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CN114074463B - 一种薄壁滑动轴承用多层金属板材 - Google Patents

一种薄壁滑动轴承用多层金属板材 Download PDF

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张华�
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Abstract

本发明公开了一种薄壁滑动轴承用多层金属板材，包括第一结构层、夹层和第二结构层，夹层上表面附着第一结构层，夹层下表面附着第二结构层。其技术方案要点是，通过试验验证，5‑10微米厚度的铝(或者铝铜合金)涂敷层，在一定的工艺条件下获得了3微米左右的中间相过渡层，铝中间层与钢基体结合良好，通过多层的合金结构，采用连铸连轧方法可以提高钢/铜交界面的结合强度，由于液相铜合金向钢基体中扩散更快，溶解度更大，这可能使液相复合钢/铜双金属结合强度更高，耐疲劳和承载性更好。

Description

一种薄壁滑动轴承用多层金属板材
技术领域
本发明涉及薄壁滑动轴承领域，特别涉及一种薄壁滑动轴承用多层金属板材。
背景技术
传统的内燃机轴套和轴瓦材料基材为钢/铜双金属材料，相比较钢/铝双金属材料，其抗疲劳性能和承载性能更好，主要用于柴油机等重载工况。为进一步提高材料的承载性能，传统的含铅铜合金被无铅铜合金取代，发展了铜锡镍、铜锡铋、铜铝等多种合金，作为中间层的铜合金强度不断提高。然而，钢/铜异种金属之间的结合问题仍然十分突出，尤其是采用粉末冶金方式进行双金属复合的工艺，钢/铜异种原子固相下扩散的不充分仍然很大程度的影响其结合强度。
采用连铸连轧方法可以提高钢/铜交界面的结合强度。由于液相铜合金向钢基体中扩散更快，溶解度更大，这可能使液相复合钢/铜双金属结合强度更高，耐疲劳和承载性更好的主要原因。但这一工艺不容易控制，甚至有形成铜对钢晶界腐蚀的风险。
薄壁滑动轴承主要是指内燃机轴套或轴瓦。薄壁滑动轴承用多层金属板作为轴套和轴瓦加工的基材，对这些内燃机关键部件的抗疲劳和承载性能起到重要作用。
随着内燃机能量转化效率要求的提高，燃烧室爆燃压力增大，发动机整体工作温度升高，对轴瓦、轴套的抗疲劳性能和承载性能提出了更高的要求，传统的薄壁滑动轴承基材往往不能满足使用要求，铜合金层开裂和剥落，为此，本发明提供一种薄壁滑动轴承用多层金属板材来解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，薄壁滑动轴承属于应力、温度、摩擦等多场耦合工况，通常采用铜/钢双金属作为基材满足多种性能要求，但也容易出现两种金属之间的结合开裂问题，本发明的目的在于提供一种薄壁滑动轴承用多层金属板材，来解决背景技术中提出的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种薄壁滑动轴承用多层金属板材，包括第一结构层、夹层和第二结构层，所述夹层上表面附着第一结构层，所述夹层下表面附着第二结构层。
进一步的，所述夹层的厚度为5-10微米，所述夹层为铝铜合金，且铝铜合金中铜含量为0.3-1.5％重量百分比。
进一步的，所述第二结构层为钢材料，所述第二结构层为碳含量低于0.15％的低碳钢，钢材料具有良好的结构强度。
进一步的，所述夹层和第二结构层的交界面存在小于3微米的过渡区，过渡区中铝含量不低于10％，或者采用铝铜合金，铝元素与铁元素之间易于扩散，能够形成中间相，符合一般钎焊连接形成稳定结合层的原理。
进一步的，所述第一结构层的铜层为锡青铜或铅青铜，为了保证铜层能够有效附着于夹层表面。
进一步的，所述夹层中分别加入了Ni、Sn、Cu、Ag等合金元素，对比发现加入Cu可以提高铜层与中间层的扩散速度，中间层/铜交界面上的缺陷极少，且结合强度达到320MPa以上，明显高于没有中间层的双金属材料，当铜含量过高，中间层与钢的扩散反应不充分，无明显扩散反应层，中间层的作用减弱。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过试验验证，5-10微米厚度的铝(或者铝铜合金)涂敷层，在一定的工艺条件下获得了3微米左右的中间相过渡层，铝中间层与钢基体结合良好，通过多层的合金结构，采用连铸连轧方法可以提高钢/铜交界面的结合强度，由于液相铜合金向钢基体中扩散更快，溶解度更大，这可能使液相复合钢/铜双金属结合强度更高，耐疲劳和承载性更好；
2、所述夹层中分别加入了Ni、Sn、Cu、Ag等合金元素，对比发现加入Cu可以提高铜层与中间层的扩散速度，中间层/铜交界面上的缺陷极少，且结合强度达到320MPa以上，明显高于没有中间层的双金属材料，当铜含量过高，中间层与钢的扩散反应不充分，无明显扩散反应层，中间层的作用减弱。
附图说明
图1是本发明一种薄壁滑动轴承用多层金属板材的整体结构图。
图中，1、第一结构层；2、夹层；3、第二结构层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1所示，为本发明较优实施例中一种薄壁滑动轴承用多层金属板材，包括：第一结构层1、夹层2和第二结构层3，所述夹层2为铝铜合金，所述夹层2上表面附着第一结构层1，所述夹层2下上表面附着第二结构层3，夹层2的厚度为5-10微米，且铝铜合金中铜含量为0.3-1.5％重量百分比，所述第二结构层3为钢材料，钢材料具有良好的结构强度，提升支撑。
但是，铝熔覆于钢表面，其结合强度并不高，甚至非常容易产生沿结合面的热裂纹，现有的双层结构中间相与两种金属之间的相交界面过高是开裂的主要原因，一是改变钢表面涂敷铝的方法，尤其是基材的温度；二是控制涂敷铝的厚度，其作用就是控制铝和钢的反应速度和控制中间相形成的应力，通过试验验证，5-10微米厚度的铝(或者铝铜合金)涂敷层，在一定的工艺条件下获得了3微米左右的中间相过渡层，铝中间层与钢基体结合良好，所述夹层2和第二结构层3的交界面存在小于3微米的过渡区，过渡区中铝含量不低于10％，或者采用铝铜合金，铝元素与铁元素之间易于扩散，能够形成中间相，符合一般钎焊连接形成稳定结合层的原理，所述第二结构层3为碳含量低于0.15％的低碳钢，
所述第一结构层1的铜层为锡青铜或铅青铜，为了保证铜层能够有效附着于夹层2表面，所述夹层2中分别加入了Ni、Sn、Cu、Ag等合金元素，对比发现加入Cu可以提高铜层与中间层的扩散速度，中间层/铜交界面上的缺陷极少，且结合强度达到320MPa以上，明显优于没有中间层的双金属材料，当铜含量过高，中间层与钢的扩散反应不充分，无明显扩散反应层，中间层的作用减弱。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种薄壁滑动轴承用多层金属板材，其特征在于：包括第一结构层（1）、夹层（2）和第二结构层（3），所述夹层（2）上表面附着第一结构
层（1），所述夹层（2）下表面附着第二结构层（3）；
所述夹层（2）的厚度为5-10微米，所述夹层（2）为铝铜合金，且铝铜
合金中铜含量为0.3-1.5%重量百分比；
所述第二结构层（3）为钢材料， 所述第二结构层（3）为碳含量低于0.15%的低碳钢；
所述夹层（2）和第二结构层（3）的交界面存在小于3微米的过渡区，
过渡区中铝含量不低于10%。
2.根据权利要求 1 所述的一种薄壁滑动轴承用多层金属板材，其特征在于：所述第一结构层（1）的铜层为锡青铜或铅青铜。
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