滚动轴承的电镀组成部件制造技术

本发明专利技术涉及一种滚动轴承(10)的轴承组成部件，诸如为滚动元件(17)、轴承圈(12；15)和/或用于保持滚动轴承(10)的滚动元件(17)的保持架(20)，其中所述轴承组成部件的外表面(22)设置有镀层(25)，所述镀层包含至少97重量％锡。根据本发明专利技术，所述镀层(25)的锡包含α/β的相比率小于10％、优选不多于4％的α相锡和β相锡。

Electroplating Components of Rolling Bearings

The present invention relates to a bearing component of a rolling bearing (10), such as a holder (20) for a rolling element (17), a bearing ring (12; 15) and/or a rolling element (17) for holding a rolling bearing (10), in which an outer surface (22) of the bearing component is provided with a coating (25) containing at least 97% tin by weight. According to the present invention, the tin of the coating (25) contains less than 10% of the phase ratio of alpha to beta, and preferably no more than 4% of the phases of alpha and beta.

【技术实现步骤摘要】
滚动轴承的电镀组成部件
本专利技术涉及滚动轴承的领域，更特别涉及一种电镀有金属涂层以用于改善耐磨性的滚动轴承的组成部件。
技术介绍
在使用时，滚动元件和/或滚动轴承的保持架与轴承圈滚道(raceway)经历周期性滑动接触(在滚动元件的情况下)、与滚动元件经历周期性滑动接触(在球引导式保持架或滚子引导式保持架的情况下)、或者与轴承圈(bearingrace)的肩部经历周期性滑动接触(在圈(ring)引导式保持架的情况下)。这种周期性的滑动接触可能导致严重的磨损，尤其在润滑条件差的高速应用中，诸如齿轮箱轴承(/变速箱轴承)(gearboxbearings)、汽车发动机轴承、航空发动机主轴轴承和转轴轴承(/锭轴承)中(spindlebearings)。为了解决这个问题，例如已知为保持架的引导表面设置硬质类金刚石涂层(harddiamond-likecoating)，诸如在JP2005147306中公开的那样。作为另一种选择，可以将软金属膜施加(/涂布)于保持架表面，诸如在JP2002195266中公开的那样，由此厚度为25-50μm的银镀层被设置在由低碳钢制成的保持架上。然而，DLC涂层和银是昂贵的材料。在JP2012097872中，提出了锡涂层，其优点在于：这是一种更便宜的材料。在US9416821中提出了一种涂层，其包含锡和第二金属，该第二金属具有比铁低的表面自由能，例如，锌，由此第二金属以5-35重量％(/重量百分比，下同)(wt.％)的量存在于涂层中，并且涂层的厚度在5至30μm之间。在具有纯锡镀层的样本和具有由锡与锌构成的镀层的样本上进行保持架旋转试验之后，发现纯锡层表现出差的磨损状态。因此，在以下方面存在改进空间：为滚动轴承提供经济的且直接(/易于)制造的(有)涂层(的)组成部件，由此涂层提供了低摩擦和持久的耐磨性。
技术实现思路
本专利技术涉及一种轴承组成部件，诸如由金属材料制成的滚子元件、轴承圈或保持架，其中轴承组成部件的接触表面设置有延性镀层，该延性镀层包含至少97重量％锡或镍或铜(/紫铜)(copper)。锡是一种后过渡金属，具有两个主同素异形体(allotropes)或相(phases)，通常称为β-锡和α-锡。在室温时，稳定相为具有四方结构的β-锡。在低温时，β-锡转变成具有金刚石立方结构的α-锡。尽管如此，即使在高于转变温度的温度时，也已经发现传统的锡涂层包含α/β相比率为5-20％的α-锡和β-锡(这两者)。在根据本专利技术的轴承组成部件中，锡镀层包含小于10mol％(的)α-锡，优选小于5mol％，最优选不多于4mol％的α-锡。在优选的实施方式中，锡镀层包含不多于3mol％的α-锡。已经发现，具有有相应高水平的β-锡(即超过90mol％、优选至少96mol％)的锡镀层的轴承组成部件展现出改善的摩擦和磨损特性，并且寿命比具有包含较低水平的β-锡的锡镀层的轴承组成部件长。作为另一种选择，延性镀层可以包括无电镀镍(electrolessnickel)、电解镍或铜(/紫铜)(copper)。延性金属镀层允许在不牺牲轴承疲劳寿命的情况下提高滚动元件与滚道的一致性(/适合性)(conformity)。通常轴承寿命由于小的接触面积一般导致较高的接触压力(但却提供了减小的摩擦扭矩)的事实而减少。由于镀层的延性特征，因此镀层可以在滚动接触期间能够塑性变形和/或甚至可以被在试车(/磨合)时期去除(removed)。通过减小赫兹接触面积，变形的和/或去除的层改变了接触几何结构(contactgeometry)和/或增强了滚动元件与滚道的一致性。这进而在不减少轴承疲劳寿命的情况下降低了摩擦扭矩。进一步优选的是，设置有延性镀层(ductilelayerplate)的轴承组成部件为滚动轴承的保持架，所述保持架与滚动轴承的滚子和轴承圈中的至少一者滑动接触。优选的是，与所述保持架滑动接触的滚动轴承的滚子和轴承圈中的至少一者的表面设置有黑色氧化物层。因此，滑动接触的保持架和滚子或轴承圈的表面区域形成了包含锡的延性层和黑色氧化物层的滑动接触搭配体(/搭配物)(partners)。优选的是，设置有黑色氧化物层的轴承圈的外表面为轴承圈的滚道或肩部。此外，有利的是，所述黑色氧化物层的厚度在0.2至1.3μm之间，优选在0.5至1μm之间。根据本专利技术的轴承组成部件可以以电镀工艺生产，在该电镀工艺中将所述轴承组成部件浸入包含锡(或镍或铜)离子的电解液(的)浴(bath)中，并在电解回路中形成阴极。在一些实施方式中，使用酸性镀锡工艺(acidtinplatingprocess)，其中电解液包含硫酸亚锡和硫酸。在其它实施方式中，使用碱性镀锡工艺，其中电解液包含碱金属锡酸盐，诸如锡酸钠或锡酸钾。在这两个实施方式中，在电镀过程期间特别选择并仔细控制浴温(bathtemperature)。本专利技术人已经发现电解液浴(electrolytebath)的温度在存在于镀层中的α-锡与β-锡的比例中起到重要的作用。该机理尚未完全了解，但看来存在温度“窗口”，在该温度“窗口”中α-锡的形成被抑制。该窗口存在于25℃至35℃的温度之间。在使用相同样品、浴组分和工艺参数进行的一个实验中(其中仅温度变化)，发现35℃的浴温产生出小于3％的α/β相比率，而40℃的浴温导致产生10％的α/β相比率。另一个窗口存在于60℃至80℃之间，示出了与较低温度的第一窗口相同的α/β相比率(phaseratios)。在一些实施方式中，锡镀层由纯锡构成。在其它实施方式中，锡镀层包含至多3重量％的以下元素中的一种或多种：锑、铋、铟或银。据认为，添加这些元素中的一种或多种使β相稳定。在一个实施方式中，所述锡镀层由99.5-99.9重量％的锡和0.1-0.5重量％的锑、铋、铟和/或银构成。设置有镀层的轴承组成部件由金属材料制成，金属材料诸如为钢、铝或(青)铜，并且(轴承组成部件)可以是内圈、外圈、滚动元件和/或球引导(式)保持架、滚子引导(式)保持架或被构造成在轴承内圈或轴承外圈的肩部或凸缘上运行的圈引导(式)保持架。保持架还可以是用于汽车发动机应用的分离式保持架(splitcage)。在保持架的情况下，镀层的厚度可以在1至100μm之间，优选在5至30μm之间。假如镀层被施加于圈的滚道和/或滚动元件，则镀层的厚度优选为小于5μm，最优选小于3μm。现将参照实施例(/示例)和附图来进一步描述本专利技术。附图说明图1示出了包括了设置有根据本专利技术的锡的表面层的保持架的滚动轴承的一部分的截面；图2示出了不同的电镀温度对电镀的锡层中锡相的比例(/比率)的影响。具体实施方式图1示出了滚动轴承的一部分的截面图。轴承10具有内圈12、外圈15和设置在内圈12与外圈15之间的轴承圈的内滚道和外滚道上的圆柱滚子17的列。在所示的示例中，轴承(的)外圈15在外滚道的任一轴向侧具有凸缘15a，凸缘15a沿径向向内方向延伸并在轴承运行(/工作)(operation)期间引导滚子。(这些)滚子被保持架20保持间隔开，在本示例(/实施例)中，保持架20被在外圈(的)凸缘15a上对中并引导，并由低碳钢材料形成。让我们假设轴承支撑发动机曲轴(enginecrankshaft)并且(轴承)用发动机油来润滑。在轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滚动轴承(10)的轴承组成部件，诸如为滚动元件(17)、轴承圈(12；15)和/或用于保持滚动轴承(10)的滚动元件(17)的保持架(20)，其中所述轴承组成部件的外表面(22)设置有延性镀层(25)，其特征在于，‑所述延性镀层包含至少97重量％锡，其中所述镀层(25)的锡包含α/β的相比率小于10％、优选不多于4％的α相锡和β相锡，或者‑所述延性镀层包含至少97重量％的无电镀镍、电解镍或铜。

【技术特征摘要】
2017.07.05 GB 1710821.81.一种滚动轴承(10)的轴承组成部件，诸如为滚动元件(17)、轴承圈(12；15)和/或用于保持滚动轴承(10)的滚动元件(17)的保持架(20)，其中所述轴承组成部件的外表面(22)设置有延性镀层(25)，其特征在于，-所述延性镀层包含至少97重量％锡，其中所述镀层(25)的锡包含α/β的相比率小于10％、优选不多于4％的α相锡和β相锡，或者-所述延性镀层包含至少97重量％的无电镀镍、电解镍或铜。2.根据权利要求1所述的轴承组成部件，其特征在于，所述轴承组成部件为用于保持滚动轴承(10)的滚动元件(17)的保持架(20)，所述保持架与所述滚动元件的外表面或轴承圈的表面滑动接触，所述滚动元件的外表面或所述轴承圈的表面设置有黑色氧化物层，使得所述保持架上的延性镀层与所述黑色氧化物层...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尼克·博贝，约翰内斯·比格纳，克里斯汀·马塔，胡贝图斯·劳伦修斯·马里亚·皮克，汉斯·维厄斯库，周小波，罗埃尔·范德兹万，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE