[发明专利]用于内燃机涡轮增压器的推力轴承

说明书

技术领域

本发明涉及具有改进抗咬合性的、用于内燃机涡轮增压器的推力轴承。

背景技术

用于内燃机涡轮增压器的转动轴由位于轴承箱中的径向轴承和推力轴承支承。涡轮叶片固定在该轴的一端上，压缩机叶片固定在另一端上。推力轴承由推力轴环来配合和定位。当与涡轮叶片形成一体的推力轴环在涡轮增压器运行期间高速转动时，推力轴承滑靠在推力轴环上。

因此，对于推力轴承的在推力轴环上滑动的滑动部分来说，需要抗腐蚀性和抗磨损性。黄铜用作推力轴承的滑动部分的材料，其中散布了以针状沉积在黄铜基质中的锰硅基化合物(下文中称为“针状锰硅基化合物”)，如JP-A-2003-42145所公开的那样。JP-A-2003-42145公开了通过设置成锰硅基化合物的长度方向平行于推力轴承中的滑动部分的表面来提高推力轴承的抗磨损性。

发明内容

然而，因为在JP-A-2003-42145中，散布在基质中的针状锰硅基化合物沿平行于滑动部分表面的方向延伸，即，针状锰硅基化合物的主轴平行于滑动面，所以针状锰硅基化合物的晶粒的约一半外表面暴露在滑动表面上且不结合至黄铜基质。因此，晶粒由于滑动和与轴承表面脱离而易于经受剪切。脱离的锰硅基化合物可表现为异物，并可能在滑动过程中损坏轴承和轴的表面。最后，可能会发生咬合。

本发明旨在解决上述问题。本发明的目的是提供一种具有改进抗咬合性的、用于内燃机涡轮增压器的推力轴承。

根据本发明的一方面，提供一种用于内燃机涡轮增压器的推力轴承。推力轴承由铜合金制成，铜合金包括黄铜基质和散布在黄铜基质中的针状锰硅基化合物。不少于50％的散布在从推力轴承的滑动部分表面至50μm深度的区域中的针状锰硅基化合物具有从滑动部分内侧延伸至滑动部分表面的主轴，当在垂直于滑动部分表面的剖视图中观察时，该主轴相对于滑动部分表面形成30°-150°的角度。

针状锰硅基化合物是由五个Mn原子和三个Si原子构成的分子类型，且以针状晶粒的形式散布在铜合金的黄铜基质中。除了针状锰硅基化合物之外，粒状锰硅基化合物也可沉积和散布在铜合金基质中。

通过在垂直于表面的剖视图中将针状锰硅基化合物的主轴方向角控制在30°-150°，在滑动表面附近的针状锰硅基化合物的晶粒可接触黄铜基质，且紧密地固定至基质。结果，阻止了由于滑动造成的针状锰硅基化合物的晶粒脱落，并可在滑动时不损坏轴承和轴的表面的情况下防止咬合。当少于总量50％的针状锰硅基化合物晶粒相对于滑动部分表面形成30°-150°的角度时，相对增加了脱落晶粒的比例，并无法完全防止咬合。

发明人已经证实，当不少于总量50％的针状锰硅基化合物晶粒具有相对于滑动部分表面的45°-135°的主轴角度时，可以较高程度提高抗咬合性。因为在内燃机涡轮增压器中的推力轴承的最大容许磨损深度是50μm，所以控制针状锰硅基化合物主轴方向的区域的深度设为离开滑动表面50μm。

当在涡轮增压器运行期间推力轴承温度升高时，由于在黄铜基质与滑动部分表面上的针状锰硅基化合物之间的热膨胀差异，构成围绕针状锰硅基化合物的黄铜基质的金属原子的构造具有晶格缺陷(即，晶格应变)应变。具有这些晶格缺陷(即，晶格应变)的黄铜基质变得活泼，且易于与润滑剂中的硫反应。

在一实施例中，散布在滑动部分表面附近的黄铜基质中的针状锰硅基化合物晶粒之间的平均距离可以是5-80μm。然后，推力轴承中的滑动部分表面上的整个黄铜基质均匀地接受由于针状锰硅基化合物的热膨胀差异造成的效应，且滑动部分的整个表面均匀地变得活泼，从而硫化膜可早期地形成在滑动部分中的黄铜基质的表面上。晶粒之间的平均距离是指针状锰硅基化合物的晶粒与其它最近晶粒之间的平均距离。它是指针状锰硅基化合物的晶粒之间的黄铜基质平均长度。如上所述，因为当散布在滑动部分表面上的黄铜基质中的针状锰硅基化合物的晶粒之间的平均距离是5-80μm，同时相对的轴由金属制成时，在涡轮增压器运行期间非金属硫化膜早期地形成在黄铜基质的表面上，所以防止金属表面之间的滑动，并可提高推力轴承的抗咬合性。

假如在包含与以上相同量的Mn和Si时针状锰硅基化合物的晶粒之间的平均距离较短，则针状锰硅基化合物变得微小。当平均距离小于5μm时，实验确认，针状锰硅基化合物变得太微小，抗磨损性变小。另一方面，当平均距离超过80μm时，因为在针状锰硅基化合物的晶粒之间中心附近的黄铜基质难以接受由于涡轮增压器运行时热膨胀差异造成的效应，所以硫化膜难以形成。