專利名稱：多層粉末金屬軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及鋼背襯青銅粉末金屬發(fā)動機軸承。
背景技術(shù)：
在制造銅基發(fā)動機軸承和軸套(整個軸承)時，把銅基功能層結(jié)合到鋼背襯帶上的一個通用方法是把單層青銅軸承材料涂到移動的襯板上，然后燒結(jié)、冷卻、輥軋壓實，并進行后燒結(jié)。常采用電鍍或物理汽相沉積工藝在這種燒結(jié)的青銅軸承層上涂上一層覆蓋層，如錫或鉛-錫-銅層，以使軸承有良好的適應(yīng)性和壓入性。結(jié)合青銅功能層的另一個方法是從熔池把這樣一層材料澆在移動的鋼背襯帶上，然后采用單獨的電鍍或物理汽相沉積工藝在這種澆注功能層上施涂一層覆蓋層，來提高軸承適應(yīng)性和壓入性。
上述每一種制造銅基功能層的方法的一個固有缺點，在于它們限于涂覆一種單一的銅基合金材料。按照給定應(yīng)用的要求，調(diào)整粉末金屬或青銅功能層的化學成分，使整個功能層由相同的合金材料制造。
隨著軸承承載和耐磨要求以及減小某些元素(如鉛)用量的要求日益增加，制造滿足現(xiàn)代軸承和軸套應(yīng)用所有要求的銅基替代合金的成本更富挑戰(zhàn)性，特別是因為這種功能層一般都是涂到鋼背襯的層中最厚的一層。
本申請的發(fā)明人已經(jīng)確認，在許多應(yīng)用中，若非現(xiàn)行的在鋼背襯上制備單層青銅功能層的工藝的限制，僅在功能層的一部分提供高性能/高成本的銅基合金材料就可滿足要求，而功能層其余部分的材料可以是較低性能和較低成本的材料。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在軸承的鋼背襯上形成多層青銅功能層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的方法，提供了一種制造多層粉末金屬銅基軸承的方法，包括在一個金屬背襯帶上涂覆一層第一銅基金屬合金層；在沒有明顯壓實第一層的情況下，至少在第一層上涂覆一種第二銅基粉末金屬合金層，至少第二層的成分不同于第一層；在沒有明顯壓實這些層的情況下，對這些層進行第一次燒結(jié)步驟；在第一次燒結(jié)步驟后，冷卻這些層，并對著金屬背襯帶輥軋壓實這些層，使其壓實并結(jié)合到基板上和相互結(jié)合；輥軋壓實后，對這些層進行第二次燒結(jié)步驟。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過在鋼襯板上涂覆第一銅基粉末層，然后在沒有明顯壓實情況下在第一層上至少涂覆一層第二銅基粉末軸承材料層，繼而進行第一次燒結(jié)和冷卻工序，再進行輥軋結(jié)合及后燒結(jié)，一種多層銅基粉末金屬功能軸承材料可以有效地相互結(jié)合并結(jié)合到鋼背襯帶上，而且可以靈活選擇第一層和第二層的化學成分以便設(shè)計這種功能層的最終性能。
本發(fā)明的優(yōu)點是可以在一層使用較便宜的銅基材料，而相應(yīng)在另一層或其余層使用較昂貴的材料。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是容易適用于現(xiàn)有的燒結(jié)生產(chǎn)線，僅需少量改動。
按照一種特定的性能，第一層可以由相對便宜的銅-錫粉末合金制造，并且相對較厚，而第二層則可以由銅-錫-鉍，或另外的特定粉末金屬合金制造，作為含鉛青銅的代用品。


通過下面的詳細說明及附圖將更容易清楚本發(fā)明的上述的和其他的特點和優(yōu)點，附圖中圖1是按本發(fā)明制造的一個軸承的示意分解剖面圖。
圖2是說明本方法的一個示意圖。
具體實施例方式
按照本發(fā)明的一個多層粉末金屬滑動軸承或軸套(整個軸承)在圖1中總的標為10，該軸承或軸套包括一個鋼背襯12，該鋼背襯12上涂上一層至少由基層16和外表面層18構(gòu)成的多層燒結(jié)粉末金屬內(nèi)襯14，基層16和外表面層18都是銅基燒結(jié)粉末金屬合金，但具有不同的成分和/或不同的性能，兩者的結(jié)合構(gòu)成了滿足軸承內(nèi)襯14所要求性能的復(fù)合內(nèi)襯14。
按照本發(fā)明，表面層18可以是第一銅基粉末金屬合金成分，具有適于與軸承10所支承的轉(zhuǎn)軸、銷、或其他零件滑動接合所需要的性能，以便沿表面層18轉(zhuǎn)動面滑動。由于應(yīng)有必要的合金添加元素以滿足其性能要求，因此，具有表面層18所需性能的粉末金屬成分較為昂貴。這種相對昂貴的表面層18至少可以以一層具有第二銅基粉末金屬成分的較便宜的基層16為背襯，基層16為表面層提供必要的支撐，但不必具有與表面層相同的性能，這就提供了具有所要求最終性能的整個軸承內(nèi)襯14。在所示實例中，表面層18明顯薄于基層16，有利于節(jié)約成本。
因此，層16，18可以有不同的化學成分，因而具有不同的性能和成本。這樣，在一個較強而簡單的低成本層16的頂部上涂覆一層較低強度而高潤滑性的高成本層18，可以使復(fù)合內(nèi)襯14在性能上得到整體提高。
這種粉末金屬層優(yōu)選地是基本不含鉛(＜0.1％的鉛)的銅基合金。例如，基層16可以是一種90/10銅錫粉末金屬層，襯托著一個表面層18，該表面層18例如可以是一種銅-錫-鉍粉末金屬層，其中有90份的銅及10份的錫和鉍，而鉍約為銅和錫總量的2％～10％(重量)。本發(fā)明也考慮用其他銅合金及其化學成分，在此處作為參考引入。當然，層16，18的選擇應(yīng)是相互匹配的，以便在燒結(jié)操作中容易結(jié)合到背襯帶12上及相互結(jié)合。
圖2簡略說明一種制造這類多層燒結(jié)軸承的方法。背襯帶12在一個第一粉末涂覆器20下面通過，該處涂上基層16，然后襯板12在一個第二粉末涂覆器22下面通過，在沒有明顯壓實基層16粉末金屬材料的情況下涂上表面層18。粉末層最好松散地涂覆到基層上，在燒結(jié)前沒有任何輥軋壓實，雖然本發(fā)明也可用一定量的壓實以控制粉末，但沒有達到在涂覆第二層前明顯壓實基層的程度(如＜80％的完全理論密度)，或在燒結(jié)前明顯壓實第二層的程度(如，＜80％的完全理論密度)。背襯帶12送進通過一個燒結(jié)區(qū)24，這些層在此燒結(jié)，然后通過一個冷卻區(qū)26，繼而進入壓輥28，壓輥28壓實這些層，并把它們結(jié)合到背襯帶以及相互結(jié)合，以后，在最終燒結(jié)區(qū)30，這些已部分燒結(jié)和輥軋的層16，18進一步完全燒結(jié)。當然，如有必要，可以涂覆更多的層，如三層或更多的層，為此，在此方法中要添加更多的粉末涂覆區(qū)。
顯然，按照上述說明，本發(fā)明的更多改進和改型是可能的。因此，相信在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不按專門說明的那樣實施。本發(fā)明由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種制造多層粉末金屬銅基軸承的方法，包括在一個金屬背襯帶上涂覆一層第一銅基金屬合金層；在沒有明顯壓實第一層的情況下，至少在第一層上涂覆一種第二銅基粉末金屬合金層，至少第二層的成分不同于第一層；在沒有明顯壓實這些層的情況下，對這些層進行第一次燒結(jié)步驟；在第一次燒結(jié)步驟后，冷卻這些層，并對著金屬背襯帶輥軋壓實這些層，使其壓實并結(jié)合到基板上和相互結(jié)合；輥軋壓實后，對這些層進行第二次燒結(jié)步驟。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些層選擇基本無鉛成分。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于上述第一層包括一種銅-錫合金，上述至少第二層包括一種銅-錫-鉍合金。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于上述至少第二層合金中的鉍含量的重量百分比約等于2％～10％。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述第一層至少相對于上述第二層較厚。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的背襯帶由鋼制造。
全文摘要
一種制造多層青銅軸承的方法，包括在鋼背襯帶(12)上涂覆一層具有第一成分的第一銅基粉末金屬材料層(16)。在沒有明顯壓實第一層的情況下，在第一層上至少沉積一個第二銅基粉末金屬材料層，其成分為與第一成分不同的第二成分。然后對這些層進行燒結(jié)、冷卻及輥軋壓實，以便相互結(jié)合并結(jié)合到背襯帶上，最后，對這些層進一步進行燒結(jié)。
文檔編號B22F7/00GK1571711SQ02820593
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者詹姆斯·R·托特 申請人:聯(lián)邦莫沃爾公司