[发明专利]滑动轴承、制备方法以及内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及通过冷喷涂(Cold Spray)或冷气动力喷涂(Cold GasDynamic Spray)法制备或形成的滑动轴承(以曲轴轴承为例)，所述滑动轴承具有可提高其耐用性和性能的组成。

本发明还涉及制备所述滑动轴承的方法，以及具有至少一个如上所述的滑动轴承的内燃(IC)机。

背景技术

大多数内燃机，如二冲程发动机和奥托(Otto)/柴油循环四冲程发动机，都包括一个或多个连接至连杆的往复活塞，该连杆将活塞的线性运动转换为轴(称为曲轴)的旋转。活塞的线性运动是在“爆发”冲程过程中产生的，并且被转换为曲轴的旋转，这对驱动车辆和进行其他工作是有用的。

内燃机操作简单并且在理论上是公知的，但是由于涉及高负荷，因此必须避免曲轴出现过度的径向和轴向移动，否则将会极大地降低发动机的耐用性和可靠性。

约束曲轴以避免其出现径向和轴向移动的部件称为轴承。此外，一些内燃机还具有也是通过轴承的方式加以约束的其他可旋转的轴(如凸轮轴、平衡轴等)。

换句话说，轴承是具有这样表面的任何元件，该表面直接(或通过固体或液体润滑剂)抵靠在发生相对滑动运动的另一个表面上。轴承的主要目的在于将负荷从一个表面转移到另一个滑动表面上。

几乎所有发动机都最少具有两个主轴承，这两个主轴承分别在曲轴的两个末端，并且它们通常具有比曲轴销的数目多一个的轴承。主轴承的数目是兼顾由较多的轴承所带来的额外的尺寸、成本和稳定性以及由较少的轴承所带来的紧凑性和轻质这两方面的效果而做的折衷。这两方面都具有性能上的优点，这是因为曲柄越短、越稳定，发动机的平衡性就越好。

二十世纪初，内燃机中常常具有许多轴承约束着曲轴，这是因为这些老式发动机不能接受很高的转速(每分钟的转数)并且产生的动力并不显著。就所产生的动力的量而言，这些发动机的能量效率通常较低且燃料消耗也高。

在二十世纪六十年代这十年之后，发动机的发展主要集中在提高能量效率，所得到的发动机更小、更有力，结果，它们的转速高得多，因而动力增强。这些因素的组合(高转速和动力的增强)使轴承得到高度发展。鉴于燃料的高成本和全球变暖，相对于产生的动力使燃料消耗降低这是极为重要的任务，因此，如今制造更高效和更有力的小型发动机的趋势比以往更加强烈。

此外重要的是，需要注意，许多内燃机采用滑动轴承取代其他类型的轴承(即辊等)来约束内燃机的可旋转轴。通常将滑动轴承设计成在流体动力学条件下运转，但是最终，主要在发动机启动的过程中，一个表面接触另一滑动表面，这会产生热量并加速其中至少一个表面的磨损。

具体就配有滑动轴承的发动机而言，曲轴是通过一系列轴向隔开的轴承(两个、三个、四个、五个、七个等)被约束在发动机组内。每个滑动轴承包括：位于机组的弓形凹部中的滑动轴承上半部，以及通过拴固在该发动机组上的支承性轴承盖紧紧抵靠该轴承上半部夹持的滑动轴承下半部。

最初，滑动表面是被浇铸到外壳内的，但随着技术的改进，轴承衬里被施加到结实的背衬支承件(backing support)(即钢板)上。适合用于衬里的金属包括：铅基合金、锡基合金、铜基合金(通常为铜-铅和铜-铅-锡)和铝合金(通常为铝-锡-铜、铝-硅-锡和铝-锡-铜-硅合金)。

通常，滑动轴承的制备方法包括通过以下方式使铝基合金结合到钢支承表面上，所述方式为：使这两种材料带一起穿过旋转的圆筒体，这样，这两种材料带通过机械变形而使得其总厚度降低，从而在衬里合金和背衬钢之间提供一定的结合强度。

采用被归为热喷涂类(即高速氧燃料-HVOF)的沉积法、线材喷涂(wire spray)和等离子喷涂，开发了一些可供替换的用于在支承性背衬钢上提供轴承表面的制备方法。

一些现有文献中示出了制备滑动轴承的方法，以下简述其中一部分。

专利文献GB 1 083 003涉及HVOF方法，其采用喷枪和作为原料的线材在钢材上构建轴承衬里。由于沉积材料被加热至约为原料熔点的温度，因此部分已加热的材料可以以半熔融态沉积，所以该沉积方法必然产生一些孔隙和氧化物。

此外，专利文献GB 2 130 250是十分类似的被称为等离子喷涂法的另一个例子，其制备具有施加到背衬支承层上的功能层的多层材料。尽管该方法不同于第一份文献中的方法，但该方法具有同样的缺点(涂层多孔并呈现出高的氧化物含量)。