CN112534147B - 用于发动机的滑动元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机的滑动元件(100)，该滑动元件(100)包括基于聚合物的覆盖层(106)和金属基底(102)。基于聚合物的覆盖层包括基于聚合物的基质、金属颗粒和颜料。颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。

Description

用于发动机的滑动元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及具有基于聚合物的覆盖层的滑动发动机部件，尤其涉及具有包含颜料的基于聚合物的轴承覆盖层的滑动发动机部件。

这类滑动发动机部件可以包括轴承衬壳、衬套、曲轴轴承面、凸轮轴轴承面、连接杆轴承面、止推垫圈、轴承座轴承面、轴承盖轴承面和活塞组件的部件，例如活塞环、活塞裙、气缸壁和气缸套。

发明背景

在内燃机中，轴承组件通常每个都包括一对半轴承，该一对半轴承保持可绕轴旋转的曲轴。每个半轴承为中空、一般为半圆柱形的轴承壳。轴承组件可以包括法兰半轴承，其中轴承壳设有在各个轴端向外(径向)延伸的一般为半环形的止推垫圈。已知在其他轴承组件中，也可使用环形或圆形止推垫圈。

滑动轴承的轴承面一般使用分层结构，其中牢固的背衬材料上涂布有一层或多于一层有优选摩擦学性能的层，该层在使用中限定朝向协作运动部分的轴承面。在已知的半轴承和止推垫圈中：牢固的背衬材料可为厚度约为1mm或大于1mm的钢；轴承面上涂布有6μm至25μm的基于塑料聚合物的复合层的层(“覆盖物”或“覆盖层”)；并且任选地在背衬和覆盖层之间提供附着至背衬的至少一层中间层(“内衬层”或“过渡层”)，例如基于铝的材料(例如铝-锡合金)或基于铜的材料(例如铜-锡青铜)，任选的内衬层的厚度一般约为0.1mm至0.5mm(例如300μm的铝-锡合金)。

在本领域中已知在钢背衬上使用复合的基于塑料聚合物的覆盖层，其中覆盖层包括聚合物材料的基质，该基质具有分布在整个基质中的机械性能增强添加剂，例如金属颗粒、硅烷化合物和干式润滑剂颗粒。金属颗粒可以是例如银颜色金属粉末(例如铝)或铜颜色金属粉末(例如铜)。金属颗粒可以提供适应性并改善整个覆盖层的热分布。金属颗粒还可以改善覆盖层的疲劳强度。

还已知将着色颜料添加到基于聚合物的基质中以使基于聚合物的覆盖层着色。可以选择颜料的颜色以使基于聚合物的覆盖层具有与下面基底的颜色不同的颜色。这使得可以简单地通过观察轴承面并观察颜色来容易地确定基于聚合物的覆盖层的存在。

例如，WO2015/024898A2描述了一种基于塑料聚合物的复合材料，用作钢背衬上的覆盖层，其中覆盖层包括基于聚酰胺/酰亚胺的聚合物的基质，在整个基质中分布有：10体积％至15体积％的酞菁铜颜料；1体积％至小于15体积％的金属颗粒(例如金属粉末和/或金属片)；1体积％至15体积％的含氟聚合物，除附带的杂质外，其余为聚酰胺/酰亚胺树脂；和3体积％至6体积％的硅烷化合物。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含12.5体积％的Al，5.7体积％的PTFE颗粒，4.8体积％的硅烷，<0.1体积％的其他组分，除附带的杂质外，其余可以是聚酰胺/酰亚胺。

然而，尽管着色颜料使基于聚合物的基质具有所选择的颜色，但该颜料不增强基于聚合物的覆盖层的任何机械性能。换言之，使用着色颜料会给基于聚合物的基质带来一定程度的非功能性。此外，已经发现，以使基于聚合物的覆盖层有颜色的所需水平添加现有技术的着色颜料会损害基于聚合物的基质的结构完整性、耐磨性、疲劳性能和抗咬合性。这还可能不利地影响基于聚合物的基质的硬度和/或强度。相反，低含量的着色颜料的使用不能充分改变基于聚合物的基质的颜色，以使其与下面的基底区别开。因此，在添加着色颜料以使基于聚合物的覆盖层着色时，颜色的范围和颜色的强度受到限制。

还注意到，在基于聚合物的覆盖层包含金属颗粒例如铝片的情况下，金属颗粒本身可以影响基于聚合物的覆盖层的颜色。例如，已经发现，当基于聚合物的覆盖层包含铝片且未添加特定颜料时，由于铝片的存在，基于聚合物的覆盖层呈现灰色或银色。这可能至少部分是由于铝片的反射特性。另外，已经发现，由于铝片的反射特性，与使不含铝片的等效覆盖层着色所需的颜料量相比，使包含铝片的基于聚合物的覆盖层着色所需的颜料量更大。然而，如上所述，不希望存在大量的颜料，因为它给基于聚合物的基质引入了高度或大量的非功能性，甚至可能损害基于聚合物的覆盖层的某些机械性能。

因此，需要提供一种手段来控制基于聚合物的覆盖层，特别是包含金属颗粒的基于聚合物的覆盖层的颜色，而不会损害覆盖层的机械性能，并且有可能同时增强覆盖层的机械性能。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于发动机的滑动元件，该滑动元件包括基于聚合物的覆盖层和金属基底，基于聚合物的覆盖层包括：基于聚合物的基质；金属颗粒；和颜料；其中颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。

已经发现，与使用具有较低硬度的颜料例如上述酞菁铜相比，提供具有莫氏硬度等级至少为4的硬度的颜料有利地改善了基于聚合物的覆盖层的耐磨性。这使得可以添加足够量的颜料以克服金属颗粒的反射特性，并因此向基于聚合物的覆盖层赋予颜色，同时还改善基于聚合物的覆盖层的机械性能。另外，这意味着可以添加足够的颜料以向基于聚合物的覆盖层赋予颜色，而不会不利地影响基于聚合物的覆盖层的机械性能。提供具有莫氏硬度等级至少为4的硬度的颜料可以通过磨擦协作部件例如轴颈的表面降低其粗糙度来有利地改善基于聚合物的覆盖层的耐磨性。另外，颜料颗粒本身可以抵抗磨损，这改善了基于聚合物的覆盖层的整体耐磨性。

如本发明所述，术语“颜料”是指固体材料，其选择性地吸收和反射某些波长的光，从而呈现出某种颜色。通常将颜料研磨成颗粒，以使其能够悬浮地添加到液体载剂中，从而向液体载剂赋予颜色。以这种方式，颜料可用于形成油漆和油墨。合适的颜料可以具有适合使用滑动发动机元件的环境的温度和耐化学性。

颜料可以包含固体颗粒。颜料可以分散在整个基于聚合物的基质中。

如本发明所述，术语“着色”或“赋予颜色”是指基于聚合物的覆盖层的颜色基本上通过添加颜料来确定。

本领域技术人员将理解，基于聚合物的覆盖层可以不必与金属基底的表面直接接触，因为如下所述，滑动发动机元件还可以包括在金属基底与基于聚合物的覆盖层之间的一个或多于一个中间层。

颜料的添加可以避免通过例如压印工艺或通过附加的印刷或蚀刻工艺将其他识别特征施加到部件表面的需求，这将需要附加的制造步骤并且可能干扰部件的操作。例如，在轴承壳的情况下，压印在外表面上的识别标记可能会压花内表面，该内表面配置为与公差非常小的转动轴颈配合。类似地，在轴承壳的外部印刷、蚀刻或压印识别标记可能会影响轴承壳在使用中位于其外壳内的方式，从而影响性能。

颜料可以基本上均匀地分布在基于聚合物的覆盖层的整个基于聚合物的基质中。这可以有利地在整个基于聚合物的覆盖层上提供均匀的颜色。或者，颜料的浓度可能因层的厚度而不同。随着基于聚合物的覆盖层的磨损，这可能导致颜色变化，有利地使得能够识别基于聚合物的覆盖层的磨损。例如，颜料的浓度在距金属基底最远的基于聚合物的覆盖层的表面上可能最大。

金属基底优选地由具有足够强度的金属形成，以在使用中赋予轴承元件更大的结构刚度。合适的金属基底材料包括：钢、铝、青铜、黄铜、铋、铜、镍、锡、锌、银、金和铁或这些材料的合金。基底可以包括两种或多于两种这样的材料或合金的组合。用于体现本发明的轴承元件的特别合适的基底材料包括钢、铁、铝、铜合金、青铜和黄铜合金。

滑动发动机元件还可以包括中间层或轴承内衬层，当使用某些金属基底材料时，该中间层或轴承内衬层可以提供改进的表面以用于黏附基于聚合物的覆盖层。用于任选的中间层的合适材料包括铝、锡、镍、银、铜和/或铁或包含一种或多于一种这样的材料的合金。任选的中间层可以包含两种或多于两种这样的材料/合金的组合。中间层还可以包括助黏剂和/或经过预处理，例如磷化、铬化或硅化处理。

基于聚合物的基质包含聚合物材料。合适的聚合物材料的实例包括或可以包括：可交联的黏合剂；热固性塑料；高熔点热塑性塑料；具有至少一种高熔点热塑性材料的基质的材料；纤维增强塑料；这些材料的任意组合。设想了其他合适的材料，并且对于本领域技术人员而言将是显而易见的。特别合适的聚合物材料包括：PAI(聚酰胺酰亚胺)；PI(聚酰亚胺)；环氧树脂；环氧树脂；丙烯酸酯树脂；聚氨酯；含氟聚合物；聚醚醚酮；甲醛树脂；PBI(聚苯并咪唑)；酚醛树脂；硅树脂；或任何这些材料的组合。这些材料的特点是耐高温和优异的耐介质性(例如对润滑剂的耐化学性)。体现本发明的用于轴承元件的一种特别优选的聚合物材料是聚酰胺酰亚胺(PAI)。

基于聚合物的覆盖层可以包含约50体积％至约80体积％的聚合物材料基于聚合物的基质。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含约60体积％至约75体积％，或约62体积％至约73体积％的聚合物材料基于聚合物的基质。在一些实施方案中，基于聚合物的基质的聚合物材料占基于聚合物的覆盖层组成的余量。在一些实施方案中，除了附带杂质，基于聚合物的基质的聚合物材料占基于聚合物的覆盖层组成的余量。

颜料具有向基于聚合物的覆盖层赋予颜色并提高基于聚合物的覆盖层的耐磨性的双重功能。因此，提供具有莫氏硬度等级至少为4的硬度的颜料可以有利地减少或消除对基于聚合物的覆盖层包括额外的硬质颗粒以改善基于聚合物的覆盖层的耐磨性的需求。尽管如此，基于聚合物的覆盖层除了颜料之外还可以包括分散在整个基于聚合物的基质中的硬质颗粒。合适的硬质颗粒包括：氮化物、碳化物、硼化物和氧化物。设想了其他合适的材料，并且对于本领域技术人员而言将是显而易见的。提供硬质颗粒可以改善基于聚合物的覆盖层的耐磨性。

金属颗粒的提供可以有利地增强基于聚合物的覆盖层的适应性、导热性、疲劳强度和抗咬合性中的至少一项。金属颗粒可以包含铝、铝合金、铜、铜合金、银、钨、不锈钢中的至少一种。优选地，金属颗粒包含铝。

金属颗粒可以是任何金属颗粒，但是优选包含金属片。颗粒的薄片状性质通常导致金属颗粒的最大面积由于薄片的平面大体平行于轴承面而暴露于协作轴颈。在基于聚合物的覆盖层内提供通常与轴承面平行的薄片可以通过基于聚合物的覆盖层的喷雾沉积来提供。

金属颗粒的片状薄片形态的另一个优点是，由于各个薄片的表面积较大，薄片更牢固地结合到基于聚合物的基质上，因此可以防止金属片在发动机运行期间从基于聚合物的基质上脱落。

优选地，金属颗粒包含铝片。不希望受任何特定理论的束缚，据信包含铝片的轴承材料的优异耐磨性可能归因于在铝片表面上形成的氧化铝膜。据信氧化铝提供了非常细的磨料，该磨料往往会抛光相配合的轴颈面上的加工粗糙，从而使轴颈面本身对基于聚合物的轴承材料的磨蚀性降低，从而降低了其磨损率。

基于聚合物的覆盖层可以包含约2体积％至约25体积％的金属颗粒。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含约6体积％至约20体积％的金属颗粒，或约10体积％至约20体积％，或约12体积％至约16体积％的金属颗粒。低于约2体积％的金属颗粒，疲劳和抗咬合性的改善可能不是显著的。高于约25体积％的金属颗粒，可能损害基于聚合物的覆盖层的结构完整性。

基于聚合物的覆盖层可以沉积为基于塑料聚合物的基质材料和悬浮材料的混合物，并且还可以包含溶剂，溶剂可以促进形成混合物。合适的溶剂可以是非极性溶剂(二甲苯、甲苯)、极性非质子溶剂(例如丙酮、n-乙基-2-吡咯烷酮{NEP}、n-甲基-2-吡咯烷酮{NMP}、γ-丁内酯、二丙二醇二甲醚)或极性质子溶剂(水、醇、二醇)。可以以各种比例使用溶剂，以便获得用于涂覆在基底上的混合物的特定期望黏度。

金属颗粒的D50尺寸在最大维度上可以为约0.1μm至约40μm。例如，金属颗粒的D50尺寸在最大维度上可以为约5μm至约30μm，或约7μm至约13μm。已经发现这提供了金属颗粒的特别合适的添加形式。D50是金属颗粒的粒度分布的中值直径。

基于聚合物的覆盖层可以包含助黏剂。已发现助黏剂可以促进聚酰胺/酰亚胺基质的稳定性，并且还发现可促进聚酰胺/酰亚胺树脂材料对基底的黏附。一种示例性的助黏剂可以包含硅烷材料。合适的硅烷材料可以是γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(例如3-氨基丙基三乙氧基硅烷)。另一示例性的助黏剂可包括除硅烷材料以外的材料。例如，助黏剂可以包含双-(γ-三甲氧基硅丙基)胺。

基于聚合物的覆盖层可以包含约1体积％至约10体积％的助黏剂。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含约3体积％至约6体积％的助黏剂。

基于聚合物的覆盖层还可以包含干式润滑剂。干式润滑剂可以为干式润滑剂颗粒。干式润滑剂颗粒可以包括在覆盖层中，这是因为其对材料的摩擦性能具有有益的作用并且具有自润滑作用。合适的干式润滑剂颗粒包括含氟聚合物、二硫化钼(MoS₂)、二硫化钨(WS₂)、六方氮化硼(h-BN)、具有层状结构的金属硫化物和石墨，或这些材料的任意组合。含氟聚合物颗粒添加剂可以优选地由聚四氟乙烯(PTFE)构成，因为就降低摩擦系数和改善基于聚合物的覆盖层的自润滑性能而言，这是含氟聚合物中最有效的。然而，如果需要，可以使用其他合适的含氟聚合物，例如氟化乙烯-丙烯(FEP)。设想了其他合适的材料，并且对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

基于聚合物的覆盖层可以包含约1体积％至约20体积％的干式润滑剂。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含约3体积％至约12体积％，或约6体积％至约8体积％的干式润滑剂。在一些特别优选的实施方案中，基于聚合物的覆盖层可以包含约6体积％至约8体积％的PTFE颗粒作为干式润滑剂。

基于聚合物的覆盖层还可以包含整平剂。当将基于聚合物的基质施加到基底上时，整平剂可以改善基于聚合物的基质在金属基底上的润湿性。改进的润湿性有利于获得具有更均匀厚度的基于聚合物的覆盖层。

如本文所用，以体积百分比(体积％)描述的组分的数量是指最终固化涂层中组分的体积百分比或体积％，即当除去任何溶剂并且基于聚合物的基质已经固化时组分的体积百分比或体积％。

颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。例如，颜料可以具有莫氏硬度等级至少约5、至少约6、至少约7或至少约8的硬度。

莫氏硬度等级是用于根据材料刮擦低于该等级的材料的能力对材料的硬度进行分类的等级。莫氏硬度等级将材料的等级评定为1到10，最硬的等级为10。

颜料可以具有莫氏硬度等级不大于约9的硬度。例如，颜料可以具有莫氏硬度等级不大于约8、不大于约7、不大于约6或不大于约5的硬度。

颜料可具有莫氏硬度等级约4至莫氏硬度等级约9的硬度。例如，颜料可以具有以下的硬度：莫氏硬度等级约5至莫氏硬度等级约9，莫氏硬度等级约6至莫氏硬度等级约9，莫氏硬度等级约7至莫氏硬度等级约9，或莫氏硬度等级约8至莫氏硬度等级约9。

颜料可以具有与上面设置有基于聚合物的覆盖层的金属基底表面的颜色不同的颜色。

提供使基于聚合物的覆盖层具有颜色的颜料，通过促进视觉上区分具有和不具有基于聚合物的覆盖层的滑动发动机组件以及区分具有不同涂层的滑动发动机组件，可以提高制造过程中的可靠性。这有助于在自动质量控制过程中区分不同颜色的滑动发动机组件。这可以帮助防止在制造期间的错误装配。由颜料产生的颜色可以通过诸如组装机器人之类的机器来识别，因此可以帮助自动制造汽车零部件。

优选地，覆盖层的颜色与金属基底的颜色在视觉上可辨别。

在基于聚合物的覆盖层可能与金属基底的颜色匹配或相似的情况下(例如，在银色基底上的不为银色的层)，这是有利的。此外，由于基于聚合物的覆盖层的颜色与金属基底的颜色在视觉上可辨别，因此用户能够通过简单的视觉检查来识别体现本发明的滑动元件。这也可以帮助用户在视觉上区分具有不同涂层的几种组分，涂层之一是本发明优选实施方案的基于聚合物的覆盖层。这可以有利地帮助防止在制造期间的错误装配。

颜料可以具有与金属颗粒的颜色不同的颜色。这可以有利地提高颜料向包含金属颗粒的基于聚合物的覆盖层赋予颜色的能力。

颜料可使基于聚合物的覆盖层呈现除银色或灰色以外的颜色。

颜料可以是任何合适的颜料。颜料可以是无机颜料。

颜料可以包含金属氧化物。例如，颜料可以包含以下至少一种的氧化物：钛、铬、锌、镍、钴、铜、铁、钒、铝、镉、铋和锰。

颜料可以包括氧化钛和氧化铬中的至少一种。颜料可以包含二氧化钛(TiO₂)和氧化铬(III)(Cr₂O₃)中的至少一种。二氧化钛颜料具有莫氏硬度等级约6.5的硬度。二氧化钛颜料向基于聚合物的覆盖层赋予白色。氧化铬(III)颜料具有莫氏硬度等级约8至约8.5的硬度。氧化铬(III)颜料向基于聚合物的覆盖层赋予绿色。已经发现，使用氧化铬(III)颜料特别有效地将颜色赋予包含金属颗粒的基于聚合物的覆盖层。

颜料可以包括复合无机彩色颜料(CICP)。

如本文关于本发明的优选实施方案中使用的，术语“复合无机彩色颜料”和“混合金属氧化物”描述了包含至少两种不同金属离子的结晶金属氧化物。此外，如本文关于本发明的优选实施方案中使用的，术语“复合无机彩色颜料”具体是指包含至少两种不同金属离子并且可以充当颜料的结晶金属氧化物。除金属氧化物外，复合无机彩色颜料可以包含其他成分，例如盐。不同金属离子的组合会导致每种复合无机彩色颜料具有独特的颜色。复合无机彩色颜料可以掺有其他物质，例如其他金属，以改变复合无机彩色颜料的颜色。复合无机彩色颜料也可以称为“煅烧颜料”，因为它们通常是通过高温下的煅烧反应形成的，高温反应决定了它们的特定晶体结构。复合无机彩色颜料可具有金红石结构、赤铁矿结构、刚玉结构或尖晶石结构。

颜料可以包括钛铬棕((Ti,Cr,Sb)O₂)和钴铬蓝(Co(Al,Cr)₂O₄)中的至少一种。钛铬棕和钴铬蓝是复合无机彩色颜料的实例。

颜料可以包括钛铬棕。钛铬棕颜料具有莫氏硬度等级约6至约7的硬度。钛铬棕颜料向基于聚合物的覆盖层赋予黄色。

颜料可以包括钴铬蓝。钴铬蓝颜料具有莫氏硬度等级约7至约8的硬度。钴铬蓝颜料向基于聚合物的覆盖层赋予蓝色或绿松石色。

颜料可以包含任意尺寸的颗粒。颜料可以包含D50尺寸为至少约0.1μm的颗粒。例如，颜料可以包含D50尺寸为至少约0.2μm、至少约0.3μm或至少约0.4μm的颗粒。颜料可以包含D50尺寸不大于约2μm的颗粒。例如，颜料可以包含D50尺寸不大于约1.5μm、不大于约1μm、不大于约0.9μm或不大于约0.6μm的颗粒。

例如，颜料可以包含D50尺寸为约0.1μm至约2μm、约0.2μm至约1μm、约0.3μm至约0.9μm或约0.4μm至约0.6μm的颗粒。优选地，颜料包含D50尺寸为约0.1μm至约0.6μm的颗粒。

提供包含D50尺寸小于约1μm的颗粒的颜料可以有利地提高基于聚合物的覆盖层的疲劳强度。提供包含D50尺寸大于约0.2μm的颗粒的颜料可以帮助改善基于聚合物的覆盖层的耐磨性，并且可以有利地防止颜料颗粒的团聚，这可以帮助确保颜料在整个基于聚合物的基质中的均匀分散。这可以有利地帮助向基于聚合物的覆盖层提供均匀的颜色。减少颜料颗粒的团聚也可以有利地改善基于聚合物的覆盖层的疲劳强度。

基于聚合物的覆盖层可以包含至少0.5体积％的颜料。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含至少约5体积％的颜料，约8体积％的颜料，或约10体积％的颜料。

已经发现，与没有任何颜料的相同基于聚合物的覆盖层相比，具有少于约0.5体积％的颜料的本发明的基于聚合物的覆盖层可能不会表现出显著的颜色变化。然而，与没有任何颜料的相同基于聚合物的覆盖层相比，具有少于约0.5体积％的颜料的本发明的基于聚合物的覆盖层仍可以表现出改善的耐磨性。

基于聚合物的覆盖层可以包含不大于25体积％的颜料。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含不大于约20体积％的颜料，约15体积％的颜料，或约12体积％的颜料。

已经发现，具有大于约25体积％的颜料的本发明的基于聚合物的覆盖层可能不利地影响基于聚合物的覆盖层的其他机械性能。另外，添加大于约25体积％的颜料可能导致对基于聚合物的覆盖层或金属基底的损坏。例如，与没有任何颜料的相同基于聚合物的覆盖层相比，具有大于约25体积％的颜料的本发明的基于聚合物的覆盖层可表现出较差的疲劳强度。

基于聚合物的覆盖层可以包含约0.5体积％至约25体积％的颜料。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含约5体积％至约20体积％的颜料，或约8体积％至约15体积％的颜料，或约10体积％至约12体积％的颜料。基于聚合物的覆盖层可以包含约0.5体积％至约12体积％的颜料。基于聚合物的覆盖层可以包含约12体积％的颜料。

当颜料以上述体积百分比范围的上限例如以约12体积％至约25体积％的量添加时，与包含颜料相关的有利影响是，当颜料的硬度接近上述硬度范围的下限时，例如莫氏硬度等级约4至约7，可以实现例如改善的耐磨性。

如果颜料的硬度接近上述指定硬度范围的上限，例如莫氏硬度等级为约7到约9，则与包含颜料有关的有利影响是，例如，当颜料以上述体积百分比范围的下限例如约0.5体积％至约12体积％的量加入时，可以实现例如改善的耐磨性。

基于聚合物的覆盖层的厚度可以为约3μm至约17μm。例如，基于聚合物的覆盖层的厚度可以为约6μm至约12μm。基于聚合物的覆盖层的厚度可以为约10μm。

根据本发明的第二方面，提供了一种发动机，该发动机包括根据本发明的第一方面的滑动元件。

根据本发明的第三方面，提供了一种运载工具，该运载工具包括根据本发明的第一方面的滑动元件。

根据本发明的第四方面，提供一种制造用于发动机的滑动元件的方法，该方法包括以下步骤：将基于聚合物的基质、金属颗粒和颜料组合形成混合物，该颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度；并将混合物施加到金属基底上。

可以将基于聚合物的基质、金属颗粒和颜料与至少一种其他组分组合以形成混合物。至少一种其他组分可以包括：溶剂、助黏剂、其他硬质颗粒或干式润滑剂。

可以通过多种不同方法将基于聚合物的基质施加到金属基底上或如果存在的话施加到中间层上。合适的方法包括喷涂、移印(间接胶印工艺，例如其中硅树脂垫将塑料聚合物复合材料的图案层转移到滑动轴承基底上)、丝网印刷或通过转移辊涂工艺。施加步骤可以包括沉积几个子层以建立整个基于聚合物的覆盖层。该方法还可以在每个子层沉积之间包括闪蒸相，以去除溶剂。每个子层可以包含相同组成的基于聚合物的基质。或者，每个子层可以包含不同组成的基于聚合物的基质。

该方法可以还包括固化步骤。固化步骤可以在约140℃至300℃下进行。可以通过在烤箱中烘烤或用红外辐射照射滑动发动机元件来提供热固化。或者，基于聚合物的覆盖层可以通过非热处理来固化，例如通过暴露于紫外线下进行固化。固化步骤可能需要约2分钟至约2.5小时。例如，固化步骤可能需要约2个小时。

金属颗粒可以包括铝片。

应当理解，本发明的一个方面中的任何特征可以以任何适当的组合应用于本发明的其他方面。特别地，方法的各方面可以应用于装置的各方面，反之亦然。此外，一个方面中的任何、一些和/或所有特征可以以任何适当的组合应用于任何其他方面中的任何、一些和/或所有特征。

应当理解，可以独立地实现和/或提供和/或使用在本发明的任何方面中描述和定义的各种特征的特定组合。

在本申请的整个说明书和权利要求书中，词语“包括”和“包含”及其变体表示“包括但不限于”，并且它们并不旨在(并且不)排除其他部分、添加剂、组分、整数或步骤。在本申请的整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，单数包含复数。特别地，在不使用数量词的情况下，除非上下文另有要求，否则本说明书应理解为涵盖复数以及单数。

结合本发明的一个特定方面、实施方案或实例描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团应理解为适用于本文所述的任何其他方面、实施方案或实施例，除非与其不相容。本说明书(包括所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征和/或本文公开的任何方法或过程的所有步骤，可以任意组合，除了这些特征和/或步骤中的至少一些是相互排斥的组合。本发明不限于任何前述实施方案的细节。本发明扩展到本说明书(包括所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或扩展到本文公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

附图说明

仅参考附图，通过举例的方式进一步描述本发明的一个或多于一个优选实施方案，其中：

图1示出了根据本发明优选实施方案的滑动元件的透视图。本文提供的图是示意性的，没有按比例绘制。

优选实施方案的详细描述

图1示意性地示出了中空半圆柱轴承衬壳(通常被称为“半轴承”)形式的滑动轴承100(例如，滑动发动机部件)。设想了轴承元件的许多替代形状和构造，并且对于本领域技术人员将是显而易见的。滑动轴承100具有由钢形成的金属基底102。滑动轴承100还包括在金属基底102的凹形内表面上的任选的轴承内衬层104。轴承内衬层104包括铝-锡合金。在基底102上提供基于聚合物的覆盖层106。覆盖层106配置为在滑动轴承100的整个寿命期间提供跑合面。覆盖层106是半轴承的最内层，其配置为朝向轴承组件中的协作运动部件(未示出)(例如，覆盖层将有轴颈的轴容纳在装配好的轴承中，它们通过中间的润滑油膜相互配合)。

覆盖层106包括由聚酰胺酰亚胺(PAI)形成的基于聚合物的基质。覆盖层106还包括铝片。铝片的D50尺寸在最大维度上为约10μm至约20μm。覆盖层106包含10体积％至16体积％的铝片，其均匀地分散在整个基于聚合物的基质中。覆盖层还包含0.5体积％至12体积％的颜料。颜料包括D50尺寸约0.5μm至约0.7μm并且具有莫氏硬度等级约7至8.5的硬度的氧化铬颗粒。覆盖层106还包含6体积％至8体积％的聚四氟乙烯(PTFE)以作为干式润滑剂。干式润滑剂的D50粒径为约3μm。覆盖层106还包含3体积％至6体积％的硅烷作为助黏剂。

覆盖层106具有约10μm的厚度，并且由于氧化铬颜料而呈现绿色。

为了形成具有基于聚合物的覆盖层106的滑动轴承100，将聚合物(PAI)添加到预混合的溶剂共混物中以形成溶液。加入干式润滑剂、颜料、硅烷和铝片以形成混合物。

然后将混合物施加到金属基底102上，该金属基底在其内表面上可能已经具有轴承内衬层104。通过喷涂施加基于聚合物的基质溶液，以形成一系列子层。在每个子层的沉积之后，通过闪蒸相除去溶剂。沉积后，通过加热滑动轴承100固化基于聚合物的基质溶液。

尽管在图1中关于半轴承壳进行了说明，但是本发明同样适用于其他滑动发动机部件，包括半环形、环形或圆形止推垫圈和衬套。分散在基于聚合物的基质中的机械性能增强添加剂(例如干式润滑剂颗粒、硅烷、颜料和金属颗粒)可以显著增强滑动发动机部件的机械性能，例如耐磨性、助黏性、抗疲劳强度和摩擦性能。

Claims (15)

1.一种用于发动机的滑动元件，所述滑动元件包括基于聚合物的覆盖层和金属基底，所述基于聚合物的覆盖层包括：

基于聚合物的基质；

金属颗粒和颜料；

其中颜料具有莫氏硬度等级至少为6的硬度；和

其中颜料包含D50尺寸为0.1μm至0.9μm的颗粒。

2.根据权利要求1所述的滑动元件，其中所述金属颗粒包含铝片。

3.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述基于聚合物的覆盖层包含10体积％至20体积％的金属颗粒。

4.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述颜料具有与上面设置有基于聚合物的覆盖层的金属基底表面的颜色不同的颜色。

5.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述颜料包含金属氧化物。

6.根据权利要求5所述的滑动元件，其中所述颜料包含氧化钛和氧化铬中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的滑动元件，其中所述颜料包含复合无机彩色颜料。

8.根据权利要求7所述的滑动元件，其中所述颜料包含钛铬棕和钴铬蓝中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述颜料包含D50尺寸为0.1μm至0.6μm的颗粒。

10.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述基于聚合物的覆盖层包含至少0.5体积％的颜料。

11.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述基于聚合物的覆盖层包含不大于25体积％的颜料。

12.一种发动机，其包括根据前述权利要求中任一项所述的滑动元件。

13.一种运载工具，其包括根据权利要求1至11中任一项所述的滑动元件。

14.一种制造用于发动机的滑动元件的方法，该方法包括以下步骤：

将基于聚合物的基质、金属颗粒和颜料混合以形成混合物，所述颜料具有莫氏硬度等级至少为6的硬度，并包含D50尺寸为0.1μm至0.9μm的颗粒；和

将混合物施加到金属基底上。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述金属颗粒包含铝片。

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