包含颜料的滑动元件制造技术

一种用于发动机的滑动元件(100)，该滑动元件(100)包括基于聚合物的覆盖层(106)和金属基底(102)。基于聚合物的覆盖层包括基于聚合物的基质、金属颗粒和颜料。颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含颜料的滑动元件
本专利技术涉及具有基于聚合物的覆盖层的滑动发动机部件，尤其涉及具有包含颜料的基于聚合物的轴承覆盖层的滑动发动机部件。这类滑动发动机部件可以包括轴承衬壳、衬套、曲轴轴承面、凸轮轴轴承面、连接杆轴承面、止推垫圈、轴承座轴承面、轴承盖轴承面和活塞组件的部件，例如活塞环、活塞裙、气缸壁和气缸套。专利技术背景在内燃机中，轴承组件通常每个都包括一对半轴承，该一对半轴承保持可绕轴旋转的曲轴。每个半轴承为中空、一般为半圆柱形的轴承壳。轴承组件可以包括法兰半轴承，其中轴承壳设有在各个轴端向外(径向)延伸的一般为半环形的止推垫圈。已知在其他轴承组件中，也可使用环形或圆形止推垫圈。滑动轴承的轴承面一般使用分层结构，其中牢固的背衬材料上涂布有一层或多于一层有优选摩擦学性能的层，该层在使用中限定朝向协作运动部分的轴承面。在已知的半轴承和止推垫圈中：牢固的背衬材料可为厚度约为1mm或大于1mm的钢；轴承面上涂布有6μm至25μm的基于塑料聚合物的复合层的层(“覆盖物”或“覆盖层”)；并且任选地在背衬和覆盖层之间提供附着至背衬的至少一层中间层(“内衬层”或“过渡层”)，例如基于铝的材料(例如铝-锡合金)或基于铜的材料(例如铜-锡青铜)，任选的内衬层的厚度一般约为0.1mm至0.5mm(例如300μm的铝-锡合金)。在本领域中已知在钢背衬上使用复合的基于塑料聚合物的覆盖层，其中覆盖层包括聚合物材料的基质，该基质具有分布在整个基质中的机械性能增强添加剂，例如金属颗粒、硅烷化合物和干式润滑剂颗粒。金属颗粒可以是例如银颜色金属粉末(例如铝)或铜颜色金属粉末(例如铜)。金属颗粒可以提供适应性并改善整个覆盖层的热分布。金属颗粒还可以改善覆盖层的疲劳强度。还已知将着色颜料添加到基于聚合物的基质中以使基于聚合物的覆盖层着色。可以选择颜料的颜色以使基于聚合物的覆盖层具有与下面基底的颜色不同的颜色。这使得可以简单地通过观察轴承面并观察颜色来容易地确定基于聚合物的覆盖层的存在。例如，WO2015/024898A2描述了一种基于塑料聚合物的复合材料，用作钢背衬上的覆盖层，其中覆盖层包括基于聚酰胺/酰亚胺的聚合物的基质，在整个基质中分布有：10体积％至15体积％的酞菁铜颜料；1体积％至小于15体积％的金属颗粒(例如金属粉末和/或金属片)；1体积％至15体积％的含氟聚合物，除附带的杂质外，其余为聚酰胺/酰亚胺树脂；和3体积％至6体积％的硅烷化合物。例如，基于聚合物的覆盖层可以包含12.5体积％的Al，5.7体积％的PTFE颗粒，4.8体积％的硅烷，<0.1体积％的其他组分，除附带的杂质外，其余可以是聚酰胺/酰亚胺。然而，尽管着色颜料使基于聚合物的基质具有所选择的颜色，但该颜料不增强基于聚合物的覆盖层的任何机械性能。换言之，使用着色颜料会给基于聚合物的基质带来一定程度的非功能性。此外，已经发现，以使基于聚合物的覆盖层有颜色的所需水平添加现有技术的着色颜料会损害基于聚合物的基质的结构完整性、耐磨性、疲劳性能和抗咬合性。这还可能不利地影响基于聚合物的基质的硬度和/或强度。相反，低含量的着色颜料的使用不能充分改变基于聚合物的基质的颜色，以使其与下面的基底区别开。因此，在添加着色颜料以使基于聚合物的覆盖层着色时，颜色的范围和颜色的强度受到限制。还注意到，在基于聚合物的覆盖层包含金属颗粒例如铝片的情况下，金属颗粒本身可以影响基于聚合物的覆盖层的颜色。例如，已经发现，当基于聚合物的覆盖层包含铝片且未添加特定颜料时，由于铝片的存在，基于聚合物的覆盖层呈现灰色或银色。这可能至少部分是由于铝片的反射特性。另外，已经发现，由于铝片的反射特性，与使不含铝片的等效覆盖层着色所需的颜料量相比，使包含铝片的基于聚合物的覆盖层着色所需的颜料量更大。然而，如上所述，不希望存在大量的颜料，因为它给基于聚合物的基质引入了高度或大量的非功能性，甚至可能损害基于聚合物的覆盖层的某些机械性能。因此，需要提供一种手段来控制基于聚合物的覆盖层，特别是包含金属颗粒的基于聚合物的覆盖层的颜色，而不会损害覆盖层的机械性能，并且有可能同时增强覆盖层的机械性能。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于发动机的滑动元件，该滑动元件包括基于聚合物的覆盖层和金属基底，基于聚合物的覆盖层包括：基于聚合物的基质；金属颗粒；和颜料；其中颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。已经发现，与使用具有较低硬度的颜料例如上述酞菁铜相比，提供具有莫氏硬度等级至少为4的硬度的颜料有利地改善了基于聚合物的覆盖层的耐磨性。这使得可以添加足够量的颜料以克服金属颗粒的反射特性，并因此向基于聚合物的覆盖层赋予颜色，同时还改善基于聚合物的覆盖层的机械性能。另外，这意味着可以添加足够的颜料以向基于聚合物的覆盖层赋予颜色，而不会不利地影响基于聚合物的覆盖层的机械性能。提供具有莫氏硬度等级至少为4的硬度的颜料可以通过磨擦协作部件例如轴颈的表面降低其粗糙度来有利地改善基于聚合物的覆盖层的耐磨性。另外，颜料颗粒本身可以抵抗磨损，这改善了基于聚合物的覆盖层的整体耐磨性。如本专利技术所述，术语“颜料”是指固体材料，其选择性地吸收和反射某些波长的光，从而呈现出某种颜色。通常将颜料研磨成颗粒，以使其能够悬浮地添加到液体载剂中，从而向液体载剂赋予颜色。以这种方式，颜料可用于形成油漆和油墨。合适的颜料可以具有适合使用滑动发动机元件的环境的温度和耐化学性。颜料可以包含固体颗粒。颜料可以分散在整个基于聚合物的基质中。如本专利技术所述，术语“着色”或“赋予颜色”是指基于聚合物的覆盖层的颜色基本上通过添加颜料来确定。本领域技术人员将理解，基于聚合物的覆盖层可以不必与金属基底的表面直接接触，因为如下所述，滑动发动机元件还可以包括在金属基底与基于聚合物的覆盖层之间的一个或多于一个中间层。颜料的添加可以避免通过例如压印工艺或通过附加的印刷或蚀刻工艺将其他识别特征施加到部件表面的需求，这将需要附加的制造步骤并且可能干扰部件的操作。例如，在轴承壳的情况下，压印在外表面上的识别标记可能会压花内表面，该内表面配置为与公差非常小的转动轴颈配合。类似地，在轴承壳的外部印刷、蚀刻或压印识别标记可能会影响轴承壳在使用中位于其外壳内的方式，从而影响性能。颜料可以基本上均匀地分布在基于聚合物的覆盖层的整个基于聚合物的基质中。这可以有利地在整个基于聚合物的覆盖层上提供均匀的颜色。或者，颜料的浓度可能因层的厚度而不同。随着基于聚合物的覆盖层的磨损，这可能导致颜色变化，有利地使得能够识别基于聚合物的覆盖层的磨损。例如，颜料的浓度在距金属基底最远的基于聚合物的覆盖层的表面上可能最大。金属基底优选地由具有足够强度的金属形成，以在使用中赋予轴承元件更大的结构刚度。合适的金属基底材料包括：钢、铝、青铜、黄铜、铋、铜、镍、锡、锌、银、金和铁或这些材料的合金。基底可以包括两种或多于两种这样的材料或合金的组合。用于体现本专利技术的轴承元件的特别合适的基底材料包括钢、铁、铝、铜合金、青铜和黄铜合金。滑动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发动机的滑动元件，所述滑动元件包括基于聚合物的覆盖层和金属基底，所述基于聚合物的覆盖层包括：/n基于聚合物的基质；/n金属颗粒和颜料；/n其中颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180608 GB 1809477.11.一种用于发动机的滑动元件，所述滑动元件包括基于聚合物的覆盖层和金属基底，所述基于聚合物的覆盖层包括：
基于聚合物的基质；
金属颗粒和颜料；
其中颜料具有莫氏硬度等级至少为4的硬度。


2.根据权利要求1所述的滑动元件，其中所述金属颗粒包含铝片。


3.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其中所述基于聚合物的覆盖层包含约10体积％至约20体积％的金属颗粒。


4.根据前述权利要求中任一项所述的滑动元件，其中所述颜料具有与上面设置有基于聚合物的覆盖层的金属基底表面的颜色不同的颜色。


5.根据前述权利要求中任一项所述的滑动元件，其中所述颜料包含金属氧化物。


6.根据权利要求5所述的滑动元件，其中所述颜料包含氧化钛和氧化铬中的至少一种。


7.根据权利要求5所述的滑动元件，其中所述颜料包含复合无机彩色颜料。

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·尤佩，凯莉·麦克伊万，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，马勒发动机系统英国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE