轴承材料及其制造方法技术

本发明专利技术描述了一种滑动轴承及其制造方法，该方法是在基底上沉积具有金属基质的材料层，该方法包括如下步骤：制造具有预定氧化物含量的期望铝基合金组成的粉末；通过金属喷涂技术将所述铝合金粉末沉积到轴承基底上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及轴承、。在现代发动机中使用的轴承需要具有常常矛盾的性质的组合。轴承通常包含若干层(参见图2)厚度在约1-约10mm范围内的高强度材料如钢或青铜的背衬层2；通常基于铜或铝的合金并且厚度在约0.1-约1mm范围内的轴承合金层4；以及任选地在轴承合金层之上且厚度在约5-约50μm范围内的所谓的覆盖层。还可以有另外的层位于背衬层2和轴承合金层4之间来辅助增强这些层之间的附着力的层，并且其包含例如铝或铝合金、镍或其它材料的薄层(尽管已知最高达约300μm的厚很多的层，但是一般约5-50μm)，在铝基轴承合金4的情况中这些在轴承领域中是公知的。在轴承合金层4和覆盖层6之间可以具有其它的层，所谓的中间层，并且它的存在是为了增强这两层之间的附着力和/或充当阻挡层以防止合金成分在这两层之间的不需要的扩散或者使之最小化。这些中间层通常非常薄，大约为0.5-5μm。在存在之处，覆盖层在轴承自身和配合的轴颈之间提供了实际的跑合(running)面或滑动面。覆盖层一般是基于以锡、铅、镉或铝作为其主要成分的合金的相对软的材料。通常软于轴承合金层的覆盖层的目的是提供贴合层，该贴合层能够容纳轴承和发动机制造过程中所涉及的机加工缺陷引起的轴承和轴颈之间的小的失准，即覆盖层具有贴整合特性。覆盖层还必须抗咬死(seizure)、抗疲劳、耐腐蚀、耐磨并且为润滑油中携带的污物和碎片提供可包埋性(embeddability)。良好的抗疲劳性和耐磨性一般与高的强度和硬度相关。良好的抗咬死性要求形成跑合表面的材料具有良好的相容性，覆盖层合金由于其组成通常也具有该相容性。不存在覆盖层并且轴承合金自身形成实际的跑合或滑动表面时对轴承合金层也有类似的要求。但是，由于应当考虑到在一些发动机中，由于恶劣的使用条件覆盖层常常被磨损，因而暴露出下面的轴承合金层，这时该合金层成为实际的滑动或跑合表面。但是，尽管这种软金属覆盖层的耐磨性对于现代、高速发动机是不良的，但是抗疲劳性通常好于该块状合金所预期的性质。这是由于这种合金的贴合性将外加载荷扩展到更大的面积上从而改善了点载荷对下面的轴承合金基层的影响，否则在没有软层的情况下会发生这种影响。一般通过电镀技术从水溶液中沉积基于锡或铅或镉的合金的覆盖材料。改善这种合金的强度和耐磨性的努力已经导致开发出包含铅-锡-铜的合金和相似但包含一部分与合金共沉积并且分布在整个合金基质中的硬颗粒的合金。这种硬颗粒的实例包括金属氧化物、碳化物、氮化物等。但是，电沉积的问题是不能从水溶液中沉积基于铝金属的合金而只能从熔融盐混合物或者溶剂型溶液中沉积，这使得通过这种沉积方法提供铝基覆盖合金是不实际的。其它的缺点是这些工艺通常昂贵；即使最好的电沉积材料在最苛刻的发动机应用中也具有微不足道的性能；并且沉积的覆盖层的尺寸精度略有不足，因为通常是以刚沉积且未加工的状态使用这类涂层。近年来，人们已经试图通过阴极溅射沉积它们来改善覆盖层的性质。这种方法能够沉积基于铝基质的覆盖层组成并且还允许沉积或者产生要结合入覆盖层合金基质中的例如氧化物等的硬相。阴极溅射一般在约10-6托的极高真空下进行，这会使该方法非常昂贵，因为只能以分批处理每次涂覆少量的轴承并且溅射过程本身是缓慢的。DE 28 53724C描述了通过阴极溅射沉积来沉积轴承的滑动涂层。所述涂层包括基于铝合金的涂层并且具备在生成过程中形成的氧化铝的真实分散。因此，由于通过具备氧源的溅射室来沉积它们，所以通过铝原子的氧化产生氧化物含量。给出了具有Al2OSnCu组成的溅射沉积的涂层的例子，并且与硬度为35Hv的相同组成的铸造材料相比，它具有130Hv的硬度(比例如退火的低碳钢更硬)。甚至在170℃下热处理100小时后也会维持高的硬度。但是，尽管这种硬材料可能具有改善的耐磨性，但是如果不发生过度磨损则它们需要使用非常硬的配合轴颈并且它们还具有非常差的污物可包埋性能。实际上，通过阴极溅射制造的这些合金在热处理后的硬度和抗软化性可归因于在原子尺度上沉积的铝和氧化物相，并且这些相产生根据其冶金学定义的真实分散的硬化材料。至于电沉积的涂层，通常以沉积态并且未加工的状态使用所制造的覆盖层，因此尺寸精度没有所需要的高。这种弥散硬化的、溅射制造的覆盖层的硬度典型是它们沉积于其上的下面的轴承合金的2倍或更多，这导致在操作中的不良应力/应变分布。但是，溅射制造的覆盖层已经制造出当前可获得的最强的覆盖涂层。与本申请具有共同权属的WO 99/47723描述了通过高速氧燃料(oxy-fuel)喷涂(HVOF)沉积基于铝的轴承合金层。为了防止在发动机工作环境下覆盖涂层发生过度腐蚀，包含锡或铅的铝合金需要在沉积后进行热处理以使软相析出并粗糙化。这种热处理增加了制造轴承的成本并且可能具有其它不希望的影响。但是，一般在沉积后对这种喷涂沉积的涂层进行机加工，因此精度高。本专利技术的目的是提供一种沉积高性能轴承合金层和/或基于铝合金的覆盖涂层并且成本比现有技术方法更经济的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种在基底上沉积具有金属基质的材料层的方法，该方法包括如下步骤制造具有预定氧化物含量的所需铝基合金组成的粉末和通过金属喷涂技术将所述铝基合金粉末沉积到轴承基底上。在本说明书中，术语“铝基合金”意指对于合金组成单一最大组分是铝的任意合金。在本专利技术方法的优选实施方案中，金属喷涂方法可以是高速氧-燃料喷涂技术。在本说明书中，考虑的氧化物主要是铝氧化物(也称作氧化铝或Al2O3)。氧化铝是一种极硬的耐磨相，其不同于一些其它氧化物，例如在含有Al-Sn-Cu组成的合金情况中，可能偶然存在于铝合金粉末中的氧化锡或者氧化铜。铝基合金粉末可以具有约0.5-5重量％的氧化物。优选地，氧化物含量可能处在1-2重量％的范围内。在本专利技术中，优选在例如受控制的气氛下，通过诸如氮气的惰性气体的气体喷射流雾化液态金属的熔融流来制造铝基合金粉末。优选地，铝基合金颗粒一般是圆形或者球形，因为它们在喷涂过程中更容易流动并且更容易控制。在通过本专利技术的方法制造的涂层中，已经发现尽管硬度相对于那些几乎没有氧化铝含量或者不含氧化铝的合金显著增加，但所产生的硬度远低于阴极溅射产生的涂层，但是令人惊奇地发现与包括溅射沉积的覆盖涂层的其它已知铝基覆盖层材料相比，耐磨性仍维持在高很多的水平。通过本专利技术方法制造的涂层的显著优点是，尽管覆盖涂层的硬度高于基本上不含氧化物的涂层，但它一般仍低于在其上沉积涂层的下层轴承合金层的硬度，导致在操作期间在轴承中产生有利的应力和应变分布。与现有技术的轴承一样，根据本专利技术的方法制造的轴承一般可包含例如钢或青铜的硬背衬层、硬背衬层上的另一轴承材料的层和该另一层轴承合金层上面的根据本专利技术制成的涂层，如此制造出所谓的三金属轴承(这忽略了在背衬层和另一轴承合金之间和/或另一轴承合金层与上文所述的覆盖层之间可能存在或不存在的其它次要中间层)。已经发现如果从硬背衬层到相对较软的覆盖层的组成层的硬度降低则对于疲劳强度和贴合性是有利的；因此最硬层将是强的背衬层；轴承合金层将较软；并且覆盖层将是轴承表面上最软的层。锻制钢曲轴因其强度优于铸铁而在传统上已经用于高速发动机。最近，与早期电沉积的覆盖涂层相比，由于具有溅射沉积的覆盖涂层的高速发动机轴承在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基底上沉积具有金属基质的材料层的方法，该方法包括如下步骤：制造具有预定氧化物含量的期望铝基合金组成的粉末；通过金属喷涂技术将所述铝合金粉末沉积到轴承基底上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C佩林，IM莱恩，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]