滑动轴承材料

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1、滑动轴承材料本发明涉及一种无铅的滑动轴承材料,具有基于CuFe2P的基质。本发明还涉及一种滑动轴 承符合材料,具有钢支撑层和由所述CuFe2P滑动轴承材料组成的支承层,还涉及一种基于 CuFe2P 的滑动元件。基于铜的、特别是基于青铜基质的无铅的、烧结的滑动轴承材料由于与同类型的含铅的材料 相比其良好的导热性以及高的耐磨损和耐腐蚀性而是已知的。这种材料的开发是基于这样的 期望,即,替代含铅的滑动轴承材料,因为铅被归类于会污染环境的有害物质。铅在滑动轴 承材料中具有固体润滑剂的功能。因此必须找到替代品用于固体润滑。另外,例如单级的青 铜材料在混合摩擦条件下具有较高的Fressneigung。在这

2、方面对一系列不同的组分在文献和 实践中已经进行了研究并进入应用。例如EP 0 962 541 A1记载了一种基于铜的滑动材料,其中由AIN、A12O3、NiB、Fe2B、SiC、 TiC、WC、Si3N4、Fe3P、Fe2P和/或Fe3B组成的微粒分散到由烧结的铜或烧结铜合金中。 为了制造滑动材料将铜或铜合金与例如AlN微粒(Hv: 1300;微粒直径例如为0.5gm)和 Fe3P微粒(Hv: 800;微粒直径例如为5gm)相混合并烧结混合物。在混合物中和在滑动 材料中具有500-1000的中等硬度(Hv)的微粒(即Fe3P、Fe2P和/或Fe3B)的微粒的重量 比例和平均微粒直径这样来选择,

3、使得其大于具有 1100或更多的高硬度的微粒(即 AlN、 A12O3、NiB、Fe2B、SiC、TiC、WC和/或Si3N4)的重量比例和平均微粒直径。在 WO 2008/140100中记载了另一种基于铜基的滑动材料。这种滑动材料包括 1.0-15%重量 百分比的Sn、0.5-15%重量百分比的Bi和0.05-5%重量百分比的Ag,其中Ag和Bi存在于 共晶状态。如果需要滑动材料可以包含 1-10%重量百分比的平均颗粒直径为 1.5-70gm 的 Fe3P、Fe2P、FeB、NiB 和/或 AlN 微粒。与此相反, CuFe2P 目前为止主要用在电子工业(例如作为接触材料)中以及用作热交换材

4、 料。US 2009/0010797例如记载一种用于由Cu-Fe-P合金构成的电子构件的板件,所述合金 含有0.01-3%重量百分比的Fe和0.01-0.3%重量百分比的P并具有专门的定向。CuFe2P被 称为合适的铜合金。US 2006/0091792记载了用于由特殊的Cu-Fe-P合金构成的平面屏幕的 溅射靶。本发明的目的在于,提供一种滑动轴承材料,这种滑动轴承材料具有基于铜的材料的优点, 并且在这种滑动轴承材料中可以放弃铅的使用。这种滑动轴承材料应具有良好的可加工性并 避免轴承的Fressen。这种滑动轴承材料还应能良好地制造并良好地施加到常见的支撑层上。 现在出人意料地发现,使用CuF

5、e2P可以实现具有高导热性和良好的机械特性的滑动轴承。 因此本发明还涉及CuFe2P用于滑动轴承或作为滑动轴承材料的应用。此外,本发明还涉及 一种滑动轴承复合材料和一种包括所述滑动轴承复合材料的滑动轴承。 图1示出具有根据本发明的滑动轴承材料的轴承半瓦。图2示出图1的轴承半瓦的放大的局部。CuFe2P(CW107C; C19400)是一种铜合金,这种铜合金按DIN EN的规格包含2.1-2.6%重 量百分比的Fe、0.05-0.2%重量百分比的Zn, 0.015-0.15%重量百分比的P、最高0.03%重量 百分比的 Pb 和最高 0.2%重量百分比的其他添加剂。适于本发明的目的的合金能够以商

6、品 名Wieland-K65够得并具有以下组成(Richtwerte):重量百分比Fe2.4Zn0.12P0.03CuFe2P的比热容量为(参见Deutschen Kupferinstitut的关于CuFe2P的信息):温度C比热容量J/(gK)200.381000.382000.393000.41根据本发明 CuFe2P 用作滑动轴承材料。在制造根据本发明的滑动轴承材料时,CuFe2P优选是烧结或浇铸的。烧结优选在950-980C 的温度下进行。在通过烧结和/或浇铸由CuFe2P制造根据本发明的滑动轴承材料期间,形成 硬的Fe2P颗粒,所述颗粒存在于基质中。与EP 0 962 541 A1的

7、教导不同,所述颗粒不是通 过专门的步骤加入的。这种硬颗粒实现了高的耐磨损性。这种颗粒还用作切屑断裂结构(Spanbrecher),由此可以例如在钻孔时改进这种材料的可加工性。所存在的Fe2P颗粒相 对于Gegenlaeufer实现了良好的抛光特性并由此防止滑动轴承的Fressen和轴承材料转移到 Gegenlaeufer上以及由此导致轴承粘附在Gegenlaeufer上。 根据本发明的滑动轴承材料的其他优点在于高的导热性,所述导热性例如为通常用于滑动轴 承中的浇铸的CuNi2Si中的导热性的两倍高。与常见的烧结材料、例如CuSn8Ni, CuSnlOBi3.5 和CuPb23Sn3相比,所述导

8、热性甚至最高为其5倍。这使得可以良好地导出在轴承中出现 的摩擦热,并由此实现较低的过热的概率和由此导致的在混合摩擦条件下支承材料损坏的概 率。良好地导出在轴承中出现的摩擦热使得还可以避免对位于轴承中的油的热影响,这种热 影响可能导致粘性和润滑特性的改变。通过高导热性和抛光效应的配合,通过Fe2P硬颗粒可以特别有效地防止轴承的Fressen,因 为这两种效应降低了滑动轴承材料在Gegenlaeufer上的粘附。这种效果可以在本发明的一个 优选实施例中通过加入另外的硬颗粒进一步得到加强。合适的硬颗粒例如包括由 AlN、 Al2O3、 NiB、 Fe2B、 SiC、 TiC、 WC、 W2C、 Mo

9、2C7、 c-BN、 MoSi2、 5!3N4、 Fe3P、 Fe2P、 Fe3B、 TiO2 和 ZrO2 组成的颗粒。在另一个优选实施形式中,根据本发明的滑动轴承材料还包括固体润滑剂,例如h-BN或石 墨。添加这种固体润滑剂降低了摩擦系数并由此降低了轴承中产生的热。如果使用h-BN作 为固体润滑剂,则例如可以使用在DE 10 2007 033 902 B3中记载的颗粒,该文献的公开内 容通过引用包含在本申请中。本发明还涉及一种滑动轴承材料。图1和2示出由根据本发明的滑动轴承材料组成轴承半瓦 (1),所述滑动轴承材料优选由钢组成的支撑层(2)和上面所述的基于带有在其中形成的 Fe2P 颗粒(

10、3)的 CuFe2P 的滑动轴承材料作为支承金属层。支承金属层的厚度这里优选为 0.1-1.0mm、特别优选为 0.3-0.5mm。优选在由所述滑动轴承材料组成的支承金属层上设置滑动层,所述滑动层具有7-20“m的厚 度。这种滑动层和工作层是本领域技术人员已知的并且经常在滑动轴承中使用。、 在另一个方面,本发明还涉及一种包括所述滑动轴承复合材料的滑动轴承。实施例: 实施例 1 为了制造所述滑动轴承材料,将CuFe2P粉末施加到钢支撑层上并在第一步骤中在950-980C 下进行烧结。此后通过辊轧步骤压缩所述材料,从而多孔性具有低于 0.5%的值。接着为了 使烧结层Ausheilung在此在在95

11、0-980C下进行烧结并通过第二辊轧步骤将层硬度调整到90-150HBW 1/5/30并将多孔度调整到低于 0.3%的值。实施例 2为了制造所述滑动轴承材料,将 CuFe2P 加热到其熔点,即 1089C 以上并使其熔化。接着将温度为1150-1250C的容器浇铸到钢支撑层上。此后所述层的表面以本领域技术人员已知 的方式通过机械加工平整并且必要时通过一个或多个辊轧步骤调整到希望的硬度。1 CuFe2P 在滑动轴承中的应用。2CuFe2P 作为滑动轴承材料的应用。3. 根据权利要求1或2所述的应用,其中CuFe2P作为浇铸材料使用。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的应用,其中CuFe2P作为

12、烧结材料使用。5. 根据权利要求4所述的应用,其中CuFe2P在950-980C的温度下烧结。6. 根据上述权利要求中任一项所述的应用,其中在基于CuFe2P的材料中加入硬颗粒。7. 根据权利要求 6 所述的应用,其中加入由 AlN、Al2O3、NiB、Fe2B、SiC、TiC、WC、 W2C、Mo2C、MoSi2、Si3N4、Fe3P、Fe2P、Fe3B、TiO2 和 ZrO2 组成的颗粒。8. 根据上述权利要求中任一项所述的应用,其中在所述材料加入固体润滑剂。9. 根据权利要求8所述的应用,其中使用h-BN或石墨作为固体润滑剂。10. 滑动轴承复合材料(1),包括支撑层(2),优选由钢制成的支撑层,还包括有根据 权利要求 2 至 9 中任一项所述的滑动轴承材料组成的支承金属层(3)。11. 包括根据权利要求10所述的滑动轴承复合材料的滑动元件或滑动轴承。本发明涉及 CuFe2P 在滑动轴承中的应用或作为滑动轴承材料的应用。此外本发明还涉及一 种滑动轴承复合材料(1),该滑动轴承复合材料包括支撑层和基于CuFe2P的支承金属层(3)。

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