[发明专利]滑动轴承

说明书

技术领域

本发明涉及具有钢支撑壳和施加于支撑壳的铜基无铅轴承金属层的滑动轴承，该轴承金属层具有主要合金元素锡和锌。

背景技术

具有锡和锌为主要合金元素的铜基滑动轴承材料早已所知，但对用于内燃机的动力传动系统(drive train)的流体动力轴承(hydrodynamic bearing)的轴承材料的合金中必须加入高含量的铅以促进摩擦性能。然而，当施加于钢支撑壳的轴承金属层被具有特殊滑动特性的运行层(running layer)覆盖时，具有这些已知滑动轴承材料的轴承才能满足需求，因为高含量的铅确保充分的安全性以对抗咬合倾向，但不能提供所需的滑动能力。

铅青铜的毒性越来越多地阻止这种轴承材料的使用。尝试用以锡和锌作为主要合金元素的铜基无铅滑动轴承材料替代铅青铜总是伴随着代替物轴承材料的削弱的摩擦适应性。例如(DE 10308779B3)建议了改善黄铜合金滑动特性，该合金包含至少21.3重量％的锌和最多3.5重量％的锡，并添加镁、铁或钴、镍和锰或硅，但没有获得令人信服的结果。类似不足的滑动特性在另一已知的无铅铜合金中获得，该合金含有至少8.5重量％的锌和1至5重量％的硅作为主要合金成分(DE 10308778B3)，并具有最多2重量％的锡和少量的铁或钴、镍和锰。例如，如果向含有6重量％锡的铜合金添加0.5至2重量％的铋以避免加入铅(EP 0457478B1)，可以改进摩擦性能，但同时机械强度特性会下降，这使得这些轴承材料不适用于高性能内燃机动力传动系统的轴承。直到现在，仅有具有高含量铅的青铜基轴承材料满足这些轴承需求。然而，现代内燃机增加的发火压力显示出由于它们含有铅这种铅青铜不久将达到它们的机械负载极限。另一因素为确保抗腐蚀性润滑剂的充足耐腐蚀性，且需要考虑有利的冷成形能力，所以即使铅青铜也不再能满足对轴承材料的承载能力的提高的需求。

发明内容

因此本发明目的是提供上述具有铜基无铅轴承金属层的滑动轴承，该滑动轴承提供有利的耐腐蚀性、高强度和高韧性、以及抗润滑剂的污染和咬合(seizing)的改进的性能。

所述目的通过本发明以如下方式获得，即所述轴承金属层具有的锡的含量为2.5至11重量％，锌的含量为0.5至5重量％，锆和钛的总含量为至少0.01重量％，且磷的含量为至少0.03重量％，锆、钛和磷的总含量为最多0.25重量％，且锡和锌的总含量为3至13重量％。

出人意料地注意到由于上述建议的组成，可以将轴承金属层的咬合倾向改进至决定性的程度。认为较低的咬合倾向由主要由α青铜组成的基质和α/δ共析体的存在引起，该α/δ共析体以超细方式在晶界分配，其中钛和锆对α/δ共析体的细度具有明显影响，但只有当通过加入磷而防止元素钛和锆过早氧化时才对细度有影响。锆和钛的总含量为0.01重量％时已能得到轴承金属层的咬合性能的明显改进。对此的先决条件是氧化前进行相当的保护，这需要磷的最小含量为0.03重量％。当选择的锆和钛的含量太高，这些元素对基质具有脆化作用，从而不可接受地限制轴承金属层的变形性。也必须避免过量的磷含量以避免危及轴承材料的延性和疲劳强度。当锆、钛和磷的总含量不大于0.25％，可保证满足需要的延性。磷的含量可有利的限制为最大0.08重量％。

当具有所述的锡和锌的含量范围时，轴承金属层的滑动特性和轴承的机械强度的需求可以有利的方式满足。当限制锡的最大含量为11重量％时，不会发生不可接受的硬化效应。而且，还可预期不会导致脆变的相组成。锌是所用的较高含量的磷的合适替代物，否则较高含量的磷会由于形成金属间铁/磷化合物对轴承金属层与钢支撑壳的结合具有不利作用。轴承金属层的合金可用有关的铸造和烧结技术良好地处理，所以它们非常适合在钢上进行铸造和烧结涂层。

加入锌还促进防止合金产品液相的氧化并支持摩擦学有利的α/δ共析体的形成。为了利用锌在轴承金属层中的优点，需要最小含量为0.5重量％。然而，锌的含量必须不能超过5重量％，这样耐腐蚀性不会被削弱。

由于镍、锰、铝、银、铁、砷、锑、镁和钴对强度、耐热性和耐腐蚀性的已知作用，轴承金属层可包括这些元素的至少一种，其中这些元素的单独含量应不大于2.5重量％，且所用的这些元素的总含量应不大于11重量％，优选不大于9.5重量％，否则不能达到轴承金属层的所需特性。必须注意这些元素的溶解度(solubility)必须不能例如因锌的过高含量所妨碍，以避免削弱α青铜形式的基质的形成。尤其有利的是，通常当所用的这些元素的单独含量不大于0.5重量％，优选不大于0.05重量％时。