具有包括碳纳米结构的衬套层的滑动轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及滑动轴承，其具有烧结金属滑动层以及金属背层，尤其但不排他的涉及用于连接杆的小端轴承的滑动轴承、以及用于曲柄轴主轴承中的轴承壳的推力垫圈。
【背景技术】
[0002]轴承衬套使用在连接杆的小端部以连接在活塞销(还公知为枢轴销或者腕关节销)上，并且可使用在发动机的任何地方。轴承衬套是中空的柱形轴承衬套，也可以是实心的套筒衬套、分裂式衬套(其中带形成为具有对接端的柱件)或者夹衬套(类似分裂式，在带的端部上额外地设置有相互接合特征)。
[0003]公知轴承衬套包括硬的钢背层以及在该背层上的金属衬套层，这提供了用于可旋转地保持于轴承中的轴颈(例如枢轴销/腕关节销)的运行表面。
[0004]主曲柄轴轴承典型地包括一对中空的半柱形轴承壳，它们可以设置有大致半环形、环形或者圆形的推力垫圈。
[0005]期望的是提供增加的磨损阻力以及改善这种轴承中的轴承衬套层的疲劳强度。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方案，提供了滑动轴承，其包括背层以及烧结衬套层，其中，所述衬套层包括嵌入铜基基质中的0.1-10重量百分比碳纳米结构。
[0007]根据第二方案，提供了发动机包括根据本发明的第一方案的滑动轴承。
[0008]根据本发明的第三方案，提供了制造用于滑动轴承的坯件的方法，滑动轴承包括背层以及烧结衬套层，其中，所述衬套层包括0.1-10重量百分比碳纳米结构嵌入铜基基质，所述方法包括:
[0009]将所述碳纳米结构掺杂所述基质的粉末成分以形成混合物；
[0010]将所述混合物分配在所述背层的板材上；
[0011 ] 烧结所述混合物以在所述背层上形成所述衬套层；以及
[0012]由所述板材形成坯件。
[0013]根据本发明的第四方案，提供了制造滑动轴承的方法，包括:
[0014]根据本发明的第三方案制造用于滑动轴承的坯件；以及
[0015]成形所述坯件以形成所述滑动轴承。
[0016]有利地，所述碳纳米结构的添加可以增加磨损阻力，增加拉伸以及屈服强度，并且增加弹性模量。有利地，碳纳米结构可以提供自润滑属性，这可降低摩擦系数以及轴承磨损率，并且可降低轴承的操作温度。此外，碳纳米结构可以降低破裂在衬套层中的传播。此外，碳纳米结构可以当在高操作温度下粒子边界变得弱时稳定衬套层的粒状结构的粒子，从而降低它们的相对移动以及降低衬套层的材料磨损。
[0017]铜基基质意味着纯铜(没有附属杂质)或者铜基合金，铜基合金包括铜至少多50
重量百分比。
[0018]所述背层可以为钢背层。
[0019]所述衬套层可以包括0.5-4.0重量百分比碳纳米结构。有利地，低于4.0重量百分比，所述碳纳米结构可以更均匀地分布，具有低水平的结块，从而改善了强度、磨损阻力和疲劳阻力，并且可降低掺杂时间。
[0020]所述衬套层可以包括4-10重量百分比锡。
[0021]所述衬套层可以包括镍，其比例高达1.5重量百分比。有利地，所述镍可以提供增加的腐蚀阻力。
[0022]所述碳纳米结构可以是至少局部金属涂覆的碳纳米结构。有利地，(全部或者局部)金属涂覆可以增强碳纳米结构与其他粉末组分的掺杂以形成用于烧结的混合物，并且可增加碳纳米结构和铜基基质之间的黏结强度。
[0023]所述金属涂覆的碳纳米结构可以涂覆有存在于所述衬套层的基质中的金属。所述涂层金属可以选自由锡、铜以及镍组成的组。
[0024]碳纳米结构描述了选自以下组成的组中的成分:碳纳米管、碳纳米球、碳纳米椭球、功能碳纳米管、功能碳纳米球以及功能碳纳米椭球(即碳纳米管以及类似结构)。
[0025]所述碳纳米结构可以包括碳纳米管。纳米管的直径可以是0.5至50nm。纳米管可以是I至40μπι长。纳米管可以包括0.1至10之间体积百分比的复合材料层。纳米管的长度可以是其直径的至少100倍，可选地是其长度可以是其直径的至少1000倍。
[0026]在碳纳米管的情形下，它们可以尤其通过衬套层增强热分散，例如远离衬套层的自由表面。
[0027]所述碳纳米结构可以包括球形状碳纳米结构。
[0028]所述碳纳米结构可以包括椭圆碳纳米结构。
[0029]所述碳纳米结构可以是功能碳纳米结构。
[0030]所述滑动轴承可以选自由轴承衬套、轴承壳以及推力垫圈组成的组。
【附图说明】
[0031]下文参考附图进一步描述本发明的实施例，其中:
[0032]图1示出了轴承衬套的示意图；以及
[0033]图2示出了图1的轴承衬套的一部分的示意截面图。
【具体实施方式】
[0034]图1图示了中空、大致柱形的夹衬套(衬套)1，为滑动轴承类型。衬套I是双金属的，具有不同的金属背层2和金属衬套层3。
[0035]衬套I由已经形成为柱形形状的扁平带状坯件形成，坯件的两端部接合依靠夹4(具有窄颈的压舌，其接收到对应的窄路切口中)接合。在该情况下，衬套I的闭合形状由夹4(其是可选特征，不具有分裂式衬套以及实心套筒衬套)维持。
[0036]图2示出了扁平带在其形成为图1的衬套的柱形之前的截面图。背层2是钢，衬套层3是铜基复合材料的衬套层3，包括位于铜基合金基质6中的碳纳米管5。
[0037]衬套层3的成分:
[0038]0.5-4.0重量百分比碳纳米结构(例如碳纳米管)；
[0039]4-10重量百分比锡；
[0040]0-1.5重量百分比镍；以及
[0041]为平衡100重量百分比的铜，其他是附属杂质。
[0042]坯件由背衬材料的板材切割而成，具有烧结衬套层以及由如下烧结处理形成:将碳纳米结构与粉末形式的其他成分掺杂在一起；将复合材料粉末分布在背层材料的板材上；在高温下在惰性或者其他非氧化环境中烧结该结构；在第二次烧结之前滚压该结构；以及从该烧结结构中冲压出坯件。
[0043]虽然仅示出了轴承衬套，但是本发明还适用于在其他滑动轴承上的烧结衬套层，包