[发明专利]滑动部件及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑动部件以及用于制作滑动部件的方法。特别地，本发明涉及一种滑动部件的涂层以及用于制作所述涂层的方法。所述滑动部件可以是用于发动机的滑动部件，诸如轴承、轴承壳、衬套、止推垫圈、轴颈轴承等。

背景技术

在内燃机中，每个主轴承组件通常包括一对保持曲柄轴的圆柱轴颈的半轴承。每个半轴承包括半圆柱的轴承壳。轴承壳通常具有分层的结构从而提供所需的机械性能。结实的背衬材料提供结构强度，并且涂覆有一个或更多具有优选的摩擦学特性的层，从而提供面对且支撑协作的曲柄轴轴颈的轴承表面。背衬通常为钢的、1mm或更多的厚度，并且涂覆有或结合至衬套层(其可以包括多于一个单个的层)，以及面对曲柄轴轴颈的涂层。衬套层通常包括或者直接或者经由中间层粘合至背衬铜基的材料(例如，铜-锡青铜)或铝基的材料(诸如铝或铝-锡合金)，并且为从大约0.05mm至0.5mm的厚度。涂层可以为通过喷洒沉积的塑料聚合基的层，或者诸如通过溅镀或电镀沉积的铅-锡(Pb-Sn)合金的层的金属层。涂层可以通过夹层形式的扩散膜，例如镍而与衬套层分开。

涂层的作用为提供相对软、舒适的层，所述层能够容纳较硬的钢曲柄轴轴颈与轴承壳之间的任何小的偏斜，以及接纳并使可能在供油中循环并进入轴承的尘埃颗粒嵌入，以便防止轴颈的破坏或刻痕。涂层的这些作用分别被称为舒适性和可嵌入性。

这些作用要求涂层相对软且可变形，但同时足够结实从而提供具有长使用寿命的轴承表面，而没有因为过负荷或疲劳而引起的裂缝，且没有不可接受的磨损。

对涂层的性能的特别的挑战在近年来已经从当代车辆发动机的节约燃料构造到“停止-起动”操作中出现。虽然发动机轴承在使用期间传统地液压动力地润滑，但当发动机起动时可以向轴承提供较少的润滑或不提供润滑。因此，发动机的停止-起动操作将增加的要求置于轴承的性能上，并且特别是涂层的性能。

铅-锡合金已知为为涂层提供有效的材料，但对于发动机设计者存在从发动机(包括从磨损的部件)消除铅的压力。因此，设计者已经寻找替代方式。

一个消除铅的选择可以是使用纯锡(Sn)，其通常足够软从而提供好的舒适性和可嵌入性，只是以高磨损率的成本。

在GB2522035中提出了增加电镀的锡的耐磨性的因素。锡层的微结构，并且特别是其颗粒形态学能够通过控制电镀条件而被控制，并且颗粒形态影响锡层的物理特性。一个形态包括柱状的颗粒，其中颗粒的长宽比(其可以被评价为垂直于电镀层的基底的平均颗粒尺寸与平行于基底的平均颗粒尺寸的比例)是大的。这样的层具有相对高的硬度和耐磨性。这种类型的层被称为光亮锡层(bright tin layer)，因为其表面趋于发光的或反射的。另一种形态包括各向等大的颗粒，通常为较小的尺寸。这提供了较低硬度的层，其相比于包括柱状颗粒的层提供了更大的舒适度和可嵌入性，只是经受不可接受地高的磨损率。这种类型的层被称为钝锡层，因为其具有不反光的、非反射的表面。GB2522035提出了复合层结构，其具有在下面的光亮锡层上电镀的钝锡层。该结构例如通过使用直流(DC)电镀沉积下面的层并且改变为脉冲的阴极偏压从而沉积钝锡层而实现。

设计者可能考虑从而增加诸如锡的软材料的涂层的耐磨性的另一种技术为将硬颗粒合并到涂层中，例如从而由较硬的颗粒产生增强的锡的基体。然而，期望的是通过电镀形成锡的涂层，并且众所周知的是在尝试将硬颗粒合并到这样的电镀层中存在问题。通常，任何混合到电镀的方案中的硬颗粒将由金属的枝晶简单地排斥，由阴极生长为金属层的金属的枝晶被电镀，其结果是硬颗粒没有合并到电镀的金属层中。