[发明专利]用于轴承和其他应用中的高强度的低摩擦的工程材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月20日提交的序列号为No.61/728,315的美国临时专利申请和2013年4月24日提交的序列号为No.61/815,480的美国临时专利申请的权益，其通过引用整体合并入此处。

技术领域

本发明大体涉及工程材料，更具体地涉及高强度的低摩擦的材料及其形成方法。

背景技术

聚合物材料在两个表面相会并需要配合的很多应用中是非常有用的，诸如轴承，垫片，密封件，雨刮器及其类似应用。在任何磨损、缺陷或意外的条件下，聚合物材料提供良好的一致性，还提供低摩擦以允许这两个表面在小外力和极低热量的情况下相对滑动。通过聚合物材料提供的另一个优点是耐腐蚀性。然而，聚合物材料的强度相对于金属来说比较低，因此，在外加负载变得极端的应用中，诸如汽车轴承中，塑料材料的使用受到限制。

发明内容

本发明的一个方面提供一种工程材料，包括由金属形成的微格和设置在金属微格的间隙中的低摩擦材料。该低摩擦材料的摩擦系数小于金属微格的摩擦系数。

本发明的另一个方面提供一种形成工程材料的方法。该方法包括形成金属微格，并且在该金属微格的间隙中设置低摩擦材料。

该工程材料同时提供金属和塑料两者的优点。相对于相同应用中所使用的传统的产品，该金属微格提供足够的强度以承受外加负载而仅需要相对少量的金属。因此，与传统的产品相比，该工程材料的制造更为经济。同时，该低摩擦材料提供一致性和低摩擦。当该低摩擦材料包括聚合物时，其还提供耐腐蚀性并允许在小外力和低热量的情况下相对另一表面滑动。

本发明的另一个方面提供一种由工程材料形成的轴承，以及形成包括该工程材料的轴承的方法。该工程材料可连接或结合至另一固体结构，例如轴承的青铜或钢衬垫。然而，该工程材料还具有足够的强度以独立存在。因此，由工程材料形成的轴承可以利用少量金属支撑外加负载，因此相对于传统轴承来说成本低廉。另外，大量的低摩擦材料在高速和启停应用中运行良好，不需要100％聚合物涂层，并且还允许轴承在不损失性能的情况下被加工。

附图说明

结合附图，参考以下详细描述将更为容易理解本发明的其他优点，其中：

图1是根据本发明的一个典型的实施例的工程材料的放大图，该工程材料包括金属微格和低摩擦材料；

图1A是图1的工程材料的局部的放大的剖视图；

图2是根据本发明的一个典型的实施例的包括工程材料的轴承的示意图；

图3示出了根据本发明的一个典型的实施例的形成工程材料的方法；

图4给出了形成模板聚合物微格的步骤；

图5示出了由图4的步骤形成的三个典型的模板聚合物微格；

图6是由图4的步骤形成的模板聚合物微格的放大图；以及

图7给出了根据一个典型的实施例的在应用低摩擦材料之前的金属微格。

具体实施方式

参考附图，这些附图中的相似的附图标记指示相应的部件，提供高强度和低摩擦的工程材料20大体如图1所示。该工程材料20可被用在需要高强度和/或低摩擦的各种各样的应用，包括汽车应用和非汽车应用。该工程材料20包括金属微格(microlattice)22和低摩擦材料24，该金属微格22提供强度以承受外加负载，该低摩擦材料24设置在金属微格22的间隙26中以提供一致性，低摩擦和耐腐蚀性。

该金属微格22由金属形成，该金属可以是任何类型的金属或金属合金，该金属或金属合金提供足够的强度以承受该工程材料20应用中所遭遇的负载。在一个典型的实施例中，该工程材料20被设计为提供汽车轴承30的滑动表面28，如图2所示，而且该金属微格22由镍或镍合金形成。相对于较轻负载位置，金属微格22在高负载位置可被设计为具有高百分比的金属。金属微格22可包括单层32金属，或多层32金属，例如镍，铜和锡的多层32。该多层32可具有彼此相同的组成或不同的组成。在一个实施例中，当该层32具有不同的金属组成时，该金属多层32被铸在一起形成合金，例如通过热处理过程。