專利名稱：：滑動軸承復(fù)合材料，滑動軸承復(fù)合材料的使用，以及制造滑動軸承復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的滑動軸承復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及滑動軸承復(fù)合材料的使用以及制造這種滑動軸承復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
：從DE4004703Al可知的是滑動軸承元件層材料，包括金屬支撐層和鋁基礎(chǔ)軸承材料。鋁合金包括l-3wt。/。鎳，0.5-2.5wt。/。錳，0.02-1.5wty。銅，0.5-20wt。/。錫以及剩余的含雜質(zhì)鋁。軸承合金進(jìn)一步包括一定的《ptm大小的硬質(zhì)微粒。在這個層材料中，可以選擇純鋁的中間層作為選項(xiàng)以提高在鋼背和軸承材料間的粘合性?；瑒虞S承復(fù)合材料有很好的疲勞強(qiáng)度值，可以承擔(dān)80MPa的負(fù)載，以及有很好的防磨損和腐蝕安全值。以純鋁為中間層的滑動軸承復(fù)合材料在高負(fù)載(超過80MPa負(fù)載)使用的情況下，在層厚度〉SOMm時(shí)，材料特別是中間層會發(fā)生側(cè)向偏離，這通過軸承寬度的增大而導(dǎo)致在軸承殼或者軸襯部位干擾性的軸向凸出，以及甚至因此導(dǎo)致電機(jī)的故障。從DE3640328Al己知的是滑動軸承元件的層材料由鋁合金構(gòu)成，其與DE4004703Al中的鋁合金是不同的，它省略了鋅部分。這種鋁軸承合金用于軸承材料，使得其在疲勞破裂前的允許負(fù)載能力上升到80MPa,這在軸承材料層上可以檢測到。US2002/0104876Al描述了層復(fù)合材料由鋼背，60-120pm厚的鋁基礎(chǔ)中間層以及由鋁合金軸承金屬層構(gòu)成。軸承金屬層包含鉛或錫，26%的硅，2%的鎂、錳、鎳、錫、銅或者鉻。更好的中間層包括純鋁或者鋁合金比如AlMnCul。層復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度最大值是100MPa。中間層通過熱軋制覆層工藝與軸承金屬層連接。所有的層復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)的缺點(diǎn)在于，中間層的材料以及軸承層的材料不能在同一個鑄造系統(tǒng)中生產(chǎn)而沒有花費(fèi)提高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于一種滑動軸承復(fù)合材料，其至少與已知的滑動軸承復(fù)合材料有相同的疲勞強(qiáng)度值，就制造技術(shù)而言更容易生產(chǎn)制造。本發(fā)明通過一個由金屬支撐層，鋁合金中間層和鋁合金軸承層形成的滑動軸承復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)，除了軸承層中附加的軟相部分外，其中間層以及軸承層的鋁合金成分一致。兩個鋁合金成分的一致使得能夠在同樣的鑄造系統(tǒng)中加工兩種合金，在從一種合金換成另一種合金時(shí)，無需耗時(shí)的清潔工藝。如果除了軸承層附加的軟相部分外，加在中間層和軸承層的鋁合金中鋁的成分的量相同的話，在同一鑄造系統(tǒng)的制造方法是特別簡單的。鋁合金的鋁部分負(fù)擔(dān)軸承層中的軟相部分。因此，中間層的材料可以首先鑄造，為了制造軸承層材料，只有附加的軟相部分必須加在迄今已經(jīng)加工的鋁合金上，并且鋁部分被削減同樣的部分。鉛，錫和/或鉍是首選的軟相部分材料。軟相部分最好占全部鋁合金的5-20wt%，特別是8-15wt。/。以及特別是2-12Wt.%。當(dāng)在軟相部分使用錫時(shí)，首選范圍是9-11Wt.%。下述鋁合金是制造中間層和軸承層的首選材料1.0-3wt.%Ni、0.5-2.5wt.%Mn、0.02-1.5wt.%Cu，剩余部分是含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，這里，軸承層的鋁合金附加地包含軟相部分；0.5-2.5wt.%Cu、0.1-1.5wt.%Mn，剩余部分是含通常可允許的雜質(zhì)的鋁，這里，軸承層的鋁合金附加地包含軟相部分；2.0-3.0wt.%Si、0.3-1.0wt.%Cu、0.1-0.3wt.%Cr，剩余部分是含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，這里，軸承層的鋁合金附加地包含軟相部分；0.2-2.0wt.%Si、Cu、Mn禾口/或Ni，剩余部分是含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，這里，軸承層的鋁合金附加地包含軟相部分；1-6wt.%Si，可選地0.05-5wt.。/。的至少如下元素中的一種:Ni、Mn、Cr、Cu、Ti，剩余部分是含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，這里，軸承層的鋁合金附加地包含軟相部分。這里顯示了滑動軸承復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度高于80MPa，且中間層正如純鋁中間層的情況中那樣不會側(cè)向積壓出來。如果中間層中包含直徑1-10Mm的硬質(zhì)微粒，以及軸承層包括1-15Mm的硬質(zhì)微粒，這是非常有優(yōu)勢的。這種情況下，在中間層有直徑直至10Mm的硬質(zhì)微粒的部分達(dá)到95%，在軸承層有直徑直至15^mi的硬質(zhì)微粒的部分達(dá)到95%。硬質(zhì)微粒包括Si微粒以及以由AlNi、AlNiMn或AlMn構(gòu)成的金屬間相。有硬質(zhì)微粒的部分的優(yōu)勢在于，軸承金屬層和中間層兩者的鋁基體是很堅(jiān)硬的，并且因此，通過提高的強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度，改善軸承金屬復(fù)合材料復(fù)合體負(fù)載能力以及疲勞強(qiáng)度。滑動軸承復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度依賴于中間層的厚度。如果中間層厚度在15-60/rni，特別是在35-50/mi以及特別是在35-<50/mi時(shí)，中間層厚度大一點(diǎn)，疲勞強(qiáng)度隨中間層厚度增大而變大，疲勞強(qiáng)度值大于100MPa時(shí)也是可以實(shí)現(xiàn)的。中間層的厚度管于軸承層厚度的值在5-20%，特別是7-17%被證明是較好的。下表給出了有不同中間層厚度的合金的五個例子，這里，每個例子的疲勞強(qiáng)度由藍(lán)寶石法確定。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據(jù)例子1和2，軸承合金為AlSnlONi2MnlCu的例子，純鋁層厚度為60或35pmi。在例子1中，模擬疲勞強(qiáng)度為116MPa是可以達(dá)到的，在這種情況下，鋁層明顯地加寬了。在這種情況下，在軸承上的鋁層的橫向凸出寬度超過500/mi。當(dāng)純鋁中間層的厚度較小時(shí)，只有比較低的疲勞強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)，在例2中是76MPa。根據(jù)本發(fā)明，從舉例中可以推斷，中間層厚度減小，疲勞強(qiáng)度增加，在厚度為35pm時(shí)，可以達(dá)到112MPa疲勞強(qiáng)度。最好在中間層和軸承層間存在軋制覆層復(fù)合物。在軸承層和金屬支撐層間最好也存在軋制覆層復(fù)合物。這些特性的結(jié)果是，滑動軸承復(fù)合材料是特別適合于滑動軸承元件，特別是滑動軸承外殼，滑動軸承軸襯和/或推力墊圈以及制造這種滑動軸承元件。這里提供了一個在80MPa，特別是〉100MPa負(fù)載下應(yīng)用的特別例子。根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承復(fù)合材料還適合于滑行速度直至21m/sec的轉(zhuǎn)動應(yīng)用。制造方法的特征在于如下的步驟一帶坯連鑄用于中間層和軸承層的鋁合金，以制造中間層帶坯和軸承層帶坯，其中除了軸承層中附加的軟相部分外，中間層和軸承層的鋁合金的成分一致，一在400-500。C及持續(xù)時(shí)間10—14小時(shí)中退火中間層帶坯，以及在400-600°C及持續(xù)時(shí)間10—24小時(shí)中退火軸承層帶坯，—將中間層帶坯軋制到覆層厚度，一在250-350°C及8—14小時(shí)中退火中間層帶坯，一軋制覆層，以連接中間層帶坯與軸承層帶坯，以制造復(fù)合體，一將復(fù)合體軋制到期望的覆層厚度，一將復(fù)合體軋制覆層在鋼支撐層上，以制造復(fù)合材料，和一在250-350°C及10—14小時(shí)中退火復(fù)合材料。在這種情況下，鋁合金的帶坯連鑄最好在同一個鑄造系統(tǒng)中實(shí)施，其中優(yōu)選地首先澆鑄中間層，然后通過增加軟相部分以及適當(dāng)減少鋁部分而將軸承層鑄成帶坯。中間層帶坯的退火最好在450-480。C實(shí)施。首選持續(xù)時(shí)間為11-13小時(shí)。軸承層帶坯的退火最好在450-550°C實(shí)施。首選持續(xù)時(shí)間為12-20小時(shí)，這個例子中，特別可以15-18小時(shí)。為中間層帶坯的軋制以達(dá)到覆層厚度，附加地可以實(shí)施在400-600°C歷時(shí)10-14小時(shí)的中間退火，特別是500曙550。C歷時(shí)11-13小時(shí)。這種附加退火工藝的優(yōu)勢在于，硬質(zhì)微粒被進(jìn)一步鑄造以幫助減少在周邊基質(zhì)上硬質(zhì)微粒的沖孔效應(yīng)。在以軸承層帶坯覆層前，首選的中間層帶坯退火溫度為300-330°C。首選持續(xù)時(shí)間為11-12小時(shí)。在復(fù)合體軋制覆層在鋼支撐層上后，在250-350°C，最好在250-300°C歷時(shí)10-24特別是12-20小時(shí)進(jìn)行退火。特別地，鋁合金不含稀土氧化元素組，鑭系元素或者錒系元素。特別是在增加大量的這些元素后，即特別是10wt。/。的量，因?yàn)樗璧妮^高變形度，不能亳無問題地實(shí)現(xiàn)通過覆層工藝制造滑動軸承復(fù)合材料。權(quán)利要求1.滑動軸承復(fù)合材料，具有金屬的支撐層、由鋁合金制成的中間層以及由鋁合金制成的軸承層，其特征在于，除了在所述軸承層中附加的軟相部分之外，中間層和軸承層的所述鋁合金的成分一致。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，除了在軸承層中附加的軟相部分之外，中間層的鋁合金以及軸承層的鋁合金的成分的量一致。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，軟相部分含有鉛，錫和/或鉍。4.根據(jù)權(quán)利要求13之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，軟相部分占5-20Wt.%05.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，軟相部分占8-15wt.%。6.根據(jù)權(quán)利要求15之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，軟相部分占>8-12wt.%。7.根據(jù)權(quán)利要求16之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，錫的部分占9-11wt.%。8.根據(jù)權(quán)利由要求17之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層和軸承層的鋁合金含有1.0-3wt.。/。鎳、0.5-2.5wt.o/o錳、0.02-1.5wt.。/。銅，剩余部分為含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，其中軸承層的鋁合金還含有軟相部分。9.根據(jù)權(quán)利要求17之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層和軸承層的鋁合金含有0.5-2.5wt.。/。銅、0.1-1.5wt.。/。錳，剩余部分為含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，其中軸承層的鋁合金還含有軟相部分。10.根據(jù)權(quán)利要求17之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層和軸承層的鋁合金含有2.0-3.0wt.o/o硅、0.3-1.0wt.o/。銅，0.1-0.3城.％鉻，剩余部分為含通常可允許的雜質(zhì)的鋁，其中軸承層的鋁合金還含有軟相部分。11.根據(jù)權(quán)利要求17之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層和軸承層的鋁合金含有0.2-2.0wt.。/。硅、銅、錳和/或鎳，剩余部分為含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，其中軸承層的鋁合金還含有軟相部分。12.根據(jù)權(quán)利要求17之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層和軸承層的鋁合金含有1-6wt.。/。硅、可選擇0.05-5wt.。/。至少下列一種元素鎳，錳，鉻，銅，鈦，剩余部分為含通?？稍试S的雜質(zhì)的鋁，其中軸承層的鋁合金還含有軟相部分。13.根據(jù)權(quán)利要求112所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層包含直徑在1到10/im的硬質(zhì)微粒，以及軸承層包含直徑在1到15Mm的硬質(zhì)微粒。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層中直徑直至10ptm的硬質(zhì)微粒部分達(dá)到95%，以及軸承層中直徑直至15/xm的硬質(zhì)微粒部分達(dá)到95%。15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，除了硅以外，硬質(zhì)微粒為由A1-Ni、Al-Ni-Mn或Al-Mn構(gòu)成的金屬間相。16.根據(jù)權(quán)利要求115之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層的厚度是15-60/mi。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層的厚度是35-〈50ptm。18.根據(jù)權(quán)利要求117之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層的厚度是5-20。/。的軸承層厚度。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，中間層的厚度是7-17%的軸承層厚度。20.根據(jù)權(quán)利要求119之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，在中間層和軸承層間形成軋制覆層復(fù)合體。21.根據(jù)權(quán)利要求120之一所述的滑動軸承復(fù)合材料，其中，在中間層和金屬支撐層間形成軋制覆層復(fù)合體。22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承復(fù)合材料對于滑動軸承元件，特別是滑動軸承外殼、滑動軸承軸襯和/或推力墊圈的應(yīng)用。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動軸承復(fù)合材料用于制造滑動軸承外殼、滑動軸承軸襯和/或推力墊圈的應(yīng)用。24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的應(yīng)用，負(fù)載〉80MPa。25.根據(jù)權(quán)利要求2224之一所述的應(yīng)用，滑動速度直至21m/sec的轉(zhuǎn)動應(yīng)用。26.制造包含有金屬支撐層、鋁合金中間層和鋁合金軸承層的滑動軸承復(fù)合材料的方法，其特點(diǎn)在于下列工藝步驟一帶坯連鑄用于中間層和軸承層的鋁合金，以制造中間層帶坯和軸承層帶坯，其中除了軸承層中附加的軟相部分外，中間層和軸承層的鋁合金的成分一致，—在400-500。C及持續(xù)時(shí)間10—14小時(shí)中退火中間層帶坯，以及在400-600°C及持續(xù)時(shí)間10—24小時(shí)中退火軸承層帶坯，一將中間層帶坯軋制到覆層厚度，—在250-350。C及8—14小時(shí)中退火中間層帶坯，一軋制覆層，以連接中間層帶坯與軸承層帶坯，以制造復(fù)合體，一將復(fù)合體軋制到期望的覆層厚度，一將復(fù)合體軋制覆層在鋼支撐層上，以制造復(fù)合材料，和一在250-350°C及10—14小時(shí)中退火復(fù)合材料。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，作為將中間層帶坯軋制到覆層厚度的一部分，在400-600°C持續(xù)10-14小時(shí)實(shí)施退火。28.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其中，在將復(fù)合體軋制到期望覆層厚度后，在250-350。C持續(xù)10-24小時(shí)實(shí)施退火。29.根據(jù)權(quán)利要求2628之一所述的方法，其中，中間層帶坯被制造為厚度在35與<50pm之間。全文摘要本發(fā)明涉及一種滑動軸承復(fù)合材料，其具有金屬支撐層、由鋁合金制成的中間層以及由鋁合金制成的軸承層。除了在軸承層中附加的軟相部分之外，中間層和軸承層的鋁合金成分一致。這個軟相部分可以包括鉛、錫和/或鉍。本發(fā)明還涉及制造這種滑動軸承復(fù)合材料的方法。文檔編號F16C33/12GK101180472SQ200680017701公開日2008年5月14日申請日期2006年5月22日優(yōu)先權(quán)日2005年5月21日發(fā)明者彼得·諾伊豪斯申請人:菲特爾-莫古威斯巴登兩合公司