Материал подшипника скольжения

Авторы патента:

F16C33/12 - структура материала; применение особых материалов или способов обработки поверхности, например для придания антикоррозийных свойств (материалы или способы обработки см. в соответствующих классах, например C22C)

C22C9/00 - Сплавы на основе меди

Владельцы патента RU 2524812:

ФЕДЕРАЛ-МОГУЛ ВИСБАДЕН ГМБХ (DE)

Изобретение относится к применению CuFe2P в подшипнике скольжения или в качестве материала подшипника скольжения, причем CuFe2P представляет собой медный сплав, содержащий 2,1-2,6 мас.% Fe, 0,05-0,2 мас.% Zn, 0,015-0,15 мас.% Р, до 0,03 мас.% Pb и до 0,2 мас.% других добавок. Изобретение дополнительно относится к композиционному материалу (1) подшипника скольжения, который содержит опорный слой (2) и подшипниковый металлический слой (3) на основе CuFe2P с образовавшимися на нем частицами Fe₂P (4). Технический результат: создание материала подшипника скольжения, который обладает преимуществами материалов на основе меди, в котором можно отказаться от использования свинца и который имеет хорошую обрабатываемость и исключает заедание подшипника, кроме того, материал подшипника скольжения легко производился и наносился на обычные опорные слои, при этом применение CuFe2P приводит к подшипникам скольжения с высокой теплопроводностью и хорошими механическими свойствами. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Область техники

Настоящее изобретение относится к бессвинцовому материалу подшипника скольжения с матрицей на основе CuFe2P. Изобретение дополнительно относится к композиционному материалу подшипника скольжения со стальным опорным слоем и подшипниковым слоем из такого материала подшипника скольжения CuFe2P, а также антифрикционному элементу на основе CuFe2P.

Уровень техники

Бессвинцовые спеченные материалы подшипников скольжения на основе меди, особенно на основе бронзовой матрицы, хорошо известны своей хорошей теплопроводностью и своей высокой износо- и коррозионной стойкостью по сравнению с аналогичными свинецсодержащими материалами. В основе разработки таких материалов лежало желание заменить свинецсодержащие материалы подшипников скольжения, так как свинец классифицируется как загрязнитель, вредный для окружающей среды. Свинец в материале подшипников скольжения имеет функцию твердой смазки. Поэтому необходимо найти замену этой твердой смазке. Иначе однофазный бронзовый материал может иметь, например, увеличенную чувствительность к сцеплению в условиях трения со смешением. С этой целью в литературе и на практике был найден и предложен к применению ряд различных композиций.

Например, ЕР 0962541 А1 описывает антифрикционный материал на основе меди, в котором в матрице из спеченной меди или спеченного медного сплава диспергированы частицы из AlN, Al₂O₃, NiB, Fe₂B, SiC, TiC, WC, Si₃N₄, Fe₃P, Fe₂P и/или Fe₃B. Для получения данного антифрикционного материала порошок меди или медного сплава смешивают, например, с частицами AlN (Hv: 1300, диаметр частиц, например, 0,5 мкм) и Fe₃P (Hv: 800, диаметр частиц, например, 5 мкм) и эту смесь спекают. В смеси и в антифрикционном материале массовую долю и средний диаметр частиц со средней твердостью (Hv) 500-1000 (т.е. Fe₃P, Fe₂P и/или Fe₃B) выбирают так, чтобы они были больше, чем массовая доля и средний диаметр частиц с высокой твердостью (Hv) в 1100 или более (т.е. AlN, Al₂O₃, NiB, Fe₂B, SiC, TiC, WC и/или Si₃N₄).

Другой антифрикционный материал на основе меди описан в WO 2008/140100. Он содержит 1,0-15 мас.% Sn, 0,5-15 мас.% Bi и 0,05-5 мас.% Ag, причем Ag и Bi присутствуют в эвтектическом состоянии. Если необходимо, антифрикционный материал может содержать 1-10 мас.% частиц Fe₃P, Fe₂P, FeB, NiB и/или AlN со средним диаметром зерен 1,5-70 мкм.

В противоположность этому, CuFe2P главным образом использовали до сих пор в электронной промышленности (например, в качестве контактного материала) и в качестве теплообменного материала. US 2009/0010797, например, описывает пластину для электронных компонентов из сплава Cu-Fe-Р, содержащего 0,01-3 мас.% Fe, 0,01-0,3 мас.% Р и имеющего специальную ориентацию. CuFe2P упоминается в качестве подходящего медного сплава. US 2006/0091792 описывает распыляемые мишени для плоских экранов из специальных сплавов Cu-Fe-Р.

В основе настоящего изобретения лежит задача предоставить материал подшипника скольжения, который обладает преимуществами материалов на основе меди и в котором можно отказаться от использования свинца. Материал подшипника скольжения должен иметь хорошую обрабатываемость и исключать заедание подшипника. Кроме того, желательно, чтобы материал подшипника скольжения легко производился и наносился на обычные опорные слои.

Сущность изобретения

Неожиданно было обнаружено, что применение CuFe2P приводит к подшипникам скольжения с высокой теплопроводностью и хорошими механическими свойствами.

Поэтому настоящее изобретение относится к применению CuFe2P для подшипников скольжения или в качестве материала подшипников скольжения. Изобретение дополнительно относится к композиционному материалу подшипника скольжения и подшипнику скольжения, содержащему упомянутый материал подшипника скольжения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает полуподшипник с материалом подшипника скольжения согласно изобретению.

Фиг.2 показывает увеличенный разрез полуподшипника с Фиг.1.

Подробное описание изобретения

CuFe2P (CW107C; С19400) представляет собой медный сплав, который согласно спецификации DIN EN содержит 2,1-2,6 мас.% Fe, 0,05-0,2 мас.% Zn, 0,015-0,15 мас.% Р, до 0,03 мас.% Pb и до 0,2 мас.% других добавок. Подходящий для целей настоящего изобретения сплав доступен под обозначением Wieland-K65^® и имеет следующий состав (приблизительные значения):

	Мас.%
Fe	2,4
Zn	0,12
Р	0,03
Cu	Остальное

Удельная теплоемкость CuFe2P составляет (см. информацию о CuFe2P Немецкого института меди):

Температура [°С]	Удельная теплоемкость [Дж/(г·K)]
20	0,38
100	0,38
200	0,39
300	0,41

Согласно изобретению CuFe2P применяют в качестве материала подшипника скольжения.

При приготовлении материала подшипника скольжения согласно изобретению CuFe2P предпочтительно спекают или отливают. Спекание предпочтительно выполняют при температуре 950-980°С.

Во время приготовления материала подшипника скольжения согласно изобретению из CuFe2P путем спекания и/или литья образуются твердые частицы Fe₂P, которые присутствуют в матрице. В противоположность сведениям ЕР 0962541 А1, их не нужно внедрять с помощью особых этапов. Эти твердые частицы приводят к высокой стойкости к истиранию. Они также полезны в качестве стружколомов, что помогает улучшить обрабатываемость материала, например, при сверлении подшипника. Присутствующие частицы Fe₂P приводят к хорошим свойствам полировки о движущийся в противоположном направлении элемент и таким образом предотвращают заедание подшипника скольжения и возможный перенос материала подшипника на движущийся в противоположном направлении элемент и связанное с этим прилипание подшипника к этому элементу.

Другим преимуществом материала подшипника скольжения согласно изобретению является его высокая теплопроводность, которая, например, в два раза выше, чем у литого CuNi2Si, который часто используется в подшипниках скольжения. По сравнению с обычными спеченными материалами, такими как, например, CuSn8Ni, CuSn10Bi3,5 и CuPb23Sn3, теплопроводность еще выше вплоть до 5 раз. Это ведет к хорошему отводу образующегося в подшипнике при трении тепла и, следовательно, к меньшей вероятности перегрева и следующего за ним повреждения материала подшипника при условиях трения со смешением. Хороший отвод образующегося в подшипнике тепла также устраняет термическое влияние на присутствующее в подшипнике масло, которое может приводить к изменению вязкости и поведения смазки.

Благодаря сочетанию высокой теплопроводности и полирующего действия за счет твердых частиц Fe₂P может особенно эффективно предотвращаться заедание подшипника, так как оба эффекта снижают прилипание материала подшипника скольжения к движущемуся в противоположном направлении элементу. Этот эффект может быть в предпочтительном варианте реализации изобретения еще более усилен путем введения дополнительных твердых частиц.

Подходящие твердые частицы включают, например, частицы из AlN, Al₂O₃, NiB, Fe₂B, SiC, TiC, WC, W₂C, Mo₂C, c-BN, MoSi₂, Si₃N₄, Fe₃P, Fe₂P, Fe₃B, TiO₂ и ZrO₂.

В другом предпочтительном варианте реализации материал подшипника скольжения согласно изобретению дополнительно содержит еще и твердую смазку, такую как, например, h-BN или графит. Добавление такой твердой смазки снижает коэффициент трения и, следовательно, выделение тепла в подшипнике. Если в качестве твердой смазки используют h-BN, то могут быть использованы, например, частицы, описанные в DE 102007033902 В3, содержание которого включено сюда посредством ссылки.

Изобретение дополнительно относится к композиционному материалу подшипника скольжения. Фиг. 1 и 2 показывают полуподшипник (1) из композиционного материала подшипника скольжения согласно изобретению, который содержит опорный слой (2), предпочтительно из стали, и вышеописанный материал подшипника скольжения (3) на основе CuFe2P с образовавшимися на нем частицами Fe₂P (4) в виде подшипникового металлического слоя. Толщина подшипникового металлического слоя предпочтительно составляет 0,1-1,0 мм, особенно предпочтительно 0,3-0,5 мм.

Предпочтительно, на подшипниковом металлическом слое из вышеуказанного материала подшипника скольжения расположен антифрикционный слой с толщиной 7-20 мкм. Особенно предпочтительно, на антифрикционном слое расположен приработочный слой с толщиной 1-10 мкм. Такие антифрикционные слои и приработочные слои хорошо известны специалисту и обычно применяются в подшипниках скольжения.

В другом аспекте настоящее изобретение относится также к подшипнику скольжения, содержащему этот композиционный материал подшипника скольжения.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Для приготовления материала подшипника скольжения порошок CuFe2P наносили на стальной опорный слой и на первом этапе спекали при 950-980°С. Затем данный материал компактировали (уплотняли) путем этапа прокатки, так что получали величину пористости ниже 0,5%. Затем для залечивания спеченного слоя спекание повторяли при 950-980°С и посредством второго этапа прокатки твердость слоя доводили до 90-150 HBW 1/5/30, а пористость - до величины ниже 0,3%.

Пример 2

Для приготовления материала подшипника скольжения нагревали CuFe2P выше его точки плавления в 1089°С и расплавляли. Затем расплав с температурой 1150-1250°С выливали на стальной опорный слой.

После этого поверхность слоя могла быть сглажена известным специалисту образом путем механической обработки и, при необходимости, доведена до желаемой твердости посредством одного или более этапа(ов) прокатки.

1. Применение CuFe2P в подшипнике скольжения, причем CuFe2P представляет собой медный сплав, содержащий 2,1-2,6 мас.% Fe, 0,05-0,2 мас.% Zn, 0,015-0,15 мас.% Р, до 0,03 мас.% Pb и до 0,2 мас.% других добавок.

2. Применение CuFe2P в качестве материала подшипника скольжения, причем CuFe2P представляет собой медный сплав, содержащий 2,1-2,6 мас.% Fe, 0,05-0,2 мас.% Zn, 0,015-0,15 мас.% Р, до 0,03 мас.% Pb и до 0,2 мас.% других добавок.

3. Применение по любому из пп. 1 и 2, причем CuFe2P используют в виде литого материала.

4. Применение по любому из пп. 1 и 2, причем CuFe2P используют в виде спеченного материала.

5. Применение по п. 4, причем CuFe2P спекают при температуре 950-980°С.

6. Применение по любому из пп. 1 и 2, причем в материал на основе CuFe2P введены твердые частицы.

7. Применение по п. 6, причем введены частицы из AlN, Al₂O₃, NiB, Fe₂B, SiC, TiC, WC, W₂C, Mo₂C, c-BN, MoSi₂, Si₃N₄, Fe₃P, Fe₂P, Fe₃B, TiO₂ и ZrO₂.

8. Применение по любому из пп. 1 и 2, причем в материал введена твердая смазка.

9. Применение по п. 8, причем в качестве твердой смазки используют h-BN или графит.

10. Композиционный материал (1) подшипника скольжения, содержащий опорный слой (2), предпочтительно из стали, и подшипниковый металлический слой (3) из материала подшипника скольжения по любому из пп. 2-9.

11. Антифрикционный элемент или подшипник скольжения, содержащий композиционный материал подшипника скольжения по п. 10.

Группа изобретений относится к деталям скольжения двигателя внутреннего сгорания. Деталь содержит основу и нанесенное на нее термическим напылением покрытие с открытой контактной поверхностью, включающее, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, причем одна из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия, имеющая наименьшую прочность, углублена относительно другой или других фаз покрытия.

Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта // 2499921

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству втулок рычажной тормозной системы рельсового пассажирского или грузового транспорта, в том числе вагонов метрополитена, эксплуатирующихся без использования смазки.

Способ получения износостойкого антифрикционного самосмазывающегося сплава // 2492964

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению износостойкого антифрикционного самосмазывающегося сплава с большим содержанием олова. Распыленные порошки состава Al-40Sn прессуют в брикет и спекают в инертной атмосфере при температуре 590-615°C в течение 90-30 минут.

Втулка рычажной тормозной системы рельсового транспорта // 2482342

Антифрикционное покрытие // 2481502

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к антифрикционным покрытиям, используемым в подшипниках скольжения и других сопряженных деталей, работающих в условиях воздействия высоких температур и нагрузок, в частности к покрытиям для лепестковых газодинамических подшипников.

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения // 2480637

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей подшипников скольжения паровых турбин.

Состав для изготовления регулирующего устройства автомобиля // 2476466

Изобретение относится к применению состава для изготовления минимум одной детали регулирующего устройства автомобиля. .

Элемент скольжения и способ его получения // 2456486

Изобретение относится к элементу скольжения и способу его получения. .

Способ получения алюминиево-свинцовых подшипников скольжения // 2453742

Изобретение относится к литейному производству и может быть применено для получения алюминиево-свинцовых подшипников скольжения. .

Тонкослойное керамическое покрытие, способ его получения, поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия и способ ее получения // 2453640

Изобретение относится к получению на поверхности металлов износостойких покрытий методом микродугового оксидирования и может быть использовано в машиностроении, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала // 2523156

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству графито-медных материалов для сильноточных электрических контактов. Шихта содержит, мас.%: частицы меди 20-85, частицы гидрида титана 1-10 и частицы графита - остальное.

Способ изготовления порошкового композита сu-cd/nb для электроконтактного применения // 2516236

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлокерамических электроконтактных материалов Cu-Cd/Nb. Из порошков меди и ниобия готовят шихту, проводят холодное прессование и спекание.

Медный сплав и способ получения медного сплава // 2510420

Изобретение относится к углеродсодержащим медным сплавам и может быть использовано в электротехнике для изготовления электрических проводов. Медный сплав получают добавлением графита гексагональной системы в высокотемпературную среду с температурой в диапазоне от 1200°С до 1250°С в количестве, необходимом для получения медного сплава с содержанием углерода в диапазоне от 0,01% до 0,6% по весу.

Сплав на основе меди // 2508414

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления монет, бижутерии. Сплав на основе меди содержит, мас.%: медь 50,0-54,0; серебро 20,0-25,0; золото 2,0-3,0; галлий 10,0-13,0; олово 10,0-13,0.

Сплав на основе меди // 2507287

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления монет, бижутерии. Сплав на основе меди содержит, в мас.%: медь 68,2-70,2; серебро 20,0-25,0; индий 0,3-0,5; галлий 6,0-9,0; олово 0,3-0,5.

Ультрамелкозернистый медный сплав системы cu-cr и способ его получения // 2484175

Изобретение относится к области ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов с повышенной прочностью и электропроводностью, предназначенных для использования в электротехнической промышленности для изготовления деталей, проводников и электрических контактов, работающих в условиях повышенных температур и высоких механических нагрузок.

Аморфный ленточный припой на основе меди // 2464143

Изобретение относится к пайке, в частности к разработке оптимальной формы выпуска и состава припоя, применяемого при пайке изделий из вольфрама и его сплавов с изделиями из меди и ее сплавов, например энергонапряженных узлов для термоядерной энергетики.

Способ получения порошкового материала на основе меди // 2460816

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов на основе меди. .

Способ изготовления порошкового материала на основе меди // 2458166

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу изготовления порошковых оловянистых бронз при утилизации отходов порошковых формовок.

Способ изготовления порошкового материала на основе меди // 2458165

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления порошковых оловянистых бронз при утилизации пылевидных отходов шихт на основе меди.

Композиционный электроконтактный материал на основе меди и способ его получения // 2525882

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению композиционных материалов на основе меди, предназначенных для изготовления разрывных электрических контактов. Композиционный материал на основе меди содержит в качестве дугогасящей добавки нанопорошок диоксида титана (TiO2) при следующем соотношении компонентов, мас.%: TiO2 - 1-3; Cu - остальное. Способ включает смешивание ультразвуком сначала нанопорошка диоксида титана с этиловым спиртом, а затем полученной смеси с порошком меди, прессование, спекание, допрессовку и отжиг. Техническим результатом является повышение однородности микроструктуры композиционного электроконтактного материала и снижение токсичности как при изготовлении, так и при эксплуатации электроконтактных изделий на его основе. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.