CN108603529A

CN108603529A - 金属/塑料-滑动轴承复合材料和由此制造的滑动轴承元件

Info

Publication number: CN108603529A
Application number: CN201780010419.7A
Authority: CN
Inventors: R·泰帕卢斯; R·赖尼克
Original assignee: KS Gleitlager GmbH
Current assignee: KS Gleitlager GmbH
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: EP3274602A1; EP3274602B1; WO2017153523A1; DE102016104509B3; CN108603529B

Abstract

本发明涉及一种金属/塑料‑滑动轴承复合材料(2)，用于制造针对润滑应用的滑动轴承元件，所述金属/塑料‑滑动轴承复合材料包括：金属支承层(4)，其尤其由钢制成；和与滑动配合件滑动接触的滑动层(10)，所述滑动层包括滑动层材料(8)，所述滑动层材料基于无氟的热塑性塑料，尤其是PAEK或PEEK；并包括改善摩擦磨损特性的填充材料，其特征在于，所述滑动层材料包括作为填充材料的达到1‑40重量％的铝硅酸盐，其呈基本上球形的颗粒形式；和达到5‑40重量％的固体润滑剂，其特别地呈如下物质中的一种或多种的形式：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、氟化钙、石墨、白垩粉或滑石粉；并且不含纤维形式的添加剂和莫氏硬度大于5的强度提高型硬质材料。

Description

金属/塑料-滑动轴承复合材料和由此制造的滑动轴承元件

技术领域

本发明涉及一种金属/塑料-滑动轴承复合材料以及涉及一种由此制造的滑动轴承元件，所述金属/塑料-滑动轴承复合材料用于制造针对润滑应用的滑动轴承元件，即并不针对干式运行或针对仅具有初始润滑的滑动轴承元件，所述金属/塑料-滑动轴承复合材料具有金属支承层，尤其由钢构成的支承层；和具有与滑动配合件滑动接触的滑动层材料，其基于无氟的热塑性塑料，尤其是PAEK(聚芳醚酮)或PEEK(聚醚醚酮)；并包括改善摩擦磨损特性的填充材料。当在上文中谈及润滑应用时，这视为针对干式运行所设置的滑动轴承元件或获得或具有一次性的初始润滑的滑动轴承元件的分界。特别地，本发明涉及滑动轴承复合材料，用于制造用于在机动车中的承受高负荷的内燃机的喷射泵的滑动轴承元件。

背景技术

DE 10 2006015997 A1公开和教导了一种耐磨损的材料，其包括增强材料，尤其选自于碳纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、尤其是芳纶纤维、矿棉纤维或其混合物；并且具有颗粒状填充材料，尤其是呈硅酸盐、金属、玻璃、矿棉和塑料颗粒形式。还述及了硅酸铝铁颗粒和硅酸铝钠颗粒。所述实施例使用铁氧化物颗粒。

发明内容

本申请人已知的这类滑动轴承复合材料包括基于PEEK的滑动层材料，和10重量％的碳纤维、10重量％石墨、10重量％的TiO₂和10重量％的ZnS。滑动轴承复合材料和由此制造的滑动轴承元件具有非常良好的耐磨损性。由此出发，本发明所基于的目的是，进一步改善高强度的材料的摩擦特性和适应性。尤其是，要可靠地避免：在柴油喷射泵中在轴承间隙小的情况下并且因此在柴油流量比较小的情况下出现侵蚀倾向。此外，要改进材料的成型特性。

该目的通过根据本发明的上述类型的滑动轴承复合材料通过如下方式来解决：滑动层材料包括作为填充材料的呈基本上球形颗粒形式的达到1-40重量％的铝硅酸盐和达到5-40重量％的固体润滑剂，该固体润滑剂尤其呈如下材料中的一种或多种的形式：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、氟化钙、石墨、白垩粉或滑石粉，并且被构成为不含纤维状的添加剂和莫氏硬度大于5的强度提高型硬质材料。这意味着：滑动层材料没有碳纤维、芳纶纤维和硬质材料如碳化物、立方氮化硼等。

利用本发明令人意想不到地证明：在滑动轴承复合材料尤其用于在燃料喷射泵中的滑动轴承元件的滑动轴承复合材料可承受高负荷时，传统使用的碳纤维也带来缺点。尤其是在滑动面并未最佳地进行机械加工的情况下导致表面侵蚀倾向更甚。还进一步表明：如果除了球形铝硅酸盐颗粒之外还使用典型的固体润滑剂，则通过取消典型所使用的硬质材料能够改善嵌入性和摩擦特性。具体地，球形铝硅酸盐颗粒与固体润滑剂的组合得到了总体上在前述方面予以改进的滑动轴承复合材料。

此外提出了，滑动层材料包括达到至少8重量％的、尤其是达到至少10重量％的、尤其是达到至少12重量％的、尤其是至少15重量％的、尤其是达到至多30重量％的、尤其是达到至多20重量％的固体润滑剂。固体润滑剂在本发明的改进方案中应具有至多4的莫氏硬度。

证明为有利的是，固体润滑剂由如下材料中的一种或多种形成：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、氟化钙、石墨、白垩粉或滑石粉。

此外，证明为有利的是，滑动层材料锚固在构成在金属支承层上的多孔的载体层，尤其是锚固在由金属颗粒烧结的载体层中。

对此可替选地，也可考虑的是，滑动层材料锚固在金属支承层的微结构化地构成的表面中或滑动层材料借助粘合性的粘附增进层粘合到金属支承层上。

此外可以证明为有利的是，滑动层材料包括达到至少5重量％的、尤其是达到至少10重量％的、尤其是达到至多30重量％的、尤其是达到至多25重量％的、尤其是达到最该20重量％的铝硅酸盐。

在本发明的改进方案中，证明为特别有利的是，铝硅酸盐包括达到至少4重量％的、尤其是达到至少5重量％的、尤其是达到至少6重量％的氧化钙，更确切地说以铝硅酸盐的质量计。

根据滑动轴承复合材料的一个特别优选的实施形式，铝硅酸盐包括达到62-68重量％的SiO₂、达到17-21重量％的Al₂O₃和达到5-8重量％的CaO。

进一步提出：基本上球形的铝硅酸盐颗粒的颗粒大小具有至多20μm的D50值，尤其是至多15μm的D50值，尤其是至多10μm的D50值，尤其是在1μm到10μm之间的D50值。此外提出了，基本上球形的铝硅酸盐颗粒的颗粒大小具有至多100μm的、尤其是至多80μm的、尤其是至多60μm的D90值。颗粒大小的D50值(D90值)是如下颗粒大小：相当于该颗粒大小，铝硅酸盐的50质量％(90质量％)具有更小的颗粒大小，且铝硅酸盐的50质量％(10质量％)具有更大的颗粒大小。

此外，滑动轴承复合材料尤其是构成为使得金属支承层的层厚度为0.5-5mm，多孔的载体层的层厚度为至少0.05mm、尤其至少0.1mm、尤其至少0.2mm且至多0.6mm、尤其至多0.5mm，并且滑动层材料在多孔的载体层之上的突出部为至少为30μm、尤其是至少50μm、尤其是至少100μm且至多600μm、尤其是至多500μm、尤其是至多400μm。

滑动层材料优选基于PAEK、尤其是PEEK构成为无氟的热塑性塑料。在该情况下应提及的是，术语“基于PAEK或PEEK构成”并不排除的是，除了PAEK或PEEK之外还存在其他热塑性塑料，但总共至多达到20重量％、尤其是达到至多10重量％、尤其达到至多5重量％的PAEK或PEEK比例。滑动层材料优选地构成为不含PTFE。

在优选的滑动轴承复合材料中，滑动层材料基于PAEK、尤其是PEEK被构成为无氟的热塑性塑料并且包括达到10-20重量％的、尤其是达到12-18重量％的、尤其是达到13-17重量％的、尤其是达到14-16重量％的铝硅酸盐和达到13-17重量％的固体润滑剂，固体润滑剂呈如下材料中的一种或多种的形式：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、硫化钙、石墨、白垩粉或滑石粉。

本发明也涉及前文所描述的金属/塑料-滑动轴承复合材料用于制造用于在机动车中的承受高负荷的内燃机的喷射泵的滑动轴承元件的用途，所述喷射泵尤其是共轨喷射泵。

此外，本发明涉及一种用于在机动车中的承受高负荷的内燃机的喷射泵的滑动轴承元件，所述喷射泵尤其是共轨喷射泵，所述滑动轴承元件由上文所描述的类型的或根据权利要求1至16中任一项所述的金属/塑料-滑动轴承复合材料制造。

此外，要求保护滑动轴承元件用于支承喷射泵的驱动轴的用途或用于支承在机动车传动装置、机动车制动器或液压马达中的轴线或杠杆的用途，所述滑动轴承元件由根据权利要求1至16中任一项所述的金属/塑料-滑动轴承复合材料制造，所述喷射泵是用于承受高负荷的内燃机的喷射泵，尤其是共轨喷射泵。

附图说明

本发明的各个细节、特征和优点从本发明的所附的权利要求和视图以及对优选实施形式的后续描述中得到。在附图中示出：

图1示出了根据本发明的滑动轴承复合材料的示意性剖视图；

图2示出了关于比较材料和根据本发明的材料的耐磨损性的测量结果；

图3示出了关于比较材料和根据本发明的材料的起动转矩的测量结果；

图4示出了在100 1/min的情况下比较材料和根据本发明的材料的测量结果；

图5示出了检验结构的示意图。

具体实施方式

图1示出了总体上用附图标记2表示的根据本发明的滑动轴承复合材料的剖视图。所述滑动轴承复合材料包括金属支承层4，其优选且典型地由钢制成。在示例性和优选示出的情况中将呈烧结的铜颗粒形式的多孔的载体层6烧结到其上，所述铜颗粒的示例性成分是Cu90Sn10。基于无氟的热塑性塑料(尤其是且优选PEEK)的滑动层材料8被引入三维多孔的载体层6中，更确切的地使得滑动层材料8如上文所说明的那样在载体层6的最上部的颗粒之上形成突出部10。滑动层材料8于是形成了朝向滑动配合件的滑动层12。根据本发明，滑动层材料包括1-40重量％的铝硅酸盐，呈基本上球形的颗粒形式，也称作飘尘；和包括在本申请的概述部分所描述的类型的5-40重量％的固体润滑剂，各自基于滑动层材料8(包括其填充材料在内)的重量计。此外，滑动层材料8根据本发明不含纤维形式的添加剂和莫氏硬度大于5的强度提高型硬质材料。也可考虑的是，滑动层材料8并不锚固在独立施加的载体层6中，而是锚固在金属支承层4的微结构化构成的表面中或借助粘合性的粘附增进层粘合到金属支承层4上。

图5示出了检验结构20的示意性视图，其包括两个用于轴24的支承轴承22以及套管容纳部26，该套管容纳部26带有开口28，该开口28相对于轴24同心，使得要检验的套管30可以设置在套管容纳部26的开口28中并且在此套管30推移到轴24上。附加地，在两侧设置密封片32和凸缘34。轴24可以通过电动机驱动，其中在轴与电动机式的驱动装置之间设置转矩测量器件，其呈转矩测量轴的形式。套管容纳部26可以相对于轴的延伸部正交地承受负荷。为了后续要阐述的和实施的检验，在此情况下设置13Mpa(8kN)的恒定负荷并且附加地供应低黏性的检验油。借助该检验台20因此可以测定和显示磨损以及转矩变化曲线。测试被执行，使得转速以恒定的加速度从每分钟0转提高到每分钟500转或以恒定的减速度又回落到0。测试在此经历900个这样的循环。在900个循环之后，磨损以在该负载水平上测量套管的内径的形式来测定。此外，在每分钟100转的情况下分别在10,100或900个循环之后检测起动转矩和转矩。测量结果在图2至图4中示出。

由根据本发明的滑动轴承复合材料制造根据图1的结构的要检验的套管，即以弯曲辊方法施加到柱形的套管模具上。可变的滑动层材料的成分在下表中示出。

被称作基准的滑动层材料是开头所提到的由本申请人之前公开的现有技术。B1是与作为强度提高型硬质材料的氧化硅和二硫化钨的非根据本发明的比较实例。B2包括根据本发明的具有作为固体润滑剂的二硫化钨作和铝硅酸盐的滑动层材料。B3是具有硅酸钙(硅灰白)和二硫化钨的非根据本发明的比较例，硅酸钙(钙硅石)典型地以不规则的颗粒存在或针状地存在。B4是根据DE 10 2006 015 997 A1的具有碳纤维的滑动层材料。

图2示出了在检验套管的负载水平下在13Mpa(8kN)的恒定负载情况下在900个循环之后测定的磨损。

图3示出了借助转矩测量轴测定的，在10个、100个和900个循环之后相应的套管的起动转矩。即在此情况下是如下转矩：其在起动的时刻即在缺少润滑的情况下被测定。

随后，图4示出了分别在每分钟100转的情况下测定的转矩，这始终还对应于在固体摩擦到混合摩擦的过渡中的状态，在该状态还没有连续可靠地形成流体动力学的润滑膜，其典型地在每分钟250转的情况下才能实现。图4中绘出的转矩分别取自在10个、100个或900个循环之后。

总体上可看到：根据本发明的具有铝硅酸盐(飘尘)和作为固体润滑剂的二硫化钨的不含硬质材料且不含无纤维的材料在磨损、起动转矩和在每分钟100转的情况下的转矩方面优于比较材料。

Claims

1.一种金属/塑料-滑动轴承复合材料(2)，用于制造针对润滑应用的滑动轴承元件，所述金属/塑料-滑动轴承复合材料包括：金属支承层(4)，其尤其由钢制成；和与滑动配合件滑动接触的滑动层(12)，所述滑动层包括滑动层材料(8)，所述滑动层基于无氟的热塑性塑料，尤其是PAEK或PEEK；并包括改善摩擦磨损特性的填充材料，其特征在于，所述滑动层材料(8)包括作为填充材料的达到1-40重量％的铝硅酸盐，其呈基本上球形的颗粒形式；和达到5-40重量％的固体润滑剂，其呈如下材料中的一种或多种的形式：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、氟化钙、石墨、白垩粉或滑石粉；并且不含纤维形式的添加剂和莫氏硬度大于5的强度提高型硬质材料。

2.根据权利要求1所述的滑动轴承复合材料，所述滑动层材料(8)包括达到至少8重量％的、尤其是达到至少10重量％的、尤其是达到至少12重量％的、尤其是达到至少15重量％的、尤其是达到至多30重量％的、尤其达到至多20重量％的固体润滑剂。

3.根据权利要求1或2所述的滑动轴承复合材料，所述固体润滑剂具有至多4的莫氏硬度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，其特征在于，所述固体润滑剂由如下材料中的一种或多种形成：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、氟化钙、石墨、白垩粉或滑石粉。

5.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，其特征在于，所述滑动层材料(8)锚固在被构成在所述金属支承层(4)上的多孔的载体层(6)中，尤其是锚固在由金属颗粒烧结成的载体层(6)中。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的滑动轴承复合材料，其特征在于，所述滑动层材料锚固在金属支承层的微结构化构成的表面中。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的滑动轴承复合材料，其特征在于，所述滑动层材料借助粘合性的粘附增进层粘合到金属支承层上。

8.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述滑动层材料(8)包括达到至少5重量％的、尤其是达到至少10重量％的、尤其是达到至多30重量％的、尤其是达到至多25重量％的、尤其是达到至多20重量％的铝硅酸盐。

9.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述铝硅酸盐包括达到至少4重量％的、尤其是达到至少5重量％的、尤其是达到至少6重量％的氧化钙。

10.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述铝硅酸盐包括达到62-68重量％的SiO₂、达到17-21重量％的Al₂O₃和达到5-8重量％的CaO。

11.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，基本上球形的铝硅酸盐颗粒的颗粒大小具有的D50值为至多20μm、尤其是至多15μm、尤其至多10μm、尤其是在1μm到10μm之间，尤其是在2μm与10μm之间。

12.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，基本上球形的铝硅酸盐颗粒的颗粒大小具有的D90值为至多100μm、尤其是至多80μm、尤其是至多60μm。

13.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述金属支承层(4)的层厚度为0.5mm-5mm，多孔的载体层(6)的层厚度为至少0.05mm、尤其是至少0.1mm、尤其是至少0.2mm且至多0.6mm、尤其是至多0.5mm，并且所述滑动层材料在多孔的载体层之上的突出部为至少30μm、尤其是至少50μm、尤其是至少100μm且至多600μm、尤其是至多500μm、尤其是至多400μm。

14.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述滑动层材料(8)基于PEEK被构成为无氟的热塑性塑料。

15.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述滑动层材料(8)被构成为不含PTFE。

16.根据上述权利要求中任一项所述的滑动轴承复合材料，所述滑动层材料(8)基于PAEK，尤其是PEEK被构成为无氟的热塑性塑料并且包括达到10-20重量％的、尤其是达到12-18重量％的、尤其是达到13-17重量％的、尤其是达到14-16重量％的铝硅酸盐和达到13-17重量％的固体润滑剂，所述固体润滑剂呈如下材料中一种或多种的形式：亚硫化锌、二硫化钨、硫酸钡、高岭土、硫化钙、石墨、白垩粉或滑石粉。

17.一种将根据上述权利要求中任一项所述的金属/塑料-滑动轴承复合材料(2)用于制造用于在机动车中承受高负荷的内燃机的喷射泵的滑动轴承元件的用途，所述喷射泵尤其是共轨喷射泵。

18.一种用于在机动车中承受高负荷的内燃机的喷射泵的滑动轴承元件，所述喷射泵尤其是共轨喷射泵，所述滑动轴承元件由根据权利要求1至16中任一项所述的金属/塑料-滑动轴承复合材料(2)制造。

19.由根据权利要求1至16中任一项所述的金属/塑料-滑动轴承复合材料(2)制造的滑动轴承元件用于支承用于承受高负荷的内燃机的喷射泵、尤其是共轨喷射泵的驱动轴的用途，或用于支承在机动车传动装置、机动车制动器或液压马达的轴或杠杆的用途。