CN1198114A - 自润滑烧结滑动件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种自润滑烧结滑动件及其制造方法,该件即使在偏心及高载荷应用场合仍具有极好的抗咬住和耐磨性能。该自润滑烧结滑动件由铁系金属基底与在铁系金属基底的滑动侧面上形成且由包含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层组成。在烧结接触层的一个面上具有自包括石墨在内的固体润滑剂粒子形成的凸出部。在形成凸出部的烧结接触层的表面上覆盖着固体润滑剂层。

Description

自润滑烧结滑动件及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种自润滑烧结滑动件及其生产方法。本发明尤其涉及包括铁系金属基底及在铁系金属基底的滑动侧面形成且由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层的一种自润滑烧结滑动件及其生产方法。
背境技术
在无润滑的机器中利用润滑烧结滑动另件作为衬套是众所周知的。此种衬套的一个实例包括混入如石墨，二硫化钼或二硫化钨的固体润滑剂的铜或不锈钢母体层(例如，由TOSHIBA TUNGALOY CO，LTD.生产的SL合金)。一种便宜的自润滑烧结滑动件目前是可以买到的，它由含固体润滑剂的特种塑料制成。以前，在日本专利申请No.63-190994(1988)及No.2-14380(1990)中、该发明者们已经提出能承受高载荷的自润滑烧结滑动件。这些申请中所公开的滑动件是通过将诸如石墨之类的固体润滑剂混入或扩散入由烧结铁系材料制成的母体材料而制成的。
然而，由塑性材料制成的自润滑烧结滑动件有其缺点，即当滑动表面承受的压力超过200公斤/厘米2时，产生“永久变形”，导致相当短的磨损寿命。其它形式的自润滑烧结滑动件当滑动表面承受的压力超过500公斤/厘米2时也出现同样的问题。
业已提出一种为承受偏心载荷或峰值载荷的高负荷应用场合设计的双层衬套。该衬套包括(i)具有离圆柱形内表面约1毫米深度并由经热处理而加强和淬硬的铁系、自润滑接触材料所制成的内层与(ii)包在内层外面并由普通高强度铁系烧结材料制成的外层。该双层衬套遇到了这种问题，即它若承受过度的偏心载荷即会发生异常磨损或会产生微裂纹，这样一来，扩散在由烧结铁系材料制成的母体层内的固体润滑剂粒子或粒子周围的区域则由这些裂纹相互连接起来。
在衬套滑动后观察上述先有技术的自润滑烧结滑动件的组织发现下列(1)至(5)现象与它们所遇到的问题有联系。
(1)由于固体润滑剂粒子的偏柝及压制成型期间挤压造成的粒子变平使固体润滑剂粒子变得靠近或相互接触，结果在最脆的部位开始产生裂纹。
(2)在将石墨混入由铁系材料制成的烧结母体层中的情况下，由于烧结期间的反应在石墨附近和在烧结母体层的颗粒边界中产生如碳化三铁之类的脆性碳化物。这使烧结的母体层变弱以致衬套变得更易于分离，和异常磨损。
(3)通过增加固体润滑剂粒子的尺寸及它们之间的距离可使现象(1)的发生限制到某种程度上。然而，在压制成型期间润滑剂粒子被严重压平及母体层的金属粒子穿透母体层形成凹口似的结构，会使衬套受到应力集中从而分离。
(4)在因上述原因引起的异常磨损的早期，因为产生大量包括固体润滑剂在内的磨屑粉末故衬套的功能似平无问题，也无异常噪音。然而，从某一瞬间开始磨屑粉末的润滑效果将降低，开始产生不正常的噪音。
(5)因为从强度的观点出发不能无限制的利用固体润滑剂，在运行的初始阶段衬套的适应性不能获得。因此，为了避免异常噪音的产生及运行开始时产生的咬住等现象有必要将机器充分加温。固体润滑剂使用不足也会引起衬套和与其相对滑动的另件相粘和咬住的现象。
解决母体层由烧结材料制成而引起的上述(1)到(3)问题的一个想法是用机械的方法在锭坯(ingot)材料上形成缺口或沟槽并在这些缺口中注以固体润滑剂。用此法制成的衬套在商业上是可行的(例如由SANKYO OILESS INC生产的号码为SO#50SP2的衬套)。然而，需要大量的用机械方法形成的缺口或沟槽，故这种衬套成本高并且问题(4)与(5)尚不能解决。此外，当衬套的摆动角(rocking angle)变小时很可能发生咬住和异常磨损，除非缩小固体润滑剂埋入缺口的间距。为了解决这个问题需要形成更多的埋入缺口而使成本提高。
本发明旨在解决上述问题，因而本发明的目的之一是提供一种自润滑烧结滑动另件及其生产方法，此另件即使在偏心载荷及高负荷应用中均具有良好的抗咬住和耐磨损性能。
本发明的公开
按本发明的第一方面，用一种包括铁系金属基底和在铁系金属基底的滑动侧面形成并由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层的自润滑烧结滑动件可达到上述目的，此烧结接触层在其表面具有由固体润滑剂粒子形成的凸出部。
在具有本发明第一特性的自润滑烧结滑动另件中，由在烧结接触层表面上的固体润滑剂粒子形成凸出部，而且只有构成凸出部的固体润滑剂粒子与相对此滑动件而滑动的另件相接触。借助这种结构，滑动件具有初始适应性和极好的润滑性。
更可取的是本自润滑烧结滑动件还包括覆盖在形成凸出部的烧结接触层表面上的固体润滑剂层。
由于固体润滑剂层被凸出部抓住故在滑动件滑动期间不被剥离，所以上述结构的固体润滑剂层的措施有助于改进润滑性和在承受偏心载荷和高载荷的应用中自润滑烧结滑动件的初始贴合性。换言之，采用固体润滑剂层的措施能获得良好的抗咬住和耐磨损性能。
在本发明中，通过使含在烧结接触层中的固体润滑剂粒子从烧结接触层表面凸出而形成凸出部。因固体润滑剂已经含于烧结接触层中，故由固体润滑剂粒子形成凸出部是很合理的。
为由固体润滑剂粒子形成凸出部，最佳的固体润滑剂粒子直径为0.1到3.0毫米，而且需要烧结接触层含有按体积计总值为15到50％的固体润滑剂粒子。若粒子直径小于0.1毫米则不能收到抓住固体润滑剂层的效果，反之若粒子直径超过3.0毫米，则固体润滑剂粒子很可能从烧结接触层中脱落。若固体润滑剂粒子的总值按体积计小于15％，就不能获得充分的润滑性，反之若固体润滑剂粒子的总值超过50％，则自润滑烧结滑动元件会磨损到可观的程度。
固体润滑剂粒子的实例包括石墨，BN，WS2，Mos2和CaF2，也可从这些已知的固体润滑剂中选择一种或数种润滑剂。
在本发明的自润滑烧结滑动件中，固体润滑剂层含有选自石墨，BN，WS2，Mos2和CaF2组中的一种或数种已知的固体润滑剂。除以上已知的固体润滑剂外，固体润滑剂层可含有一种减少该层与铁的附着力的金属粉及/或一种有机粘合剂。减小该层与铁的附着力的金属粉可以是比铁的附着力较弱的非铁金属粉如Cu，Zn，Pb，Bi，Sb，W和Mo。添加有机粘合剂是为了收到稠化剂的效果及改进此层对滑动表面的贴合性。有机粘合剂的实例包括油脂，尼龙和酚树脂。
按本发明的第二方面，提供一种由铁系金属基底和在铁系金属基底上形成的烧结接触层组成的自润滑烧结滑动另件，此烧结接触层具有在其一个表面形成的凹槽，烧结接触层与凹槽的表面均覆盖以固体润滑剂层。
在具有本发明第二特性的自润滑烧结滑动件中，在烧结接触层的一个表面形成凹槽并从下方由凹槽将固体润滑剂层抓住(即粘连效应)，从而在自润滑烧结滑动件滑动期间固体润滑剂层不被剥离，这使滑动另件即使在偏心载荷和高载荷作用下发挥良好的初始适应性和润滑性。
凹槽可以是通过去除在烧结接触层表面所含的固体润滑剂粒子而形成的缺口。用机械加工的方法形成这种凹槽需要化费大量工时，而与机械方法相反，用去除固体润滑剂粒子的方法形成凹槽则容易又经济。
最佳的固体润滑剂粒子的直径为0.1到3.0毫米并需要烧结接触层含有按体积计15到50％的固体润滑剂粒子。若粒子直径小于0.1毫米，形成的凹槽太小不能达到粘连效应。若粒子直径超过3.0毫米，则烧结接触层很可能脱落。
本发明中，固体润滑剂粒子的实例包括石墨，BN，WS2，Mos2和CaF2并可从这些已知的固体润滑剂中选择一种或数种润滑剂。
烧结接触材料最好除含有铁系材料外还含有铜系材料。使用铜系材料可增加致密度并相应地增加烧结接触层的收缩量，从而使固体润滑剂粒子更容易从烧结接触层凸出，易于形成凸出物或易于通过去除凸出物而形成凹槽。
在本发明中所加的铜系材料的最佳值按体积计为10到80％。使用按体积计为10％的铜系材料或更多一些可以防止作固体润滑剂的石墨在烧结期间与铁系材料的反应，从而有效地防止如碳化三铁等脆性组织的析出。若铜系材料的值按体积计小于10％，则烧结接触层将不太致密。另一方面，若按体积计此值超过80％，则烧结接触层中所含的铁系材料粒子基本上完全被铜系材料包围，从而不能获得铁系材料所固有的强度和滑动性能。
最好，本烧结接触材料还包括碳。碳的存在改进了烧结接触层的强度。
最好，烧结接触材料含有2.0到20.0％重量百分比的Ni和0.5到10.0％重量百分比的选自Ti，Si，Al，Fe，Co，Cr，Zr和Sn组的一种或数种元素。添加以上元素的理由是为了得到耐高负荷性以及使烧结接触层和铁系材料基底的烧结温度互相接近。
烧结接触层最好被压实到90％或更高的程度。若压实度低于90％，就不能得到必要的强度。
为了获得高致密性，烧结接触层最好应当含有研磨成250目或更细些的细粉的铁系材料。
在本发明中，最好用扩散粘接使烧结接触层与铁系金属基底的滑动侧面相连结。用扩散粘接，可使烧结接触层与铁系金属基底牢固地相连。可以想像用一根钢管作为铁系材料基底，而在使用铁系烧结材料时，这里所披露的“扩散粘接“的定义适用于将铁系烧结材料与烧结接触层熔合在一起成为双层另件的过程，然后将此双层另件进行烧结。
按本发明的第三方面，提供一种由铁系金属基底和在铁系金属基底的滑动侧面形成并由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层组成的自润滑烧结另件的生产方法。烧结接触层具有在其表面形成的固体润滑剂层，此方法包括下列步骤：
在烧结接触层的表面形成凸出部，以及
在形成凸出部的烧结接触层的表面形成固体润滑剂层。
用具有本发明第三特性的自润滑烧结滑动另件生产方法可以形成抗咬住及耐磨性好的自润滑烧结滑动件，其上的烧结接触层几乎不会被剥离。
在本发明的自润滑烧结滑动件生产方法中，将铜系材料和固体润滑剂混入含铁系材料的烧结接触材料中，混有这些材料的烧结接触材料被烧结和收缩，从而使固体润滑剂粒子从烧结接触层表面凸出形成凸出部。因已将固体润滑剂混入了烧结接触材料，故由固体润滑剂的粒子形成凸出物是很合理的。
由于在具有本发明第一特性的自润滑烧结滑动件的说明中早已解释的原因，最好，在此方法中所用的固体润滑剂粒子的直径范围为0.1到3.0毫米，而且烧结接触层含有按体积计为15到50％的固体润滑剂。
按本发明的第四方面，提供一种由铁系金属基底和在铁系金属基底的滑动侧面形成并由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层组成的自润滑烧结滑动另件的生产方法，烧结接触层具有在其表面形成的固体润滑剂层，此方法包括如下步骤：
在烧结接触层的表面形成凹槽，以及
在形成凹槽的烧结接触层的表面形成固体润滑剂层。
用具有本发明第四特性的自润滑烧结滑动另件的生产方法，能形成抗咬住和耐磨性好的自润滑烧结滑动另件，由于粘连效应，其上的烧结接触层几乎不会被剥离。
在本发明的自润滑烧结滑动另件的生产方法中，在含有铁系材料的烧结接触材料中混入固体润滑剂粒子，并且在混有粒子的烧结接触材料被烧结后，将固体润滑剂粒子从烧结接触层表面去除，从而形成凹槽。按此方法，利用为改进烧结接触层的润滑性的固体润滑剂粒子形成凹槽，故不需机械加工，很容易地形成了凹槽。这就达到了经济地生产抗咬住和耐磨性好的自润滑烧结滑动件的目的。为了从烧结接触层的表面去除固体润滑剂粒子，可采用喷砂或喷丸硬化等方法。
由于在具有本发明第二特性的自润滑烧结滑动另件的说明中早已解释的原因，最好，此方法所用的固体润滑剂粒子的直径范围为0.1到3.0毫米而且烧结接触层含有按体积计为15到50％的固体润滑剂粒子。
本发明的其它目的根据下文所给的详细说明将显而易见。然而，应当明白，由于对熟练于本技术的人们来说通过本详细说明将使在本发明的精神和范围内的各种变化和修改变得显而易见，所以当表示本发明的优先实施例时，仅用图示的方法给出详细说明和具体的实例。
附图简要说明
图1描绘按本发明的一种实施例的自润滑烧结滑动件的剖面图。
图2描绘按此实施例的自润滑烧结滑动件的局部放大剖面图。
图3是一幅表示型式2的烧结接触层的剖面的相片(放大率为50)
图4是一幅表示示于图3的型式2的烧结接触层剖面的放大相片(放大率为100)
图5用图示描述用以试验按此实施例制备的试样衬套的一种方法。
图6为图5所示试样衬套试验情况的图示描绘。
图7为按此实施例制备的试样衬套的耐磨损情况的图示描绘。
图8为按此实施例制备的试样衬套的耐磨损情况的图示描绘。
图9为在此试样衬套中覆盖层(固体润滑剂层)厚度变化的图示描绘。
实施本发明的最佳模式
现参照附图就本发明的自润滑烧结滑动件及其生产方法的优先实施例作一说明。(实施例1)
将合金粉(由KOBE STEEL LTD.生产的ATOMEL 4600及由HOgans AB生产的ASC 300)，镍羰基合物(INCO LIMITED)，平均粒度直径＝1微米)，一种电解铜粉(由FUKUDA METAL FOIL& POWDER CO.，LTD.生产的CE15)及石墨铁粉(由LONZA LTD.生产的KS6)混合成表1所示成份的8种型式的粉末混合物。将粒子直径范围自0.3毫米到2.5毫米的人造石墨粒子混合成每种按体积计总值为10％，20％，40％和50％的粉末混合物，从而配制好粉末(A)。这些粉末(A)相应地用作为形成本实施例的自润滑烧结滑动件的烧结接触层。应当指出铜成份(即电解铜粉)不必在每种粉料混合物的配制阶段混入，而可以在由粉料混合物已成形的模制体的烧结期间或以前渗入。粉末(A)的最佳碳含量范围为自0.01到0.8重量百分率。若超过0.8重量百分率就有可能造成碳化物以网络形式沉淀在晶粒边界层。为了控制硬化度，渗碳硬化度，渗氮硬化度，可以将合金元素如Ni，Mo，Cr，Mn，V，Ti，Al及Si以正常值加入到粉料(A)中。加入到每种粉料混合物中的人造石墨粒子的总值按体积百分比示于表2(以后说明)。
将铁合金粉料(由KOBE STEEL，LTD生产的300M)，石墨铁粉(由LONZA LTD.生产的KS6)及磷化铁铁合金粉末(由FUKUDAMETAL FOIL & POWDER CO.，LTD.生产的)混合配制的粉料(B)用以形成一种含Fe，0.6重量百分率C，及0.5重量百分率P的二次烧结层。
用粉料(B)，粉料(A)及石墨在4.5吨/厘米2压力下借助CIP(冷均衡挤压)形成模制体。然后，这些模制体在温度1,100℃下在10-2托或稍低的真空状态下烧结一小时，接着用氮气自950℃快速冷却，从而制备好试样衬套3，每种衬套均为由烧结接触层1(内层)及二次烧结层2(外层)组成并具有如图1(a)所示剖面的双层园柱形件。这些样件衬套3的细节(石墨粒子大小(毫米)，石墨粒子的数量(体积百分比等)示于表2。
表1
试样   C   Ni   Mo   Cu     Fe  Fe粒子尺寸
    1  0.6  2.0  0.5  -   4600     -250目
    2  0.6  2.0  0.5  10.0   4600     -250
    3  0.6  2.0  0.5  20.0   4600     -250
    4  0.6  2.0  0.5  30.0   4600     -250
    5  0.6  2.0  0.5  50.0   4600     -250
    6  0.6  2.0  -  40.0   ASC300     -300
    7  1.0  2.0  0.5  20.0   4600     -250
    8  0.6  2.0  0.5  50.0   4600     -100
表2
等级  A-粉末 石墨粒子尺寸(毫米) 石墨粒子的总量(按体积％) 衬套类型
    1     1     0.3～1.5     10     1
    2     1     0.3～1.5     20     1
    3     2     0.3～1.5     10     1
    4     2     0.3～1.5     40     1
    5     3     0.3～1.5     20     1
    6     4     0.3～1.5     40     1
    7     5     0.3～1.5     40     2
    8     5     0.3～1.5     50     2，3
    9     6     0.3～1.5     20     2
    10     6     0.3～1.5     40     2
    11     7     0.3～1.5     40     1
    12     4     0.3～1.5     40     1
    13     4     1.0～3.0     20     3
    14     4     1.0～3.0     20     3
    15     8     0.3～1.0     40     2
试样衬套3按其烧结接触层(见图2)的结构分为四种类型(类型1，类型2，类型2’及类型3)[类型1]
将已混有石墨粒子4的烧结接触层1压制成形并烧结，石墨粒子从已被烧结而收缩的烧结接触层1的表面凸出。在用机械的方法(例如喷砂和喷丸硬化)或化学的方法例如整轧(Coning)除去凸出的石墨粒4而形成凹槽5后，在烧结接触层1的表面和凹槽5的内表面形成覆盖层6。覆盖层6由以1∶1比例混合的石墨与二硫化钼的混合物(即固体润滑剂)制成并混以适量的锭子油。在覆盖层6的形成中，在将固体润滑剂敷于烧结接触层1的表面后，使覆盖层6与烧结接触层1接触更紧密，并且覆盖层的厚度可用插入衬套孔中的冲模，利用调节间隙，通过整轧(精压sizing)来调节。为了得到抓住固体润滑剂的效应，凹槽5的最佳深度为0.1毫米或更深些。[类型2]
当由烧结接触层1(见类型1)的表面凸出的石墨粒子4保留为凸出部7时，类似于类型1的情况，覆盖层6由以1∶1比例混合的石墨和二硫化钼的混合物(即固体润滑剂)制成，并混以适量的锭子油类型2的剖面的相片示于图3(50放大率)和图4(100放大率)。在这些相片中白色部分为烧结接触层1。由相片可见，大部分石墨颗粒4(突出部7)由烧结接触层1凸出并覆盖以黑色部分所表示的覆盖层6。为了得到固体润滑剂抓住效应，突出部7的高度应为0.1毫米或更高些。[类型2’]
类型2’除了未形成覆盖层外类似于类型2，故构成突出部7的石墨颗粒4被暴露(表2中的等级9’与10’)[类型3]
对采用磷酯合成流体作润滑油的烧结接触层1加以浸油处理。
如前所述，每个试样衬套了的结构均为由粉料(A)制成的烧结接触层1覆盖在由粉料混合物(B)制成的二次烧结层(即外层)的内表面(见图1)。在类型1和2中，在烧结接触层1的内表面形成覆盖层6。烧结接触层1被扩散粘接到二次烧结层2，而烧结接触层1的铜组元的物态在烧结期间变为液态。因此，可以想像铜元素被二次烧结层2所吸收。铜元素被二次烧结层2的吸收及铜元素的存在能使烧结接触层1收缩，而此收缩导致如前所述的石墨颗粒自烧结接触层1凸出。(实施例2)
在此实施例中，评述了覆盖层的功能(厚度为0.2毫米)及覆盖层成份的影响。用于本实施例的试样衬套为类型2的等级7(见表2)，形成覆盖层的每种固体润滑剂的成份重量比示于表3。将这些成份以各自的比例掺和并搅拌以制备固体润滑剂。
<表3>
  等级 有机粘合剂 石墨 MoS2   BN   Cu   Pb   Sn   Zn 二氧化硅                    峰值载荷循环数(次) 有机粘合剂类型
  5,000   10,000   40,000   500,000
    (1)     5     3     ×     ×     ×     ×   蜡
    (2)     5     10     0.110     ×     ×     ×   蜡
    (3)     5     3     3     10     0.120     0.118     0.132     -   蜡
    (4)     5     3     3     10     0.100     0.116     0.120     -   蜡
    (5)     5     3     3     3     10     0.092     0.117     0.117     -   蜡
    (6)     5     3     3     3     10     5     0.103     0.117     0.115     -   蜡
    (7)     5     3     3     3     10     5     0.090     0.106     0.105     0.105   蜡
    (8)     5     3     3     3     10     1     0.100     0.111     0.110     0.113   蜡
    (9)     15     3     3     3     5     5     0.133     ×     ×     ×   酚
    (10)     15     3     3     3     5     5     ×     ×     ×     ×   酚
    (11)     15     3     3     3     5     5     0.085     0.101     0.100     0.107   酚
    (12)     20     3     3     3     5     5     0.043     0.044     0.244     0.058   尼龙12
    (13)     20     3     5     4     5     5     3     0.060     0.059     0.061     0.065   尼龙12
    (14)     10     3     3     3     5     5     0.057     0.057     0.059     0.062   尼龙12
    (15)     1     0.042     0.045     ×     -   尼龙12
对比实例     由SANK YO OILLESS INC生产的SO#50SP2     0.130     0.110     ×     ×
*摩擦系数为0.135或更高些是由于无覆盖层效应，并用×表示。
为了形成覆盖层，可采用A，B和C三种方法。在A种方法中，将固体润滑剂的成份混合并掺以与前面所披露的相同的油脂(锭子油)并将该混合物涂擦在衬套孔中。在B种方法中，将各成份混合并掺和热固树脂(酚)。将此混合物加入衬套孔中然后硬化。按照C种方法，将各成份混合并掺以热塑树脂(由Dicel Corporation生产的尼龙12，L1700)，然后加到衬套的孔中。在任何情况下，为了覆盖层的易于涂敷，与其它成份相比均含有大量的有机粘合剂。虽然当有机粘合剂的百分比增加时，在滑动期间覆盖层很可能剥离，但为了清楚地了解覆盖层在滑动表面上的保持能力的目的，在本实施中应用了大量的有机粘合剂。
将图6所示型式的偏心载荷施加到在示于图5的试验机上试验的每个试样衬套3上。然后求得摩擦系数，摩擦量(＝覆盖层的厚度)与峰值压力循环数(见图6)之间的关系。图7表示在覆盖层6为0.2毫米厚的类型1的试样上作的试验结果。图8表示在覆盖层6为0.2毫米厚的类型2的试样上，在无覆盖层的类型2’的试样上及在类型3的试样上所作的试验的结果。图9表示在覆盖层6厚度为0.2毫米，0.5毫米及0.8毫米的类型1试样上作的试验结果。表3表示为观测覆盖层6的各成份影响而作的研究结果。
下面是用示于图5的试验机进行的试验的情况。
轴的材料：S45CIQT
试验速度：3转/分
试验载荷：额定载荷＝400公斤/厘米2
          最大载荷＝900公斤/厘米2
由图7和8所示的试验结果可知，应用覆盖层6可获得改进的初始摩擦性能，而如果用作固体润滑剂的石墨粒子含量按体积计大约为15％或更多些，即能长期保证稳定的滑动性的。如果石墨粒子的含量按体积计超过15％，则会有降低强度的危险。由图8所示的结果可见，使用精细的粉料形成烧结接触层有助于改进强度。
由上述结果可以理解烧结接触层的高烧结密度(密度程度)是关键因素，而对精通该技术的人们来说很显然通过渗入铜系材料能获得同样的效果。
由图9所示的结果可以想像覆盖层6愈厚，随着试验的进行，覆盖层6的厚度减薄愈大，而当厚度达到约0.2毫米时，覆盖层6的厚度变化将变得不太重要。因此，通过调节销(轴)与衬套之间间隙即可避免免由于覆盖层6的厚度变化可能带来的问题。实际上，覆盖层的厚度决定于滑动另件所允许的间隙，然而从必要性及成本的角度看应为0.5毫米或更小。
覆盖层6不仅含有固体润滑剂而且含有软而与铁无附着力的诸如Cu，Pb，Sn和Zn等金属粉末。由表3所示的结果可以理解这种金属粉末的共存有助于滑动面上覆盖层6的保持能力的重要改善而添加Cu和Zn则特别有效。当用Cu时，从试验完成后观测到在滑动表面已经形成一层很薄的Cu膜。由此，可以想像到覆盖层中所含的金属粉末和固体润滑剂在覆盖层的滑动面被机械的熔合，使衬套具有极好的自润滑性。在用尼龙12作为有机粘合剂的情况下，摩擦系数相当小。这大概是由于尼龙12本身是一种好的接触材料。作为比较的例子，附图说明了单独由尼龙12形成覆盖层6的衬套的试验结果(等级15)及由黄铜锭加工成孔且孔中加注固体润滑剂(由SANKYO OILLESS INC.生产的SO#50 SP2)的上述商业上可买到的衬套的试验结果。关于单独涂有尼龙12的衬套，试验随初始磨损的消失而暂停，但据了解当覆盖层薄膜被磨损掉后，衬套的磨擦立即迅速增加到与基体材料的摩擦系数相等的程度。注意在表3中用X标明摩擦系数为0.135或更大些，认为覆盖层未发挥作用。
上述实施例中，当用石墨粒子作为固体润滑剂粒子时，可采用像BN，WS2，Mos2或CaF2等粒子、换言之，可以由石墨，BN，WS2，Mos2或CaF2一组材料中选择两种或更多种粒子使用。然而，从成本及热稳定性角度出发，石墨粒子是最适用的。为了提高石墨粒子的润滑性可以使用如B2O3和MnO2的辅助添加剂。在采用石墨以外的如WS2和Mos2元素作为固体润滑剂的情况下，在高温烧结期间它们与铁系和铜系材料产生反应。在日本的申请No、63-190994(1988)和No2-14380(1990)中公开了抑制这种反应的措施，其中用水玻璃或类似的材料涂在固体润滑剂上。虽然这些措施是有用的，但在上述实施例中采用另一种有效的措施，添加微量的Ti，Al，Ca，Zr或类似的合金粉或金属粉，这更可能形成WS2和Mos2以外的硫化物。
为了进行对比，将与实施例1相同的覆盖层用于普通钢管的孔(未形成凹槽和凸出部)中并进行相同的试验。可以看出在使用峰值载荷10,000次循环后覆盖层从滑动表面剥离，并且在以后的循环中被咬住。与此相反，按本发明制备的衬套(例如类型1)不会咬住，且保证耐磨，因为即使覆盖层的固体润滑剂承受由轴引起的高载荷，如图1(b)所示，固体润滑剂仍能在烧结接触层上形成的凹槽中环流，结果固体润滑剂被凹槽抓住(即粘连效应)故而不可能从滑动表面上除去。借助这种结构，本实施例的衬套保证高耐磨损及防止咬住。
在本发明的自润滑烧结滑动件中，固体润滑剂与辅助润滑油的浸透能力可以将固体润滑剂的尺寸(直径)定在0.5至2.0倍于烧结接触层的厚度而得到改进。固体润滑剂的粒子直径可大约为0.1到3.0毫米，而烧结接触层所用的其它金属粉末的平均粒子直径大约为固体润滑剂的粒子直径的1/8或略小些。借助这种配置，可以减小因固体润滑剂的存在而造成的应力集中同时可以减少固体润滑剂之间接触的可能性。
在本发明的自润滑烧结滑动件承受高载荷的情况下，此载荷经固体润滑剂层按拟水静力学的原理，均匀地传递到烧结滑动层，结果防止了高载荷集中在烧结接触层上。另一个重要因素是固体润滑剂层的保持能力，它能长时间保留在滑动表面上。通过在作为覆盖层的自润滑薄膜(固体润滑层)中除了渗入诸如石墨和Mos2的固体润滑剂外还渗入诸如Cu和Zn之类的金属粉末，便能使这种固体润滑剂层在滑动表面上的保持能力得到明显改善。此外，由于滑动表面所达到的机械熔合效应，在滑动表面形成很少能附着于铁的自润滑薄膜，从而即使在长期滑动的条件下采用该自润滑滑动件也能得到稳定的摩擦特性。为了获得稠化剂效应并改善滑动表面的贴合性，固体润滑剂可含有诸如油脂，尼龙或酚树脂等有机粘合剂。
本发明虽被如此描述，但很显然仍可用很多方式来变更本发明。这样的变更不被看作违背本发明的精神和范围，而对精通该技术的人们来说，显然所有这样的修改都规定为包括在下列权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种包括铁系金属基底与在铁系金属基底的滑动侧面形成并由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层的自润滑烧结滑动件，在其一个表面，该烧结接触层具有由固体润滑剂粒子形成的凸出部。
2.按权利要求1所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于还包括覆盖在形成凸出部的烧结接触层表面上的固体润滑剂层。
3.按权利要求1所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的凸出部由已包含在烧结滑动层中并自烧结滑动层表面凸出的固体润滑剂粒子所构成。
4.按权利要求1所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的固体润滑剂粒子的直径范围为0.1至3.0毫米，所说的烧结接触层含有体积计15到50％的固体润滑剂粒子。
5.按权利要求1所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的固体润滑剂粒子是选自包括石墨，BN，WS2，Mos2或CaF2组的一种或数种粒子。
6.按权利要求2所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的固体润滑剂层含有选自包括石墨，BN，WS2，Mos2或CaF2组的一种或数种已知的固体润滑剂，或者除含有选自包括石墨，BN，WS2，Mos2或CaF2组的一种或数种已知的固体润滑剂外，还含有一种能减少与铁的附着力的金属粉和/或一种有机粘合剂。
7.按权利要求6所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的能减少与铁的附着力的金属粉末是一种诸如Cu，Zn，Pb，Bi，Sb，W和Mo的与铁有较弱附着力的非铁金属粉末。
8.一种包括铁系金属基底和在铁系金属基底上形成的烧结接触层的自润滑烧结滑动件，该烧结接触层具有在其一个表面形成的凹槽，因此，该烧结接触层和凹槽的表面均覆盖以固体润滑剂层。
9.按权利要求8所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的凹槽是通过去除已包含在烧结接触层表面内的固体润滑剂粒子而形成的缺口。
10.按权利要求9所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的固体润滑剂的粒子直径范围为0.1到3.0毫米，该烧结接触层含有按体积计15到50％的固体润滑剂粒子。
11.按权利要求9所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的固体润滑剂的粒子是选自包括石墨，BN，WS2，Mos2或CaF2组的一种或数种已知的固体润滑剂。
12.按权利要求1所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的烧结接触材料除包含铁系材料以外，还包含铜系材料。
13.按权利要求12所述的自润滑烧结滑动件，特征在于所说的烧结接触材料包含按体积计10到80％的铜系材料。
14.按权利要求13所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的烧结接触材料还包含碳。
15.按权利要求14所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的烧结接触材料包含2.0到20.0重量百分比的Ni及0.5到10.0重量百分比的选自包括Ti，Si；Al，Fe，Co，Cr，Zr和Sn组的一种或数种元素。
16.按权利要求1至15任一项所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的烧结接触层被压实到90％或更大些的程度。
17.按权利要求1至7的任一项所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的烧结接触材料包含被研磨成250目或更细些的细粉的铁系材料。
18.按权利要求1至15的任一项所述的自润滑烧结滑动件，其特征在于所说的烧结接触层通过扩散粘接与铁系金属基底的滑动侧面相连接。
19.一种制造由铁系金属基底和在铁系金属基底的滑动侧面上形成并由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层组成的自润滑烧结滑动件的方法，该烧结接触层具有在其表面上形成的固体润滑剂层，该方法包括下列步骤：
在烧结接触层的表面形成凸出部，以及
在形成凸出部的烧结接触层的表面上形成固体润滑剂层。
20.按权利要求19所述的制造自润滑烧结滑动件的方法，其特征在于将铜系材料和固体润滑剂粒子混入包含铁系材料的烧结接触材料中，然后使混有铜系材料和固体润滑剂粒子的烧结接触材料烧结并收缩，从而使固体润滑剂粒子自烧结接触层的表面上凸出以形成凸出部。
21.按权利要求20所述的制造自润滑烧结滑动件的方法，其特征在于采用粒子直径范围为0.1到3.0毫米的固体润滑剂粒子，该烧结接触层包含按固体积计15到50％的固体润滑剂粒子。
22.一种制造由铁系金属基底和在铁系金属基底的滑动侧面上形成且由含铁系材料的烧结接触材料制成的烧结接触层组成的自润滑烧结滑动件的方法，该烧结接触层具有在其表面上形成的固体润滑剂层，该方法包括下列步骤：
在烧结接触层的表面上形成凹槽，以及
在形成凹槽的烧结接触层的表面上形成固体润滑剂层。
23.按权利要求22所述的制造自润滑烧结滑动件，其特征在于将固体润滑剂粒子混入包含铁系材料的烧结接触材料中，在混有固体润滑粒子的烧结接触材料被烧结后，自烧结接触层的表面上去除该固体润滑剂粒子，从而形成凹槽。
24.按权利要求23所述的制造自润滑烧结滑动件的，其特征在于采用粒子直径范围为0.1到3.0毫米的固体润滑剂粒子，该烧结接触层包含按体积计15到50％的固体润滑剂粒子。
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