[发明专利]具有铝轴承金属层的滑动轴承复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及滑动轴承复合材料，所述滑动轴承复合材料具有钢制基材层，设置在基材层上的铝制，优选除了杂质之外不含铅的铝合金制中间层，和设置在中间层上的除了杂质之外不含铅的铝合金制轴承金属层。

背景技术

这种滑动轴承复合材料被开发特别用于机动车辆的内燃机中所使用的轴承外壳或轴承套或止推片。其为多篇文献的主题。例如文献EP 1 334 285 A1、DE 10 2011 003 797 B3、DE 102 46 848 B4或EP 2 105 518 A2研究了轴承金属组合物的改进。通过最后一篇文献已知的铝轴承合金包含1.5至8重量％的Si，3至40重量％的Sn，总量为0.1至6重量％的一种或多种选自Cu、Zn和Mg的元素，总量为0.01至3重量％的任选一种或多种选自Mn、V、Mo、Cr、Ni、Co和B的元素和另外的铝。该文献中的研究难点在于完成的铝轴承合金产物中包含的Si-颗粒的粒径分布，所述Si-颗粒应以一定且极宽的分布形式包含一定含量的粒径小于4μm的较小Si-颗粒以及粒径为4至20μm的较大Si-颗粒。通过给定的分布可以减少材料与滑动偶件粘住的趋势(咬粘趋势)并且改进颗粒在材料中的结合。为了达到所需的粒径分布，根据该文献的教导采取的顺序为在350℃至450℃的温度下在8至24小时的时间内的退火步骤和随后的轧制步骤。

通过DE 10 2011 003 797 B3已知滑动轴承复合材料，所述滑动轴承复合材料具有钢制基材层，设置在所述基材层上的中间层和设置在所述中间层上的除了杂质之外不含铅的铝合金制轴承金属层。轴承金属层的铝合金包含10.5-14重量％的锡、2-3.5重量％的硅、0.4-0.6重量％的铜、0.15-0.25重量％的铬、0.01-0.08重量％的锶和0.05-0.25重量％的钛。硅以颗粒形式以这样的轮廓分布存在于轴承金属层中，使得以轴承金属层的面积计，所述面积中的直径为4μm至8μm的可见硅颗粒的面积比例为至少2.5％。在此关于高的耐磨性改进了化学组成和硬质粒子。

对于在启停应用中占主导的混合摩擦条件来说，耐磨性一直是重要因素，因此始终存在优化需要。此外，发明人还具有同时升高轴承材料的疲劳强度的目的。

发明内容

根据本发明通过具有权利要求1的特征的滑动轴承复合材料实现该目的。

在上述类型的滑动轴承复合材料中，本发明设计为轴承金属层的铝合金包含6.0-10.0重量％的锡，2.0-4.0重量％的硅，0.7-1.2重量％的铜，0.15-0.25重量％的铬，0.02-0.20重量％的钛，0.1-0.3重量％的钒，和任选小于0.5重量％的其它元素，余量为铝。

在本文的范围内，“除了杂质之外不含铅”被理解为任选由于各个合金元素的杂质而存在的铅比例在任何情况下可以小于0.1重量％。

本发明人发现，特别是在使用延展性中间层时，相比于现有技术中常见的情况，通过特定选择锡含量结合适应的微合金元素可以明确地在升高的疲劳强度的方向上设计轴承金属层。因此轴承不仅适用于主轴承领域而且适用于连杆轴承材料，在主轴承领域中在启停操作中出现越来越多的混合摩擦条件，在所述混合摩擦条件下不提供轴承的(水力)机油润滑。

无论滑动轴承复合材料的制备时的合适的温度控制和合适的成形程度，加入Ti改进了铸造方法中的基质材料的晶粒细化。通过精确维持0.02–0.2重量％，优选0.04–0.1重量％的Ti-含量，可以在鉴于Si-粒径分布所致力的铸造方法的低冷却速度下调整Al-基质材料的足够细化的粒径，其保证基质材料的高强度和良好的延伸性能。另一方面，基质材料的粒径分布不仅对Si-颗粒的分布产生影响(因为Si溶于Al-基质)，还对软质相(即沿着晶界的未溶Sn)的储存产生影响。因此Ti-含量需要与Si和Sn的含量尽可能精确地协调。

根据本发明Sn的含量在6.0重量％至10.0重量％，优选8.0重量％至10.0重量％的范围内。正是在该范围内，轴承金属层的合金体系具有出色的滑动性能并且由于作为软质相的相当低的锡含量而具有针对更高负载的必要强度，使得能够用于混合摩擦条件。

根据本发明，通过4重量％，优选3重量％的上限设定低Si-含量，从而提供鉴于轧制步骤的高成形程度所需的轴承金属层的延展性。另一方面，Si-颗粒的2.0重量％的最小含量是必要的，用以能够调整轴承金属材料的足够的耐磨性。通过提供Si或Si-颗粒及其受热处理控制的尺寸，可以明显降低咬粘趋势，这在混合摩擦条件下是再次有利的。在此，不同于纯Al中间层的情况，Si-含量对于扩散过程和脆相形成不是关键的。