[发明专利]用于滑动元件的铝合金合成物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于滑动元件的铝合金合成物。所述铝合金合成物特别适于在起停发动机应用中使用的滑动元件。

本发明还涉及包括铝合金合成物的滑动元件以及双金属轴承。滑动元件与双金属轴承特别适于在起停发动机应用中使用。

背景技术

高速率内燃机通常使用曲柄轴轴承，所述曲柄轴轴承包括结合至背衬或基底材料(例如钢)的铜基轴承合金或铝基轴承合金。轴承的工作面，即，面对发动机曲柄轴轴颈表面的表面一般设置有所谓的覆盖涂层或滑动层。滑动层可以是包括例如铅、锡、铋、银、铜合金或铝合金的金属层。可替代地，滑动层材料可以是非金属的、聚合的材料，其包括人造树脂基或者基质，以及用于增强轴承的负荷承载能力和/或耐磨性的添加物。

燃料节约操作计划对于汽车发动机已经变得受欢迎，这已经倾向于增加发动机起动所用的频率。在“停车-起动”操作体制下，停止和再起动车辆移动同样导致发动机停止和再起动。在混合动力操作计划下，当车辆能够由替代动力源(一般为电动机)发动机供给动力时，发动机关闭。在这样的操作计划下，发动机经受实质上比传统发动机更多次数的起动，而曲柄轴在润滑油的均匀的流体动力膜建立在各种工作表面(包括止推垫圈工作层以及对立面)之前逐渐从静止加速。这引起曲柄轴轴颈表面与轴承表面之间的金属与金属的接触，即，接触点处的油膜破裂而允许金属与金属的接触，这已知为擦伤，并且引起工作表面的磨损。耐磨性因此在轴承工作层材料的发展中是重要的考量。

多年来，用于发动机的轴承技术的发展已经关注于一般提供良好的耐磨性的聚合物覆盖的发展。虽然覆盖涂层的轴承的技术优势被良好地使用文献证明，但它们具有如下明显的缺点：由于需要单独的喷洒和固化操作而制作昂贵。

为了使发动机的成本降低，努力发展具有良好耐磨性而不需要覆盖涂层的轴承。例如，公布的英国专利申请第GB2271779号提供了多层轴承，其通过具有背衬钢板和另一个铝合金的中间结合层的配合构件而具有铝-锡轴承合金层以及高疲劳强度和良好的舒适性。铝-锡合金包括7至20％的重量的锡，其余为铝和任何杂质，并且具有HV50至80的维式硬度。铝合金中间结合层包括达到1.7％重量的锰、达到1.2％重量的铜以及1.8％重量的镁中的至少一种，其余为铝和任何杂质。铝合金中间结合层与铝-锡轴承合金的硬度比为从70％至90％。

公布的英国专利申请第GB2266564号提供了包括钢背衬、铝合金中间结合层以及铝轴承合金层的多层滑动轴承。轴承层包括从7至15％的重量的锡、从0.5至3％的重量的硅，其余为铝和任何附带的杂质，轴承层的硬度为小于HV50的维式硬度。结合层包括如下元素0至1.7％重量的锰、0至1.2％重量的铜以及0至1.8％重量的镁中的至少一种，其余为铝和任何附带的杂质。结合层的维式硬度在从轴承层的维式硬度的60％至120％的范围中。

公布的欧洲专利申请第EP1108797号试图通过提供轴承和包括以下重量百分比(％)的轴承合金合成物来解决制造如在GB2271779和GB2266564中提供的铝合金轴承的挑战：锡5-10；铜0.7-1.3；镍0.7-1.3；硅1.5-3.5；钒0.1-0.3；锰0.1-0.3；除了不可避免的杂质其余为铝。优选地，硅含量维持在从2至3％的重量范围中。

发明人已经领会通过增加用于发动机部件的硬材料的使用以及增加发动机制造商对于在起停发动机中使用的具有良好耐磨性和耐疲劳的轴承的要求，需要改变铝合金的成分，以确保滑动元件所需的这些性能之间的适当的平衡。

发明内容

在随后的说明书和所附的权利要求书中涉及的各种元素的重量百分比含量为施加至滑动元件部件(例如施加至用于发动机或马达的轴承)的最终铝合金合成物中的相关元素的重量百分比，而不是用于形成铝合金合成物的初始的混合物的重量百分比。

用于测量铝合金合成物的各种元素的重量百分比含量的一些合适的技术，优选出现在随后的说明书中，包括如下：

(i)X射线荧光光谱学(XRF)，用于至少以下元素：铝、锡、硅、铜、镍、锰、钒、钪、铒、钛、锶、锑、铕和碳；以及

(ii)放射光谱学(OES)，用于至少以下元素：锆。

本领域技术人员将会知晓，将存在用于测量应用至滑动元件部件的最终铝合金成分的各种元素的重量百分比，从而确保它们以指定的含量存在于铝合金合成物中。