專利名稱：復(fù)合滑動表面軸承材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于具有塑料滑動層的復(fù)合滑動表面軸承的材料，其中含有以鋼、青銅或高強度合金鋁為佳的金屬襯底層和與該襯底層結(jié)合在一起、厚度為30-500μm且以50-250μm為佳的滑動層，滑動層由含有5-50%(重)、以30-40%(重)為佳對氟具有強親合力且粒徑小于或等于40μm的金屬粉末細(xì)分散相的構(gòu)成基體含氟聚合物所組成。
歐洲專利說明書0044577及德國專利說明書29 28 081披露了一種用于具有塑料滑動層的復(fù)合滑動表面軸承的材料，其中含有以鋼為佳的金屬襯底層和位于該襯底層之上的厚度為30-500μm的滑動層，滑動層由含有5-50%(體積)粒徑小于或等于50μm的鉛顆粒的構(gòu)成基體含氟聚合物即聚偏氟乙烯(PVDF)所組成。所述滑動層可以含有諸如PTFE、MoS2、石墨之類以細(xì)分散雜質(zhì)形式存在且能夠改善滑動特性的物質(zhì)。塑料滑動層根據(jù)需要被施用于已被燒結(jié)固著于或已被噴涂于襯底層之上且厚度為250-350μm的多孔粗糙層上。該滑動層由具備良好的滑動特性的金屬(以青銅為佳)材料組成，可借助滑動層的塑料填充該粗糙層的空隙。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，由復(fù)合軸承材料制作的軸承體用途廣泛，但是其不合乎要求之處在于難以承受諸如液壓發(fā)動機中的軸承所承受的高機械載荷。它們的使用壽命極短，因而限制了機器的使用壽命。所以，需要的是能夠承受較大的機械載荷并且具備較高耐磨性和盡可能低的摩擦力的復(fù)合軸承材料。
為此，本發(fā)明的目的是提供一種與上述復(fù)合軸承材料相比在磨損率和使用壽命方面性能更為優(yōu)越的復(fù)合軸承材料。
這一目的的結(jié)果是含氟聚合物中含有0.5-5.0%(重)金屬氟化物和0.5-5.0%(重)金屬氟氧化物，它由10-25%(重)單斜晶形PVDF、10-40%(重)非晶形PVDF和10-30%(重)新型聚合物組成，在用Cukα-射線對其輻射產(chǎn)生的X-射線衍射圖中，于雙布喇格角2θ＝18.07±0.03°處呈現(xiàn)陡峭的強度峰，其熔點范圍為320-350°，其中不含正交晶形PVDF。
為此目的，對氟具備特別高的親合力的金屬粉末由鉛、錫、鋅、銦、鉈、鎘、鉍、鋇、銅、銀或其合金組成，它們可以是單獨地或組合地存在，其中包括鉛基和錫基軸承合金。
本發(fā)明復(fù)合軸承材料的顯著特點在于具備相對來說較低的磨損率和較高的疲勞極限，這樣，即使經(jīng)過很長時間的運轉(zhuǎn)后，仍能確保由這種材料制作的軸承體發(fā)揮令人滿意的功效。為了改善滑動特性及穩(wěn)定性，基體中可含有1-20%(重)、以5-15%(重)為佳由PTFE、MoS2、石墨、ZnS、BaSO4和硬脂酸鹽單獨地或組合地組成的細(xì)分散粉末顆粒，這種顆粒適合于粒徑小于或等于40μm的金屬粉末顆粒。
在本發(fā)明復(fù)合軸承材料的優(yōu)選實例中，基體含有15-25%(重)非晶形PVDF、1-3%(重)氟化鉛、1-3%(重)氟氧化鉛和5-25%(重)鉛以及可以根據(jù)需要而存在的3-10%(重)PTFE，它由新型聚合物組成并且含有15-20%(重)單斜晶狀PVDF。
在優(yōu)選實施方案中，基體含有25%(重)新型含氟聚合物、25%(重)非晶形PVDF、10%(重)單斜晶形PVDF、25%(重)鉛、3%(重)PbF2、2%(重)PbOF2和10%(重)PTFE。
在另一優(yōu)選實施方案中，基體含有30%(重)新型含氟聚合物、15%(重)單斜晶形PVDF、20%(重)非晶形PVDF、10%(重)PTFE、2.5%(重)PbF2、2.5%(重)PbOF2和20%(重)鉛。
本發(fā)明中的基體可以直接結(jié)合在經(jīng)過機械方式或化學(xué)方法被粗糙化的金屬襯底層表面之上。在另一實施方案中，該塑料滑動層通過一多孔中間層粘接在襯底層上，該中間層已被燒結(jié)固著于或被噴涂于襯底層之上并且由金屬軸承材料、以青銅為佳所組成，滑動層填充上述孔隙并且構(gòu)成了厚度為10-350μm的覆蓋層。
在制備復(fù)合軸承材料的過程中，將由30-80%(重)含氟聚合物和5-50%(重)對氟具備高親合力的金屬粉末組成的混合物施用于金屬襯底層并在所述襯底層上進行滾軋，隨后將其加熱至290℃以上，以300-340℃為佳，并且保持此溫度0.5-3.5分鐘，以歷時1.0-2.0分鐘為佳，接著，連續(xù)地將其冷卻至100℃，歷時0.5-10分鐘，以歷時4分鐘為佳。復(fù)合軸承材料的制造過程可以通過連續(xù)涂敷帶狀襯底層的方式或以不連續(xù)地、分別涂敷帶狀區(qū)域的方式來完成。
按照特定的方法特征，待其冷卻至大約180℃以后，再以大約50℃/分鐘的速率將其連續(xù)地冷卻至120-115℃。
參照實施例及附圖，下文將對本發(fā)明進行更詳盡的說明。


圖1為實施復(fù)合軸承材料制造方法所用設(shè)備的示意圖。
圖2為復(fù)合軸承材料的截面圖。
被纏繞在卷軸1上的帶條2由被用作襯底層的鋼帶10和由鉛青銅制作的多孔燒結(jié)粗糙底漆11所構(gòu)成。帶條2連續(xù)由卷軸1上退繞下來，在具有粗糙底漆的一側(cè)上面均勻地涂敷由具有攪拌器的料斗3提供的粉末混合物，該混合物由60%(重)PVDF、25%(重)鉛和15%(重)PTFE所組成。當(dāng)帶條2通過滾軋機座4時，粗糙底漆11中的開口孔便被粉末混合物填充，這樣，在粗糙底漆的頂部形成一滑動層12，得到涂敷的帶條2通過連續(xù)式爐5并于320℃下加熱1.5分鐘。其結(jié)果是PVDF被熔化從而產(chǎn)生含氟聚合物，在用Cukα-射線對其輻射產(chǎn)生的X-射線衍射圖中，于雙布喇格角2θ＝18.07±0.03°處具有強度峰，其熔點范圍為320-350°，并且含有15%(重)單斜晶形PVDF、24%(重)非晶形PVDF、21%(重)鉛、15%(重)PTFE、3.5%(重)氟化鉛和3.5%(重)氟氧化鉛。當(dāng)帶條離開爐5后，于滾軋機座6處對含氟聚合物進行再壓制與展平處理，隨后在連續(xù)式爐7內(nèi)歷時5分鐘將其連續(xù)冷卻至100℃左右。在后面的滾軋機座8中，壓平制得的復(fù)合軸承材料，最終將其纏繞在卷軸9之上。無需采用任何后處理方法或輔助機械加工方法便很容易由這種帶狀復(fù)合軸承材料制造滑動表面軸承元件、尤其是軸承襯、軸瓦、凸緣襯套和制動盤。
為了展示本發(fā)明復(fù)合軸承材料的摩擦特性，現(xiàn)在介紹對比實驗，將由上述方法步驟制成的復(fù)合軸承材料所形成的軸承襯與采用歐洲專利說明書0044577這一先有技術(shù)中復(fù)合軸承材料制作的軸承襯在摩擦力矩和磨損性方面相對比，后一種復(fù)合軸承由鋼質(zhì)襯底層、經(jīng)燒結(jié)固著于襯底層上的多孔青銅層和填充青銅層開口孔并覆蓋于開口孔頂部的滑動層組成，該滑動層由含有50%(重)PVDF、40%(重)鉛和10%(重)PTFE的燒結(jié)混合物組成。
可借助試驗機測定摩擦力矩和磨損性，待測試的軸承襯的直徑為21mm，尺寸為22mm×15mm，間隙為0.03mm，帶有C35型低碳鋼軸頸，該軸頸的表面光潔度RA＝0.2μm并且以0.3m/s的滑動速度旋轉(zhuǎn)。待測試的軸承襯被壓制成呈擺狀的軸承體，其負(fù)荷率為3.3N/mm2。由于待測試的軸承襯發(fā)生旋轉(zhuǎn)而使擺狀軸承體出現(xiàn)偏移，可根據(jù)該偏移確定摩擦力矩。于滑動8、16、32和48km后確定磨損性。
將試驗結(jié)果以圖線的形式表示在圖3和4之中，結(jié)果說明由本發(fā)明復(fù)合軸承材料制造的軸承襯在摩擦力矩(Nm)和與表面壓力(MPa)相關(guān)的磨損率(μm/W)方面大大優(yōu)于由先有技術(shù)復(fù)合軸承材料制造的軸承襯。
權(quán)利要求
1.用于具有塑料滑動層的復(fù)合滑動表面軸承的材料，其中含有以鋼、青銅或高強度合金鋁為佳的金屬襯底層和與該襯底層結(jié)合在一起、厚度為30-500μm且以50-150μm為佳的滑動層，滑動層由含有5-50%(重)、以30-40%(重)為佳對氟具有強親合力且粒徑小于或等于40μm的金屬粉末細(xì)分散相的構(gòu)成基體含氟聚合物所組成，其特征在于含氟聚合物含有0.5-5.0%(重)金屬氟化物和0.5-5.0%(重)金屬氟氧化物并且由10-25%(重)單斜晶形PVDF、10-40%(重)非晶形PVDF和10-30%(重)新型聚合物，在用Cukα-射線對其輻射產(chǎn)生的X-射線衍射圖中，于雙布喇格角2θ=18.07±0.03°處呈現(xiàn)陡峭的強度峰，其熔點范圍為320-350°，其中不含正交晶形PVDF。
2.按照權(quán)利要求1所述的材料，其中金屬粉末由鉛、錫、鋅、銦、?、镉、顧澧钡、铜、银或其狠狆组成，它脧娚揖墺顿囏或组合地分散诱姮氟聚恒曟y小
3.按照權(quán)利要求1和2所述的材料，其中添有1-20%(重)、以5-15%(重)為佳粒徑小于或等于40μm并且由PTFE、MoS2、石墨、ZnS、BaSO4和/或硬脂酸鹽組成的細(xì)分散粉末顆粒。
4.按照權(quán)利要求1至3所述的材料，其中塑料滑動層直接結(jié)合在經(jīng)過機械方法或化學(xué)方法粗糙化處理的襯底層表面上。
5.按照權(quán)利要求1至3所述的材料，其中塑料滑動層通過一個多孔中間層粘結(jié)在襯底層上，該中間層已被燒結(jié)固著于或被噴涂于襯底層之上并且由金屬軸承材料、以青銅為佳所組成，滑動層填充上述孔隙并構(gòu)成覆蓋層。
6.按照權(quán)利要求1至5中任意一項所述的材料，其中基體含有5-15%(重)非晶形PVDF、1-3%(重)氟化鋁、1-3%(重)氟氧化鋁和5-25%(重)鉛以及可以根據(jù)需要而存在的3-10%(重)PTFE，它由新型聚合物組成并且含有15-20%(重)單斜晶狀PVDF。
7.按照權(quán)利要求1至5中任意一項所述的材料，其中基體含有25%(重)新型含氟聚合物、25%(重)非晶形PVDF、10%(重)單斜晶形PVDF、25%(重)鉛3%(重)PbF2、2%(重)PbOF2和10%(重)PTFE。
8.按照權(quán)利要求1至5中任意一項所述的材料，其中基體含有30%(重)新型含氟聚合物、15%(重)單斜晶形PVDF、20%(重)非晶形PVDF、10%(重)PTFE、2.5%(重)PbF2、2.5%(重)PbOF2和20%(重)鉛。
9.一種制備如權(quán)利要求1至5所述復(fù)合滑動表面軸承材料的方法，其特征在于將由30-80%(重)含氟聚合物和5-50%(重)對氟具備高親合力的金屬粉末組成的混合物施用于金屬襯底層并在所述襯底層上進行滾軋，隨后將其加熱至290℃以上，以300-340℃為佳，并且保持此溫度0.5-3.5分鐘，以歷時1.0-2.0分鐘為佳，接著，連續(xù)地將其冷卻至100℃，歷時0.5-10分鐘，以歷時4分鐘為佳。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中待其冷卻至大約180℃以后，再以大約50℃/分鐘的速率將其連續(xù)地冷卻至120-115℃。
11.應(yīng)用如權(quán)利要求1-8所述材料于內(nèi)燃機中的滑動表面軸承。
全文摘要
具有塑料滑動層的用于復(fù)合滑動表面軸承的材料，包含金屬襯底層和與該襯底層粘結(jié)并且由用于形成基體的含氟聚合物組成的滑動層，其中對氟具有高親合力的金屬粉末得到細(xì)分散。為了降低摩擦力矩和磨損率，含氟聚合物中含有金屬氟化物和金屬氟氧化物并且由單斜晶形PVDF、非晶形PVDF和新型聚合物組成，在用Cukα-射線對其輻射產(chǎn)生的X-射線衍射圖中，于雙布喇格角2θ＝18.07±0.03°處產(chǎn)生陡峭的強度峰，其熔點為320—350℃，并不含正交晶形PVDF。
文檔編號C08L27/14GK1037480SQ89102939
公開日1989年11月29日 申請日期1989年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月5日
發(fā)明者卡爾-漢茲·馬士查, 湯姆斯·斯蒂芬斯, 漢斯-保爾·保瑞斯, 沃爾夫崗·比克爾, 朱根·布勞斯 申請人:科爾本施米德有限公司