[发明专利]用于滑动件的多层复合材料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产用于滑动件，如轴承壳或轴承套的多层复合材料的方法，在该法中借助于连续带铸-包覆工艺将轴承材施加在基础材料，特别是钢的基础材料上。本发明还涉及具有钢质基础材料及铸于其上的轴承合金的、用于滑动件，如轴承壳或轴承套的多层复合材料。

背景技术

轴承系统一般用于吸收和传送彼此相对移动的部件之间的轴向及径向的力。这意味着，实际上轴承都需作圆周转动或绕轴运动。因此在所有机器和组件中轴承是不可缺少的部件，在内燃机中尤为如此。

对现代内燃机中的最重要的支撑部位(主轴承、连接棒轴承、小型端部轴承套、凸轮轴套等)的研究提供了轴承材料必需具有的，经常相互矛盾的性能的复杂性的良好的概述。

依据轴承的类型及所涉及的内燃机，不仅必需考虑不同的结构状况，而且还要全盘考虑不同类型的负荷(气体力、惯性力、滑动速度)。在一段时间中，具有多层结构的复合材料已证明特别适于满足综合的，变化着的要求(高的疲劳强度、良好的耐磨性、低的划伤敏感性、高的耐蚀性、高的耐空穴腐蚀性等)。因此2和3层的复合材料目前已构成了现有技术的一部分。在此情况下，钢的基础材料的普通轴承提供了必要的机械强度，及提供了在轴承座中的精确的压配合。用辊压结合、带铸包覆或烧结法施加轴承金属提供了上述性能，一个附加的表层(通常是用电镀法施加的)，而且还有一个起着扩散阻挡层作用的中间层从而完成了该复合系统。

与未来的柴油发动机相关的发展趋势表明了2种主要的决定性要求：将燃料消耗减至最少和降低污染物的产生。

与常规的柴油机比较起来，这是靠直接喷射，即增加燃烧压力和靠涡轮机增压达到的。因而在新几代的内燃机中特别急需轴承材料。这种趋势很清楚地是朝向更高的荷载能力的，在连接棒轴承的场合下，这种趋势已导致新的多层复合材料。因此溅射轴承(由借助阴极溅射法所施加的滑动层构成的表层)已成为工业上常用的装置。采用这种类型的轴承可以无困难地承载极高的负荷。

然而，在其它领域，如小型端部轴承中，对轴承材料的需求还升高到这样的程度：该需求只能利用传统上用于此领域中的钢/铅-青铜轴套材料，通过增加该小型端部轴承的直径来满足，但这又导致了单位负荷的下降。然而这种发展是一种沿着错误方向进行的行动，因为这导致振动质量的增加，因而导致内燃机的结构高度的增加，这与减轻重量的普遍愿望是背道而驰的。使用铅-青铜合金的其它问题是此合金缺乏耐腐蚀性。

由此可知，比如，在轴套材料领域中，未来的市场需求只能靠开发新的复合材料体系来实现。现在的技术和经济上的需求将是：该复合材料必须能够承受最高等级的负荷、它必须有在高达200℃的温度下，在恶劣环境(由于长时间间隔的维修检查的结果，材料处于油料添加剂、油中的燃烧残留物和油的严重污染的压力之下)中的高度的耐腐蚀能力，而且它必须以有效的成本生产。

在EP 0 681 114中述及一种多层复合材料，它由钢和普遍的Cu-Zn合金的轴承材料构成，它用于轴承套和止推垫圈。这种复合材料的生产靠轴压结合完成。辊压结合之后的热处理作为后续的扩散工艺提高了钢和轴承金属间的结合强度。

与本申请中所要保护的方法不同，生产这种复合体系必然伴有辊压结合过程。辊压的力通过表面结合产生了2种材料间的粘合。虽然后续的均化处理加强了这种结合，但它并未象通过铸造进行包覆，即通过液相和固相进行接触时那样，能导致积极的结合或甚至导致冶金学上的结合。

此外，应注意的是，EP 0 681 114中所述的工艺实施起来比用铸造进行的包覆要昂贵得多，这是因在用辊压法生产该复合材料之前，必须以其自己的铸造过程生产CuZn31Si带材。只有在另一阶段用辊压结合法才能生产此复合材料。然而，可在单一阶段，通过铸造此复合材料产生带有覆层的钢。

DE-OS 25 48 941述及一种生产绞股状的金属产品的方法，按该法，施加了若干相同金属的层。因此产生若干包覆管。分别形成于该带材上的包覆点处的层被连续拉拔和冷却。为此在带材下方设置适宜的冷却装置。

从DE-PS 10 63 343中得到一种铸造铅-青铜带材的方法，按该法，将钢带加热至约1100℃的温度，以防该带变形。预先用弯折刃口缘将此带形成U形的外形。在铸造-包覆和冷却之后(但，这从未述及)该带经碾磨至所需厚度，然后冷却。