轴承材料及其制造方法

摘要

本发明描述了一种滑动轴承及其制造方法，该方法是在基底上沉积具有金属基质的材料层，该方法包括如下步骤：制造具有预定氧化物含量的期望铝基合金组成的粉末；通过金属喷涂技术将所述铝合金粉末沉积到轴承基底上。

权利要求

1.一种在基底上沉积具有金属基质的材料层的方法，该方法包括如下步骤：制造具有预定氧化物含量的期望铝基合金组成的粉末(48)；通过金属喷涂技术将所述铝合金粉末沉积到轴承基底(12，64)上，所述方法的特征在于该铝基合金具有0.5-5重量％的氧化物含量，所述氧化物主要是铝氧化物且所述氧化物在每个单独粉末颗粒上是涂层的形式。

2.根据权利要求1的方法，其中所述金属喷涂技术是高速氧燃料喷涂技术。

3.根据权利要求1或者权利要求2的方法，其中所述氧化物含量处在1-2重量％的范围内。

4.根据前述权利要求任何一项的方法，其中通过液态金属的熔融流的雾化来制造铝基粉末。

5.根据权利要求4的方法，其中随后热处理所述雾化的粉末来产生预定的氧化物含量。

6.根据权利要求4或权利要求5的方法，其中所述铝基合金颗粒是大致圆滑的或者球形的。

7.根据前述权利要求任何一项的方法，其中所述氧化物含量分布于层的基质中，其位置大致对应于当金属颗粒与将它们喷涂于其上的表面碰撞时的金属颗粒表面。

8.根据前述权利要求任何一项的方法，其中所述合金粉末颗粒尺寸处在约10-145μm的尺寸范围内。

9.根据权利要求8的方法，其中所述合金粉末颗粒尺寸处在约38-106μm的尺寸范围内。

10.根据权利要求8的方法，其中所述合金粉末颗粒处在45-75μm内。

11.根据前述权利要求1-7任何一项的方法，其中选择所述合金粉末以具有选自

20-45μm、45-75μm或75-106μm的颗粒尺寸范围。

12.通过前述权利要求1-11任何一项的方法制造时用于内燃机的滑动轴承。

13.用于内燃机的滑动轴承，该轴承包含强的背衬材料，背衬上方的第一轴承材料层和第一轴承材料上方的第二轴承材料覆盖层，其中第二轴承材料是通过喷涂具有第二轴承材料组成的粉末制造，其特征在于粉末组成包含0.5-5重量％的氧化铝，所述氧化铝以氧化物颗粒的网络分布在第二轴承材料层的基质中，该网络大致与第二轴承材料层的沉积过程中的喷涂颗粒的形貌对应。

14.根据权利要求13的滑动轴承，其中所述氧化物含量处在1-2重量％的范围内。

15.根据权利要求13或者权利要求14的滑动轴承，其中第二轴承材料的覆盖层的深度在0-50μm之间变化。

16.根据前述权利要求13-15中任何一项的滑动轴承，其中在机加工所述轴承后，表面中的某些位置暴露出所述第一轴承材料。

17.一种轴承，包含上面沉积有铝基合金轴承材料覆盖层的基底；基底和覆盖轴承材料之间存在界面；所述界面在基底区域上具有变化的粗糙度分布；所述轴承具有预定的所述基底和通过机加工所述沉积的轴承材料形成的所述轴承材料的总壁厚；从而所述轴承在所述基底上具有变化的轴承材料厚度，其特征在于在机加工所述沉积的轴承材料之后，在表面中的某些位置暴露出所述基底材料。

18.根据权利要求17的轴承，其中轴承的表面区域之上所述覆盖层的深度在0-50μm之间变化。

19.根据前述权利要求17或者18之一的轴承，其中所述覆盖层的深度在轴承的表面区域上随机分布。

说明书

轴承材料及其制造方法

[0001] 本发明涉及轴承、轴承材料及其制造方法。

[0002] 在现代发动机中使用的轴承需要具有常常矛盾的性质的组合。轴承通常包含若干层(参见图2)：厚度在约1-约10mm范围内的高强度材料如钢或青铜的背衬层2；通常基于铜或铝的合金并且厚度在约0.1-约1mm范围内的轴承合金层4；以及任选地在轴承合金层之上且厚度在约5-约50μm范围内的所谓的覆盖层。还可以有另外的层：位于背衬层2和轴承合金层4之间来辅助增强这些层之间的附着力的层，并且其包含例如铝或铝合金、镍或其它材料的薄层(尽管已知最高达约300μm的厚很多的层，但是一般约5-50μm)，在铝基轴承合金4的情况中这些在轴承领域中是公知的。在轴承合金层4和覆盖层6之间可以具有其它的层，所谓的中间层，并且它的存在是为了增强这两层之间的附着力和/或充当阻挡层以防止合金成分在这两层之间的不需要的扩散或者使之最小化。这些中间层通常非常薄，大约为0.5-5μm。

[0003] 在存在之处，覆盖层在轴承自身和配合的轴颈之间提供了实际的跑合(running)面或滑动面。覆盖层一般是基于以锡、铅、镉或铝作为其主要成分的合金的相对软的材料。通常软于轴承合金层的覆盖层的目的是提供贴合层，该贴合层能够容纳轴承和发动机制造过程中所涉及的机加工缺陷引起的轴承和轴颈之间的小的失准，即覆盖层具有贴整合特性。覆盖层还必须抗咬死(seizure)、抗疲劳、耐腐蚀、耐磨并且为润滑油中携带的污物和碎片提供可包埋性(embeddability)。良好的抗疲劳性和耐磨性一般与高的强度和硬度相关。
良好的抗咬死性要求形成跑合表面的材料具有良好的相容性，覆盖层合金由于其组成通常也具有该相容性。不存在覆盖层并且轴承合金自身形成实际的跑合或滑动表面时对轴承合金层也有类似的要求。但是，由于应当考虑到在一些发动机中，由于恶劣的使用条件覆盖层常常被磨损，因而暴露出下面的轴承合金层，这时该合金层成为实际的滑动或跑合表面。

[0004] 但是，尽管这种软金属覆盖层的耐磨性对于现代、高速发动机是不良的，但是抗疲劳性通常好于该块状合金所预期的性质。这是由于这种合金的贴合性将外加载荷扩展到更大的面积上从而改善了点载荷对下面的轴承合金基层的影响，否则在没有软层的情况下会发生这种影响。

[0005] 一般通过电镀技术从水溶液中沉积基于锡或铅或镉的合金的覆盖材料。改善这种合金的强度和耐磨性的努力已经导致开发出包含铅-锡-铜的合金和相似但包含一部分与合金共沉积并且分布在整个合金基质中的硬颗粒的合金。这种硬颗粒的实例包括金属氧化物、碳化物、氮化物等。但是，电沉积的问题是不能从水溶液中沉积基于铝金属的合金而只能从熔融盐混合物或者溶剂型溶液中沉积，这使得通过这种沉积方法提供铝基覆盖合金是不实际的。其它的缺点是这些工艺通常昂贵；即使最好的电沉积材料在最苛刻的发动机应用中也具有微不足道的性能；并且沉积的覆盖层的尺寸精度略有不足，因为通常是以刚沉积且未加工的状态使用这类涂层。

[0006] 近年来，人们已经试图通过阴极溅射沉积它们来改善覆盖层的性质。这种方法能够沉积基于铝基质的覆盖层组成并且还允许沉积或者产生要结合入覆盖层合金基质中的-6例如氧化物等的硬相。阴极溅射一般在约10 托的极高真空下进行，这会使该方法非常昂贵，因为只能以分批处理每次涂覆少量的轴承并且溅射过程本身是缓慢的。DE 28 53724C描述了通过阴极溅射沉积来沉积轴承的滑动涂层。所述涂层包括基于铝合金的涂层并且具备在生成过程中形成的氧化铝的真实分散。因此，由于通过具备氧源的溅射室来沉积它们，所以通过铝原子的氧化产生氧化物含量。给出了具有Al2OSnCu组成的溅射沉积的涂层的例子，并且与硬度为35Hv的相同组成的铸造材料相比，它具有130Hv的硬度(比例如退火的低碳钢更硬)。甚至在170℃下热处理100小时后也会维持高的硬度。但是，尽管这种硬材料可能具有改善的耐磨性，但是如果不发生过度磨损则它们需要使用非常硬的配合轴颈并且它们还具有非常差的污物可包埋性能。实际上，通过阴极溅射制造的这些合金在热处理后的硬度和抗软化性可归因于在原子尺度上沉积的铝和氧化物相，并且这些相产生根据其冶金学定义的真实分散的硬化材料。至于电沉积的涂层，通常以沉积态并且未加工的状态使用所制造的覆盖层，因此尺寸精度没有所需要的高。这种弥散硬化的、溅射制造的覆盖层的硬度典型是它们沉积于其上的下面的轴承合金的2倍或更多，这导致在操作中的不良应力/应变分布。但是，溅射制造的覆盖层已经制造出当前可获得的最强的覆盖涂层。

[0007] 与本申请具有共同权属的WO 99/47723描述了通过高速氧燃料(oxy-fuel)喷涂(HVOF)沉积基于铝的轴承合金层。为了防止在发动机工作环境下覆盖涂层发生过度腐蚀，包含锡或铅的铝合金需要在沉积后进行热处理以使软相析出并粗糙化。这种热处理增加了制造轴承的成本并且可能具有其它不希望的影响。但是，一般在沉积后对这种喷涂沉积的涂层进行机加工，因此精度高。

[0008] 本发明的目的是提供一种沉积高性能轴承合金层和/或基于铝合金的覆盖涂层并且成本比现有技术方法更经济的方法。

[0009] 根据本发明的第一方面，提供了一种在基底上沉积具有金属基质的材料层的方法，该方法包括如下步骤：制造具有预定氧化物含量的所需铝基合金组成的粉末和通过金属喷涂技术将所述铝基合金粉末沉积到轴承基底上。

[0010] 在本说明书中，术语“铝基合金”意指对于合金组成单一最大组分是铝的任意合金。

[0011] 在本发明方法的优选实施方案中，金属喷涂方法可以是高速氧-燃料喷涂技术。

[0012] 在本说明书中，考虑的氧化物主要是铝氧化物(也称作氧化铝或Al2O3)。氧化铝是一种极硬的耐磨相，其不同于一些其它氧化物，例如在含有Al-Sn-Cu组成的合金情况中，可能偶然存在于铝合金粉末中的氧化锡或者氧化铜。

[0013] 铝基合金粉末可以具有约0.5-5重量％的氧化物。

[0014] 优选地，氧化物含量可能处在1-2重量％的范围内。

[0015] 在本发明中，优选在例如受控制的气氛下，通过诸如氮气的惰性气体的气体喷射流雾化液态金属的熔融流来制造铝基合金粉末。优选地，铝基合金颗粒一般是圆形或者球形，因为它们在喷涂过程中更容易流动并且更容易控制。在通过本发明的方法制造的涂层中，已经发现尽管硬度相对于那些几乎没有氧化铝含量或者不含氧化铝的合金显著增加，但所产生的硬度远低于阴极溅射产生的涂层，但是令人惊奇地发现与包括溅射沉积的覆盖涂层的其它已知铝基覆盖层材料相比，耐磨性仍维持在高很多的水平。

[0016] 通过本发明方法制造的涂层的显著优点是，尽管覆盖涂层的硬度高于基本上不含氧化物的涂层，但它一般仍低于在其上沉积涂层的下层轴承合金层的硬度，导致在操作期间在轴承中产生有利的应力和应变分布。与现有技术的轴承一样，根据本发明的方法制造的轴承一般可包含例如钢或青铜的硬背衬层、硬背衬层上的另一轴承材料的层和该另一层轴承合金层上面的根据本发明制成的涂层，如此制造出所谓的三金属轴承(这忽略了在背衬层和另一轴承合金之间和/或另一轴承合金层与上文所述的覆盖层之间可能存在或不存在的其它次要中间层)。已经发现如果从硬背衬层到相对较软的覆盖层的组成层的硬度降低则对于疲劳强度和贴合性是有利的；因此最硬层将是强的背衬层；轴承合金层将较软；并且覆盖层将是轴承表面上最软的层。

[0017] 锻制钢曲轴因其强度优于铸铁而在传统上已经用于高速发动机。最近，与早期电沉积的覆盖涂层相比，由于具有溅射沉积的覆盖涂层的高速发动机轴承在承受循环载荷时具有改善的疲劳强度，它们已得到使用。更近期，已经开发出具有必需的强度特性的铸铁，并且因为由铸铁制成的曲轴成本显著低于由锻钢制成的曲轴，因此存在试图使用铸铁的情况。但是，铸铁的缺点是它们固有的研磨作用较大的表面，它会以比钢更大的速率磨去软的覆盖合金。硬的溅射沉积的覆盖涂层以及早期非常软的电沉积涂层确实如此。在本发明中，除了与本身相对非常硬的覆盖层自身有关的覆盖层的耐磨性外，通过本发明的方法制造的涂层中的氧化物相是比溅射沉积的材料中的氧化物相相对更粗的形式并且在轴颈表面上充当软质研磨剂，从而使轴颈表面本身更光滑并且对轴承覆盖层表面的研磨作用较小。此外，通过本发明的方法制造的覆盖层中的氧化物相与溅射沉积相比相对更粗的特性不会像溅射那样产生真实弥散强化的材料。

[0018] 在根据本发明的方法制成的喷涂涂层中，氧化物含量以对应于喷涂的铝基合金颗粒自身的表面形貌的方式分布在涂层基质中。因此，如果设想每个沉积的颗粒上面都具有氧化物涂层，当它们撞击它们喷涂于其上的表面时，氧化物形成亚微观的氧化物颗粒的联锁网络，这些颗粒具有一般对应于颗粒表面的位置。这种氧化物的分布是有利的，其中尽管其颗粒通常在宏观尺度上均匀分布在整个基质中，但在微观尺度上不均匀地分布在基质中。原因是轴承/轴颈滑动表面“看到”均匀的氧化物颗粒分布，这些颗粒通过磨光曲轴轴颈以使该轴颈研磨性较小从而对耐磨性有帮助。但是，因为在每个铝基合金颗粒的金属合金内部不存在氧化物颗粒，在发动机工作期间由曲轴传给涂层基质的动态应力识别出主要由无氧化物的金属主体构成的基质。因此，绝大部分涂层基质例如在贴合性、污物可包埋性和相容性方面保留了金属合金自身的期望的物理性质。这与上述由阴极溅射沉积的覆盖涂层类型截然相反。在由阴极溅射产生的涂层中，每个氧化物颗粒与每个铝金属颗粒同时沉积出，因此氧化物颗粒的分布在宏观尺度和原子级微观尺度上都是完全均匀的，这产生损失贴合性、污物可包埋性和相容性的期望特性的真实弥散强化的金属合金。据认为在本发明的方法中，直接包围氧化物区域的铝基合金涂层基质被弥散强化，而远离该氧化物位置的基质主体没有被如此弥散强化，因此制造出在强度和弹性模量物理特性方面的两相结构。

[0019] 在根据本发明的方法中，铝基合金粉末颗粒优选处在约10-145μm的尺寸范围内。更优选地，合金粉末颗粒处在约38-106μm的尺寸范围内，且更为优选在约45-75μm的尺寸范围内。颗粒的尺寸范围越接近，喷涂涂层内的氧化物分布越均匀。此外，可以更容易地控制合金粉末的氧化物含量。

[0020] 除了由于上面使用的尺寸范围所形成的粉末的期望性质外，同样优选的粒级(size fraction)在随后的HVOF喷涂过程中也是有利的。最大和最小颗粒之间的尺寸范围越接近，喷涂颗粒的加热越均匀。当颗粒过小时，它们趋向于过快地熔化并且会涂覆在HVOF枪管上；当过大时，颗粒趋向于加热不足并且当取微截面进行检查时，在颗粒没有与其周围的基质完全结合前这可直观地反映在喷涂涂层中。

[0021] 虽然有关于优选粉末颗粒尺寸的上述评论，但是使用以下粉末粒级：20-45μm、45-75μm和75-106μm可以提供合格的覆盖涂层。在一些发动机轴承应用中，第一尺寸范围内的较集中的氧化物分布是有利的，而在其它应用中，第三尺寸范围内的较不集中的氧化物分布可能是有利的。此外，第一尺寸范围内的较小的颗粒由于粉末更大的表面积而可能具有比较粗粒级更大的氧化物浓度。由于改善的材料利用，使用宽范围粒级的能力也使根据本发明的方法更加经济。

[0022] HVOF喷涂技术优于先前公知的金属喷涂技术，例如火焰喷涂和等离子体喷涂，因为它提供了对沉积涂层的特性的更好控制，因为例如孔隙率的水平低很多并且对其它氧化物产生水平的控制也大大提高。事实上，后面这一点在本发明的方法中非常重要，因为需要其维持、增加或另外改变以受控制的方式沉积的粉末的氧化物含量，使得最终沉积的涂层具有预定的氧化物水平。

[0023] 区别该方法与其它早期喷涂技术的HVOF技术的本质特征是已经发展该方法用来产生极高的喷涂速度。存在多种类型的喷枪，其中将喷涂的粉末在枪的不同点处加入燃烧气体中。喷枪一般使用长的喷嘴，其迫使燃烧气体与粉末一起加速，从而增加它们的速度。由HVOF技术制造的涂层是相对非常致密、强的并且表现出低的残余拉伸应力。该技术允许施加比早期喷涂技术厚得多的涂层。

[0024] 本发明方法的一个重要优点是能够制造无铅轴承。可以使用无铅轴承合金基底材料并且通过本发明方法沉积的覆盖涂层也可以是无铅的。

[0025] 通过本发明的方法沉积的覆盖涂层组成的一个实例是其中具有约1.34重量％氧化铝的AlSn20Cu。

[0026] 通过本发明方法制造的铝基合金覆盖涂层的限制仅仅是，需要能够从预定合金产生适当颗粒尺寸的起始粉末。

[0027] 沉积的覆盖层和下面基底表面间的界面的形式或形态对于使用中的轴承的性能十分重要。

[0028] 根据本发明的第二方面，提供了一种制造轴承的方法，该方法包括如下步骤：提供用于随后沉积含有铝基合金的轴承材料层的基底；通过磨蚀技术处理基底表面，该表面将成为基底和轴承材料间的界面，由此为所述表面提供在基底区域上的变化的粗糙度分布；将所述轴承材料沉积到所述表面上；镗削所述轴承材料的表面至所述基底和所述轴承材料具有预定的总壁厚，从而在所述基底上留下具有变化轴承材料厚度的轴承。

[0029] 在本发明第二方面的优选实施方案中，磨蚀技术可以包括喷砂处理。

[0030] 磨蚀处理的目的是在基底上提供从一个区域到另一个区域表面粗糙度显著改变以及从一个区域到另一个区域除去的基底材料量显著改变，但是基本上是随机特性的表面，即如此制造的粗糙化表面不存在可辨别出的方向性。

[0031] 尽管使用术语“磨蚀”来描述制造粗糙化基底表面(在其上沉积轴承合金)的技术，但是应理解这种磨蚀优选意图在表面上移动基底材料而不是将其从表面除去。因此，使用喷砂处理作为表面粗糙化技术趋向于“推动”表面材料以产生隆起(ridge)和凹谷(valley)而不是从表面上实际地除去大量的材料。

[0032] 基底表面在沉积轴承材料前的表面粗糙度将决定沉积的轴承材料或者覆盖涂层的最大和最小厚度，该厚度为在其沉积到预定的总轴承壁厚度后对轴承材料表面镗削后的厚度。

[0033] 在通过溅射涂覆或者通过电镀常规覆盖层涂覆的轴承中，其中覆盖层厚度在整个轴承区域上基本上不变，已知厚的覆盖层具有优异的污物可包埋性但不良的疲劳强度，而薄的覆盖层据证实与此相反。另外，常规的薄覆盖层更易于在较短的时间间隔内被磨穿。在其中单个轴承包含具有厚和薄覆盖层的相邻区域的随机排列区域的本发明中，已经发现较厚的覆盖层区提供了所需的良好污物可包埋特性，而相邻的薄覆盖层区域提供了高的疲劳强度，这似乎可“保护”更厚的区域不发生疲劳。

[0034] 在根据本发明的轴承中，典型的“平均”覆盖层厚度可以在例如15-18μm的范围内。但是，由于下面的基底界面可变的表面粗糙度因而最大和最小的覆盖层厚度可以是40-0μm，即在后一情况中在镗削轴承的表面上实际会暴露出下面的基底材料。

[0035] 该基底可以是任意适合的材料。该基底可以是例如青铜材料，其不仅满足下面的轴承材料的要求，而且提供了强的背衬材料，因此基底和背衬材料由整片材料形成。

[0036] 自然地，该基底可选是与强的背衬层如钢结合的铝基合金或者铜基合金的常规轴承合金层。

[0037] 根据本发明的第三方面，提供了一种由本发明的第一或第二方面的方法制造的轴承。

[0038] 根据本发明的第四方面，提供了一种用于内燃机的滑动轴承；该轴承包含强的背衬材料，该背衬材料上方的第一轴承材料的层和第一轴承材料上方的第二轴承材料的层，其中第二轴承材料是通过喷涂具有第二轴承材料组成的粉末制成，所述组成包含0.5-5重量％的氧化铝，在第二轴承材料层的沉积期间以大致对应于喷涂颗粒表面形貌的方式使该氧化铝分布在第二轴承层的基质中。

[0039] 根据本发明的第五方面，提供了一种轴承，其包含上面沉积了铝基合金轴承材料层的基底；在基底和轴承材料之间存在界面；所述界面在基底区域上具有变化的粗糙度分布；所述轴承具有预定的所述基底和通过机加工所述沉积的轴承材料形成的所述轴承材料的总壁厚；从而所述轴承在所述基底上具有变化的轴承材料厚度。

[0040] 为了更全面地理解本发明，现在将参考附图仅通过举例说明的方式来描述实施例，其中：

[0041] 图1显示了用于在半轴承壳上沉积覆盖涂层的HVOF喷涂设备的示意图；

[0042] 图2显示了穿过部分半轴承壳的截面图；

[0043] 图3显示了比较根据本发明的两个覆盖层与通过溅射沉积方法沉积的已知覆盖层的重量损失的直方图；

[0044] 图4显示了当进行延长的持续试验时在Viper磨损试验机上覆盖层磨损的图解；

[0045] 图5显示了样品A的显微照片，其显示了试验前状态下的基底层和覆盖层；

[0046] 图6显示了在沉积根据本发明的覆盖层之前，使用白光干涉测量法对基底表面产生的喷砂处理表面的3维图(透视图)；

[0047] 图7显示了由图6代表的区域的表面粗糙度的典型“X”分布图；及[0048] 图8显示了由图6代表的区域的表面粗糙度的典型“Y”分布图(与图7的分布图正交截取的分布图)。

[0049] 现在参考附图且其中在图1中显示了用于在半轴承壳12上通过HVOF沉积覆盖层的示意设备布置10。设备10包括具有燃烧室16和枪管20的HVOF喷枪14。燃烧室16具有燃料供给源22和氧供给源24，在室14中通过火花装置26将它们点燃。通过传感器(未显示)检测室16中的燃烧压力并且将信号反馈30至控制系统32，该控制系统中通过分别由阀38，40调节燃料和氧的输入速率来控制燃烧压力。通过绕电子枪主体循环的冷却水44冷却喷枪14。将所需组成的预合金化粉末48容纳在由已知的受控速率给料装置(未显示)供应的料斗50中，并且由例如氩气或氮气的惰性气体52运载并且送到喷枪14的枪管
20中，并且注入从燃烧室16发出的燃烧火焰中。粉末48在火焰56中被加热并且被燃烧气流向着基底轴承壳12加速，在那里熔化和半熔化的粉末的混合物沉积在其表面64上。喷枪枪管的喷嘴66和表面64之间的距离可以由控制系统70自动控制。喷嘴66和基底表面
64之间的距离对速度(动能)和由粉末颗粒传递给基底的热能的量有影响。轴承基底12保持在夹具(未显示)中，并且绕其轴74旋转并且平行于其轴74移动，从而保证完全覆盖其表面64。用压缩空气喷射流78冷却轴承壳62的背面以控制基底12的温度，从而防止过热和作为结果在喷涂层和基底之间的界面处形成的脆的金属间化合物。还提供了排烟装置。

[0050] 作为可选方案，轴承可以保持不动而以适当的方式操纵HVOF枪来产生所需的沉积物。操纵HVOF的适当方法可以是例如机器臂。

[0051] 如上制造半轴承12并且具有下表1所列的根据本发明的组成并将其表示为样品A和B。样品C包括由在具有组成CuPb23Sn1.5的基底轴承合金上通过溅射沉积具有组成AlSn40Cu0.5的铝基合金涂层制造的比较轴承，所述基底轴承合金还具有钢背衬层。

[0052] 表1

[0053] 在样品A和B上沉积涂层的基本HVOF喷涂参数为：

[0054] 氧流量 1550scfh

[0055] 煤油流量 4.0gal/h

[0056] 煤油压力 75psi

[0057] 粉末给料速率 12g/min

[0058] 载气流量 12scfh

[0059] 远离(Stand-off)距离 230mm

[0060] 燃烧压力 68-70psi

[0061] 粉末级别 45-75μm

[0062] 喷枪横动速度 500mm/s

[0063] 向如表1中所指出的基底上施用涂层直至约80μm的厚度，然后镗削至15-18μm的名义厚度。

[0064] 在公知的Viper磨损试验机中通过延长的持续磨损试验来测试如此制造的样品，并且在公知的蓝宝石疲劳试验机上测试抗疲劳性。

[0065] Viper磨损试验的条件为：

[0066] 轴速： 1000rev/min

[0067] 载荷： 3kg

[0068] 油温： 140℃

[0069] 轴粗糙度： 0.1μm Ra

[0070] 钢： 38msv5未硬化

[0071] 由图3和4中可见，已知的、硬的溅射沉积的覆盖层C的磨损远大于根据本发明沉积的覆盖涂层A和B。图3以直方图的形式绘出了结果，而图4以图解形式绘出了结果，后图还提供了随时间的磨损率的信息。因此，可以看出已知的材料样品C仅在磨损试验30分钟后就释出约14mg材料，而在试验30分钟时根据本发明的覆盖材料样品A和B释出约2-4mg材料，但是在试验剩下的2850分钟里没有进一步释出任何材料。因此，根据本发明的覆盖层的磨损率在初始的“嵌入”时期之后降至约0。相比而言，样品A的覆盖层仅在试验
18-20分钟后就已经完全被磨穿露出下面的含铅-青铜基底。在试验2880分钟后，样品A和B的覆盖层没有磨穿并且mg级的低的总磨损量证明只除去了小的厚度。

[0072] 实施的蓝宝石疲劳试验已经表明尽管已知样品C的覆盖层在97-110MPa的载荷下没有发生疲劳，但是覆盖层自身在此负载下已经被完全磨穿，因此当不存在覆盖层时没有进一步的载荷增加将是适当的。与此相反，样品A和B的覆盖层都已经达到124MPa的疲劳等级(使用蓝宝石机器可获得的最大载荷)且覆盖层仍是完整的而没有磨穿至下面的基底层。

[0073] 使用具有铸铁曲轴的1.4升共轨(common-rail)柴油机进行发动机试验已经表明传统的溅射沉积的覆盖层涂覆的样品C的轴承或者在几分钟内磨穿覆盖层，或者发生咬死。与此相反，根据样品A的轴承在相同的发动机中且同样对于铸铁曲轴则经受了500小时而没有过度磨损或咬死。

[0074] 在样品A和B中，注意到污物可包埋特性得以维持并且查看测试轴承的微截面显示在轴承表面中包埋了含铁和含碳污染物的颗粒。发动机试验结果还显示出与溅射沉积的覆盖层相比根据本发明制造的轴承包埋污物颗粒的优异能力。

[0075] 图5显示了在任何试验前在样品A中穿过根据本发明制造的轴承的横截面的显微照片。因此，该轴承显示出制造状态的跑合表面。从图5中可以看出，该表面包含基本上具有变化深度的覆盖层100，在镗削喷涂沉积的覆盖涂层100后在104表面处暴露出下面的基底层102。在图5中，浅灰色区域106由锡-青铜基质构成而白色区域108是铅相。图6显示了如图5中所示的基底102和覆盖层100间的界面110典型区域的通过白光干涉测量法得到的3维透视图。图6所示的面积是458.5×602.9μm。图6中表面120的透视图以灰色阴影表示，其对应于图6右手侧的标度。这表明表面形貌以随机方式在它们的最深处低于参考基准面124约32μm的槽或凹坑122(以下称作槽)和它们的最高处高于同一参考基准面124约37μm的峰126之间变化。在这些极端之间是涵盖整个中间值范围的槽和峰。根据参照图1所述的工序用覆盖材料涂覆这个界面表面120，并最后镗削在图1的轴承12上留下恒定的壁厚。这导致厚度随机且不断变化的覆盖层100(如图5中的小区域中所示)，所述厚度由喷砂处理形成的界面120的槽和峰决定。因此，实际上较高/最高的峰126被机加工除去，在最终轴承的跑合表面留下露出的基底材料102，以及如图5中可见的并排紧靠的覆盖层110的深区。这种随机覆盖层厚度的作用是沉积在较深的槽上的覆盖层提供了可以容纳磨损碎片或者发动机加工碎片(即例如污物可包埋性)的区域，而较低的峰上较浅的覆盖区提供了良好的抗疲劳性，这可保护相邻的较深覆盖区不发生疲劳。暴露的基底材料104的区域也有助于提高抗疲劳性并且还可能有助于改善耐磨性。

[0076] 图7和8显示了图6所代表的表面的互相正交的截面上的典型粗糙度分布，但是图7和8中的表面粗糙度的分布与图6中所示的不同，因为它们是使用不同的喷砂处理参数制成的。应当注意的是，当沉积覆盖层之后在背面机加工轴承表面时将决定最终的壁厚，使得在最终的表面上没有暴露出基底材料，或者在最终的镗削表面上产生基底材料“斑点”的随机分布。当观察图7和8时应考虑到实际的表面形貌比图中所示更平滑并且更加起伏，如同纵轴相对横轴放大许多。

[0077] 参考图5-8所描述的界面带来的其它优点是由于界面的粗糙度大大提高了覆盖层对基底的附着。

[0078] 尽管通过喷砂处理来制造上述界面，但是可以使用能以分散方式产生具有变化的深度和高度的槽和峰的形貌的可选方法。

[0079] 因此，可以看出根据本发明的方法制造出具有优异轴承特性的覆盖涂层，而且其制造成本可远低于传统的阴极溅射制造的轴承。比较性的预生产试验已经表明能够以比阴极溅射高约三倍的速率制造出根据本发明的方法制造的轴承。