多层滑动轴承

摘要

本发明涉及一种多层滑动轴承(1)，包括滑动层(3)，其具有用于与待放置的部件贴靠的表面，其中，所述滑动层(3)由其中锡作为主要合金元素的锡基合金构成，并且所述滑动层(3)在表面上至少局部地具有氧化亚层(6)，在该亚层中，锡氧化物的含量为至少50重量％。

权利要求

1.一种多层滑动轴承(1)，其包括滑动层(3)，所述滑动层具有用于与待放置的部件贴靠的表面，其中，所述滑动层(3)由其中锡作为主要合金元素的锡基合金构成，也就是说，锡的量份额相对于其他合金元素和合金组分的各量比例而言是最大的，其特征在于，所述滑动层(3)在所述表面上具有氧化亚层(6)，在该亚层中，一种或多种锡氧化物的含量至少为

70重量％。

2.根据权利要求1所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，所述氧化亚层(6)延伸通过所述表面的至少80％。

3.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，所述氧化亚层(6)的面积的至少50％具有至少为0.1μm的层厚(7)。

4.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，所述氧化亚层(6)的面积的至少50％具有最大为2μm的层厚(7)。

5.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，所述滑动层(3)在所述氧化亚层(6)的下方具有氧化的区域(8)。

6.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，所述锡氧化物的多于40重量％以改性黑锡矿(Romarchit)存在。

7.根据权利要求6所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，除了黑锡矿以外，在所述氧化亚层中还包含四价的锡氧化物。

8.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，在所述氧化亚层(6)中包含至少一种合金元素和/或合金组分，其选自包括碳、氢和硫的组。

9.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，在所述氧化亚层(6)内包含至少一种合金元素和/或合金组分，其选自包括锑、铜、铟、铋、铅以及这些元素的氧化物和这些元素的硫化物的组。

10.根据权利要求1或2所述的多层滑动轴承(1)，其特征在于，所述氧化亚层(6)具有孔(9)和/或裂缝(10)。

说明书

多层滑动轴承

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多层滑动轴承，包括滑动层，其具有用于与待放置的部件贴靠的表面，其中，所述滑动层由其中锡作为主要合金元素的锡基合金构成.

背景技术

[0002] 锡基合金长久以来就已经作为材料被用于汽车制造业的滑动轴承.只要提到关键词白合金，就是这种情况。

[0003] 在相关的文献中，描述了锡基合金的不同组成和铸造，因为对滑动轴承的要求由于发动机和发动机的运行装备改进而随着时间发生改变.例如要提到AT 509 112 A1，由其中已知一种用于多层滑动轴承的、由锡基合金构成的滑动层，所述锡基合金除了锡作为主要合金元素外还包含至少一种来自锑和铜、任选铅和/或铋的组的元素以及源于所述元素的制造而不可避免的杂质，其中，锑含量最大为20重量％，铜含量最大为10重量％，铅和铋的总含量最大为1.5重量％，铜和锑的总含量在2重量％与22重量％之间，并且，其中锡以金属间相的形式以及以β-锡晶粒的形式以特定的取向存在.

[0004] 由通过US 5 387 461 A已知的现有技术进一步已知，在铝基的滑动轴承合金中，通过阳极的氧化来制造由铝氧化物和锡氧化物的混合物所构成的层，以便由此改进防抱死性.其中，所述锡氧化物用作为固体润滑剂.

发明内容

[0005] 本发明的根本目的在于，提供一种具有锡基滑动层的多层滑动轴承，所述轴承具有改进的支承能力。

[0006] 所述目的在开篇提及的多层滑动轴承中如下实现：所述滑动层在表面上至少有局部具有氧化亚层，在该亚层中，锡氧化物的含量至少为50重量％。

[0007] 在此有利的是，由此能够降低短期温度峰值对于所述滑动层的熔点相对低的基本材料的影响。不是为了结合阐述这种效果，而是设想，这一方面是由于锡氧化物具有比所述锡基合金的锡明显更差的导热能力。另一方面，相变也可能发挥了作用，这是通过即所述锡氧化物反应生成单质锡和四价的锡氧化物。其中，所述相变与能量损耗相结合，这种能量损耗引起温度负荷减少.在所述氧化亚层中的锡氧化物的含量少于50重量％时，就已经会观察到所提到的温度峰值对于所述滑动层的支承能力的影响减少的效果，但这种效果过小，并不足以达到支承能力的显著改善.根据本发明的多层滑动轴承的另一个优点是，所述氧化亚层能够由所述滑动层本身来制备，使得不需要对于在之后与润滑剂处于接触的滑动层上的氧化层的另外的沉积过程，同时单独的沉积当然也可行.另外，通过由所述滑动层的材料本身来制备所述氧化亚层，也实现了所述亚层更好的附着.

[0008] 根据所述多层滑动轴承的一种优选的实施方案的变型可设计为，所述氧化亚层延伸经过所述表面的至少80％.由此改进了上面所提到的效果，尤其是所述滑动层在所述表面上的导热能力降低这方面。

[0009] 优选所述氧化亚层的面积的至少50％具有至少为0.1μm的层厚。由此实现所述氧化亚层的热屏障功能的明显改进.此外，通过至少为0.1的层厚，更好地防止位于其下面的锡基材料腐蚀.

[0010] 另外优选所述氧化亚层的面积的至少50％具有最大为2μm的层厚.由此实现了所述氧化亚层仍然这么“柔性”，从而在至少基本不损坏的条件下同时实施所述滑动层的位于其下面的、由锡基合金构成的部分与待放置的部件、例如机轴的适配.

[0011] 根据所述多层滑动轴承的另一种实施方案的变型可设计为，所述滑动层在所述氧化亚层的下方具有氧化的区域.由此能够进一步改进上述效果，而无须在所述滑动层的表面上施加具有更高层厚的氧化亚层。

[0012] 所述锡氧化物可尤其是多于40重量％以改性Romarchit存在.可以观察到，由此改进上述效果.如上面已经说明的那样，设想温度稳定性的改进也通过相变的能量消耗进行.在SnO转化成Sn和SnO2之前，Romarchit可通过机械负荷转化成具有斜方晶结构的红色的SnO-改性物。因为所述滑动轴承的机械负荷可由于润滑油的粘度降低而随着温度增加，因而也可通过这种途径减小温度升高。

[0013] 根据一种实施方案的变型，为此可设计为，除了Romarchit以外，在所述氧化亚层中还包含四价的锡氧化物。因此，除了改进所述滑动轴承在限值上的温度稳定性以外，还达到对于所放置的部件的表面的抛光作用，由此能够改进所述锡氧化层的磨合特性。

[0014] 在所述氧化亚层中，可出于下面还要进一步阐述的原因，包含至少一种非金属的元素，所述元素是选自包括碳、氢和硫的组，或者说，可根据另一种实施方案变型设计为，在所述氧化亚层中包含至少一种选自包括锑、铜、铟、铋、铅以及这些元素的氧化物和这些元素的硫化物的组的元素。

[0015] 另外可设计为，所述氧化亚层具有孔和/或裂缝.由此实现，所述润滑剂可渗入所述氧化亚层的孔和/或裂缝中，由此能够进一步改进所述氧化亚层的热屏障作用.附图说明

[0016] 为了更好地理解本发明，这会借助附图进一步加以阐述.

[0017] 其中分别以简化的示意性图示示出：

[0018] 图1为滑动轴承轴瓦形式的多层滑动轴承的侧视图；

[0019] 图2为通过滑动层的截取部分的剖面的斜视图。

具体实施方式

[0020] 首先要指出的是，在说明书中所选择的位置说明例如上、下、侧面等均涉及直接说明以及描述的附图，这些位置说明在位置改变时要适当地转换成新的方位。

[0021] 图1示出了一种滑动轴承轴瓦形式的多层滑动轴承1。所示的是所述多层滑动轴承1的一种两层的变型，由支承层2和滑动层3构成，其被布置在所述多层滑动轴承1的正面4(径向内侧)上，该正面可朝向待放置的部件。

[0022] 任选地，可在所述滑动层3与所述支承层2之间布置轴承金属层5，如在图1中以虚线所示.由现有技术已知这种多层滑动轴承1在原理上的、如其例如在内燃机中所使用的结构，从而为此不需要进一步的阐述。但要提到，可布置其它层，即例如在所述滑动层4与所述轴承金属层5之间布置增附剂层和/或扩散阻挡层，同样可在所述轴承金属层3与所述支承层2之间布置附着剂层.

[0023] 在本发明的框架下，所述多层滑动轴承1也可实施为不同形式，例如作为轴套，如在图1中以虚线所示.例如挡圈、轴向移动的滑块或者诸如此类这样的实施方式同样也可行.

[0024] 所述支承金属层2优选由钢构成，但也可以由赋予所述多层滑动轴承1所需要的结构强度的材料构成.这种材料由现有技术已知.

[0025] 对于所述轴承金属层5以及所述中间层，可以使用由相关的技术现状已知的合金或者材料，为此请予以参照.

[0026] 所述滑动层3由其中锡作为主要合金元素的锡基合金构成，也就是说，锡的量份额相对于其他合金元素和合金组分的各量比例而言是最大的.

[0027] 所述其他合金元素和合金组分的总含量优选在15重量％与34重量％之间，尤其是在20重量％与30重量％之间.锡构成了至100重量％的余量.

[0028] 作为除了锡以外的其他合金元素和合金组分，所述锡基合金优选包含在图1中所列出的合金元素和合金组分中的至少一种。其中，在第二列中的是以重量％计的相应量比例，在第三列中的是相应的优选的、以重量％计的量比例，并且在第三列中列举出通过添加相应元素所达到的效果.

[0029] 表1：合金元素

[0030]

[0031] 除了这些合金元素和合金组分，所述锡基合金还可包含其他的元素，如尤其是Zr、Si、Zn、Ni、Ag，其中，其在锡基合金中的总含量被限制在最大为3重量％.所述滑动层3在所述表面、即所述正面4上具有氧化亚层6，如从图2中可见。所述氧化亚层6至少部分地由所述锡基合金的锡通过氧化形成.所述锡氧化物在所述氧化亚层6中的含量至少为50重量％，优选至少为70重量％，尤其是至少为90重量％.但所述氧化亚层6也可完全由锡氧化物形成.[0032] 所述氧化亚层优选延伸过所述表面、即所述正面4面积的至少80％，尤其是至少90％。但也可以的是，所述氧化亚层覆盖整个表面，即所述滑动轴承1的与润滑剂、尤其是润滑油处于接触的整个滚动面.

[0033] 进一步优选的是，所述氧化亚层的面积的至少50％、优选至少70％、尤其是至少90％具有层厚7，该层厚至少为0.1μm，优选至少为0.3μm，和/或，优选所述氧化亚层的面积的至少50％、优选至少70％、尤其是至少90％具有层厚7，该层厚最大为2μm，优选最大为0.7μm.尤其是通过产生所述氧化亚层6的持续时间来调节所述层厚7.

[0034] 为了制备所述氧化亚层6，将所述滑动层3如上所述的那样在第一步骤中沉积、尤其是被电镀沉积到相应基底、即支承层2或者轴承金属层5或者中间层上.为此要参照AT 509 112 A1，在沉积条件和电解质方面，明确参考.

[0035] 在所述滑动层3的沉积后，将其进行氧化.这优选通过在氧化溶液、例如酸性(pH＝3-4)的高锰酸盐溶液中的(电)化学处理等等来进行。所述(电)化学处理的温度可在80℃与
150℃之间。如果所述氧化通过电化学的方式进行，就将所述滑动轴承作为阳极接通。所述阳极的氧化可通过40V与60V之间的电压在5A/cm2至15A/cm2之间的范围内的电流密度进行。
根据另一种实施方案的变型，所述电解质优选为有机性质，例如可使用乙二醇中的五硼酸铵.

[0036] 阳极的层形成还可在离子液体种类的有机电解质(例如1-丁基-3-甲基-咪唑鎓-双(三氟甲磺酰基)-酰亚胺)中进行.因为在此由于稳定窗口大因此几乎不发生副反应(例如气体形成)，所以将进行层形成，直到电压达到40V的值.电流一直下降至电压由1A/cm2达到0.05A/cm2以下。通过选择截止电压，可有限地调节所述层厚。在40V的情况下，达到平均约0.15μm的氧化层厚度.

[0037] 但其他氧化处理也可行，例如借助过氧化氢，通过用气体、例如氧气(50体积％至100体积％)、臭氧、水蒸汽等的氧化.其中，温度同样可在80℃至150℃之间.[0038] 除了优选的由所述滑动层3的至少一个组分产生所述氧化亚层6以外，还存在如下可能性：在所述滑动层3上通过沉积来产生所述氧化亚层6，例如借助气相沉积或者阴极溅射。例如所述滑动层可通过反应性溅射来沉积。为此，在放电电流在6mA至15mA之间的情况下，直流电压可在1000V至3000V之间.

[0039] 同时，伴随着或者在所述滑动层3的氧化处理之后，可以将所述滑动层3进行硫化.例如可添加氧化气氛H2S或者硫醇.由此能够产生在表1中所提到的硫化物，只要这些硫化物不作为硫化物添加.

[0040] 除了形成所述氧化亚层6以外，还可能的是，所述滑动层可在所述氧化亚层6下方具有氧化的区域.这些氧化的区域优选同样具有锡氧化物.但是也可以存在其他氧化物，尤其是在表1中所提及的那些.所述氧化亚层6下面的这些氧化物的份额优选为0.5重量％至15重量％.可通过将氧化物掺混到合金成分中，引入这些氧化的区域8，以制备所述滑动层
3。

[0041] 根据另一种优选的实施方案变型，所述氧化亚层6的锡氧化物的超过40重量％、尤其是超过70重量％由改性Romarchit构成。

[0042] 此外，除了二价的锡氧化物以外，在所述氧化亚层6中还可包含四价的锡氧化物.这是通过所述滑动层的热处理来实现的。

[0043] 除了仅仅由锡氧化物形成所述氧化亚层6以外，可设计为，在所述氧化亚层6中包含至少一种其它合金元素或者其它合金组分。这一种或多种合金元素尤其是选自在表1中所提到的合金元素或合金组分，其中，还可使用所给出的量范围.另外，在所述氧化亚层6中，还可包含至少一种包括H、C、S或者由其构成的组中的元素。例如所述氧化亚层6可包含在表2中所列举的其他合金元素或者合金组分。这些数据要理解为以重量％计.一种或多种锡氧化物分别构成至100重量％的余量。

[0044] 为了完整性，在这里要注意，所述氧化亚层6中的氧化物部分地也可作为氢氧化物和/或水合氧化物存在。

[0045] 锑可作为3价和/或5价的和/或混合的3/5价氧化物和/或硫化物存在。

[0046] 铜可作为1价和/或2价的氧化物和/或硫化物存在。

[0047] 铟可作为3价的氧化物和/或硫化物存在。

[0048] 铋可作为3价和/或5价的氧化物和/或硫化物存在。

[0049] 铅可作为2价和/或4价的和/或混合的2/4价氧化物和/或硫化物存在.[0050] 这些涉及金属氧化物和硫化物的数据适用于所述滑动层3和/或适用于所述氧化亚层6.除此以外，在所述滑动层3和/或氧化亚层6中还可存在金属本身，如上面已经阐述的那样.

[0051] 表2：氧化亚层6的组成成分示例

[0052]编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
硫                 1.5       0.025    
锑-硫化物 2 7             8 5   2.5 1 10  
锑-氧化物     3   4         3   1   7  
铜-硫化物       7           4   1.8     8
铜-氧化物         2.4         1.5   0.5     8
铟-硫化物           1.5 3.8         0.1      
铟-氧化物             4       2.5 0.1      
铋-硫化物               0.9     1        
铋-氧化物               0.5     1.8   0.7    
铅-硫化物                 0.1       0.7    
铅-氧化物                 0.1            
层厚[μm] 0.15 1.15 0.45 0.85 1.5 0.4 1.1 0.25 1.3 1.6 0.75 0.8 0.9 1.8 1.9[0053] 除了上面所提到的合金元素或合金组分以外，所述氧化亚层6还可具有其它合金成分。所述氧化亚层6尤其是可包含至少一种包括氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、氧化镍或者由其组成的组中的其它氧化物.

[0054] 所述氧化亚层6例如可包含6MnO2。为此，所述电化学氧化可在高锰酸盐溶液中在3-4的pH值和在80℃至150℃之间的温度进行.所述阳极氧化可用40V与60V之间的电压在
5A/cm2至15A/cm2之间的范围内的电流密度下进行。

[0055] 为了产生氧化钨，可使用钨酸铵溶液.沉积可在8至9的pH值以及在80℃至150℃之间的温度下进行.电压可在10V至20V之间，电流密度可在5A/cm2至15A/cm2之间的范围内。

[0056] 氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、氧化镍的总含量可在4重量％至15重量％之间。

[0057] 尤其是氧化铬的含量可在0.1重量％至6重量％之间，和/或，氧化钼的含量可在0.1重量％至5重量％之间，和/或，氧化钨的含量可在0.1重量％至6.5重量％之间，和/或，氧化锰的含量可在0.1重量％至8重量％之间，和/或，氧化镍的含量可在0.1重量％至5重量％之间.

[0058] 根据另一种实施方案变型设计为，所述氧化亚层6具有孔9和/或裂缝10，如在图2中以虚线所示.这通过电镀浴的相应适配和/或通过方法参数的改变实现，例如通过在所述滑动层3的电镀沉积结束前不久容许在电镀浴内的气体形成的方式进行。

[0059] 所述孔9可具有0.5μm至3μm之间的最大直径和/或0.1x氧化亚层6的层厚至1x氧化亚层6的层厚之间的孔深。

[0060] 所述裂缝10可具有0.1x氧化亚层6的层厚至5x氧化亚层6的层厚之间的长度和/或在0.1x氧化亚层6的层厚至1x氧化亚层6的层厚之间的裂缝深度。

[0061] 在这种多层滑动轴承1上的研究范围内，制备一种滑动轴承，其由钢制的支承层2、其上放置的作为轴承金属层5的CuSn5Zn层、CuSn5Zn层上放置的镍-屏障层以及屏障层上电镀沉积的SnCu5滑动层3构成，滑动层3具有由SnO构成的氧化亚层6.所述氧化亚层6的层厚7在0.3μm至0.7μm之间。

[0062] 作为比较例，制备相同的多层滑动轴承，但没有氧化亚层6.

[0063] 为了检验，将这两种多层滑动轴承1进行激光扫描.其中，所述滑动层3的表面用激光束在相同的条件下扫描，使得两种多层滑动轴承1的滑动层3的表面温热至相同的温度。结果，记录下所述滑动层3随着时间的冷却.

[0064] 在具有氧化亚层6的多层滑动轴承1的情况下，温度比没有氧化亚层6的多层滑动轴承1的情况下降低得明显更慢。另外，所述比较例的表面被熔融.

[0065] 制备了具有滑动层3的测试模型，其具有与表1相对应的合金元素或合金组分的至少一种以及在表1中所说明的量份额。

[0066] 在激光扫描的情况下，如以上所说明的那样，与具有相同组成、但没有氧化亚层的比较模型相比，所有这些实例显示所述滑动层3的热透明显更少。在其它测试试验中，制备具有氧化亚层6的多层滑动轴承1，所述亚层由40重量％或者50重量％或者95重量％的改性Romarchit形式的Sn(II)氧化物构成。这些测试模型与具有氧化亚层6的滑动层进行对比，其具有小于40重量％的份额的改性Romarchit形式的Sn(II)氧化物.已经表明，所述滑动层3的温度负荷能力通过时间和/或温度的高度而比具有小于40重量％Romarchit的滑动层3的温度负荷能力至少改善10％.

[0067] 另外研究了所述滑动层3表面用氧化亚层6的表面覆盖发生作用的程度。为此制备这样的测试模型，在其中，所述滑动层3的表面的50％或60％或70％或80％或90％或100％被氧化亚层6覆盖.其中，令人惊讶的是可确定，为了达到上述效果，用氧化亚层6的完全的表面覆盖、即完全覆盖滑动层3的氧化亚层6并不是必需的.在这些测试的过程中，所述表面覆盖的临界程度被确定为至少50％.

[0068] 还研究了孔9和裂缝10对于所述氧化亚层的有效性的影响.为此，制造具有直径符合上述值的孔9以及裂缝长度符合上述值的裂缝10的氧化亚层6.在所述多层滑动轴承1的测试运行后，对多层滑动轴承进行上面所提到的激光扫描，在此，令人惊讶地达到比使用具有无孔和无裂缝的氧化亚层的多层滑动轴承1更好的性能.接下来的通过显微镜的研究表明，在孔和裂缝内嵌入了润滑剂.更好的性能归因于这种嵌入.

[0069] 这些实施例说明了所述多层滑动轴承1的可行的实施方案变型，其中，在这里要注意，各个实施方案变型相互之间也可多样组合.

[0070] 为准确起见，最后要注意，为了更好地理解所述多层滑动轴承1的结构，该多层滑动轴承或者其组分部分地并不是完全依据实际尺寸示出和/或通过放大和/或缩小的方式示出。

[0071] 标注说明

[0072] 1 多层滑动轴承

[0073] 2 支承层

[0074] 3 滑动层

[0075] 4 正面

[0076] 5 轴承金属层

[0077] 6 亚层

[0078] 7 层厚

[0079] 8 区域

[0080] 9 孔

[0081] 10 裂缝