CN1392932A - 滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

压接在里衬金属上的铝合金轴承层用由固体润滑剂和粘合剂树脂做成的覆盖物覆盖而形成的滑动轴承，覆盖物的磨合性良好且使覆盖物自身承担耐疲劳性。覆盖物实质上由含有用MoS2形成的固体润滑剂的上层和下层组成，下层含有固体润滑剂或硬质物质中的一个或两个都含有。但下层的固体润滑剂是MoS2时，其含有量相对要比上层少。

Description

滑动轴承
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承，更详细地说涉及的是压接在里衬金属上的铝合金轴承层用由MoS2等固体润滑剂和粘合剂树脂形成的覆盖物覆盖而形成的用于内燃机的滑动轴承。
背景技术
上述形式的滑动轴承，本申请人在摩擦学征求意见稿集、东京1999-5(1999年5月10～12日)、A12中已经发表。作为铝轴承合金使用的是Al-12.5Sn-2.7Si-1Cu-0.2Cr-2Pb、作为固体润滑剂使用MoS2，石墨或h-BN，另外作为粘合剂树脂使用的是环氧树脂、聚酰胺酰亚胺树脂(PAI)等。
为了使这个MoS2-PAI系的覆盖物的耐烧接性和耐疲劳性良好，用30～95质量％的MoS2，剩下的用PAI树脂组成是较为理想的。
现有的覆盖物，为了具有良好的耐烧接性，虽然采用了多加入MoS2使初期的磨合性良好的方法，可是覆盖物的硬度也随之降低，耐磨损性恶化。
象这样的含有多量MoS2的MoS2-PAI系的覆盖物，由于覆盖物的磨损，容易产生底部铝合金露出、疲劳等轴承的损伤。相反，为了具有良好的耐磨损性，采取多加入树脂使其具有高硬度的方法虽然有效，可随着摩擦系数的提高初期的磨合性恶化。这样含树脂多的MoS2-PAI系的覆盖物，虽然底部的铝合金不会露出来，可容易引起覆盖物与轴的烧接。象这样的二律背反的现象被发现在高旋转型发动机中变得非常明显。
发明内容
虽然现有的覆盖物设计为单层的性能良好，可由于高旋转型发动机中，有必要初期磨合的只有覆盖物的上部，在这个范围内可以牺牲耐磨损性，促进平稳的磨损，而在覆盖物上形成磨合面后，牺牲磨合性抑制磨损尽可能长期发挥低摩擦性能，所以本发明者设计了多层覆盖物，分担上述功能。即现有的作为主流的Pb等金属系列的覆盖物使是通过电镀做成的，上述的制造方法虽然没有使覆盖物层的组成从根本上不同的想法，但在实际中已经可以用树脂系的覆盖物取代一部分金属系覆盖物，能够简单地制作出多层，在这样的背景下设计出了上述对功能进行分担的方法。另外，特别是虽然金属系覆盖物的基本功能是形成磨合面，耐疲劳性要比轴承合金差，在上述论文中阐明MoS2-PAI系覆盖物要比铝轴承合金的耐疲劳性好，从而想到了可以使覆盖物本身承担耐疲劳性的新的设计思想。
也就是说，本发明所涉及的滑动轴承是一种压接在里衬金属上的铝合金轴承层用由至少一种固体润滑剂和粘合剂树脂形成的覆盖物覆盖而形成的滑动轴承，上述覆盖物的特征是实质上如下构成：含有由MoS2形成固体润滑剂的上层；由至少一种固体润滑剂及至少一种硬质物质中的任何一方或是两方(以下称为「添加物」)形成、且从最上层到最下层，MoS2无级地逐渐减少，而且硬质物质逐渐增加而形成的层。以下对本发明详细说明。
本发明中的里衬金属指的是低碳钢板、合金钢板、它们的表面处理材料等，俗称“内衬”的能够支撑、压接铝轴承合金的金属材料。
铝轴承合金指的是Al-Sn系合金，特别是AL-3～15质量％Sn系合金。虽然合金当然可以是成分系中提高耐磨损性或耐疲劳性的成分，例如Si，Cr，Cu，Mg，In，Zr，Pb等按4％以下进行添加的合金，但由于本发明中的覆盖物的轴承性能良好所以添加成分并不是必须的。
覆盖物的上层含有由使初期磨合性良好的由MoS2形成的固体润滑剂，其理想的含有量是40～95质量％，更理想的含有量是50～80质量％。与MoS2以外少量其它固体润滑剂一起使用也可以。
下层可以是含有固体润滑剂或硬质物质中的任意一方或两者(添加剂)都有，添加剂的理想含有量是30～85质量％，更理想的含有量是30～60质量％。当固体润滑剂只使用MoS2，或者将MoS2与其他成分一起使用时，MoS2的含有量有必要比上层相对地较少。上层的MoS2含有量比下层的含有量多10％以上是较为理想的，多15～20％更好。
可以代替MoS2，或加到MoS2中一起使用的下层固体润滑剂有石墨、硫化锌、二硫化钨及/或六方氮化硼。
硬质物质具体指的是从由Si3N4，SiO2，SiC，及Al2O3组成的组中至少选择一种，其理想的含有量是0.1～10质量％，更理想的含有量是1～5质量％。
本发明中上层及下层的成分组成虽然分别是一定的，如果有必要，可以使上层进一步分为MoS2的含量不同的两个以上子层(sub-layer)，如果使上子层的MoS2浓度梯度大于下子层的MoS2浓度梯度，上层就能够实现更高水平的初期磨合，同样下层也分成添加物含量不同的两个以上子层(sub-layer)，如果使上子层的添加物浓度梯度大于下子层的梯度浓度，就能使耐磨损性在长滑动距离上得到实现。但是，要规定具有这样浓度梯度变化的上层MoS2平均含有量多于下层MoS2的平均含有量，更为理想的是规定覆盖物整体的MoS2的浓度梯度。虽然对这些添加剂的颗粒直径没有特别限制，但较为理想的是其平均直径在0.1～2μm的范围内。
粘合剂中较为理想的是使用聚酰胺酰亚胺树脂。
本发明中的覆盖物，采用夹在单一组成的上层及单一组成的下层之间与其中的任何一方具有相同成分、成分的含有量的中间组成的中间层从而形成倾斜变化的层构造也可以。另外如果不分上层和下层，从最上层到最下层形成MoS2无级地逐渐减少且硬质物质逐渐增加的层结构，则上层、下层之间的密合性没有问题，得到稳定的初期磨合性和耐磨损性。
覆盖物的厚度在2～15μm之间比较理想，更为理想的是在3～9μm之间。另外上层的厚度在1～5μm之间比较理想，更为理想的是在2～4μm之间。
本发明涉及的上层及下层通过将含有既定的添加物的树脂涂敷在清洁过的铝合金的表面，之后在180～270℃下烧接来进行制作。即烧接后无须进行特别的表面处理、研磨等。
下面参照实施例及比较例对本发明详细说明。
本发明的最优实施形式
表1表示的是在铝轴承合金(成分为Al-Sn系)上形成的上层(厚为2μm)、中间层(厚1μm)、及下层(厚4μm)的成分。铝合金由低碳钢板用通常的方法压接。添加物以外余下的成分是聚酰胺酰亚胺。将用这样方法制作的滑动轴承用于下述方法的耐烧接实验及耐磨损实验。
耐烧接试验
实验机：高表面压力轴承实验机
对象轴：S55C(淬火)
润滑：给轴注油
载荷施加方法：逐渐增加载荷
耐磨损实验
实验机种：旋转载荷实验机
对象轴：S55C(淬火)
润滑：给轴注油
载荷：静载荷
实验的结果如表1所示。
产业上的利用可能性
如以上说明，由重视磨合性的上层和重视耐磨损性的下层而构成的覆盖物，能够提高耐烧接性并且降低磨损。
表1
上层     中间层     下层  结果   备考
MoS2   MoS2 硬质物质  MoS2 硬质物质 烧接表面压力  磨损量
55％   55％ 1％Si3N4  40％ 1％Si3N4  75MPa   1μm   实施例1
↑  ↑ 3％Si3N4  ↑ 3％Si3N4  75MPa   1μm   实施例2
70％  70％ 1％Si3N4  40％ 1％Si3N4  80MPa   3μm   实施例3
↑  ↑ ↑  30％ ↑  80MPa   2μm   实施例4
↑  ↑ 1％BN  ↑ 1％BN  80MPa   2μm   实施例5
↑  ↑ 1％ZnS  ↑ 1％ZnS  80MPa   2μm   实施例6
                                         40％MoS2  60MPa   1μm 比较材料(单层)
                                         70％MoS2  55MPa   5μm 比较材料(单层)

Claims (9)

1.一种滑动轴承，其特征是：其压接在里衬金属上的铝合金轴承层由固体润滑剂和粘合剂树脂形成的覆盖物覆盖，上述覆盖物由含有实质上用MoS2形成的固体润滑剂的上层和含有至少一种固体润滑剂或至少一种硬质物质的任何一方或两方的下层组成(但下层的固体润滑剂为MoS2时，其含有量相对要比上层少)。
2.如权利要求1所述的滑动轴承，其特征是：
上述上层的MoS2的含有量是从40到95质量％。
3.如权利要求2所述的滑动轴承，其特征是：
上述下层的固体润滑剂及硬质物质的含有量是从30到85质量％。
4.如权利要求3所述的滑动轴承，其特征是：
上述下层中只含有固体润滑剂。
5.如权利要求4所述的滑动轴承，其特征是：
上述固体润滑剂为MoS2。
6.如权利要求5所述的滑动轴承，其特征是：
上述上层的MoS2含有量比下层的MoS2含有量多10质量％以上。
7.如权利要求1～6中的任何一项所述的滑动轴承，其特征是：
上述下层的硬质物质是从由Si3N4，SiO2，SiC及Al2O3组成的组中选择至少一种。
8.如权利要求1～7中的任何一项所述的滑动轴承，其特征是：
将上述上层进一步分为两个以上MoS2含有量不同的子层，上侧子层的MoS2含有量比下侧子层要多。
9.如权利要求1～8中的任何一项所述的滑动轴承，其特征是：
将上述下层分为两个以上添加物含有量不同的子层，上侧子层添加物含有量也比下侧子层要多。
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