CN112789419A - 滑动轴承和用于制造滑动轴承的轴承元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滑动轴承，所述滑动轴承具有多层涂覆的第一轴承元件(2)，其中内层(9)借助气相沉积法沉积在所述第一轴承元件的基底材料上，且所述内层具有结构(11)，并且外层(10)设计为使所述内层(9)的所述结构(11)平整的PTFE浸渍层，并且所述滑动轴承具有第二轴承元件(3)，所述第二轴承元件由PTFE纤维增强塑料形成或者具有含PTFE的滑动内衬(6)。

Description

滑动轴承和用于制造滑动轴承的轴承元件的方法
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承，具体地，是枢轴承形式的滑动轴承。本发明还涉及一种用于制造滑动轴承的轴承元件的方法。
背景技术
例如，在DE 10 2014 224 310 A1中公开了一种具有滑动结构的部件，该滑动结构尤其可以设计为滑动轴承衬套、线性导向件的一部分或者枢轴承环。该部件的滑动结构包括基体和至少分段布置在基体上的滑动层。提供塑料作为基体的材料。另一方面，滑动层具有无机材料。其可以是金属或非金属材料，例如钛、氮化钛、类金刚石碳(DLC)、银、金、铬、氮化铬或钨。根据DE 10 2014 224 310 A1的装置的滑动结构可选地具有折叠结构。该折叠结构旨在为润滑介质提供储存容器。
从DE 10 2014 107 036 A1中已知一种具有涂层钛球体的枢轴承。该枢轴承包括内环，该内环可旋转地布置在衬套内并且可以设有DLC涂层。在内环和衬套之间可以布置薄膜形式的润滑剂。
DE 10 2008 037 871 A1描述了一种具有多层的滑动元件，该多层由内保护层和外运行层组成。该保护层可以包含，例如，类金刚石碳(DLC)、金属-类金刚石碳(Me-DLC)，具体地是钨-类金刚石碳(W-DLC)、钛-类金刚石碳(Ti-DLC)或铬-类金刚石碳(Cr-DLC)、氮化硅或这些材料的混合物。该保护层可以位于具有多个凹部和凸部的结构化表面上。尤其提出了粘结涂层作为覆盖保护层的运行层。根据DE 10 2008 037 871 A1，也可以使用包含金属的运行层。
WO 2006/093319 A1描述了一种意在用于压缩机并意在具有密封和储存属性的布置。该布置的一个部件设有类金刚石涂层。
DE 100 61 397 A1公开了一种行星传动装置，其行星齿轮安装在用液体或油脂润滑的滑动轴承中的行星轴上。这些滑动轴承具有硬质材料轴承表面。陶瓷、硬质金属以及冷加工钢被称作可能的硬质材料。
从DE 69 330 10 U中已知一种枢轴承，该枢轴承具有外环，套筒浮动地安装在该外环内。该套筒的一侧，即背对外环的内侧，涂有聚四氟乙烯(PTFE)。
DE 10 2004 041 084 B4中公开了另一种枢轴承。该枢轴承具有分成两半的外环，外环的内表面适配内环的表面。外环的两半通过外壳相互连接。外壳可以是金属环的形式或者由纤维复合材料缠绕而成。
从DE 10 2007 053 529 A1和DE 10 2007 053 528 A1中已知具有可拆卸滑动内衬的滑动轴承。
发明内容
本发明的目的是详细说明一种滑动轴承，与上述现有技术相比，该滑动轴承得到了进一步的拓展，其中提供了合理的、环保的制造选择。
根据本发明，这一目的通过具有权利要求1的特征的滑动轴承来实现。具体地，该滑动轴承是枢轴承。该目的还通过根据权利要求10的用于制造滑动轴承元件的方法来实现。在下文中，本发明的实施例和优点相应地也适用于轴承元件和包括该轴承元件的滑动轴承。
滑动轴承的一部分是多层涂覆的第一轴承元件，其中，内层借助气相沉积法沉积在第一轴承元件的基底材料上，且所述内层具有结构，并且外层设计为使内层的结构平整的PTFE浸渍层，并且滑动轴承的一部分是第二轴承元件，该第二轴承元件由PTFE纤维增强塑料形成或者具有含PTFE的滑动内衬。
第一轴承元件的内层的结构在此适配第一轴承元件的基底材料的表面结构，且例如呈相互间隔开的单个凹部的形式。
根据本发明，内层借助于气相沉积法沉积在第一轴承元件的基底材料上。术语气相沉积法包括：PVD(物理气相沉积)法、PACVD(等离子辅助化学气相沉积)法、PECVD(等离子增强化学气相沉积)法以及CVD(化学气相沉积)法。所有这些沉积法的共同点在于，与优先考虑时主要使用的硬铬电镀相反，该层在不使用含铬(VI)物质的情况下沉积在轴承元件上。
PTFE浸渍层是仅仅由或者至少98％，具体地是至少99％由聚四氟乙烯形成的层。因此，PTFE浸渍层与现有技术(DE 10 2008 037 871 A1)中描述的运行层不同在于粘结涂层的形式，该粘结涂层包含热塑性树脂中的PTFE。
第一轴承元件的内层在一种可能的构造中作为类金刚石无定形碳层，即，DLC(类金刚石碳)层存在。其可以是含氢无定形碳层，该含氢无定形碳层通常被命名为a-C:H。
滑动轴承的第一轴承元件的内层，如果是碳层，可以具有金属掺杂和/或非金属掺杂。一般来说，含金属的碳层被命名为a-C:H:Me。金属Me是例如钨、钛、硅或钽。在钨作为掺杂元素的情况下，得出名称a-C:H:W。也可以使用包含非金属的涂层，命名为a-C:H:X，其中X代表非金属。
作为掺杂碳层的替代，通常被命名为a-C或ta-C的无氢碳层也可以用作第一轴承元件的内层。
至于CVD金刚石层的沉积，如同滑动轴承的第一轴承元件可能的那样，技术背景参考EP 0 487 897 B1。
借助于真空沉积法，具体地是PVD法，也可以在第一轴承元件上沉积金属层作为碳层的替代。其可以是由单一元素制成的层，也可以是由合金制成的层。可以以任何期望的组合用于在第一轴承元件上形成涂层内层的元素的示例有铬、铜、锌以及锡。例如，内层是青铜层、黄铜层或白色金属层。
也可以实施这样的构造，其中内层包含氮化、碳化或氧化硬质材料形式的硬质材料，或者完全由这些硬质材料形成并作为硬质材料层存在。示例有TiN、TiCN、Al2O3、TiAlN、CrN以及AlCrN。包含这些材料中两种或多种材料的混合形式(可选地具有掺杂)也适合作为第一轴承元件的内层。
内层的优选材料是氮化钼/铜(MoN/Cu)，由申请人以Triondur MN提供。以此方式，氮化钼(MoN)和铜以薄层交替地沉积，使得内层以层序列形成。接着在其顶部形成PTFE浸渍层作为外层。
第一轴承元件的多层涂层的内层的所有上述成分可以以任何期望的方式相互组合。在所有情况下，无论使用何种测量方法，内层的硬度都远大于PTFE浸渍层的硬度。PTFE浸渍层提供了吸收在滑动轴承操作期间产生的颗粒的可能性，具体地，是由磨损产生的颗粒，其中，内层的结构提供了用于容纳此类颗粒的空间。尽管可能对PTFE浸渍层造成个别损坏，但在滑动轴承操作期间，由PTFE形成的滑动轴承表面基本上保持完整无缺，其中，自复原效应也存在于PTFE浸渍层内。
优选地，第一轴承元件设计为由金属制成，具体地，由钢制成。
在第一变型中，第二轴承元件具体地借助缠绕的PTFE纤维来增强，且完全由塑料制成。除了PTFE纤维之外，还可以存在支撑纤维，具体地是由塑料、金属、玻璃、碳或陶瓷制成的支撑纤维，其中，这些材料可以单独存在或者以任何期望的相互组合的方式存在。
在第二变型中，第二轴承元件优选地是设有滑动内衬的金属轴承元件。具体地，滑动内衬粘到金属第二轴承元件上，并用PTFE纤维增强。纺织材料(诸如机织物、针织物等)通常用作纤维来增强滑动内衬。除了PTFE纤维之外，可以存在支撑纤维，具体地是由另一种塑料、金属、玻璃、碳或陶瓷制成的支撑纤维，其中，这些材料可以单独存在或者以任何期望的相互组合的方式存在。在优选实施例中，滑动内衬包含树脂基体中的PTFE织物。
另选地，滑动内衬具有烧结青铜层，该烧结青铜层设有PTFE层，使得金属聚合物复合材料存在于滑动接触区域中。
第一轴承元件可以是枢轴承的内环或外环。具体地，内环和/或外环由钢制成。因此，内环优选地具有涂层，而外环具有滑动内衬或由PTFE纤维增强的塑料制成。但是，反向布置也是可能的。
附图说明
在下文中，附图更详细地描述了本发明的示例性实施例。在附图中：
图1以示意截面表示的方式示出了根据本发明的滑动轴承。
图2以示意表示的方式示出了图1的在滑动接触区域中的放大表示图。
图3以类似于图2的表示的方式示出了根据图1的装置的滑动轴承的详细结构。
在所有附图中，彼此对应或具有基本相同效果的部分均标有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中总体上用附图标记1标识的滑动轴承，即枢轴承，由第一内轴承元件2和第二外轴承元件3形成。第一轴承元件2具有用于连接至连接部件(未示出)的中央开口4。第一轴承元件2具有涂层5，该涂层包括凸形外表面8上的内层9和外层10(见图3)。第二轴承元件3具有凹形内表面7上的滑动内衬6。
图2示出了图1中滑动接触区域的放大截面。第一轴承元件2设有涂层5，并且第二轴承元件3设有滑动内衬6，它们的硬度彼此显著不同。例如，涂层5包括硬质材料层形式的内层9，而粘到第二轴承元件3中的滑动内衬6包含例如树脂基体中的PTFE织物。
制造根据图1至图3的滑动轴承1不需要含六价铬的电解质。相反，内层9首先借助气相沉积沉积在第一轴承元件2的基底材料上。基底材料在此设计为金属材料，具体地由钢制成。内层9具有基本均匀的厚度。因此，内层9的表面适配基底材料的给定结构，该给定结构具有作为结构的凹部11。
在内层9已经直接沉积在轴承元件2的金属基底材料的表面上之后，将PTFE浸渍层作为外层10涂敷至内层9上。由PTFE浸渍层来平整作为结构11存在的内层9的凹凸和凹部11，从而产生轴承元件2的光滑的(在本例中为球形的)外表面。
与多层涂覆的第一轴承元件2相反，第二轴承元件3设有粘在其上的滑动内衬6。在这种情况下，滑动内衬6由嵌入在树脂基体中的PTFE织物形成，或者由包含烧结青铜和PTFE的金属聚合物复合材料形成。总的来说，轴承元件3的凹形内表面7由滑动内衬6形成。第一轴承元件2的涂层5形成接触内表面7的凸形外表面8。
附图标记说明
1 滑动轴承、枢轴承
2 轴承元件
3 轴承元件
4 开口
5 轴承元件2的涂层
6 轴承元件3的滑动内衬
7 凹形内表面
8 凸形外表面
9 内层
10 外层
11 结构、凹部。

Claims (10)

1.一种滑动轴承，所述滑动轴承具有多层涂覆的第一轴承元件(2)，其中，内层(9)借助气相沉积法沉积在所述第一轴承元件的基底材料上，且所述内层具有结构(11)，并且外层(10)设计为使所述内层(9)的结构(11)平整的PTFE浸渍层，所述滑动轴承具有第二轴承元件(3)，所述第二轴承元件由PTFE纤维增强塑料形成或者具有含PTFE的滑动内衬(6)。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一轴承元件(2)的所述内层(9)设计为无定形碳层。
3.根据权利要求2所述的滑动轴承，其特征在于，所述无定形碳层包含至少一种掺杂元素。
4.根据权利要求3所述的滑动轴承，其特征在于，所述无定形碳层包含金属掺杂元素和非金属掺杂元素。
5.根据权利要求2所述的滑动轴承，其特征在于，提供无氢碳层作为所述无定形碳层。
6.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一轴承元件(2)的所述内层(9)设计为金属层。
7.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一轴承元件(2)的所述内层(9)包含至少一种硬质材料，所述至少一种硬质材料选自包含氮化硬质材料、碳化硬质材料和氧化硬质材料的硬质材料组。
8.根据权利要求7所述的滑动轴承，其特征在于，所述硬质材料包含元素钛、铝、铬和钼中的至少一种。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述第二轴承元件(3)的所述滑动内衬(6)包含树脂基体中的PTFE织物或包括含有烧结青铜和PTFE的金属聚合物复合材料。
10.一种用于制造滑动轴承(1)的轴承元件(2、3)的方法，其中通过气相沉积法将内层(9)涂敷至基底材料，并且接着用PTFE浸渍层(10)覆盖所述内层(9)。
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