CN115405623A - 具有涂覆的外环和内环的滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

一种滑动轴承，包括外环(2)和内环(3)，外环(2)和内环(3)分别包括旨在相互配合用于外环和内环(2、3)的相对运动的内表面(5)和外表面(6)，外环(2)的内表面(5)和内环(3)的外表面(6)各自包括包含至少一层的涂层，其特征在于，外环(2)的内表面(5)上的涂层的硬度小于外环(2)的硬度，内环(3)的外表面(6)上的涂层的硬度大于内环(3)的硬度。

Description

具有涂覆的外环和内环的滑动轴承
技术领域
本发明总体涉及滑动轴承，尤其涉及滑动轴承的磨损损坏。
特别地，本发明涉及滑动轴承的涂覆的外环和内环以及制造这种滑动轴承的方法。
背景技术
钛合金比钢轻44％,比青铜轻42-50％,这使得它对于航空航天应用非常有吸引力，其中重量减轻对于燃料经济性非常重要。
然而，钛合金是化学活性的，并且在钛合金之间或者在钛合金与其他合金之间的摩擦滑动接触期间具有高卡住风险。
为了解决这种卡住问题，使用了涂层，并且开发了由涂覆的钛合金制成的滑动轴承，并用于起落架和挂架应用。
典型的涂层组合如下：通过物理气相沉积(PVD)在内环和外环滚道上施加的硬质涂层，或者在内环滚道上的软质热喷涂Cu基涂层以及在外环滚道上的硬质PVD涂层。轴承是油脂润滑的，要么重新润滑，要么终身润滑。
然而，根据应用经验和测试结果，如果润滑条件不充分，则仍存在涂层磨损和脱层的风险。
事实上，对于硬-硬PVD涂层之间的接触，配合表面在磨合磨损期间可能不一致，且在局部接触区域总是存在应力集中，这将加速磨损，甚至导致涂层脱层。关于内环的软涂层和外环的硬涂层之间的接触，外环边缘附近(其中外环宽度比内环窄)的内环上的过度磨损也将导致边缘载荷和应力集中。
发明内容
因此，本发明旨在通过提供一种滑动轴承来克服这些缺点，该滑动轴承具有为减少磨损而优化的内外环接触，并避免涂层脱层的风险。
本发明的一个目的是提供一种滑动轴承，其包括外环和内环，外环和内环分别包括旨在相互配合用于外环和内环的相对运动的内表面和外表面，外环的内表面和内环的外表面各自包括包含至少一层的涂层。
此外，外环的内表面上的涂层的硬度小于外环的硬度，内环的外表面上的涂层的硬度大于内环的硬度。
根据一实施例，外环的内表面上的涂层可以包括至少一个Cu基层。
根据另一实施例，外环的内表面上的涂层可以包括至少一个Tin基层。
有利地，外环的内表面上的涂层的厚度可以在20和2000μm之间，优选在100和300μm之间。
根据一实施例，内环外表面上的涂层可以包括至少一个类金刚石碳层。
根据另一实施例，内环外表面上的涂层可以包括至少一个CrN层。
有利地，内环外表面上的涂层厚度可以在1和50μm之间，优选在1和25μm之间。
有利地，内环的孔可以包括硬度小于内环硬度的涂层。
有利地，滑动轴承可以包括位于内环和内环外表面上的涂层之间的金属结合层和/或位于外环和外环内表面上的涂层之间的金属结合层。
本发明的另一个目的涉及一种制造滑动轴承的方法，该滑动轴承包括外环和内环，外环和内环分别包括旨在相互配合用于外环和内环的相对运动的内表面和外表面，所述方法包括在外环的内表面上施加包括至少一层的涂层，以及在内环的外表面上施加包括至少一层的涂层。
此外，在外环的内表面上施加的涂层的硬度小于外环的硬度，在内环的外表面上施加的涂层的硬度大于内环的硬度，并且外环的内表面的涂层通过选自激光熔覆、热喷涂和电镀的方法施加。
附图说明
本发明的其他优点和特征将从本发明实施例的详细描述中显现，这些实施例是非限制性示例，在附图中示出，其中：
图1是根据本发明第一实施例的滑动轴承的剖视图。
图2是包括根据本发明第二实施例的套筒的滑动轴承的剖视图。
具体实施方式
在本发明的上下文中，值域的边界包括在该域中，尤其是在表述“在…之间”中。
如图1示出的第一实施例所示，滑动轴承1通常包括外环2和内环3。
图示的滑动轴承1是金属球面滑动轴承，内环3比外环2宽。外环2和内环3可以由钛合金、钢或镍合金制成。例如，外环和内环2、3可以由TA6V或CRES钢制成。
外环2包括外表面4和内表面5，内环3也包括外表面6和内表面7。在该示例中，内表面7形成内环3的孔。外环2的内表面5和内环3的外表面6旨在相互配合，用于外环2和内环3的相对运动。此外，内环3的内表面7旨在与轴8配合，用于轴8和内环3的相对运动。
外环2的内表面5和内环3的外表面6各自包括包含至少一层的涂层。
特别地，外环2的内表面5包括软涂层，而内环3的外表面6包括硬涂层。
在本发明中，软涂层被定义为硬度小于涂覆材料硬度的涂层。相反，硬涂层被定义为硬度大于涂覆材料硬度的涂层。
外环2的内表面5上的涂层的硬度小于外环2的硬度。此外，内环3的外表面6上的涂层的硬度大于内环3的硬度。
分别在外环2的内表面5和内环3的外表面6上的软涂层和硬涂层的组合防止涂层磨损和脱层的风险。尽管内环3相对于外环2运动并且比外环2宽，但内环3的外表面6上的硬涂层允许消除与外环2的内表面5上的软涂层滑动接触时的边缘载荷和应力集中。
因此，这种组合降低卡住风险，延长滑动轴承1、9的寿命和维护间隔。
此外，为了减少内环3和轴8之间的接触磨损，内环3的内表面7可以包括涂层，优选软涂层。
图2所示的示例(其中相同的部件被赋予相同的附图标记)与第一示例的不同之处在于，滑动轴承的内环3还包括套筒10。在本示例中，内环由两部分构成。
套筒10包括外表面11和内表面12，外表面11旨在与内环3的内表面7配合用于内环3和套筒10的相对运动，内表面12旨在与轴8配合用于轴8和套筒10的相对运动。在本示例中，套筒的内表面12形成内环3的孔。
例如，套筒10可以由青铜、钢或镍合金制成。
此外，为了减少套筒10和轴8之间的接触磨损，套筒10的内表面12可以包括涂层，优选为软涂层。
外环上的软涂层
优选地，外环2的内表面5的软涂层通过选自激光熔覆、热喷涂和电镀的方法施加，这允许在环的内表面上获得高质量的软涂层。
有利地，外环2的内表面5上的软涂层的厚度可以在20和2000μm之间，优选地在100和300μm之间。
根据一实施例，外环2的内表面5上的软涂层可以包括至少一个Cu基层。
在本发明中，Cu基层被定义为铜含量大于层材料中其他元素的层。
根据一示例，Cu基层可以通过电镀施加在外环2的内表面5上。电镀技术基于电化学过程，该过程允许施加没有形状限制的涂层，并且特别有利于在环的内表面上施加没有直径限制的涂层。
通过电镀施加的Cu基层可以包括例如2和30重量％的Sn，优选5和20重量％，层厚度优选在100和300μm之间，硬度在100和200HV之间。
根据另一示例，其中外环2的内径优选大于50mm，更优选大于80mm，Cu基层可以通过激光熔覆或热喷涂施加在外环2的内表面5上。可以对激光熔覆枪和热喷涂枪进行特殊设计，以获得涂覆环内表面的最佳质量。
通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包含50和90重量％的Cu、5和15重量％的Al、2和8重量％的Ni、1和7重量％的Fe，并且可以具有50和400HB之间的硬度，优选在100和300HB之间。
可替代地，通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包含70和90重量％的Cu、10和20重量％的Ni、5和12重量％的Sn，并且可以具有50和400HB之间的硬度，优选在100和300HB之间。
可替代地，通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包括70和90重量％的Cu、30和40重量％的Ni、2和8重量％的In，并且可以具有50和400HB之间的硬度，优选在100和300HB之间。
可替代地，通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包括70至90重量％的Cu、5至15重量％的Al、1重量％的Fe、1至4重量％的石墨，并且可以具有50至400HB之间的硬度，优选在100至300HB之间。
根据另一实施例，外环2的内表面5上的软涂层可以包括至少一个Tin基层。
根据另一示例，其中外环2的内径优选大于50mm，更优选大于80mm，通过激光熔覆或热喷涂将Tin基层施加在外环2的内表面5上。
Tin基层可以包括75至93重量％的Sn、5至15重量％的Sb和2至10重量％的Cu，并且可以具有20至40HB之间的硬度。
优选地，Tin基层的厚度在50和300μm之间。
此外，滑动轴承1、9可以包括位于外环2和外环2的内表面5上的软涂层之间的金属结合层。优选地，金属结合层厚度在0.02和5μm之间，更优选在0.1和1μm之间。
金属结合层可以包括Cr、Ti或Si。
根据另一实施例，外环2的内表面5上的软涂层可以包括两层。
例如，外环2的内表面5上的软涂层可以包括位于顶部的Tin基层和位于底部的Cu基层，Tin基层优选具有2和20μm之间的厚度，而Cu基层优选具有100至300μm之间的厚度。
内环上的硬涂层
优选地，内环3的外表面6上的硬涂层的厚度可以在1和50μm之间，优选在1和25μm之间，以便足够厚以在存在颗粒污染的情况下防止压痕损坏。这种厚度的硬涂层特别有利于防止由作为相对较软材料的钛合金制成的内环3破裂。
根据一示例，硬涂层可以通过物理气相沉积(PVD)施加在内环3的外表面6上。
根据一实施例，内环3的外表面6上的硬涂层可以包括至少一个类金刚石碳(DLC)层。类金刚石碳是一种特别耐磨的材料。
滑动轴承1、9的摩擦特性在内环3硬涂层(包括与外环2滑动接触的类金刚石碳层)与外环2软涂层(包括Cu基层)相结合的情况下特别理想。
类金刚石碳层的厚度优选在1和20μm之间，更优选在2和5μm之间。
类金刚石碳层可以掺杂金属。例如，金属结合层可以包括W、Ti、Si、Ni，优选含量为3至20重量％。
类金刚石碳层的硬度优选在800和5000HV之间，更优选在1200和2500HV之间。
根据另一实施例，内环3的外表面6上的硬涂层可以包括至少一个CrN层。
CrN层的厚度优选在1和50μm之间，更优选在5和25μm之间。
CrN层的硬度优选在1000和2800HV之间，优选在1500和2300HV之间。
此外，滑动轴承1、9可以包括位于内环3和内环3的外表面6上的硬涂层之间的金属结合层。优选地，金属结合层的厚度在0.02和5μm之间，更优选地在0.1和1μm之间。
金属结合层可以包括Cr、Ti或Si。
根据另一实施例，内环3的外表面6上的硬涂层可以包括两层。
例如，内环3的外表面6上的硬涂层可以包括位于顶部的类金刚石碳层和位于底部的CrN层。
可替代地，内环3的外表面6上的硬涂层可以包括位于顶部的类金刚石碳层和位于底部的金属结合层。
内环和套筒上的软涂层
优选地，内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12的软涂层通过选自激光熔覆、热喷涂和电镀的方法施加。
有利地，内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上的软涂层的厚度可以在20和2000μm之间，优选在100和300μm之间。
根据一实施例，内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上的软涂层可以包括至少一个Cu基层。
根据一示例，Cu基层可以通过电镀施加在内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上。
通过电镀施加的Cu基层可以包括例如2和30重量％的Sn，优选5和20重量％，层厚度优选在100和300μm之间，硬度在100和200HV之间。
根据另一示例，其中内环3的内径和/或套筒10的内径优选大于50mm，更优选大于80mm，Cu基层可以通过激光熔覆或热喷涂施加在内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上。可对激光熔覆枪和热喷涂枪进行特殊设计，以获得涂覆环和套筒内表面的最佳质量。
通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包含50和90重量％的Cu、5和15重量％的Al、2和8重量％的Ni、1和7重量％的Fe，并且可以具有50和400HB之间的硬度，优选在100和300HB之间。
可替代地，通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包含70和90重量％的Cu、10和20重量％的Ni、5和12重量％的Sn，并且可以具有50和400HB之间的硬度，优选在100和300HB之间。
可替代地，通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包括70和90重量％的Cu、30和40重量％的Ni、2和8重量％的In，并且可以具有50和400HB之间的硬度，优选在100和300HB之间。
可替代地，通过激光熔覆、热喷涂施加的Cu基层可以包括70至90重量％的Cu、5至15重量％的Al、1重量％的Fe、1至4重量％的石墨，并且可以具有50至400HB之间的硬度，优选在100至300HB之间。
根据另一实施例，内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上的软涂层可以包括至少一个Tin基层。
根据另一示例，其中内环3的内径和/或套筒10的内径优选大于50mm，更优选大于80mm，通过激光熔覆或热喷涂将Tin基层施加在内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上。
Tin基层可以包括75至93重量％的Sn、5至15重量％的Sb和2至10重量％的Cu，并且可以具有20至40HB之间的硬度。
优选地，Tin基层的厚度在50和300μm之间。
有利地，滑动轴承1、9可以包括位于内环3和内环3的内表面7上的软涂层之间的金属结合层，和/或位于套筒10和套筒10的内表面12上的软涂层之间的金属结合层。
金属结合层可以是掺杂金属。例如，金属结合层可以包括W、Ti、Si、Ni，优选含量为3至20重量％。
根据另一实施例，内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上的软涂层可以包括两层。
例如，内环3的内表面7和/或套筒10的内表面12上的软涂层可以包括位于顶部的Tin基层和位于底部的Cu基层，Tin基层优选具有2和20μm之间的厚度，而Cu基层优选具有100至300μm之间的厚度。
可以包括位于顶部的锡基层，优选具有2至20μm的厚度，以及位于底部的铜基层，优选具有100至300μm的厚度。

Claims (10)

1.一种滑动轴承，包括外环(2)和内环(3)，外环(2)和内环(3)分别包括旨在相互配合用于外环和内环(2、3)的相对运动的内表面(5)和外表面(6)，外环(2)的内表面(5)和内环(3)的外表面(6)各自包括包含至少一层的涂层，其特征在于，外环(2)的内表面(5)上的涂层的硬度小于外环(2)的硬度，内环(3)的外表面(6)上的涂层的硬度大于内环(3)的硬度。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其中，所述外环(2)的内表面(5)上的涂层包括至少一个Cu基层。
3.根据权利要求1或2所述的滑动轴承，其中，所述外环(2)的内表面(5)上的涂层包括至少一个Tin基层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的滑动轴承，其中，所述外环(2)的内表面(5)上的涂层的厚度在20和2000μm之间，优选在100和300μm之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的滑动轴承，其中，所述内环(3)的外表面(6)上的涂层包括至少一个类金刚石碳层。
6.根据前述权利要求中任一项所述的滑动轴承，其中，所述内环(3)的外表面(6)上的涂层包括至少一个CrN层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的滑动轴承，其中，所述内环(3)的外表面(6)上的涂层的厚度在1和50μm之间，优选在1和25μm之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的滑动轴承，其中，所述内环(3)的孔(7；12)包括硬度小于内环(3)的硬度的涂层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的滑动轴承，包括位于内环(3)和内环(3)的外表面(6)上的涂层之间的金属结合层和/或位于外环(2)和外环(2)的内表面(5)上的涂层之间的金属结合层。
10.一种制造滑动轴承(1；9)的方法，该滑动轴承包括外环(2)和内环(3)，外环(2)和内环(3)分别包括旨在相互配合用于外环和内环(2、3)的相对运动的内表面(5)和外表面(6)，所述方法包括在外环(2)的内表面(5)上施加包括至少一层的涂层，以及在内环(3)的外表面(6)上施加包括至少一层的涂层，其特征在于，外环(2)的内表面(5)上施加的涂层的硬度小于外环(2)的硬度，内环(3)的外表面(6)上施加的涂层的硬度大于内环(3)的硬度，外环(2)的内表面(5)的涂层通过选自激光熔覆、热喷涂和电镀的方法施加。
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