[发明专利]无锌喷涂粉末、含铜热喷涂层以及含铜热喷涂层的制备方法

说明书

本发明涉及用于热涂布基底，尤其用于热涂布轴承装置的轴承部件的无锌喷涂粉末，该喷涂粉末除了不可避免的杂质外具有如下组成：锡＝5％至30％重量；铝＝0.1％至5％重量；铁＝最多1％重量；铜＝至100％重量的差值。本发明进一步涉及通过热喷涂施加的层体系；工件，尤其连杆，以及制备该喷涂层的喷涂方法。

本发明涉及无锌热喷涂粉末，由该喷涂粉末制备的含铜表面层，尤其是在 轴承装置的轴承部件上的表面层，以及按照各类独立权利要求的前序部分施加 此表面层的方法。

所有类型的轴承装置，例如，滑动轴承和滚动轴承(rolling element bearing)，占据了在本领域中所使用的轴承的主要部分。术语轴承或轴承装置在下文应理 解为限定轴承功能的部件，其在支承接触中进行配合，例如彼此间滚压(rolling off)或滑动，或彼此相互支承。

在支承接触中配合的轴承面处产生的摩擦，通常与尤其是在轴承面处的磨 损现象相关。在这方面，在机械工程中几乎不可胜数的实施方案中使用滑动轴 承。例如，滑动轴承用作往复活塞式内燃机中的曲轴轴承，用作连杆轴承，用 作压缩轴承(compressionbearing)，用作十字头轴承，用作螺旋桨轴轴承，或用 于许多其它的应用。

例如，在WO 00/23718中公开了滑动轴承及滑动轴承的制备方法，其中由 白色金属构成的涂层被合金化至由铁材料构成的轴承上。然而，形成合金需要 存在液体合金成分，以便在涂布过程中相应地释放出相应量的热，由此，不仅 使白色金属熔化，而且在轴承部件上侧的接触面上产生由熔融基体材料(base material)构成的金属浴。由此产生的白色金属和铁材料的熔体可以彼此合金化， 伴随大量的FeSn2形成。相应地，在此方面，形成了很大程度上包含FeSn2的较 厚的连接区域。此连接区域实际上的确在基体材料和所述涂层之间产生良好的 冶金连接；但是FeSn2代表非常脆的材料，因此对于已知的轴承构造的小负载已 可发生裂纹和脆性断裂形成。此外，在不适当冷却的情况下，会发生靠近涂层 的铁材料至马氏体的转变，其同样是非常脆的，从而进一步加剧上述的缺陷。

后果是，由于基体材料的钢和白色金属轴承层之间较厚的中间区域内的高脆 性和小的延展性，导致对于初始所述类型的轴承产生相应短的使用寿命。

为避免该结果，还已知可通过离心浇铸，将由轴承金属例如白色金属构成 的涂层施加至轴承。在这方面，实际上的确不会发生由熔融的基体材料构成的 金属浴的形成。然而，在离心浇铸过程中施加的白色金属凝固过程中，可以发 生合金成分的分离，其中由Cu6Sn5构成的针状晶体的首先形成，然后是由SbSn 构成的立方晶体形成，最后剩余的富锡基质凝固。

Cu6Sn5的密度较大，SbSn的密度小于液态时间更长的基质的密度。Cu6Sn5晶体相应地径向向外移动，在此方面削弱白色金属涂层连接基体材料的区域， 这同样会对使用寿命产生不良影响。

为避免这些问题以及相关问题，WO2007/131742A1中提出了滑动轴承和滑 动轴承的制造方法，其中至多10μm厚的相对薄的包含FeSn2的连接区域在纯的 白色金属层与含铁的基体材料之间形成。

然而这种解决办法，仅代表一种折衷，因为FeSn2层实际上相对薄，但还存 在，以致脆性断裂和裂纹形成的问题仍然未被最终解决。尤其对于暴露于巨大 高负荷的滑动轴承例如内燃机的曲轴轴承，脆性断裂和裂纹形成问题持续存在， 因为根据WO2007/131742A1的滑动轴承的形变能力远远不足。