滑环组件及其部件制造技术

可通过将至少一种纳米颗粒嵌入形成滑动接触表面的层中来增强贵金属或贵金属合金的滑动接触表面(11、31)的寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及电滑动接触。在金属性(例如金)滑动轨道和与其电接触的刷(例如金属性线)之间提供滑动接触，放置该刷以在滑动轨道上方滑动，滑动轨道和/或刷彼此相对移动。滑动接触允许该滑动轨道和刷之间的数据和/或能量的电传输，其中该刷和轨道可相对于彼此移动。例如，该滑动轨道可以是环或环段并且可被驱动以围绕其中心轴转动。刷和环的组合为滑环组件。相关技术的描述滑动接触在滑环组件中是特别有用的。在这种情况下，滑动轨道是环或环段等并且因此称作滑环。该滑环可以相对于该刷转动。该刷相对于给定的坐标系可为静态的。可替代地，该滑动轨道即滑环可为静态的并且该刷相对于给定的坐标系移动。第三种替代方式是该刷和滑环相对于给定的坐标系移动。通常滑环具有由贵金属例如金(Au)或银(Ag)制成的接触表面以提供具有低阻力的滑动接触。然而，纯Au是柔软的并且因此快速磨损掉，特别是在与作为刷的非Au金属线接触时。US4,398,113建议将Au滑动轨道与具有比Au滑动轨道更高的耐磨性的刷接触。在初始运行周期中，来自滑动轨道的Au附着于该刷，产生耐用的刷以及该滑动轨道和该刷之间降低的摩擦。WO2013/007458A2公开了具有与刷接触的滑动轨道的滑环组件。该滑动轨道是双层滑动轨道，其中第一层具有比第一层顶部上的Au层更高的耐磨性。选择该刷的材料以具有介于第一层的耐磨性与Au层的耐磨性之间的耐磨性。由此，首先Au层磨损，然后是刷，这是容易检测的。第一层更硬，即具有比Au层更高的刚度。这增强了Au层的寿命。WO2005/038985涉及具有接触层的电接触元件。所述接触层包含具有Mn+1AXn组成的非晶态碳化物或氮化物膜，其中n是正整数；M是钪、钛、钒(Vandum)、铬、锆、铌、钼、铪或钽之一；A是铝、硅、磷(Phospor)、硫、镓、锗、砷镉、铟、锡、铊或铅之一，并且X是碳、氮或二者。该层具有与处于纳米晶状态的所述材料的区域混合的所述Mn+1AXn的非晶态区域。该层应具有低摩擦系数并且因此是耐磨的。US2004/0000834A1涉及换向器，其具有换向器滑动零件。该滑动零件包含由石墨、金属粉末、粘结剂、固体润滑剂和碳纳米管或碳纳米纤维组成的层。将组分混合、模制和烘烤。
技术实现思路
要解决的问题是提供具有高耐久性和低接触阻力的滑动轨道或刷。在独立权利要求中描述了该问题的解决方案。从属权利要求涉及本专利技术的进一步改进。本专利技术的滑动轨道具有与至少一个刷接触的顶层。该滑动轨道可包含主要由贵金属例如金(Au)或银(Ag)制成的顶层。该顶层可包含合金化组分例如铜(Cu)、钴(Co)或类似物以增强该顶层的硬度和耐磨性。另外，合金化组分可促进通过电解沉积来沉积顶层。还可向刷施加该顶层用于接触滑动轨道，例如现有技术的滑动轨道或具有本专利技术的顶层的滑动轨道。优选地，将纳米颗粒(至少一种)嵌入该顶层中。纳米颗粒由ISO/TS27687：2008定义为具有小于100nm的直径的颗粒。因此可将纳米颗粒嵌入例如具有Au或Ag或其它贵金属的顶层中。通过纳入纳米颗粒，可获得弥散硬化。例如可将硬质材料例如碳化物如碳化硅(SiC)和/或碳化钨(WC)和/或碳化钛(TiC)和/或碳化硼(B4C)和/或碳化钽(TaC)和/或碳化铍(Be2C)的纳米颗粒纳入或换言之嵌入该滑动轨道的顶层中。氮化物，特别是氮化钛(TiN)和/或钽(TaN)和/或立方氮化硼(BN)和/或氮化硅(Si3N4)和/或氮化铝(AlN)也可被嵌入。还可将金刚石、氧化铝(Al2O3)、刚玉、蓝宝石、红宝石(Rubin)、锆石、二氧化硅(SiO2)、碳纳米管(CNT)、二硼化钛(TiB2)和/或二硅化钼(MoSi2)或类似物嵌入顶层中。纳米颗粒还可包含混合晶体例如TiC-WC和/或TiC-TaC-WC和/或TiC-TiN,这也是对于其高刚度和良好的热导率及电导率是已知的。多碳化物和复合碳化物例如特别是Co3W3C、Ni3W3C也可包含在纳米颗粒中作为金属间化合物例如W-Co和/或W-Os和/或W-Re和/或W-Ir和/或Mo-Be。烧结陶瓷金属(简称“金属陶瓷”)的纳米颗粒也是适合的。可能的组合物特别包括以下金属陶瓷：Al2O3-Cr；Al2O3-Mo-Cr；Al2O3-Ni；UO2-Mo；ZrO2-Mo和/或碳化钛(TiC)/氮化钛(TiN)-Ni。所有这些材料的纳米颗粒是硬的并且因此共同具有高耐磨性。由此，降低了顶层的磨损而不显著降低接触阻力。换句话说，增强了该顶层的寿命周期。据认为Au层的实验观察到的硬化是由于弥散硬化。可预期硬纳米颗粒可对刷的寿命周期具有负面影响，然而，出乎预料地证明不是如此。在第一阶段中Au线刷的磨损似乎得到增强，然而，在所谓的协调(inphase)运行之后减少了Au线的磨损。据认为，在协调运行期间来自线的柔软的Au发出响声(speaksoils)或在顶层上涂抹，并且由此降低顶层的粗糙度。该效果相当出乎预料，因为硬纳米颗粒增强了该滑动轨道的粗糙度并且对刚砂纸具有与刚玉相同的作用，即会预期纳米颗粒的硬尖端研磨刷线直至其失效。但是研磨过程在协调运行之后突然停止。要将硬度理解为压痕硬度，其例如可通过洛氏硬度测试仪进行测量并且与材料的拉伸强度线性相关。作为替代或者另外，可嵌入由石墨和/或氮化硼(BN)和/或二硫化钼(MoS2)和/或聚四氟乙烯(PTFE)制得的纳米颗粒。这些材料降低该滑动轨道的顶层和刷之间的摩擦。另外减少了磨损。用于接触滑动轨道、特别是具有如上所解释的嵌入有纳米颗粒的滑动轨道的刷可包含至少一种金属性线。优选地，该线具有贵金属和/或具有至少一个贵金属涂层(例如Au或银涂层)以提供低阻力接触表面。可将纳米颗粒、特别是上面列出的材料的纳米颗粒嵌入该涂层中。该线和/或该涂层可包含合金化组分例如铜(Cu)、钴(Co)或类似物以增强该刷接触表面的硬度和耐磨性。在顶层中嵌入例如上面提及的材料的纳米颗粒可通过在分散的纳米颗粒的存在下电镀顶层来获得。因此，用于提供滑动轨道和/或刷的嵌入纳米颗粒的金属层的方法，包括至少：－制备在其中分散纳米颗粒的电解质浴，－电流沉积，即在所述电解质浴中在滑动轨道坯料或刷坯料上优选电镀金属层作为顶层。该金属层优选具有贵金属或包含贵金属例如Au或Ag的合金。...

【技术保护点】
滑动轨道或刷的具有金(Au)和/或银(Ag)和/或其它稳定贵金属的顶层(31)，用于通过至少一个刷(10)或滑动轨道而被电接触以在该顶层31和刷(10)或滑动轨道之间提供至少一个滑动接触(50、51)，其特征在于：在该顶层(31)中嵌入具有比Au和/或Ag更高的耐磨性和/或更低的摩擦系数的纳米颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.16 EP 13180758.81.滑动轨道或刷的具有金(Au)和/或银(Ag)和/或其它稳定贵
金属的顶层(31)，用于通过至少一个刷(10)或滑动轨道而被电接
触以在该顶层31和刷(10)或滑动轨道之间提供至少一个滑动接触(50、
51)，其特征在于：
在该顶层(31)中嵌入具有比Au和/或Ag更高的耐磨性和/或更
低的摩擦系数的纳米颗粒。
2.具有通过滑动接触来电连接的刷和滑动轨道的滑环组件，其特
征在于：
该滑动轨道和/或该刷具有权利要求1的权利要求1的顶层(31)
和/或该刷是权利要求2的刷。
3.前述权利要求之一的主题，其特征在于：
至少一种所述纳米颗粒选自SiC、Ti、MO、W、WC、金刚石、PTFE、
CNT、石墨、石墨烯、刚玉、Al2O3、烧结陶瓷金属、B4C、TaC、Be2C、
TiN、TaN、BN、Si3N4、AlN、红宝石、锆石、TiB2...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·霍尔扎普费尔，N·格德贾，
申请(专利权)人：滑动环及设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE