CN1705830A - 滑动轴承材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于滑动轴承的复合材料，它包括一种金属化载体(1)和至少一种具有敞开结构(2)的强化材料，其中所述载体(1)和强化材料(2)通过金属复合相互连接，并且在强化材料(2)上设有其它的层，即一滑动层(4)，其中，所述滑动层(4)是一种以聚乙烯(PE)为基的层。

Description

滑动轴承材料
技术领域
本发明涉及一种用于滑动轴承的复合材料，它包括一种金属化载体和至少一种具有敞开结构的强化材料，其中所述载体和强化材料通过金属化复合相互连接，并且在强化材料上设有其它的层，即一滑动层。
背景技术
通常已知由一金属化载体、一强化材料和一塑料滑动层构成的滑动轴承复合材料。在此，金属载体与强化材料的复合通常通过使用一种适合的粘接剂如氟代烷氧基聚合物(PFA)进行层合。
所述强化材料在已知的滑动轴承复合材料中通常由金属制成并且例如可以是一种金属丝织物、拉制金属板网和多孔板。
所述滑动层在已知的滑动轴承中通常由塑料制成，它们具有良好的滑动特性同时能够承受高的机械负荷并且特别耐高温，如聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-氟代丙烯(FEP)或聚醚-醚酮(PEEK)。
除了层合复合材料以外还已知这种材料，其中所述金属化载体与强化材料通过一种金属化复合相互连接。例如在US 5 229 198中描述了一种滑动轴承复合材料，它由一种金属化载体和一种具有聚四氟乙烯(PTFE)涂层的金属丝织物组成，金属丝织物通过焊接与载体连接。通过这种方法制成的复合材料由于一种无间隙支承和一种改进的轴承承载性而与众不同。此外这种复合材料与层合材料相比可以更好地变形。
在滑动层中使用已知的高承载且耐高温的氟化塑料如PTFE的缺陷是其高昂的加工费用。例如PTFE只能通过相对费事的烧结成形。此外，需要寻求一种环保的材料来作为PTFE的替代物。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于滑动轴承的复合材料，它一方面可以经济、环保地制造和回收，另一方面可以承受机械载荷并耐高温。本发明的其它目的由下面的描述和示例给出。
按照本发明，这个目的和其它目的通过一种用于滑动轴承的复合材料得以实现，其中所述滑动层是一种以聚乙烯(PE)为基的层。
在从属权利要求中描述按照本发明的复合材料的有利扩展结构、其相应的制造方法以及其特别的应用。
意想不到地发现，具有以聚乙烯(PE)为基的滑动层的复合材料是特别耐负荷和耐高温的，其前提是，所述金属载体与强化材料通过金属化复合相互连接。同时聚乙烯可以简单且经济地加工，其中加工和回收都不会对环境产生负担。
在按照本发明的复合材料的滑动层中含有的聚乙烯是一种热塑性塑料，它具有一种非常高的耐磨性并具有良好的滑动性。
与目前已知的在加工用于滑动轴承的复合材料时作为滑动层涂装的塑料(PTFE，FEP或PEEK)相比聚乙烯只在一种明显较小的温度范围内持久耐温，即在-150℃至最高+90℃的范围里。相比之下，PTFE耐低温至-200℃，耐高温至+260℃。因此直到现在还没有考虑使用相对不耐高温的聚乙烯作为滑动轴承滑动层的材料。
但是已经证实，如果使载体与强化材料以金属化的方法复合，这种看起来负面的特性就不再是缺陷。因为由于金属化复合在滑动层中由于摩擦产生的热量最佳地向着载体导出。另外通过强化材料的敞开结构，如果这种结构掺有聚乙烯，则附加地提高滑动层的强度和与此相关的承载性，这有利于使用聚乙烯作为滑动层材料。就机械承载性和耐高温而言，在载体与强化材料之间使用一种金属化复合的情况下聚乙烯与目前使用的塑料是同等的选择。
但是在使用聚乙烯的情况下重要的优点是最经济的制造和良好的环境协调性。因为在滑动轴承中涉及一种频繁使用和广泛使用的产品，因此环境问题是特别重要的。聚乙烯垃圾可以没有环境负担地燃烧，因为只产生二氧化碳、一氧化碳、水和氮氧化物。聚乙烯也是一种塑料，它在加工、燃烧和储存时在毒理学和环境负担方面比例如PTFE产生更少的问题。
本发明意义上的聚乙烯可以理解为不同密度、硬度和组分的所有形式的聚乙烯。特别有利的是，所述滑动层是一种以高分子聚乙烯(HMW-PE)、超高分子聚乙烯(UHMW-PE)或聚乙烯复合物为基的层。
HMW-PE以及UHMW-PE的特点是具有高的或超高的200,000至5,000,000g/Mol以及3,000,000至6,000,000g/Mol的摩尔质量。在此涉及一种特别刚性和硬的聚乙烯，它具有良好的滑动和磨损性能。
按照本发明的一种优选实施例包含在滑动层中的塑料含有5至100％、尤其是50至100重量百分比、更优选80至100重量百分比且最优选90至100重量百分比的聚乙烯。
此外所述滑动层还可以含有其它添加物如填料(例如玻璃纤维、碳、石墨和/或芳香聚酯)。除了聚乙烯还含有填料例如玻璃纤维、碳、石墨和/或芳香聚酯的聚乙烯基塑料化合物也称为聚乙烯复合物(PE复合物)。
作为用于滑动层的塑料化合物，也可以设想上述聚乙烯的混合物和/或聚乙烯与其它聚合物、尤其是与氟化聚合物如PTFE、PFA、MFA和/或FEP的混合物。也可以设想与聚醚-醚酮(PEEK)的混合物。尤其可以设想这样的混合物，它们由10至99.9重量百分比、尤其是40至99.9重量百分比且特别优选80至99.9重量百分比的聚乙烯与其余的氟化聚合物或聚醚酮、必要时附加常见的添加剂、添加物和填料(如玻璃纤维、碳、石墨和/或芳香聚酯)所组成。
此外，作为用于滑动层的塑料化合物，还可以设想含有聚合物合金的聚乙烯。
此外特别有利的是，所述滑动层的材料至少部分地充满强化材料的开孔。通过这种方法使滑动层更加耐承载和耐磨损。所述滑动层从强化材料的上部测量具有一个1μm至1.5mm的厚度，尤其是5至250μm。如果所述载体与强化材料通过烧结、熔焊、钎焊和/或电镀相互复合，则在实现最佳的热传导特性的同时实现一种良好的强度。最好通过烧结实现复合。
所述金属化载体可以任意的金属、尤其是一种由钢、优质钢、铝、青铜、黄铜、钛和/或铜或其合金制成并且具有一个任意的厚度、尤其是0.05至10mm的厚度。厚度最好在0.2至3mm范围内。
所述具有敞开结构的强化材料最好是一种织物、尤其是一种金属丝织物、一种拉制金属板网、一种无纺布、尤其是金属无纺布、一种金属泡沫和/或一种多孔板。最好使用金属织物。所述强化材料可以由金属、尤其是由青铜、铜、银、铬、镍、锌、一种锌铁合金、一种锌镍合金和/或铝或其合金制成。最好使用一种青铜织物。也可以设想由不同金属制成的混合织物、尤其是由上述金属制成的混合织物。所述强化材料的厚度优选为0.1至6mm，尤其是0.1至2mm。
在金属化载体与强化材料之间可以设置一个或多个中间层，尤其是金属化的中间层。所述金属化中间层最好由与具有敞开结构的金属化强化材料相同的材料制成。特别适合于中间层的材料是铜和/或青铜。所述金属化中间层可以通过电镀和/或镀层敷设到载体或强化材料上。所述中间层的厚度可以为1至100μm。
按照本发明的复合材料适用于作为滑动轴承、尤其是免维护滑动轴承的基材。因此本发明也包括含有按照本发明的复合材料的滑动轴承。
最后本发明包括相应地用于制造具有一个或多个上述特征的复合材料的方法。在这种方法中通过烧结、熔焊、钎焊和/或电镀实现载体与强化材料之间的金属化复合的建立。所述中间层可以通过电镀和/或镀层敷设。所述滑动层有利地通过压延、涂装和/或层合加入到强化材料中。
附图说明
下面借助于在图1中所示的实施例详细描述本发明。
具体实施方式
图1示出一种按照本发明的复合材料，它包括一种金属化载体1、一种金属化中间层3、一种作为强化材料2的金属丝织物和一种滑动层4。所述金属化载体1最好由钢材制成。最好由铜或青铜制成的金属化中间层3例如通过镀层或电镀敷设到载体1上。作为强化材料2的金属丝织物由青铜或铜制成并且通过烧结敷设。在强化材料2上例如通过压延或层合敷设一种由聚乙烯制成的滑动层，聚乙烯也充满强化材料2的开孔。这种复合材料在相应成形后特别适用于作为滑动轴承中的基材。
如果所述强化材料2通过烧结与位于下面的金属层1，3复合，则可以实现轴承的良好承载性。在下面的表格中示出通过批量压制(压力4.1MPa，380℃，2min保持时间，冷却到40℃)烧结的青铜-(CuSn6-)织物的一些耐压试验。在试验3.3和3.4中不仅使用细织物(宽度0.112mm，金属丝直径0.08mm)而且使用粗织物(宽度0.4mm，金属丝直径0.25mm)。
表1
  试验 材料结构   厚度(mm)   大小(cm2)   压力(bar)     层厚(mm)   静态耐压试验(N/mm2)
  2.1 粗织物 镀青铜(压延)   0.676   13.17×2.56     7     0.705     200-220
  2.2 粗织物 镀青铜(不压延)   0.936   10.11×2.56     6     0.934     100-150
  3.3 细织物 粗织物 镀青铜   0.995   11.67×2.53     7     1.008
  3.4 粗织物 细织物 镀青铜   1.011   14.91×2.54     8     1.007
  3.6 粗织物 光薄板   0.891   9.38×2.51     6     0.887
表2
试验 结果
2.1 出现烧结线和具有倒切的空穴
2.2 出现烧结点和一种具有许多锚定可能的空穴形结构
3.3 出现烧结点和一种具有许多锚定可能的空穴形结构
3.4 出现烧结点和一种具有许多锚定可能的空穴形结构
3.6 出现烧结点和一种具有许多锚定可能的空穴形结构
上述实施例仅仅具有解释性作用，本发明不局限于这些实施例。确切地说，本发明的保护范围是由下面的权利要求及其法律上的等同物所确定的。
 附图标记清单
 1金属化载体
 2强化材料
 3金属化中间层
 4滑动层

Claims (19)

1.用于滑动轴承的复合材料，包括一种金属化载体(1)和至少一种具有敞开结构(2)的强化材料，其中所述载体(1)和强化材料(2)通过金属化复合相互连接，并且在强化材料(2)上设有其它的层，即一滑动层(4)，其特征在于，所述滑动层(4)含有聚乙烯(PE)。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述滑动层(4)含有高分子聚乙烯、超高分子聚乙烯和/或聚乙烯复合物。
3.如权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述滑动层(4)的材料至少局部地充满强化材料(2)的开孔。
4.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述滑动层(4)从强化材料(2)的上部测量具有一个5μm至1.5mm的厚度，尤其是100至300μm。
5.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述载体(1)与强化材料(2)通过烧结、熔焊、钎焊和/或电镀相互连接。
6.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述载体(1)是一种由钢、优质钢、铝、青铜、黄铜、钛和/或铜或其合金制成的载体。
7.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述载体(1)的厚度为0.05至10mm，尤其是0.2至3mm。
8.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述具有敞开结构(2)的强化材料是一种织物尤其是一种金属丝织物、一种拉制金属板网、一种无纺布尤其是金属无纺布、一种金属泡沫和/或一种多孔板。
9.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述强化材料(2)由金属尤其是由青铜、铜、铬、镍、锌、一种锌铁合金、一种锌镍合金和/或铝或其合金制成。
10.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述强化材料(2)的厚度为0.1至6mm，尤其是0.2至2mm。
11.如上述权利要求中任一项所述的复合材料，其特征在于，在载体(1)与强化材料(2)之间设有其它的层，即一金属化中间层(3)。
12.如权利要求11所述的复合材料，其特征在于，所述中间层(3)通过电镀和/或镀层敷设到载体(1)或强化材料(2)上。
13.如权利要求11或12所述的复合材料，其特征在于，所述中间层(3)由至少一种在权利要求9中所述的材料制成。
14.如权利要求11至13中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述中间层(3)的厚度为1至100μm。
15.滑动轴承套，含有一种如权利要求1至14中任一项所述的复合材料。
16.如权利要求1至14中任一项所述的复合材料的应用，用于滑动轴承中。
17.用于制造如权利要求1至14中任一项所述的复合材料的方法，其中，通过烧结、熔焊、钎焊和/或电镀来建立载体(1)与强化材料(2)之间的金属化复合。
18.如权利要求17所述的方法，其中，通过电镀和/或镀层来敷设中间层(3)。
19.如权利要求17或18所述的方法，其中，通过压延、涂装和/或层合将滑动层(4)加入到强化材料(2)中。
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