[发明专利]承载部件及其制造方法、滑动轴承和往复式活塞内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种由含铁基体材料制成的承载部件(carrier part)，特别是用于往复式活塞内燃机尤其是大型两冲程柴油发动机的滑动轴承的支承壳体。本发明还涉及具有承载部件的滑动轴承、制造滑动轴承的方法以及具有滑动轴承的往复式活塞内燃机，参见独立权利要求的前序部分。

背景技术

滑动轴承在机械工程中应用于难以计数的实施方式中。例如，滑动轴承作为曲柄轴承、连杆轴承、推力轴承、十字头枢轴承(crosshead pivot bearing)、螺旋桨轴轴承被用在往复式活塞内燃机中，或者用在许多其他应用中。

例如在WO00/23718中，公开了一种滑动轴承和一种制造滑动轴承的方法，其中将一种由白合金(white metal)构成的涂层合金化到由铁材料构成的承载部件上。然而，合金的形成需要液态合金成分的存在，因此在涂覆过程中会释放大量的热，从而不仅使白合金熔化，而且在承载部件的运行表面一侧的上部也会形成由熔融基体材料组成的金属熔池。由此产生的白合金和铁材料的熔融物能够彼此形成合金，且产生大量的FeSn₂。因此，在此情况下，会形成基本上由FeSn₂构成的较厚连接区域。该连接区域固然在基体材料和涂层之间形成了良好的冶金连接，但是FeSn₂是非常脆的材料，以至于已知的轴承构造在较小的载荷下就已经能形成裂纹和脆性断裂。另外，存在这样的情况：一旦发生不良冷却，接近涂层的铁材料能够发生马氏体转变，由于马氏体同样很脆，这进一步恶化了上述不利情况。

结果是，上述类型的轴承，由于位于基体材料钢和白合金支承层之间的较厚中间区域内的高脆性和低拉伸性，导致使用寿命较短。

为避免这些问题，还已知的是采用离心铸造工艺在承载部件上涂覆由轴承金属(例如白合金)构成的涂层。这样，由熔融基体材料构成的金属熔池的形成确实得到了抑制。然而，在离心铸造工艺中所涂覆的白合金凝固的过程中，会出现合金成分的分离，这是因为由Cu₆Sn₅构成的针状晶体首先析出，由SbSn构成的立方晶体随后凝固，而剩余的富锡基质则最后凝固。

Cu₆Sn₅的密度大于基质的密度，而SbSn的密度小于基质的密度，基质则保持较长时间的液态。Cu₆Sn₅晶体因此沿径向向外迁移，并由此弱化了白合金涂层邻接基体材料的区域，这同样对使用寿命产生了不利影响。

为避免上述以及相关问题，WO2007/131742A1中提出了一种滑动轴承和一种制造滑动轴承的方法，其中，含有FeSn₂的相对薄的连接区域(其最厚为至多10μm)形成在纯白合金层和含铁基体材料之间。

然而，由于FeSn₂层尽管确实较薄但实际上仍然存在，从而不能完全解决脆性断裂和裂纹形成所产生的问题，所以上述解决方案只能作为折衷方案。由于WO2007/131742A1的滑动轴承的变形能力仍然远远不够，脆性断裂和裂纹形成的问题对于处于极高应变条件下的滑动轴承格外明显，例如，大型两冲程柴油发动机中的曲柄轴承，其中每个汽缸很容易产生最高10,000kW或更高的驱动力。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用于滑动轴承的新型承载部件，其中不再存在FeSn₂连接区域带来的问题，从而能够在实际上排除脆性断裂和裂纹产生。同时，提供了具有更简单层状结构的轴承，而且与此同时能够使用本身已知的制造方法，从而不必提供新的设备来制造这种新型轴承。

满足此目的的本发明的主题由各组独立权利要求的特征来限定。

从属权利要求涉及本发明特别优异的实施方式。

因此，本发明涉及一种由含铁基体材料制成的承载部件，特别是滑动轴承的支承壳体，在所述承载部件的运行表面一侧上提供了由轴承金属构成的含有至少一个部件层的层状体系。在此方面，该层状体系中的与承载部件紧邻的至少一个承载部件层由含Sn材料制成，所述材料优选为白合金。依据本发明，承载部件层通过连接区域与基体材料冶金连接，且该连接区域中基本不形成FeSn₂。

由于几乎完全抑制了由FeSn₂构成的连接区域，并且因而不允许其以小的、技术上相关的程度存在，所以确保了本发明的滑动轴承的变形能力整体上不再受到负面影响，从而确保了抵抗脆性断裂和裂纹形成的足够高的安全性。