CN219035324U - 用于滑动轴承的复合结构以及滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于滑动轴承的复合结构(100)以及一种滑动轴承，其特征在于，所述复合结构(100)包括：金属基体(10)；中间层(20)，所述中间层包括由第一金属材料构成的连续结构(21)以及由颗粒状的第二金属材料制成的非连续结构(22)，其中，所述第二金属材料的熔点低于第一金属材料的熔点并且所述非连续结构至少部分地嵌入到所述连续结构中并形成包含所述连续结构和所述非连续结构的复合层；由复合材料制成的滑动层(30)，所述滑动层的底部区域至少部分嵌入中间层中以形成牢固的连接。本公开的复合结构实现了以简单的工艺以及相对较低的成本实现复合滑动轴承的制造。

Description

用于滑动轴承的复合结构以及滑动轴承

技术领域

本公开涉及轴承领域，更具体地涉及一种用于滑动轴承的复合结构以及一种滑动轴承。

背景技术

复合滑动轴承主要由金属基体和塑料滑动层构成，由于塑料滑动层具有低摩擦系数、高耐磨的特性，可以显著降低轴承运行中的磨损情况。相较于传统的金属滑动轴承(如巴氏合金轴承)，复合滑动轴承具有更低的摩擦系数和更高的抗咬合性能，从而得到广泛应用。

在现有技术中通常采用在金属基体表面涂抹粘接胶水或者加工沟槽的方式，使得塑料滑动层与金属基体相结合来制备复合滑动轴承。由于塑料的特性很难与金属基体实现牢固粘接，在轴承运行过程中存在滑动层脱层的风险，这会导致轴承失效。在金属基体表面加工沟槽的工艺难度较大，如在申请号201810994379.0的中国发明专利申请中采用选择性激光熔化或增材制造方法加工燕尾状轮廓结构，随着轴承体积增大加工难度较大，不利于以经济的方式制造复合滑动轴承。

在实践中得知，可通过在金属基体表面增加连接结构(中间层)的方式提高滑动层与金属基体的结合强度。如申请号201210487158.7的中国发明专利申请中通过焊接方式在基体表面排布连接柱，申请号201710448154.0的中国发明专利申请中通过钎焊或粘附工艺将线网施加到基体上，申请号202010075222.5的中国发明专利申请中通过在基体表面加工出条状凸起，实现连接固定滑动层的目的。但这些方式或需要对连接结构单独加工或需要焊接等复杂工艺实现，技术要求极高且工程量较大，同时密布的连接结构导致整体强度无法保证。

发明内容

本公开的目的在于至少部分地避免或解决上述技术问题。

根据本公开的第一方面，提出了一种用于滑动轴承的复合结构，该复合结构包括：

金属基体；

中间层，所述中间层包括由第一金属材料构成的具有多个孔洞的连续结构以及由颗粒状的第二金属材料制成的非连续结构，其中，所述第二金属材料的熔点低于第一金属材料的熔点并且所述非连续结构至少部分地嵌入到所述连续结构中并形成包含所述连续结构和所述非连续结构的复合层；

由复合材料制成的滑动层，所述滑动层的底部区域至少部分嵌入中间层中以形成牢固的连接。

在本公开的意义中，“连续结构”的连续是指结构中的材料分布是连续的，虽然其中存在多个孔洞，但材料本身不会被孔洞中断。

通过本公开的第一方面提供的用于滑动轴承的复合结构，中间层包含了具有多个孔洞的连续结构，该连续结构构成中间层的“骨架”，能增强中间层的结构强度并且其孔洞不但能容纳颗粒状的金属材料构成的非连续结构，而且在容纳颗粒状的金属材料之后仍形成具有连通的内部孔隙的结构，这样的结构适于通过热压等工艺将滑动层与之连接以及通过烧结等工艺连接至金属基体，而无需另外的固定结构。由此实现了以简单的工艺以及相对较低的成本实现复合滑动轴承的制造。

根据一些实施方式，所述连续结构构成为网状结构，所述网状结构由至少一层金属网构成，所述金属网的网眼构成所述孔洞。在一些实施方式中，所述网状结构可以是由金属丝排列或编织而成的金属网，在另一些实施方式中，所述网状结构可以是由金属板打孔后形成的具有连续排布的孔洞的金属网，在本公开的范畴内，本领域技术人员也可以想到使用其他形式的网状结构来实现本公开中的技术方案。

根据一些实施方式，所述网状结构包括至少两层金属网，所述至少两层金属网沿竖直方向上下平行地布置或者沿水平方向左右平行地布置。通过这种布置方式可以获得一定厚度的结构强度提高的多孔结构的中间层。

根据一些实施方式，所述孔洞的直径范围在0.3mm～2.0mm，优选地在0.5mm～1.0mm。

根据一些实施方式，所述非连续结构由金属颗粒构成，所述金属颗粒的粒径范围为0.1mm～1.0mm，优选地在0.4mm～0.8mm。

根据一些实施方式，在与滑动层和金属基体连接之前，所述中间层具有连通的内部孔隙，即，这些内部孔隙之间可以互相连通，优选地连接成类似于具有多个“孔道”的结构。

根据一些实施方式，所述滑动层通过热压工艺嵌入到所述中间层的表面和内部连通孔隙中。

根据一些实施方式，在与滑动层和金属基体连接之前，所述复合层具有连通的内部孔隙，其孔隙率为30％～50％。这样的孔隙有利于滑动层的复合材料通过热压等工艺嵌入中间层的表面和内部以形成牢固的连接。

根据一些实施方式，所述复合层为构成中间层与滑动层接触的部分，并且所述滑动层通过热压工艺嵌入到复合层的内部孔隙中。

根据一些实施方式，所述连续结构构成中间层与滑动层接触的部分，并且所述滑动层通过热压工艺嵌入到连续结构的孔洞中。

根据一些实施方式，在与滑动层和金属基体连接之前，所述非连续结构具有连通的内部孔隙，其孔隙率为40％～60％。

根据一些实施方式，所述非连续结构构成中间层与滑动层接触的部分，并且所述滑动层通过热压工艺嵌入到非连续结构的连通的内部孔隙中。

根据一些实施方式，所述中间层通过烧结固定到金属基体的表面上。

根据一些实施方式，所述复合层为构成中间层与金属基体接触的部分。

根据一些实施方式，其特征在于，所述非连续结构构成中间层与金属基体接触的部分。

根据一些实施方式，为了进一步提高网状的连续结构与不连续结构和滑动层的粘结强度，可以通过打磨、喷砂或刻蚀等加工工艺，使所述连续结构获得粗糙的表面形貌，即使所述连续结构的表面具有凹凸结构。优选地，所述凹凸结构为肉眼通常难以观察到的微观的凹凸结构。

根据本公开的另一方面，提出了一种滑动轴承，所述滑动轴承由上述复合结构制成。

通过本公开提出的技术方案，提供了一种用于复合滑动轴承的复合结构以及一种相应的由该复合结构制成的复合滑动轴承。相较于传统巴氏合金轴承和普通金属塑料轴承，本公开提供的复合结构以及滑动轴承的产品结构强度和使用性能更加优异、生产工艺更加简单。

附图说明

下面借助附图进一步阐述本公开，其中，

图1示意性地示出了根据本公开的复合结构的第一实施方式；

图2示意性地示出了根据本公开的复合结构的第二实施方式；

图3示意性地示出了根据本公开的复合结构的第三实施方式；

图4示意性地示出了根据本公开的复合结构的第四实施方式；

图5示意性地示出了根据本公开的复合结构的第五实施方式；

图6示意性地示出了根据本公开的复合结构制成的轴承的剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，出于说明各种发明的实施方式的目的阐述了某些具体细节以提供对各种发明实施方式的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施方式。在其他情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施方式的描述。

除非语境有其他需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施方式”或“一些实施方式”的提及表示结合实施方式所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施方式中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施方式中”或“在一些实施方式”中的出现不一定全都指相同实施方式。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施方式中以任何方式组合。

此外，说明书和权利要求中所用的第一、第二等术语，仅仅出于描述清楚起见来区分各个对象，而并不限定其所描述的对象的大小、数量或其他顺序等。方向性的术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的目的，而不是指示或暗示所指的对象必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在图1中示意性地示出了根据本公开的用于滑动轴承的复合结构100的第一实施方式，具体而言，示出了根据本公开的复合结构100的截面图示。复合结构100可为复合带材或复合板。

如图1所示，复合结构100包括：金属基体10、设置在金属基体10的上方的中间层20以及整体上处于中间层上方的滑动层30。由图1可见，中间层20包括由第一金属材料制成的连续结构21以及由颗粒状的第二金属材料构成的非连续结构22，其中，所述第二金属材料的熔点低于第一金属材料的熔点并且所述非连续结构至少部分地嵌入到所述连续结构中。

在此公开的实施方式中，所述连续结构21为具有多个孔洞的网状结构，这些孔洞构成了网状结构的“网眼”，而所述非连续结构22由金属颗粒构成，这些金属颗粒至少部分地嵌入或者说填充到连续结构的孔洞中，由此形成包含所述连续结构和所述非连续结构的复合层。

在图1示出的实施方式中，网状结构包括三层沿水平方向连续的金属网，但应理解的是，也可以设置单层、双层或其他层数的金属网。但在此优选的是，所述网状结构包括沿竖直方向上下堆叠的至少两层金属网，由此可以获得一定厚度的结构强度提高的多孔结构的复合层。

同样，网状结构的孔洞的形状不限于图中示出的形状，其在横截面中例如可以是圆形、方形、菱形或其他不规则形状。

需解释的是，本公开意义中的孔洞并非微观意义中的金属孔隙，相反，所述孔洞的应理解为自然状态下肉眼可见的、可容纳毫米级的颗粒的孔洞。优选地，所述孔洞的直径范围在0.3mm～2.0mm，更优选地在0.5mm～1.0mm。具体地，在第一实施方式中，网状结构的孔洞的最小孔径为0.5mm。

由图1进一步可见，在网状的连续结构21的空隙部、即孔洞中填充有多个金属颗粒，这些金属颗粒构成了本公开意义中的非连续结构22。在图1示出的实施方式中，这些金属颗粒在竖直方向上、即在垂直于金属基体表面的方向上与连续结构21基本上重叠。

需要说明的是，金属颗粒的形状不限于图中示出的形状，其在横截面中例如可以是圆形、方形、菱形或其他不规则形状。

优选地，所述金属颗粒的粒径范围在0.1mm～1.0mm，更优选地在0.4mm～0.8mm。具体地，在第一实施方式中，金属颗粒的粒径范围在0.4mm～0.6mm。

构成所述连续结构的第一金属材料包括但不限于铁、铜、铜合金、铝及铝合金等。

同样，构成所述非连续结构的第二金属材料包括但不限于铁、铜、铜合金、铝及铝合金等。

重要的是，第二金属材料的熔点低于第一金属材料的熔点，由此，在通过一定温度烧结后，分散在中间层的非连续结构22的金属颗粒部分融化并与连续结构21的网状结构实现有效粘结，同时网状结构内部仍保留有连通的孔隙，其孔隙率大致为30％～50％，从而使得滑动层的复合材料经热压工艺嵌入到孔隙内，提高滑动层与中间层的粘结强度。

在一种优选的实施方式中，为了进一步提高网状的连续结构与不连续结构和滑动层的粘结强度，可以通过打磨、喷砂或刻蚀等加工工艺，使所述连续结构获得粗糙的表面形貌，即使所述连续结构的表面具有凹凸结构(图中未示出)，优选地，该凹凸结构是指肉眼难以观察到的微观意义中的凹凸结构。

示例性地，金属基体10由低碳钢、不锈钢等材料构成。在此，金属基体10的厚度至少为复合结构100的厚度的60％-98％，优选地在85％。示例性地，金属基体的厚度为51mm，中间层的厚度为6mm，滑动层的厚度为3mm。

示例性地，构成滑动层的材料可以是以聚醚酮、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺等材料为基础，添加石墨、二硫化钼、芳纶、碳纤维或玻璃纤维等中的一种或几种作为助剂的复合材料。

在一些实施方式中，通过将连续结构的金属网逐层叠放在金属基体上表面，并均匀铺撒不连续结构的金属颗粒填充到金属网孔内部及金属基体上表面，同时，为防止多层叠加的金属网滑动移位，可使用盖板压在金属网上方。在一定温度下将其放到烧结炉内，将中间层与金属基体通过高温烧结固定连接。最后，在热压机上将滑动层的原料粉末或板材加热熔融压入到中间层的孔隙内部。

在第一实施方式中，通过高温烧结工艺将中间层20固定连接到金属基体10表面，滑动层30则是通过高分子复合板材经热压熔融嵌入到中间层的孔隙内部并连接固定到中间层20上方。

以下将结合图2至图5分别描述本公开的第二至第五实施方式，与第一实施方式相比，第二至第五实施方式中除中间层的连续结构21与非连续结构22的组合方式不同外，其他结构是相同的。因此，在以下描述中，与第一实施方式相同的部分不再重复描述。

图2示意性地示出了根据本公开的复合结构的第二实施方式。由图2可见，非连续结构22在竖直方向上的高度大于连续结构21的高度，即，除了下半部分的非连续结构嵌入连续结构21的孔洞中之外，在连续结构21上方还存在完全由非连续结构22形成的材料层。

在第二实施方式中，连续结构21包括沿竖直方向上下堆叠的两个金属网层，示例性地，每层金属网的厚度为0.6mm，网状结构的最小孔径为0.4mm，而非连续结构的金属颗粒的粒径为0.3mm～0.6mm。由图2可见，下半部分的金属颗粒嵌入到金属网的孔洞中，而上半部分的非连续结构22的金属颗粒可经过加热到一定温度后部分融化并在冷却后形成具有连通的孔隙的多孔结构，滑动层的复合材料可在热压过程中填充到该多孔结构的孔隙内，从而实现滑动层30与中间层20的紧密结合。

图3示意性地示出了根据本公开的复合结构的第三实施方式。由图3可见，非连续结构22在竖直方向上的高度小于连续结构21的高度，即，除了上半部分的非连续结构嵌入连续结构21的孔洞中之外，在连续结构21下方还存在完全由非连续结构22形成的材料层。

在第三实施方式中，连续结构21包括沿竖直方向上下堆叠的两层金属网，示例性地，每层金属网的厚度为1.3mm，网状结构的最小孔径为1.0mm，而非连续结构的金属颗粒的粒径为0.6mm～1.0mm。由图3可见，上半部分的金属颗粒嵌入到金属网的孔洞中，由此，在金属颗粒经加热部分融化后，不仅可以有效粘接所述两层金属网，还能实现中间层与滑动层的牢固连接，其方式为，滑动层的复合板材在热压过程中能够填充到中间层上半部分的金属网的孔洞内部以及填充到非连续结构形成的多孔结构的连通孔隙内。而下半部分的非连续结构22的金属颗粒可经过加热到一定温度后部分融化并部分嵌入到金属基体的表面中，从而实现与金属基体的牢固连接。

图4示意性地示出了根据本公开的复合结构的第四实施方式。由图4可见，除了上部和下部的非连续结构嵌入连续结构21的孔洞中之外，在中间还存在完全由非连续结构22形成的多孔结构层。

在第四实施方式中，连续结构21分为上部的单层金属网以及下部的单层金属网，示例性地，每层金属网的厚度为1.5mm，网状结构的最小孔径为1.2mm，而非连续结构的金属颗粒的粒径为0.8mm～1.2mm。由图4可见，位于中间的金属颗粒经加热部分融化后，可以将两端的金属网牢固地连接。同时，由非连续结构22和连续结构21形成的复合层能够实现与金属基体和滑动层的牢固连接。

图5示意性地示出了根据本公开的复合结构的第五实施方式。由图5可见，非连续结构22在竖直方向上的高度小于连续结构21的高度，即，除了下半部分的非连续结构22嵌入连续结构21的孔洞中之外，在非连续结构22上方还存在完全由连续结构21形成的多孔结构层。

在第五实施方式中，连续结构21包括沿水平方向依次排列的多层金属网，所述金属网基本上垂直于金属基体的表面，示例性地，每个金属网的厚度为2.5mm，网状结构的最小孔径为2.0mm，而非连续结构的金属颗粒的粒径为1.0mm～1.5mm。示例性地，中间层的厚度为5.0mm。在该实施方式中，中间层例如可以如下形成：首先在金属基体表面均匀铺上一层非连续结构22的金属颗粒层，再竖直地将连续结构21的金属网插入，通过一定温度烧结使得金属颗粒部分融化，从而粘结并固定上述竖直排布的金属网，由此提高了中间层的结构强度。滑动层的复合材料粉末在热压过程中可以填充到中间层的连续结构21的金属网孔内，由此实现滑动层与中间层的牢固结合。

图6示出由根据本公开的复合结构100制成的轴承200的从侧面观察的剖视图。由图6可见，轴承200由复合结构100构成，其包括如之前所述的金属基体10、中间层20和滑动层30。

要说明的是，上文说明的根据本公开的特征或特征组合以及在附图中提到的和/或仅仅在附图中示出的特征和特征组合不仅可以相应给出的组合使用，还可以其他的组合或单独使用，而没有脱离本公开的范围。

本公开已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本公开限制于所说明的实施方式范围内。本领域技术人员应理解的是，根据本公开的教导还能做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本公开的保护范围以内。

Claims (17)

1.一种用于滑动轴承的复合结构(100)，其特征在于，所述复合结构(100)包括：

金属基体(10)；

中间层(20)，所述中间层包括由第一金属材料构成的具有多个孔洞的连续结构(21)以及由颗粒状的第二金属材料制成的非连续结构(22)，其中，所述第二金属材料的熔点低于第一金属材料的熔点并且所述非连续结构至少部分地嵌入到所述连续结构中并形成包含所述连续结构和所述非连续结构的复合层；

由复合材料制成的滑动层(30)，所述滑动层的底部区域至少部分嵌入中间层中以形成牢固的连接。

2.根据权利要求1所述的复合结构(100)，其特征在于，所述连续结构(21)构成为网状结构，所述网状结构由至少一层金属网构成。

3.根据权利要求2所述的复合结构(100)，其特征在于，所述网状结构包括至少两层金属网，所述至少两层金属网沿竖直方向上下平行地布置或者沿水平方向左右平行地布置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，所述孔洞的直径范围在0.3mm～2.0mm。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，所述非连续结构(22)由金属颗粒构成，所述金属颗粒的粒径范围为0.1mm～1.0mm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，在与滑动层和金属基体连接之前，所述中间层具有连通的内部孔隙。

7.根据权利要求6所述的复合结构(100)，其特征在于，所述滑动层(30)的底部区域通过热压工艺嵌入到所述中间层的内部孔隙中。

8.根据权利要求6所述的复合结构(100)，其特征在于，在与滑动层和金属基体连接之前，所述复合层具有连通的内部孔隙，其孔隙率为30％～50％。

9.根据权利要求8所述的复合结构(100)，其特征在于，所述复合层为构成中间层与滑动层接触的部分，并且所述滑动层通过热压工艺嵌入到复合层的内部孔隙中。

10.根据权利要求6所述的复合结构(100)，其特征在于，所述连续结构(21)构成中间层与滑动层接触的部分，并且所述滑动层通过热压工艺嵌入到连续结构的孔洞中。

11.根据权利要求6所述的复合结构(100)，其特征在于，在与滑动层和金属基体连接之前，所述非连续结构(22)具有连通的内部孔隙，其孔隙率为40％～60％。

12.根据权利要求11所述的复合结构(100)，其特征在于，所述非连续结构(22)构成中间层与滑动层接触的部分，并且所述滑动层通过热压工艺嵌入到非连续结构(22)的内部孔隙中。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，所述中间层通过烧结固定到金属基体的表面上。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，所述复合层为构成中间层与金属基体接触的部分。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，所述非连续结构构成中间层与金属基体接触的部分。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构(100)，其特征在于，所述连续结构的表面具有凹凸结构。

17.一种滑动轴承(200)，其特征在于，所述滑动轴承(200)由根据权利要求1至16中任一项所述的复合结构(100)制成。

Images