專利名稱：摩擦件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摩擦件，它有一基體件，其上用熱噴涂法涂了一層銅合金涂層。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)這樣的摩擦件的方法，在該方法中，通過(guò)熱噴涂銅合金在基體件上施加一種涂層。
這種摩擦件及生產(chǎn)這種摩擦件的方法可從DE-C3637386中得知。
有據(jù)于此，為生產(chǎn)基本上由具有附加的外齒組的環(huán)形金屬體構(gòu)成的同步器閉鎖環(huán)，首先將青銅合金，鋁/鎳合金等制成的基本附著層用等離子噴涂法施加在該金屬基體件上。
然后將分散燒結(jié)的(Scatter-Sintered)摩擦襯加在這種基本附著層上。為此將該基體組裝成一個(gè)插接件。該插接件具有一個(gè)用于將該基體件保持在限定位置的對(duì)中裝置，及一個(gè)按離該表面的一個(gè)設(shè)定的間隔設(shè)置的對(duì)表面。由該設(shè)定的間隔、該表面及對(duì)表面構(gòu)成的空腔中填充分散燒結(jié)的粉末，當(dāng)該空腔被填滿時(shí)，將該插接件燒制成基體件。
以這種方式，可將用燒結(jié)法生產(chǎn)的摩擦襯無(wú)需任何機(jī)構(gòu)固定方法附著在該基體件上。
很多生產(chǎn)分散燒結(jié)摩擦襯的其它方法也是已知的(如參見(jiàn)DE．C3417813和EP-B-0292468)。
通常還必須將輔助的鉬摩擦層加在該分散燒結(jié)摩擦襯上，以便達(dá)到必要的作業(yè)壽命(參見(jiàn)DE-H-2055346，DE-C-3412779)。
因此生產(chǎn)分散燒結(jié)摩擦襯是相當(dāng)復(fù)雜而昂貴的。
此外，廣為人知的是，用CuZn40Al2型的黃銅作單金屬同步器閉鎖環(huán)的材料，這是因?yàn)檫@些材料的摩擦系數(shù)、耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度良好組合為特征。承受較大機(jī)械應(yīng)力的同步器閉鎖環(huán)采用含Mn、Al、Fe、Si、Ni、Sn和/或Pb的特殊黃銅(DE-C3412779)。這里，承受較高機(jī)械負(fù)荷的這些同步器閉鎖環(huán)必須有的耐磨性則再次通過(guò)加鉬涂層來(lái)達(dá)到。
這種先前所知的同步閉鎖環(huán)的共有的特點(diǎn)是為生產(chǎn)高負(fù)荷的同步器閉鎖環(huán)，需要一系列復(fù)雜的工藝步驟，這包括施加鉬涂層，因?yàn)橹挥秀f涂層，除了其它用途之外，還有用于內(nèi)燃機(jī)車輛傳動(dòng)的同步器環(huán)閉鎖所要求的必須有的耐磨性。此外，為了達(dá)到摩擦表面所需的表面質(zhì)量，一般需要借助研磨進(jìn)行復(fù)雜的最終處理。但，含鉬的涂層由于各種原因目前是有問(wèn)題的。一方面，鉬是比較貴的金屬，由于它有很高的耐磨性，所以需要復(fù)雜而昂貴的機(jī)加工工具。另一方面，用鉬作我們所討論中的傳動(dòng)的同步器閉鎖環(huán)上的耐磨層的結(jié)果是當(dāng)處置后者時(shí)，必須作為特定的廢棄物進(jìn)行處理。近年來(lái)一直努力找尋各種生產(chǎn)同步器閉鎖環(huán)的方法，用這種方法可以省掉耐磨的鉬涂層。
因此本發(fā)明的目的在于形成不含鉬涂層的摩擦襯，以及生產(chǎn)該襯的方法，該襯可用簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn)，只需可能最少的最后處理，而且同時(shí)呈現(xiàn)出良好的摩擦參數(shù)及耐磨性。
以這樣的生產(chǎn)摩擦件的方法達(dá)到此目的，按該法，通過(guò)熱噴涂銅合金在基體件上施加一層涂層，其中該銅合金含10～45％(重量)的選自Sn和Zn中的至少一種元素、0.1-10％(重量)的選自Si和Al中的至少一種元素、0.1-8％(重量)的選自Fe、Co和Ni中的至少一種元素、0.1-8％(重量)的選自鈦，鋯，鉻，釩和鉬中的至少一種元素，以及余量的Cu和隨機(jī)的雜質(zhì)。
在摩擦件的基體件上通過(guò)熱噴涂銅合金而施以涂層的情況下完成了這一目的，其中該銅合金含10-45％(重量)的選自Sn和Zn中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的選自Ti、Zr、V、Cr和Mo中的至少一種元素、O.1-8％(重量)的選自Fe、Co和Ni中的至少一種元素、0.1-10％(重量)的選自Al和Si中的至少一種元素，以及余量的Cu和隨機(jī)的雜質(zhì)。
以這種方式完全地達(dá)到了本發(fā)明的目的，因?yàn)榘幢景l(fā)明通過(guò)熱噴涂產(chǎn)生了摩擦層，由于對(duì)合金專門選擇的結(jié)果，一方面僅僅由于熱噴涂就達(dá)到了高的表面質(zhì)量因而不再需要通過(guò)研磨來(lái)達(dá)到這樣的質(zhì)量。另一方面，符合本發(fā)明的摩擦件，除良好的耐磨性和好的摩擦學(xué)性能外，還有足夠的韌性。
熱噴涂產(chǎn)生的表面的Rz值已在約40微米-50微米之間，因而已是相當(dāng)好的了。以這種方式產(chǎn)生的，最好層厚約0.1-0.2mm，特別是厚約O.12-0.15mm的涂層，按照本發(fā)明的較佳生產(chǎn)過(guò)程僅通過(guò)壓制被精加工，就使表面的Rz值達(dá)到約20微米。
按本發(fā)明的方法，就可能不用復(fù)雜的最后處理而達(dá)到高的表面質(zhì)量，所述的最后處理是在生產(chǎn)常規(guī)摩擦件的場(chǎng)合下一般采用的研磨。
因此，按本發(fā)明生產(chǎn)的同步器閉鎖環(huán)就滿足了甚至最嚴(yán)格的，在耐磨性、韌性、高的比摩擦功及高的比摩擦功率方面的要求，而當(dāng)采用合成油及用硬化鋼作摩擦對(duì)表面時(shí)尤為如此。與常規(guī)的摩擦件相比，爬行效應(yīng)大為減小。
按本發(fā)明生產(chǎn)的摩擦襯適用于所有想象得到的應(yīng)用領(lǐng)域、適用于鞋、桌子和錐形離合器和制動(dòng)器、適用于同步器閉鎖環(huán)、多片離合器及制動(dòng)器及限制滑動(dòng)的差動(dòng)器等。
經(jīng)熱噴涂施加在基體件上的本發(fā)明的銅合金具有系列的合金成份，它們一方面使該合金在熱噴涂時(shí)穩(wěn)定，另一方面可獲得具有良好的摩擦學(xué)性能的韌摩層。
組分Ti、zr和/或起著形成硬的夾雜物的作用，它們最終分散在金屬基體中，而且由于熱噴涂時(shí)的高溫，絕大部分以氧化物形態(tài)存在。
在本發(fā)明中最為適宜的是濃度約0.2-4％(重量)的Ti。在前述中已表明，它導(dǎo)致了特別好的耐磨性。
該銅合金中的其它組分，較好是約0.1-8％(重量)的Fe、Co和/或Ni，尤其是約2-4％(重量)的Ni，以及2-8％的Al或Si，尤其是4-6％的(重量)的Al在熱噴涂時(shí)使該銅合金熱穩(wěn)定，在熱噴時(shí)，按所選擇的方法會(huì)出現(xiàn)約為2000℃或更高的溫度。若上述添加物的濃度較低，則該銅合金在熱噴涂時(shí)的熱穩(wěn)定性不足，從而使各組份偏析并且在基體中形成不合格的粗分散的無(wú)序相，以及再也達(dá)不到這種摩擦學(xué)性能。
采用含約59-61％、Cu、約27-35％的Zn、約0.5-2％的Ti、約2-4％的Ni及約4-6％的燦的銅合金達(dá)到了特別有益的效果。
在基體件上形成這種涂層后，只需通過(guò)壓制進(jìn)行終處理就達(dá)到了甚至最嚴(yán)規(guī)定(如同步器閉鎖環(huán))所要求的，必要的摩擦參數(shù)及高的耐磨性。該涂層的硬度為約600-700HV，而較佳的層厚為約0.12-0.15mm。涂層中的一些殘留空隙，一方面起作吸收潤(rùn)滑劑的作用，另一方面起著散熱作用。
本發(fā)明的目的以一種可供選擇的方式達(dá)到，其中通過(guò)熱噴涂銅合金而于基體件上加上涂層生產(chǎn)出摩擦件，其中銅合金含10-45％(重量)的選自Sn和Zn中的至少一種元素、0.10％(重量)的選自Ti、zr、V、Cr和Mo中的至少一種元素、0.1．20％(重量)的選自Fe、Co和Ni中的至少一種元素以及0.1-20％(重量)的選自Al、Si和Mn中的至少一種元素和余量的銅及隨機(jī)的雜質(zhì)。
在本發(fā)明中，已證明含10-45％(重量)的Zn、1-3％(重量)的Al、0.5-3％(重量)的Mn、0.2-4％(重量)的Si、0.2-4％(重量)的Fe及0.2-2％4重量)的Pb和余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)的銅合金是有益的。
本發(fā)明的另一種銅合金含約10-45％(重量)的Zn、2-8％(重量)的Al、1-5％(重量)的Si、0.2-2％(重量)的Fe、3-15％(重量)的Mn、0.2-2％(重量)的Pb，余量的Cu及隨機(jī)的雜質(zhì)。
本發(fā)明的再一種銅合金10-45％(重量)的Zn、2-8％(重量)的Al、0.2-2％(重量)的Mn、0.2-4％(重量)的Si、l-6％(重量)的Ni、0.2-2％(重量)的Fe、0.5-3％(重量)的Co、0.2-2％(重量)的Pb、余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
最后還證明含有10-45％(重量)的Sn和Zn中的至少一種元素、2-10％(重量)的Al和Si中的至少一種元素、5-10％(重量)的Fe、Co、Ni的至少一種元素，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)的銅合金是有益的。
雖然上述的未加Pb或Mn的Cu/Zn合金有特別好的性能，但也可用這些銅合金生產(chǎn)比現(xiàn)有技術(shù)有所提高的摩擦襯。
在含Pb的上述第一種合金的情況下，Pb含量對(duì)于用熱噴涂而產(chǎn)生的涂層的韌性有正面影響。
在具有較高比例，即5-10％的Ni-Fe族金屬的合金的情況下，這在熱噴涂時(shí)，甚至在特別高的溫度下仍導(dǎo)致良好的穩(wěn)定性。
在最后提到的合金的情況下，Ti、Zr、V、Cr或Mo的存在使細(xì)分散的硬質(zhì)相得以形成，從而使耐磨性得到改善。
可以理解的是，本發(fā)明的上述提及下文尚要解釋的特征不僅可按已指明的各種組合方式使用，而且還可按其它的組合方式使用或單獨(dú)使用，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。
從下面的較佳實(shí)施例方案的描述并參照附圖
會(huì)了解本發(fā)明的其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。
單一附圖展示了稍加簡(jiǎn)化的按透視圖繪制的，帶有傾斜的摩擦表面的同步器閉鎖環(huán)。
圖中畫出了根據(jù)本發(fā)明的摩擦襯，它是用同步器閉鎖環(huán)的例子畫出的，并將其整體標(biāo)為10。
同步器閉鎖環(huán)10包括傾斜的摩擦表面16，其中設(shè)有排油的排泄槽18。
將摩擦表面16涂在燒結(jié)鋼制成的基體件14上，其邊緣，按已知方的方式，具有周邊的齒組12，它們以均勻的間隔沿圓周隔開(kāi)。
在施加涂層16之前，在基體件的欲加通過(guò)熱噴涂涂層的區(qū)域中進(jìn)行噴砂處理，以保證深層良好地粘附。
按本發(fā)明，用含約27-35％(重量)的Zn，0.5-2％(重量)的Ti，2-4％(重量)的Ni，4-6％(重量)的Al，余量的Cu的銅合金在摩擦表面16上產(chǎn)生涂層。
通過(guò)用銅的預(yù)合金在坩堝爐中熔煉成含約60％的Cu，30.5％的Zn，1.5％的Ti，3％的Ni和5％的Al的優(yōu)選銅合金(合金L7)，冷卻后使之在惰性氣氛下霧化。然后將所得粉末冷壓，經(jīng)后校正，從而產(chǎn)生適于熱噴涂的絲?？蛇x擇的是，還可將這種討論中的合金以粉末態(tài)用于熱噴涂。
用熱噴涂法將這種絲涂在基體件上，涂層厚度約0.12-0.15。用熱噴涂法生產(chǎn)涂層后，其Rz值約為40-50微米。然后通過(guò)壓制對(duì)摩擦表面16的表面進(jìn)行最終處理，從而使Rz值為約20微米，而硬度為600-700HV。
用合成油，以硬化鋼摩擦對(duì)表面使以這種方式生產(chǎn)的摩擦表面16經(jīng)受摩擦實(shí)驗(yàn)。
這些實(shí)驗(yàn)表明，常規(guī)的分散燒結(jié)同步器閉鎖環(huán)相比，有減小了的爬行效應(yīng)，良好的比摩擦功和功率及高耐磨性，從而滿足了最嚴(yán)格的要求。
由于為了達(dá)到必要的摩擦參數(shù)和耐磨性，以及在大多數(shù)情況下，只需要通過(guò)壓制作最終處理，只需用熱噴涂將單一涂層涂在基體件上，所以與常規(guī)的摩擦襯相比，按本發(fā)明所產(chǎn)生的摩擦的壓制在于大為簡(jiǎn)化的生產(chǎn)工藝。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，這結(jié)果是大為簡(jiǎn)化的、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)工藝。
若干供選擇的，標(biāo)為L(zhǎng)2-L6的銅合金歸納在表1中；L6與L7的成份大致相當(dāng)。
用熱噴涂涂覆的同步器閉鎖環(huán)進(jìn)行的試驗(yàn)面摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果歸納在表2中。為了對(duì)比，用了熱噴涂的鉬涂層，當(dāng)然它是有特別高的耐磨性的，進(jìn)行試驗(yàn)。
結(jié)果表明，合金L6/L7產(chǎn)生了特別突出的結(jié)果，它在耐磨和摩擦系數(shù)方面與鉬相近。用傳動(dòng)方面的臨界因素是所達(dá)到的周數(shù)、低的保留運(yùn)行損失(reserve travelloss)和如果可能的話，1500周后的至少0.075的動(dòng)力摩擦系數(shù)。
表1
表權(quán)利要求
1.生產(chǎn)摩擦件(10)的方法，其中用熱噴涂銅合金在基體件(14)上的施以涂層(16)，所述銅合金含10-45％(重量)的Sn和Zn中的至少一種元素，0.1-10％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Fe、Co和Ni中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Ti、Zr、Cr、V和Mo中的至少一種元素及余量的Cu及隨機(jī)的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中用含20-45％(重量)的Zn，0.1．10％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Ti、Zr、Cr、V、Mo中的至少一種元素，余量的Cu及隨機(jī)的雜質(zhì)的銅合金。
3.權(quán)利要求l的方法，其中采用含22-40％(重量)的Zn，2-8％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，1-6％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，0.2-3％(重量)的Ti、Zr、Cr、V、Mo的至少一種元素，余量的Cu和隨機(jī)雜質(zhì)的銅合金。
4.權(quán)利要求3的方法，其中采用含22-40％(重量)的Zn，2-8％(重量)的Al、1.6％(重量)的Ni，0.2-3％(重量)的Ti，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)的銅合金。
5.權(quán)利要求4的方法，其中采用含25-37％(重量)的Zn，3-7％(重量)的Al，0.2-3％(重量)的Ti，1-5％(重量)的Ni，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)的銅合金。
6.權(quán)利要求5的方法，其中采用含27-35％(重量)的Zn，4-6％(重量)的Al，0.5-2％(重量)的Ti，2-4％(重量)的Ni，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)的銅合金。
7.生產(chǎn)摩擦件(10)的方法，其中通過(guò)熱噴涂銅合金將涂層(16)涂在基體件(14)上，其中銅合金含10-45％(重量)的Sn和Zn中的至少一種元素，0-10％(重量)的Ti、Zr、Cr、V、Mo中的至少一種元素，0.1-20％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，0.1-20％(重量)的Al、Si、Mn中的至少一種元素，0.1-5％(重量)的Pb和余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
8.權(quán)利要求7的方法，其中銅合金含10-45％(重量)的Zn，1-3％(重量)的Al，0.5-3％(重量)的Mn，0.2-4％(重量)的Si，0.2-4％(重量)的Fe，0.2-2％(重量)的Pb，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
9.權(quán)利要求7的方法，其中銅合金含10-45％(重量)的Zn，2-8％(重量)的Al，l-5％(重量)的Si，0.2-4％(重量)的Fe，3-15％(重量)的Mn，0.2-2％(重量)的Pb，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
l0.權(quán)利要求7的方法，其中銅合金含10-45％(重量)的Zn，2-8％(重量)的Al，0.2-2％(重量)的Mn，0.2-4％(重量)的Si，1.6％(重量)的Ni，0.2-2％(重量)的Fe，0.5-3％(重量)的Co，0.2-2％(重量)的Pb，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
11.生產(chǎn)摩擦件(10)的方法，其中通過(guò)熱噴涂銅合金將涂層(16)涂在基本件(14)上，其中銅合金含10-45％(重量)的Sn和Zn中的至少一種元素，2-10％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，5-10％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
12.權(quán)利要求1-11之一的方法，其中在用熱噴涂法產(chǎn)生涂層(16)后，再通過(guò)壓制進(jìn)行最終處理。
13.具有基體件(14)的摩擦件，在基體件(14)上通過(guò)熱噴涂銅合金涂上了涂層(16)，其中銅合金含10-45％(重量)的Sn和Zn中的至少一種元素，0.1-10％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Ti、Zr、Cr、V、Mo中的至少一種元素，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
15.權(quán)利要求13的摩擦件，其中銅合金含20-45％(重量)的Zn，0.1-10％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，0.1-8％(重量)的Ti、zr、Cr、V、Mo中的至少一種元素，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
15.權(quán)利要求13的摩擦件，其中銅合金含22-40％(重量)的Zn，2-8％(重量)的Al和Si中的至少一種元素，1.6％(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素，0.2-3％(重量)的Ti、zr、Cr、V、Mo中的至少一種元素，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
16.權(quán)利要求13的方法，其中銅合金含22-40％(重量)的Zn，2-8％(重量)的Al，1-6％(重量)的Ni，0.2-3％(重量)的Ti，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
17．權(quán)利要求13的方法，其中銅合金含25-37％(重量)的Zn，3-7％(重量)的Al，0.2-3％(重量)的Ti，1-5％(重量)的Ni，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
18.權(quán)利要求13的方法，其中銅合金含27-35％(重量)的Zn，4-6％(重量)的Al，0.5-2％(重量)的Ti，2-4％4重量)的Ni，余量的Cu及隨機(jī)雜質(zhì)。
全文摘要
摩擦件(10)具有基本件(14),其上經(jīng)熱噴涂銅合金而涂有涂層(16)。該銅合金含10—45%(重量)的Zn,0.5—10%(重量)的Al和Si中的至少一種元素,0.1—8%(重量)的Fe、Co、Ni中的至少一種元素,0.1—4%(重量)的Ti、Zr、Cr、V、Mo的至少一種元素,余量的Cu及隨機(jī)的雜質(zhì)。用熱噴涂法將銅合金涂在基體件上,為達(dá)到可與鉬涂層相比擬的好的摩擦學(xué)性能和耐磨性,只需通過(guò)壓制進(jìn)行最終處理?？晒┻x擇的Cu－Zn合金特別是可含Mn、Fe、Pb組分。
文檔編號(hào)F16D69/02GK1204373SQ96199090
公開(kāi)日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1996年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月21日
發(fā)明者維爾納·比斯霍夫-博岡, 弗里德里希·格布哈德 申請(qǐng)人:尤若弗萊姆有限公司, 迪爾施蒂夫通公司