專利名稱：滑動層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于多層滑動軸承的由錫基合金構(gòu)成的滑動層，所述錫基合金除了含有錫作為主要合金元素之外，還含有選自銻和銅的至少一種其他元素，任選地還含有鉛和/或者鉍，以及任選地含有選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素，并且含有來自元素制備的不可避免的雜質(zhì)，其中銻含量為最多20重量％，銅含量為最多10重量％，鉛和鉍的總含量為最多1. 5重量％，銅和銻的總含量至少為2重量％和鋯、硅、鋅、鎳和銀的總含量為最多3重量％，且其中錫以金屬間相形式鍵合并且以含有錫晶粒的錫相形式游離存在；本發(fā)明還涉及一種多層滑動軸承，其包括至少一個支撐金屬層、滑動層和任選地包括布置于滑動層和支撐金屬層之間的軸承合金層；以及本發(fā)明還涉及一種制備所述滑動層的方法。
現(xiàn)有技術(shù)將錫基合金用于多層滑動軸承的滑動層是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。例如DE 82 06 353U1就記載了一種滑動軸承瓦，其由鋼支撐瓦、承載層、必要時的一個或多個結(jié)合層和/或阻擋層、以及由錫基巴氏合金-軸承合金 (Wei β metal 1-Lagerlegierung)構(gòu)成的經(jīng)電鍍沉積的滑動層構(gòu)成，所述巴氏軸承合金含有最多為2重量％的Cu、2 18重量％的釙、0 最大0. 6重量％的As、0 最大0. 5重量％ 的Ni和0 最大1. 5重量％的Cd。DE 20 2007 018 616U1描述了一種滑動元件，其同樣也具有一個以電鍍方式施加
在承載層上的由錫基合金構(gòu)成的滑動層，且錫基合金含有5 20重量％的Sb、0. 5 25重量％的化以及最多0.7重量％的此。其它成分的總含量小于0.5重量％。在此重要的是錫晶體基本上呈球形。盡管在第一個提及的DE 82 06 353U1中闡述了，較高的銅含量不利于滑動層的摩擦特性，但是在DE 20 2007 018 616U1中則明確支持了相反的教導(dǎo)。為了避免減少滑動層中的銅含量，GB 2 375 801A描述了一種具有兩層滑動層的多層軸承，其中外側(cè)分層由一種含有0. 5 10重量％的Cu和任選地不超過5重量％的Zn、 In、Sb或Ag的錫基合金構(gòu)成，而位于其下方的第二分層則由一種含有5 20重量％的Cu 的錫基合金構(gòu)成。DE 10 2007 030 017B4公開了一種用于所謂的有槽滑動軸承(Rillenlager)的具有錫基合金的滑動層，其中所述錫基合金嵌入在滑動層的溝槽之中并且含有不超過20 重量％的Cu以及任選地直至10重量％的Ag或者直至15重量％的Sb。DE 100 54 461A1也描述了一種多層滑動軸承，其具有一個三層的錫基滑動層，以由此提高對腐蝕磨損的耐受力。這種錫基合金以不超過30重量％的比例含有選自Cu、Sb、 Ag、In、Si、Ni、Co和1 的至少一種金屬。此外還可以含有比例為至多25體積％的氮化物或碳化物形式的硬顆粒。在滑動層的中間層中含有比上分層或下分層中更高比例的這些添加物質(zhì)。
DE 197 28 777A1公開了一種用于多層滑動軸承的滑動層，其除了錫之外，還可以含有3 20重量％的Cu和必要時分別不超過20重量％的Bi、Ag或Ni。過去也經(jīng)常使用鉛層作為滑動層，因為鉛相對于錫具有明顯優(yōu)點。但是鉛在環(huán)境相容性方面被認(rèn)為是有問題的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種具有很少鉛含量或者不含鉛的滑動層。分別獨立地通過開頭所述的滑動層解決了這一任務(wù)，其中具有錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒具有至少有著單位為ym的數(shù)值的平均尺寸，該數(shù)值可根據(jù)公式K = A/(S+3*C+0)計算得到，式中K表示單位為μ m的平均晶粒尺寸，A表示系數(shù)，S表示以重量％計的銻的合金比例，C表示銅、銀、鎳的總的合金比例，和0表示以重量％計的鉛、鉍、鋅、其它合金元素和非金屬顆粒的總的合金比例。系數(shù)A的值為50、尤其為70、優(yōu)選為100，并且錫基合金中具有 β -錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒在每種情況下具有至少為2. 5 μ m的平均晶粒尺寸，這通過上述具有本發(fā)明滑動層的多層滑動軸承以及通過制備所述滑動層的方法實現(xiàn)，所述方法中使用一種電解液，該電解液具有的錫的濃度在0. 1 lmol/1之間，銻和/或銅的濃度每種情況下為最多0. 3mol/l，且任選地鉛和/或鉍的濃度每種情況下為最多0. lmol/1，且任選地具有的選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素的濃度每種情況下為0. 3mol/l,并且在至少為1. 2A/ dm2的電流密度下進行沉積。按照本發(fā)明設(shè)計，具有β -錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒盡可能大，但任何情況下均大于沒有按照本發(fā)明方法制備的、具有相同細(xì)成的錫合金中的錫晶粒。由于較大的錫晶粒，減少了沿著晶粒邊界的擴散過程和因此也減少與此相聯(lián)系的滑動軸承的失效機制，例如晶粒邊界蠕變或者銅含量下降，從而使得根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承可以更長久運行。應(yīng)指出的是，申請人的這一理論對于本發(fā)明并沒有限制性特征，而是僅僅嘗試解釋經(jīng)改善的滑動層特性。但是， 在根據(jù)本發(fā)明的滑動層的試驗過程中已經(jīng)多次驗證了這一假說。為了進一步改善耐磨強度，也就是為了賦予滑動層更高的硬度，有利的是將選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素，以總共最多3重量％的含量作為合金元素加入到錫基合金之中。這里，鋯的含量也可以最多為1. 5重量％，硅的含量可以最多為1. 2重量％。上述濃度均涉及金屬離子或者可能情況下涉及金屬本身，如果它們以單質(zhì)或者合金顆粒的形式存在。在此應(yīng)注意，錫晶粒通常具有不規(guī)則的外形。譬如錫晶粒一方面可以近似于球狀， 另一方面也可以呈桿狀，即沿一個方向延伸。在此也可以是這兩種極端情況之間的所有過渡形態(tài)。本發(fā)明范疇內(nèi)，術(shù)語“最大維度(Abmes sung)”指的是在其數(shù)值方面最大的那個維度，亦即在桿狀的錫晶粒方案中就是縱向延伸的維度。換言之，此術(shù)語定義了將一個錫晶粒恰好包圍的包絡(luò)圓或包絡(luò)球的直徑。通過該公式考慮到，添加到錫基合金之中的合金元素(也就是例如銅、銻、鉛或者鉍)對錫晶粒起到晶粒細(xì)化作用，并因此隨著這些其他合金元素的合金含量提高，例如由滑動層熱處理引起的粗晶粒分離或者晶粒粗大化變得比較困難。本發(fā)明范疇內(nèi)，平均晶粒尺寸指的是由對于每個晶粒作為該晶粒的最大和最小維度(如橫斷面磨片中可以辨別出的那些)的幾何平均值而計算出的數(shù)值得到的算術(shù)平均值，其中為求平均值從橫斷面磨片中可以辨別的最大晶粒直至較小的晶粒進行，直至用來求平均值的晶粒的橫斷面面積之和達(dá)到所有錫晶粒的全部橫斷面面積的80%。該方法考慮到了，在橫斷面磨片制備過程中也會切割角點(Eckpimkten)附近的晶粒，并且減小其對測量結(jié)果的影響。如此確定的晶粒尺寸通常與少數(shù)代表性晶粒上測定的典型晶粒尺寸非常一致。例如可以使用化學(xué)或物理蝕刻法或者電子束衍射法(EBSD)來區(qū)別β -錫晶粒與金屬間化合物的顆粒。優(yōu)選，錫基合金中具有錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒的平均晶粒尺寸為至少5 μ m，尤其至少7μ ，最優(yōu)選至少9μπ 。按照一種實施方案設(shè)計，β -錫晶粒具有在2.5μπι 40μπι范圍內(nèi)的平均晶粒尺寸。在低于2. 5μπι的晶粒尺寸下，能觀察到不充分程度的所述效應(yīng)。但令人感興趣的，如果β-錫晶粒的平均晶粒尺寸超過40 μ m，也發(fā)現(xiàn)了耐磨性變差。推測是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的進一步粗化導(dǎo)致了過度磨損。在本發(fā)明范疇內(nèi)優(yōu)選的滑動層實施方式中，β -錫晶粒的平均晶粒尺寸在5 μ m 40 μ m范圍內(nèi)，尤其在ΙΟμ 40μπι范圍內(nèi)。當(dāng)滑動層的層厚小于41 μ m時，發(fā)現(xiàn)如果β -錫晶粒具有的平均晶粒尺寸超過滑動層層厚的八分之一、優(yōu)選超過四分之一，則有利于該滑動層的耐磨性。在這種情況下，即使在由于磨損而部分磨蝕滑動層的情況下，也能在較長時間內(nèi)保持作用。在本發(fā)明范疇內(nèi)優(yōu)選銻的含量在5 15重量％之間，或者銅的含量在0. 5 5重量％之間。因此就能制備除了具有良好嵌入性而且也具有更好耐磨強度的滑動層，其中盡管如此錫晶粒仍然具有所期望的有益大小。銻的含量尤其可以在7 12重量％之間，或者銅的含量可以在1 3. 75重量％ 之間。盡管原則上要尋找無鉛的滑動層，但在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以允許鉛含量為最多0. 1重量％，尤其最多0.05重量％，按照歐盟報廢汽車指令(DirectiVe2000/53/ EC" ELV-Directive“)，本發(fā)明的這些實施方式可視作是無鉛的。但是對于某些應(yīng)用而言證實有利的是，錫基合金具有較高的鉛含量和/或鉍含量，但即使在這些情況下，鉛和/或鉍的含量也限制在0. 2 0. 5重量％之間，尤其在0. 2 0.35重量％之間的值。推測，鉛會積聚在晶粒界面上并提高其強度。鉍具有顯然相同的作用并且可以在無鉛合金中替代鉛。將鉛和/或鉍的含量提高到1. 5重量％以上導(dǎo)致合金層的耐熱性大幅下降，因此不是有利的。在一個實施方案中，存在著鋯或硅并非以單質(zhì)或者金屬間相形式存在而是錫基合金也含有氧和/或碳的可能，從而使得由^O2或者SiC構(gòu)成的硬顆粒分散存在于錫基合金之中，由此同樣也能改善滑動層的強度。在此有利的是，這些或者SiC顆粒的平均晶粒尺寸在0.01 μπι Iym之間， 以便獲得所期望的錫晶粒的晶粒尺寸。按照多層滑動軸承的一個實施方案設(shè)計，在軸承合金層和滑動層之間布置一個中間層，該中間層由一個或多個分層構(gòu)成，這些分層用電鍍沉積或者通過擴散法形成，并且每一個分層或中間層本身包含選自鉻、鎳、鐵、鈷、銅和錫的一種或多種元素。由此，就能賦予多層滑動軸承更好的結(jié)構(gòu)強度，尤其是對于比較軟的滑動層錫基合金。在此有利的是，所述中間層的硬度比滑動層的硬度至少大出三倍，并且也大于其上設(shè)置有中間層的基底材料的硬度，由此滑動層能更好地支撐于基底上并因此使得滑動層具有更好的摩擦特性或者更軟。在此有利的是，所述中間層的硬度比滑動層的硬度至少大出五倍。為了增大錫晶粒，按照該方法的一種實施方式設(shè)計，在電鍍沉積之后，在選自 130 220°C之間的溫度下對滑動層進行0. 5 100小時時間的熱處理。為了更好地理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對其進行詳細(xì)闡述。


相關(guān)簡化示意圖如下圖1顯示滑動軸承半瓦形式的多層滑動軸承；圖1顯示滑動軸承半瓦形式的多層滑動軸承1的橫斷面。圖中顯示了多層滑動軸承1的一種三層方案，其由支撐金屬層2、軸承合金層3和滑動層4組成。軸承合金層3布置在滑動層4和支撐金屬層2之間。例如在機動車中使用的那些的這類三層軸承的原理結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，從而在此不再贅述。但更提及的是，還可以布置其他的層，亦即例如在滑動層4和軸承合金層 3之間布置附著促進劑層和/或擴散阻擋層，同樣也可以在軸承合金層3和支撐金屬層2之間布置附著劑層。在本發(fā)明范疇內(nèi)，也可以將多層滑動軸承1設(shè)計成其它形式，例如作為軸承套，如圖1中虛線所示。同樣也可以是諸如止推環(huán)、軸向推進滑塊(laufendeGleitschuhe)或類似的形式。除此之外，在本發(fā)明范疇內(nèi)，還可以放棄軸承合金層3，從而可以或者直接地或者在中間設(shè)置附著促進劑和/或擴散阻擋層的情況下將滑動層4施加于支撐金屬層2上。在本發(fā)明范疇內(nèi)，同樣也可以是例如連桿孔的直接涂層，從而使得支撐金屬層2并非一定要設(shè)計成層狀。支撐金屬層2通常由鋼或者能夠?qū)⑺杞Y(jié)構(gòu)強度賦予多層滑動軸承1的材料構(gòu)成。這類材料是現(xiàn)有技術(shù)中已知的?？梢允褂美鐚τ诨瑒虞S承元件而言常規(guī)的那些的各種合金作為軸承合金層3。 為此的實例是鋁基軸承合金，例如 AlSn6CuNi、AlSn20Cu、AlSi4Cd、AlCd3CuNi、AlSillCu、 AlSn6Cu、AlSn40、AlSn25CuMn、AlSilICuMgNi、AlZn4Si ；或者銅基軸承合金，例如 CuSnlO、 CuA110Fe5Ni5、CuZn31Si、CuPb24Sn2、CuSn8BilO、CuSn4Zn。當(dāng)然也可以使用不同于所述軸承合金的其他軸承合金。根據(jù)本發(fā)明，滑動層4由一種錫基合金構(gòu)成，所述錫基合金含有選自銻和銅以及任選地鉛和/或者鉍的至少一種元素。銻的含量為最多20重量％，尤其在5 15重量％之間，銅的含量為最多10重量％，尤其在0. 5 5重量％之間。鉛和/或鉍的總含量為最多 1. 5重量％，尤其在0. 2 0. 5重量％之間。如果既含有銻也含有銅，則這些元素的總含量為至少2重量％、特別在2 22重量％之間。對于本發(fā)明范疇中的無鉛的錫基合金而言，鉛含量限制在最多0. 1重量％，優(yōu)選最多0. 05重量％。為了補強錫基質(zhì)，也存在著錫基合金含有選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素且這些元素的總含量限制在最多3重量％的可能性。這里，鋯或硅可以并非以金屬間相形式存在，而是以^O2或SiC顆粒形式存在。在這種情況下有利的是將這些顆粒的平均直徑限制在0. 01 μ m 1 μ m，尤其是0. 05 μ m 0. 75 μ m?；瑒訉?的層厚可以在ΙΟμπι 2000μπι之間。在此，如果直接涂覆在支撐金屬層1上，則使用500 μ m 2000 μ m之間的層厚；如果使用滑動層4例如替代青銅基鑄造巴氏合金，則層厚優(yōu)選在100 μ m 400 μ m之間；如果使用滑動層4例如作為三元合金軸承 (Dreistofflagern)中的摩擦層(Laufschicht)，則層厚優(yōu)選在15 μ m 40 μ m之間。如前所述，也可以在多層滑動軸承1中布置一些中間層。這些中間層或者由單層， 或者由多個分層構(gòu)成。這些中間層尤其由選自鉻、鎳、鐵、銅或者錫的一種元素構(gòu)成，并且也可以是混合方案，亦即例如使用包含這些元素中至少兩種的中間層，例如由鉻和鎳或者由鐵和錫構(gòu)成的。對于由多個分層構(gòu)成的中間層而言，各個分層中的含量可以不同，例如硬化性的合金元素鉻、鎳、鐵、銅的含量可以從滑動層4下面的最外分層開始沿著朝向軸承合金層3或支撐金屬層2的方向從一個分層到(各自)下一個分層增大，例如也可以呈梯度形式增大。在附著促進方面已經(jīng)證實有利的是，使用錫層或者錫基合金構(gòu)成的層作為用于本發(fā)明的多層滑動軸承1的中間層。代替所述的優(yōu)選中間層，也可以使用其它符合現(xiàn)有技術(shù)的中間層。中間層或者分層的總和可以具有在0. 5μπι ΙΟμπι之間、優(yōu)選在Ιμπι 4μπι之間的層厚度。特別有利的是，所述中間層總體或者至少一個分層的硬度比滑動層4大三倍， 且優(yōu)選硬度大于基底材料。例如滑動層4可以具有在10 50之間的維氏硬度，使得中間層或者至少一個分層可以具有HV 80至HV 300的硬度。在此，測試力的大小已知取決于待測層的層厚度。對于不超過40 μ m的層厚度使用1 3Pond之間的測試力，對于80μπι 300 μ m之間的層厚度使用不超過IOPond的測試力。優(yōu)選以電鍍法制備滑動層4。為此，預(yù)先制備由鋼支撐層和軸承合金層3構(gòu)成的雙金屬條，并且必要時對其進行成型和/或切削加工。例如在下列條件下將根據(jù)本發(fā)明的滑動層4沉積在軸承合金層3上用于SnSb6Cu的電解液和沉積參數(shù)Sn.........60g/l (四氟硼酸錫(II)形式)Sb.........3g/l (三氟化銻形式)Cu.........0. 5g/l (四氟硼酸銅(II)形式)穩(wěn)定劑或基礎(chǔ)電解液，導(dǎo)電鹽或絡(luò)合劑氧化抑制劑添加劑1和/或2電流密度.....3A/dm2溫度.........30 0C用于SMbllCMPb的電解液和沉積參數(shù)Sn.........50g/l (四氟硼酸錫(II)形式)
Sb.........6g/l (三氟化銻形式)Cu.........4g/l (四氟硼酸銅(II)形式)Bi.........0. 2g/l (四氟硼酸鉛(III)形式)穩(wěn)定劑或基礎(chǔ)電解液，導(dǎo)電鹽或絡(luò)合劑氧化抑制劑添加劑1和/或2電流密度....5A/dm2溫度.........15°C用于Sr^b4Cu4B i的電解液和沉積參數(shù)Sn.........50g/l (甲磺酸錫(II)形式)Sb.........5g/l (三氟化銻形式)Cu.........4g/l (甲磺酸銅(II)形式)Bi.........0. 2g/l (甲磺酸鉍(III)形式)穩(wěn)定劑或基礎(chǔ)電解液，導(dǎo)電鹽或絡(luò)合劑氧化抑制劑添加劑1和/或2電流密度.....1. 5A/dm2溫度.........22 0C在此，可以使用四氟硼酸錫(II)、甲磺酸錫(II)、硫酸錫(II)、焦磷酸錫(II)形式的錫。電解液中的錫濃度通常可以在0. lmol/1 lmol/1之間。可以使用四氟硼酸銻(III)、三氟化銻、氧化銻(III)、酒石酸銻鉀形式的銻。電解液中的銻濃度通?？梢詾椴怀^0. ;3mol/l?？梢允褂盟姆鹚徙~(II)、甲磺酸銅(II)、硫酸銅(II)、焦磷酸銅(II)形式的銅。 電解液中的銅濃度通?？梢詾椴怀^0. 3mol/l?？梢允褂盟姆鹚徙U(II)、甲磺酸鉛(II)、焦磷酸鉛(II)、醋酸鉛形式的鉛。電解液中的鉛濃度通?？梢詾椴怀^O.Olmol/1。可以使用三氟化鉍、甲磺酸鉍(III)、硫酸鉍(III)、焦磷酸鉍(III)形式的鉍。電解液中的鉍濃度通?？梢詾椴怀^0. Olmol/1。可以使用四氟硼酸銀、甲磺酸銀、焦磷酸銀、硫酸銀形式的銀。電解液中的銀濃度通?？梢詾椴怀^0. 3mol/l。可以使用四氟硼酸鋅(II)、甲磺酸鋅(II)、硫酸鋅(II)、焦磷酸鋅(II)形式的鋅。 電解液中的鋅濃度通常可以為不超過0. 3mol/l?？梢允褂盟姆鹚徭?II)、甲磺酸鎳(II)、硫酸鎳(II)、焦磷酸鎳(II)形式的鎳。 電解液中的鎳濃度通常可以為不超過0. 3mol/l?？赡艿姆€(wěn)定劑或基礎(chǔ)電解液、導(dǎo)電鹽或絡(luò)合劑是四氟硼酸、氫氟酸、甲磺酸、酒石酸及其堿金屬鹽和銨鹽，檸檬酸及其堿金屬鹽和銨鹽，焦磷酸銨和堿金屬焦磷酸鹽，膦酸及其堿金屬鹽和銨鹽，2，2-亞乙基二硫代二乙醇，苯酚磺酸和甲酚磺酸，總濃度在0. 2 2mol/l 之間?？赡艿难趸种苿┦情g苯二酚，氫醌，焦兒茶酚，焦掊酚，甲酸，甲醇，總濃度在0. 03 0. 3mol/l 之間。可能的添加劑1是酚酞，硫脲及其衍生物，α -萘酚或β -萘酚及其乙氧基化物， α-萘酚磺酸和β-萘酚磺酸及其乙氧基化物，鄰-甲苯胺，羥基喹啉，木質(zhì)素磺酸鹽，丁炔二醇，總濃度在0. 0005 0. 05mol/l之間，優(yōu)選在0. 002 0. 02mol/l之間。可能的添加劑2是明膠，膠合劑，非離子表面活性劑，聚乙二醇及其官能化衍生物，胨，甘氨酸，總濃度在0 20g/l之間。每種情況下也可以使用由上述電解液成分組成的混合物，亦即例如一種或各個金屬的至少兩種鹽和/或至少兩種穩(wěn)定劑和/或至少兩種氧化抑制劑和/或至少兩種添加劑 1和/或至少兩種添加劑2。可以將鋯或者硅以具有上述晶粒尺寸的^O2或SiC顆粒形式分散于浴中。可以將鋅、鎳、鉛、鉍、銀和其它合金元素以上述可溶性化合物或者絡(luò)合物的形式添加到一種相應(yīng)的電解液之中，然后從中將其共沉積出來。同樣也可以通過將這些元素擴散到層中，或者使懸浮于電解液中的顆粒共沉積而形成合金。但是，如果在沉積狀態(tài)下不能實現(xiàn)足夠的晶粒尺寸，也可以使滑動層4至少進行一次熱處理，尤其是在130 220°C、特別是在150 215°C、優(yōu)選在165 190°C之間的溫度下，也就是在合金的初始熔化溫度以下進行熱處理，處理時間在0. 5 100小時之間、尤其在1 10小時之間、優(yōu)選在1. 5 4小時之間，以實現(xiàn)初次沉積出的錫晶粒的粗化。這種在錫的絕對熔融溫度(505K)的80 98%之間、優(yōu)選在87 92%之間的溫度下進行非典型高溫?zé)崽幚淼哪康木褪菍崿F(xiàn)持續(xù)的晶粒生長，同時減少晶粒數(shù)量。熱處理溫度也高于所預(yù)期的正常運行過程中軸承位置的溫度。對于包含銅、鎳、鋅和銀總含量高于3. 3重量％或者鉍和鉛總含量高于0. 9重量％ 的層，則有利的是熱處理溫度不超過200°C，優(yōu)選不超過180°C。由此就能防止例如集中于晶粒界面上的合金元素形成共晶體并且熔融。這樣制備的滑動層具有顯著的錫相，其中存在與各個其他合金成分一起的以及/或在其它合金成分之間形成的金屬間相。按照本發(fā)明設(shè)計，錫基合金中具有錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒在任何情況下均具有至少 2. 5 μ m的平均晶粒尺寸，或者按照上述公式計算出來的平均晶粒尺寸。具有β-錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒通常以不同的晶粒尺寸存在于錫基合金之中。這里，特定晶粒尺寸的出現(xiàn)頻率至少近似遵循正態(tài)分布，因為滿足若干彼此獨立的隨機變量偏離于平均值(中值)。對于根據(jù)本發(fā)明的錫基合金，有利的是，其與現(xiàn)有技術(shù)的合金相比具有盡可能大的平均顆粒尺寸。尤其是，相對于橫斷面磨片中可辨別的總橫斷面面積比例計，至少70%、 優(yōu)選至少90%比例的錫晶粒可具有至少為5 μ m的平均直徑。在此有利的是，顆粒的最大晶粒尺寸遵循窄的正態(tài)分布，即各個晶粒尺寸與中值的偏差最多為士 1. 5 μ m。由于添加在錫中的合金元素對具有β -錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒起到晶粒細(xì)化作用，因此在本發(fā)明范疇內(nèi)根據(jù)一個實施方案在其晶粒尺寸方面設(shè)計，具有錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒具有根據(jù)公式K = A/(S+3*C+0)算出的平均晶粒尺寸，式中K表示單位為μ m的平均晶粒尺寸， A表示系數(shù)，S表示以重量％計的銻的合金含量，C表示銅、銀、鎳的總合金含量，0表示以重量％計的鉛、鉍、鋅、其它合金元素與非金屬顆粒的總合金含量，且系數(shù)A的值為50、尤其為70、優(yōu)選為100。例如由此對于合金SnSb6Cul可以得出平均晶粒尺寸為至少5. 56ym(= 50/9)或 7. 8μπι( = 70/9)或 11. 1μπι( = 100/9)，對于合金 SnSbl 1Cu4 平均晶粒尺寸為至少3.0μπι( = 7(V23)或4. 3μπι(= 100/23)。就最后提到的合金而言，系數(shù)A的值為50不起作用，因為由此得出的平均晶粒尺寸小于錫晶粒的最大維度的最小值2.5 μ m。在滑動層4的試驗過程中制備了以下根據(jù)本發(fā)明的示例性合金組合物。下表1和 2中關(guān)于組成的所有數(shù)據(jù)均理解為重量％。補足至100重量％的余量的均為錫。在此，晶粒尺寸數(shù)據(jù)均理解為平均晶粒尺寸。表 權(quán)利要求
1.用于多層滑動軸承(1)的由錫基合金構(gòu)成的滑動層G)，所述錫基合金除了含有錫作為主要合金元素之外，還含有選自銻和銅的至少一種其他元素，任選地還含有鉛和/或鉍，以及任選地含有選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素，并且含有來自元素制備的不可避免的雜質(zhì)，其中銻含量為最多20重量％，銅含量為最多10重量％，鉛和鉍的總含量為最多1. 5重量％，銅和銻的總含量至少為2重量％和鋯、硅、鋅、鎳和銀的總含量為最多3重量％，且其中錫以金屬間相形式鍵合并且以含有錫晶粒的錫相形式游離存在，其特征在于，具有β-錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒具有至少有著單位為μ m的數(shù)值的平均尺寸，該數(shù)值根據(jù)公式K = A/(S+3*C+0)計算得到，式中K表示單位為μ m的平均晶粒尺寸，A表示系數(shù)，S表示以重量％計的銻的合金比例，C表示銅、銀、鎳的總的合金比例，和0表示以重量％計的鉛、鉍、鋅、其它合金元素和非金屬顆粒的總的合金比例，并且系數(shù)A的值為50、尤其為70、 優(yōu)選為100 ；其中平均晶粒尺寸指的是由對于每個晶粒作為該晶粒的最大和最小維度，如橫斷面磨片中可以辨別出的那些的幾何平均值而計算出的數(shù)值得到的算術(shù)平均值，其中為求平均值從橫斷面磨片中可以辨別的最大晶粒到較小的晶粒進行，直至用來求平均值的晶粒的橫斷面面積之和達(dá)到所有β -錫晶粒的全部橫斷面面積的80% ；并且錫基合金中具有 β -錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒的平均晶粒尺寸在任何情況下為至少2. 5 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動層G)，其特征在于，具有錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒的平均晶粒尺寸在2. 5 μ m 40 μ m的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動層G)，其特征在于，如果滑動層的層厚小于41μ m， 則具有β -錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒的平均晶粒尺寸超過該層厚的八分之一，所述平均晶粒尺寸是對于錫晶粒最大維度的至少五個單一值的算術(shù)平均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的滑動層G)，其特征在于，銻的含量在5 15 重量％之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的滑動層，其特征在于，銅的含量在0.5 5重量％之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的滑動層，其特征在于，鉛和/或鉍的含量在 0. 2 0. 5重量％之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的滑動層，其特征在于，鉛的含量最多為0.1重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的滑動層G)，其特征在于，鋯和/或硅以&02和 /或SiC顆粒形式存在于錫基合金之中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滑動層G)，其特征在于，ZrO2*/或SiC顆粒的平均尺寸在 0. 01 μ m ~ 1 μ m^_|l]。
10.多層滑動軸承(1)，其包括至少一個支撐金屬層O)、滑動層G)，和任選地布置在滑動層(4)和支撐金屬層( 之間的軸承合金層(3)，其特征在于，所述滑動層(4)按照上述權(quán)利要求中任一項形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多層滑動軸承(1)，其特征在于，在軸承合金層C3)和滑動層(4)之間布置由一個或多個分層構(gòu)成的中間層，這些分層通過電鍍沉積或者通過擴散而形成，且每一個分層含有選自鉻、鎳、鐵、鈷、銅和錫的一種或多種元素。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多層滑動軸承(1)，其特征在于，所述中間層的硬度比滑動層的硬度大至少三倍，并且優(yōu)選也大于基底材料的硬度。
13.用于多層滑動軸承(1)的由錫基合金構(gòu)成的滑動層(4)的制備方法，所述錫基合金除了含有錫作為主要合金元素之外，還含有選自銻和銅的至少一種其它元素，任選地還含有鉛和/或鉍，以及任選地還含有選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素，并且含有來自元素制備的不可避免的雜質(zhì)，其中銻的含量為最多20重量％，銅的含量為最多10重量％，鉛和鉍的總含量為最多1. 5重量％，銅和銻的總含量為至少2重量％，和鋯、硅、鋅、鎳和銀的總含量為最多3重量％，且其中錫以金屬間相形式鍵合并且以含有錫晶粒的錫相形式游離存在，其中從一種電解液電鍍沉積所述滑動層，其特征在于，使用一種電解液，該電解液具有的錫的濃度在0. 1 lmol/1之間，銻和/或銅的濃度每種情況下為最多0. 3mol/ 1，且任選地鉛和/或鉍的濃度每種情況下為最多0. lmol/1，且其任選地具有的選自鋯、硅、 鋅、鎳和銀的至少一種元素的濃度每種情況下為0. 3mol/l，并且在至少1. 2A/dm2的電流密度下進行沉積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，經(jīng)過電鍍沉積之后，在選自130 220°C范圍的溫度下對滑動層進行0. 5 100小時時間的熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由錫基合金構(gòu)成的滑動層(4)，所述錫基合金除了錫之外，還含有選自銻和銅的至少一種其他元素，任選地還含有鉛和/或鉍，以及任選地含有選自鋯、硅、鋅、鎳和銀的至少一種元素，其中銻含量為最多20重量％，銅含量為最多10重量％，鉛和鉍的總含量為最多1.5重量％，銅和銻的總含量至少為2重量％和鋯、硅、鋅、鎳和銀的總含量為最多3重量％，且其中錫以金屬間相形式鍵合并且以含有β-錫晶粒的錫相形式游離存在。具有β-錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒具有單位為μm的平均尺寸，該尺寸根據(jù)公式K＝A/(S+3*C+O)計算得到，并且錫基合金中具有β-錫結(jié)構(gòu)的錫晶粒的平均晶粒尺寸在任何情況下為至少2.5μm。
文檔編號F16C33/12GK102168721SQ20101062519
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者J·齊達(dá)爾 申請人:米巴·格來特來格有限公司