具有中间层的滑动元件制造技术

技术编号：40431256 阅读：4 留言：0更新日期：2024-02-20 22:53

轴承元件(100)包括金属基材(102)、设置在金属基材(102)上的中间层(104)以及设置在中间层(104)上的轴承层(106)。中间层(104)包括第一铝合金，该第一铝合金包括0.8重量％与1.4重量％之间的锰以及0.8重量％与1.3重量％之间的镁。还提供了一种包括该轴承元件(100)的发动机。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及一种轴承元件以及一种包括轴承元件的发动机。更具体地，本专利技术涉及一种轴承元件，该轴承元件包括处于金属基材与轴承层之间的中间层。体现本专利技术的轴承元件适用于汽车环境，包含用于支撑可旋转或可滑动的发动机部件以及用作其它可旋转或滑动的发动机部件或用作其它可旋转或滑动的发动机部件的一部分。这种滑动发动机部件可以包含轴承衬壳、衬套、曲轴的轴承表面、凸轮轴的轴承表面、连杆的轴承表面、止推垫圈、轴承座的轴承表面、轴承盖的轴承表面以及活塞组件部件，诸如，活塞环、活塞裙、气缸壁和气缸套。体现本专利技术的轴承元件特别适合用作滑动轴承。

技术介绍

1、在内燃机中，主轴承组件通常各自包括一对半轴承，该对半轴承保持可围绕一条轴线旋转的曲轴。每个半轴承是大致半圆柱形的轴承壳，并且通常至少一个是凸缘半轴承，该凸缘半轴承在每个轴向端部处设有向外(径向)延伸的半环形止推垫圈。

2、轴承壳的轴承表面通常具有分层结构，其中包括坚固背衬材料的基材涂布有一个或多个层，所述一个或多个层具有优选的摩擦学性能，以提供在使用中面向合作的运动部件(诸如，曲轴轴颈)的轴承表面。通常，在坚固的金属基材上设置金属的运行表面或轴承表面。金属轴承层可以包括铝合金，该铝合金可以进一步包括锡或硅。包括铝锡合金的轴承层可以展现出提高的抗咬合性和顺应性，但是由于包含软质锡溶质，可能具有降低的疲劳强度。金属轴承层可以包括青铜或黄铜合金，其具有或不具有软相。包括青铜的轴承层可以由于其较高的负荷承载能力而较适合于较高负荷的应用。然而，这种轴承层可能展现出较低的抗咬合性和较低

3、在已知的轴承元件中，可以在金属基材与轴承层之间铺设一层结合箔。也称为夹层或中间层的结合箔通常具有几十微米的厚度，并用于促进轴承层与金属基材的有效结合。通常，中间层通过带式铸造或连铸形成，以形成带材，该带材随后被辊压结合到金属基材。已知的中间层可以包括纯铝或高强度铝铜合金。已知的中间层的厚度通常比轴承层的厚度小得多。

4、然而，包括纯铝或铝铜合金的中间层的设置可能是昂贵的。此外，虽然已知的轴承元件通常展现出高抗咬合性和顺应性，但许多轴承元件展现出低劣抗疲劳性。疲劳是材料由于在低于材料的极限强度的应力下反复加载和卸载而失效的过程。轴承元件和其它滑动部件需要能够使用大量循环，而不会由于疲劳而失效。因此，轴承元件需要高抗疲劳性。

技术实现思路

1、因此，需要提供一种既展现出高抗咬合性又展现出高抗疲劳性的轴承元件。

2、此外，需要提供一种生产成本较低的轴承元件。

3、根据本专利技术的第一方面，提供了一种轴承元件，其包括：金属基材、设置在金属基材上的中间层以及设置在中间层上的轴承层，其中，中间层包括第一铝合金，该第一铝合金包括：0.8重量％与1.4重量％之间的锰，以及0.8重量％与1.3重量％之间的镁。

4、包括锰和镁的中间层的设置可以比包括铝铜合金的可比中间层成本低。此外，本专利技术人发现，包括具有本专利技术的重量百分比的锰和镁的铝合金的中间层的设置可以有利地且令人惊讶地提高轴承元件的抗疲劳性，同时保持由轴承层提供的良好抗咬合性。

5、不希望受到理论的束缚地，轴承元件的抗疲劳性的提高被认为是由于使用了与现有技术的中间层相比具有提高的硬度的中间层。如下文更详细地阐述，例如当使用维氏硬度测试时，在现有技术的轴承元件中，铝金属或铝铜合金中间层的硬度低于轴承层的材料的硬度。相反，本专利技术的铝锰合金的硬度大于轴承层的材料的硬度。例如，本专利技术的中间层的铝锰合金的硬度可以是轴承层的材料的硬度的约1.1倍。

6、中间层包括第一铝合金，该第一铝合金包括0.8重量％与1.4重量％之间的锰。例如，第一铝合金可以包括1.0重量％与1.4重量％之间的锰。

7、中间层包括第一铝合金，该第一铝合金包括0.8重量％与1.3重量％之间的镁。例如，第一铝合金可以包括0.8重量％与1.3重量％之间的镁。

8、中间层的铝合金可以具有对应于国际名称a3004或a3104的组成。

9、如本文所使用，参考本专利技术，轴承元件中所使用的材料中的组分的相对量以重量百分比给出。这是指每种组分的干重百分比。本领域技术人员应理解，这是任何固化或热处理步骤之后的最终轴承材料的每种组分以重量给出的比例。

10、如本文所使用，参考本专利技术，“轴承层”是指轴承元件的层，该层直接邻近于中间层，在中间层的与金属基材相反的表面上。轴承层可以是直接与合作的运动部件(诸如，曲轴轴颈)接触的层。替代地，轴承元件可以进一步包括设置在轴承层上的附加层，诸如下文更详细描述的聚合物覆盖层。

11、金属基材可以包括任何金属。金属基材可以包括钢。金属基材可以具有任何厚度。例如，金属基材的厚度可以介于0.25毫米与5毫米之间、0.5毫米与3毫米之间或者1毫米与2毫米之间。

12、可以通过使用带式铸造机或连铸机铸造第一铝合金的相对薄的带材来形成中间层。第一铝合金的薄带材的表面可以使用磨刷来粗糙化，以实现2微米与6微米之间的表面粗糙度(ra)。可以进行这种表面粗糙化以促进中间层与金属基材的结合。可以使用辊压结合将轴承层和中间层铺设到金属基材。轴承元件可以经历热处理过程以提高轴承元件的机械性能。如下文更详细地阐述，热处理可以有利地促进中间层与轴承层的改进的结合。

13、第一铝合金可以进一步包括铜。第一铝合金可以进一步包括0.01重量％与0.6重量％之间的铜。例如，第一铝合金可以进一步包括0.05重量％与0.25重量％之间的铜，或者0.10重量％与0.25重量％之间的铜。替代地，第一铝合金可以包括约0.6重量％的铜。

14、第一铝合金可以进一步包括硅。第一铝合金可以进一步包括0.1重量％与1.0重量％之间的硅。例如，第一铝合金可以进一步包括0.3重量％与0.7重量％之间的硅。第一铝合金可以包括约0.6重量％、约0.3重量％、约0.4重量％的硅、约0.6重量％或约0.7重量％的硅。

15、第一铝合金可以进一步包括铁。第一铝合金可以进一步包括0.5重量％与1.0重量％之间的铁。例如，第一铝合金可以进一步包括约0.7重量％或约0.8重量％的铁。

16、第一铝合金可以进一步包括约0.6重量％的硅，以及约0.8重量％的铁。

17、轴承层可以包括第二铝合金。第二铝合金可以是任何铝合金。第二铝合金可以进一步包括镍。第二铝合金可以进一步包括不超过2.0重量％的镍。第二铝合金可以包括0.01重量％与2.0重量％之间的镍。

18、第二铝合金可以进一步包括钒。第二铝合金可以进一步包括不超过0.5重量％的钒。第二铝合金可以包括0.01重量％与0.5重量％之间的钒。

19、第二铝合金可以进一步包括锰。第二铝合金可以进一步包括0.01重量％与0.5重量％之间的锰。第二铝合金可以包括0.2重量％与0.3重量％之间的锰。

20本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种轴承元件，包括：

2.根据权利要求1所述的轴承元件，其中，所述第一铝合金进一步包括：

3.根据权利要求1或权利要求2所述的轴承元件，其中，所述第一铝合金进一步包括：

4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件，其中，所述轴承层包括第二铝合金，所述第二铝合金包括：

5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件，其中，所述中间层的厚度占所述中间层和所述轴承层的总厚度的至少10％。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件，其中，所述中间层的厚度占所述中间层和所述轴承层的总厚度的至少25％。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件，其中，所述中间层的厚度占所述中间层和所述轴承层的总厚度的不超过50％。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件，其中，所述中间层的厚度介于20微米与150微米之间。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件，其中，所述中间层和所述轴承层的组合厚度介于200微米与300微米之间。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元

11.根据权利要求10所述的轴承元件，其中，所述聚合物覆盖层包括含有聚酰胺-酰亚胺的聚合物基质。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的轴承元件，其中，所述聚合物覆盖层进一步包括金属颗粒。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的轴承元件，其中，所述聚合物覆盖层进一步包括固体润滑剂。

14.根据权利要求13所述的轴承元件，其中，所述固体润滑剂包括PTFE、氰尿酸三聚氰胺、二硫化钨、二硫化钼、石墨和六方氮化硼中的至少一种。

15.根据权利要求10至14中的任一项所述的轴承元件，其中，所述聚合物覆盖层的厚度介于5微米与15微米之间。

16.根据权利要求1所述的轴承元件，其中，所述第一铝合金进一步包括：

17.一种发动机，包括根据前述权利要求中的任一项所述的轴承元件。

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】