材料份额。80％的材料份额在此意味着，在厚度方向的位置，即垂直于顶面，这在图3、4中相应于Y-坐标方向，谷部的投影面积(相当于无材料)为20％，材料份额为80％，如果在厚度方向或Y-坐标方向针对该Y值观察如此得到的平面或横截面。谷部的空体积VVV现在表示在这个平面或横截面之下的无材料的体积，以面积单位为参照，这比如仍按照标准2012年的DIN EN ISO 25178的第2部分。
还要指出，在摩擦层是聚合物层的实施方式中，对于制好的滑动轴承部件，该聚合物层通过合适的溶剂又可以脱落，从而在脱落之后，可以采用常见的测量方法，通常采用光学方法，检测和分析承载层的于是变得露出的结构化的经喷射的顶面的确切的拓扑。在摩擦层是电镀层的实施方式中，可以采用蚀刻方法把该电镀层去除，从而然后以相同的方式可以确定承载层的变得露出的结构化的经喷射的顶面的拓扑。也要指出，在这两种情况下，覆设的摩擦层的顶面拓扑大部分保持良好，从而在这种情况下也能直接地在摩擦层上确定该拓扑。
对于优选的滑动轴承部件，铝-锡基的金属承载层由AlSn(4-15)Si(1-6)-合金、特别是AlSn(4-15)Si(2-6)-合金、特别是AlSn(4-15)Si(2-5)-合金、特别是AlSn(4-15)Si(2-4)-合金构成。
已表明有利的是，金属承载层的经喷射的顶面具有至少0.7μm、特别是至少0.9μm且至多1.5μm、特别是至多1.4μm、特别是至多1.3μm的所谓的减小的谷部高度SVK，以及具有至少0.08μm3/μm2、特别是至少0.09μm3/μm2且至多0.16μm3/μm2、特别是至多0.15μm3/μm2、特别是至多0.14μm3/μm2的所谓的谷部的空体积VVV。
就根据本发明的用来制造滑动轴承部件或者在制造滑动轴承部件的过程中制造中间产品的方法而言，在一种实施方式中，摩擦层可以喷射、辊压或者挤出成聚合物层。在另一种实施方式中，摩擦层作为电镀层在电镀过程中无电流地化学地或者电化学地予以覆设。
此外已表明有利的是，承载层采用引力喷射方法予以喷射。
在此已表明有利的是，以1.0-1.5巴的喷射压力来喷射承载层。该喷射压力并非喷射颗粒施加到喷射面上的压力，而是在喷射装置内部直接在喷嘴之前的压力。
此外已表明有利的是，出口处的喷嘴横截面的最大尺寸为10-14mm，特别是11-13mm，尤其是12mm。
此外已表明有利的是，喷嘴出口相距滑动轴承部件的待喷射的承载层的顶面的距离为80-120mm，特别是90-110mm，尤其是100mm。
此外已表明有利的是，使用具有相应喷嘴的一个或两个或三个喷射装置，这些喷射装置在滑动轴承部件的环周方向上彼此相继地布置。
喷嘴的进给速度有利地为5mm/s～60mm/s、特别是10mm/s～60mm/s、尤其是10mm/s～50mm/s，其中，该进给速度在喷射径向滑动轴承部件、特别是滑动轴承轴瓦时朝向轴向方向、即轴承部件宽度的方向。
最后，已表明有利的是，用颗粒大小至多为100μm的喷射剂尤其是刚玉来喷射承载层，其中，喷射剂的至少60％(质量)具有至少45μm的颗粒大小。在如下时候就是这种情况：在使用孔眼宽度为100μm的筛子进行筛选时，不会产生筛选残余物；在使用孔眼宽度为45μm的筛子进行筛选时，会产生至少60％(质量)的筛选残余物。此外已表明有利的是，喷射剂在此具有至少为8、尤其为9的莫氏硬度。喷射剂优选包括有棱的颗粒形状、即并非球形的或结节式圆整的颗粒形状。合适的喷射剂可按Kuhmichel公司的Edelkorund EKF 220商品名购得。
本发明的其它细节、特征和优点可由所附的权利要求、对本发明的实施方式的后续说明和图示得到。
在附图中：
图1为本发明的径向轴承轴瓦的示意图；
图2为在制造本发明的径向轴承轴瓦时各喷嘴的示范性布置的示意图；
图3为根据本发明经喷射的承载层的顶面拓扑的曲线图，用于示出和确定减小的谷部高度SVK；
图4为根据本发明喷射的承载层的顶面拓扑的曲线图，用于示出在材料含量为80％时谷部的空体积VVV。
具体实施方式
图1示出本发明的径向轴承轴瓦2，其用于支承内燃机的曲轴。并非尺寸精准地示出的径向轴承轴瓦2在示范性地示出的情况下包括钢制成的金属支撑层4、铝-锡基的覆设在该支撑层上的承载层6和覆设在该承载层上的摩擦层8，该摩擦层是聚合物层10或电镀层12。在把摩擦层8覆设到承载层6的面向滑动方的、即背离可选的支撑层4的顶面14上之前，根据本发明对该顶面14予以喷射，从而它具有0.5-1.5μm的所谓的减小的谷部高度SVK和0.06-0.16μm3/μm2的所谓的谷部空体积VVV(SVK和VVV是根据2012年的DIN EN ISO 25178的第2部分确定的；VVV是在材料份额p为80％时确定的)。然而，承载层6的通过喷射过程产生的表面拓扑在图1中看不见，因为这是一种微观结构化。然后把摩擦层8覆设到承载层6的经过如此处理的顶面14上。
图2同样示意性地示出在喷射径向轴承轴瓦的承载层6的顶面14时各喷嘴的优选布置。在所示情况下，各喷嘴的进给移动在径向轴承轴瓦的轴向方向上进行，即垂直于图面进行。
在本发明的意义下，在滑动轴承部件2的制造过程中，经根据本发明喷射的承载层6尤其与可选的支撑层4相结合地形成中间产品。

Claims (44)

1.一种滑动轴承部件(2)，包括铝-锡基的金属的承载层(6)和覆设在该承载层上的摩擦层(8)，其中，所述摩擦层(8)是聚合物层(10)或电镀层(12)，其特征在于，在覆设所述摩擦层(8)之前对金属的所述承载层(6)的顶面(14)予以喷射，从而该顶面具有0.5-1.5μm的减小的谷部高度SVK和0.06-0.16μm3/μm2的谷部空体积VVV，其中，SVK、VVV是根据2012年的DINEN ISO 25178的第2部分确定的；VVV是在材料份额p为80％时确定的，以及所述摩擦层(8)被覆设到所述承载层(6)的经过如此处理的顶面(14)上。
2.如权利要求1所述的滑动轴承部件(2)，其中，滑动轴承部件(2)是径向滑动轴承部件或起动盘。
3.如权利要求1所述的滑动轴承部件(2)，其中，滑动轴承部件(2)用于支承内燃机的曲轴。
4.如权利要求1所述的滑动轴承部件(2)，其中，滑动轴承部件(2)带有金属支撑层(4)。
5.如权利要求1所述的滑动轴承部件(2)，其中，滑动轴承部件(2)带有钢制成的金属支撑层(4)。
6.如权利要求1所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，所述摩擦层的层厚度为4-20μm。
7.如权利要求1所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，所述摩擦层的层厚度为4-15μm。
8.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，铝-锡基的金属的所述承载层(6)由AlSn(4-15)Si(1-6)合金构成。
9.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，铝-锡基的金属的所述承载层(6)由AlSn(4-15)Si(2-6)合金构成。
10.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，铝-锡基的金属的所述承载层(6)由AlSn(4-15)Si(2-5)合金构成。
11.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，铝-锡基的金属的所述承载层(6)由AlSn(4-15)Si(2-4)合金构成。
12.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)具有至少0.7μm、且至多1.5μm的减小的谷部高度SVK，以及具有至少0.08μm3/μm2且至多0.16μm3/μm2的谷部的空体积VVV。
13.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)的谷部高度SVK至少为0.9μm。
14.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)的谷部高度SVK至多为1.4μm。
15.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)的谷部高度SVK至多为1.3μm。
16.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)的谷部的空体积VVV至少为0.09μm3/μm2。
17.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)的谷部的空体积VVV至多为0.15μm3/μm2。
18.如权利要求1-7中任一项所述的滑动轴承部件(2)，其特征在于，金属的所述承载层(6)的经喷射的顶面(14)的谷部的空体积VVV至多为0.14μm3/μm2。
19.一种在制造滑动轴承部件(2)的过程中的中间产品，包括：铝-锡基的金属的承载层(6)，其中，所述承载层(6)具有顶面(14)，用于覆设面向滑动方的摩擦层(8)，其中，所述摩擦层(8)是聚合物层(10)或电镀层(12)，
其中，所述中间产品由扁平材料出发被制成待制造的滑动轴承部件(2)的形状，其特征在于，被制成待制造的所述滑动轴承部件(2)的形状的中间产品的金属的所述承载层(6)的顶面(14)经喷射，从而该顶面具有0.5-1.5μm的减小的谷部高度SVK和0.06-0.16μm3/μm2的谷部空体积VVV，由此能够把所述摩擦层(8)覆设到所述承载层(6)的经过如此处理的顶面(14)上。
20.如权利要求19所述的中间产品，其中，滑动轴承部件(2)是径向滑动轴承部件或起动盘。
21.如权利要求19所述的中间产品，其中，滑动轴承部件(2)用于支承内燃机的曲轴。
22.如权利要求19所述的中间产品，其中，滑动轴承部件(2)带有金属支撑层(4)。
23.如权利要求19所述的中间产品，其中，滑动轴承部件(2)带有钢制成的金属支撑层(4)。
24.一种用于制造根据权利要求1-18中任一项所述的滑动轴承部件、或者用于制造根据权利要求19-23中任一项所述的在制造滑动轴承部件的过程中的中间产品的方法，包括铝-锡基的金属的承载层和覆设在该承载层上的摩擦层，其中，所述摩擦层是电镀层或聚合物层，其特征在于，将所述承载层或者由金属支撑层和承载层构成的复合体制成待制造的滑动轴承部件或其中间产品的形状，然后在覆设所述摩擦层之前对金属的所述承载层的顶面予以喷射，使得该顶面具有0.5-1.5μm的减小的谷部高度SVK和0.06-0.16μm3/μm2的谷部空体积VVV，并且把所述摩擦层覆设到所述承载层的经过如此处理的顶面上。
25.如权利要求24所述的方法，其中，滑动轴承部件是径向滑动轴承部件或起动盘。
26.如权利要求24所述的方法，其中，滑动轴承部件用于支承内燃机的曲轴。
27.如权利要求24所述的方法，其中，滑动轴承部件带有金属支撑层。
28.如权利要求24所述的方法，其中，滑动轴承部件带有钢制成的金属支撑层。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于，把所述摩擦层(8)喷射、辊压或挤出为聚合物层(10)。
30.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，在电镀过程中无电流地化学地或者电化学地把所述摩擦层(8)覆设为电镀层(12)。
31.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，采用引力喷射方法喷射所述承载层(6)。
32.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，以1.0-1.5巴的喷射压力来喷射所述承载层(6)。
33.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用于喷射的喷嘴在出口处的横截面的最大尺寸为10-14mm。
34.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用于喷射的喷嘴在出口处的横截面的最大尺寸为11-13mm。
35.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用于喷射的喷嘴在出口处的横截面的最大尺寸为12mm。
36.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用于喷射的喷嘴的出口相距所述滑动轴承部件的待喷射的承载层的顶面的距离为80-120mm。
37.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用于喷射的喷嘴的出口相距所述滑动轴承部件的待喷射的承载层的顶面的距离为90-110mm。
38.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用于喷射的喷嘴的出口相距所述滑动轴承部件的待喷射的承载层的顶面的距离为100mm。
39.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有相应的用于喷射的喷嘴的一个或两个或三个喷射装置，这些喷射装置在所述滑动轴承部件的环周方向上彼此相继地布置。
40.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，在所述滑动轴承部件的轴向方向上，用于喷射的喷嘴的进给速度为5mm/s至60mm/s。
41.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，在所述滑动轴承部件的轴向方向上，用于喷射的喷嘴的进给速度为10mm/s至60mm/s。
42.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，在所述滑动轴承部件的轴向方向上，用于喷射的喷嘴的进给速度为10mm/s至50mm/s。
43.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其特征在于，用颗粒大小至多为100μm的喷射剂来喷射所述承载层(6)，其中，所述喷射剂按质量至少60％具有至少45μm的颗粒大小。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述喷射剂是刚玉。
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