滑动轴承材料

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AlN、Al2O3、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0.5μm）和Fe3P微粒（Hv：800；微粒直径例如为5μm）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，使得其大于具有1100或更多的高硬度的微粒（即AlN、Al2O3、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1.5-70μm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CuFe2P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品名Wieland-K65够得并具有以下组成（Richtwerte）：

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950-980°C 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, CuSn10Bi3.5 和CuPb23Sn3相比，所述导热性甚至最高为其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、Mo2C7、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（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7-20μm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950-980°C 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