(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑り軸受を製造するための方法であり、１０％までの鉄、３％までのケイ素、２０％までのスズ及び０．２％までのストロンチウム又はナトリウムを含み、前記鉄／ケイ素比率が２：１と４：１の間である、鉛フリーのアルミニウム−鉄−ケイ素合金を、次の順のステップ：
（Ａ）前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金を溶融し
（Ｂ）ステップ（Ａ）で製造された前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金を鋳造し、
（Ｃ）ステップ（Ｂ）で製造された材料を加熱し、
（Ｄ）ステップ（Ｃ）で製造された前記材料を圧延し、
（Ｅ）ステップ（Ｄ）で圧延された前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金を、後に前記滑り軸受の鋼裏金の少なくとも一部分を形成する鋼支持体上に圧延し、
（Ｆ）ステップ（Ｅ）で製造される前記材料を加熱すること、
で処理する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金が、０．０２から０．０５％までのストロンチウム又はナトリウムを含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法であり、前記鋼裏金のための材料がＣ１０又はＣ２２鋼である、方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であり、前記ステップ（Ｂ）での前記鋳造が、連続鋳造プロセスで実施される、方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法であり、ステップ（Ｃ）での前記加熱が、温度４５０から５５０℃で、１０から２０時間で実施される、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法であり、ステップ（Ｄ）の前記圧延が、前記材料の厚さを０．８から１．２ｍｍとする結果を与える、方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法であり、ステップ（Ｆ）での前記加熱が、１８０から２４０℃で、かつ６から１０時間で実施される、方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法であり、続いて（Ｇ）ステップ（Ｆ）で製造された前記材料を変形するステップを行う、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であり、ステップ（Ｇ）で、５から１５％の変形が生じる、方法。
【請求項１０】
鉛フリーのアルミニウム−鉄−ケイ素合金から構成される滑り軸受であり、
前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金が、１０％までの鉄、３％までのケイ素、２０％までのスズ及び０．２％までのストロンチウム又はナトリウムを含み、前記鉄／ケイ素比率が２：１と４：１の間であり、
前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金が、ブリネル硬度４０から６０ＨＢＷ１／５／３０を持つ、滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム−鉄−ケイ素合金の滑り軸受を製造する方法に関する。本発明はさらに、アルミニウム−鉄−ケイ素合金の滑り表面を持つ滑り軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
滑り軸受、特に内燃機関のためのコネクテッドロッド（コンロッド）軸受を製造する場合、高い耐摩耗性により特徴付けられる材料を使用することが必要である。さらに、かかる用途のための材料として使用される合金は、非常に優れた利用可能性及び低価格で特徴付けられているものが好ましい。さらに、前記滑り軸受の材料は、前記内燃機関内での硬質粒子（汚染）を良好な埋め込みを確保するために適切な硬さであることが望ましい。
【０００３】
これまで、滑り軸受はしばしば合金から形成され、この化学組成はより多くの種類の元素を追加することによりますます複雑なものとなっていた。内燃機関で使用される一対の滑り部品に関しては、独国特許出願公開第１０２００５０４７０３７Ａ１には、内燃機関又は油圧システムの滑り要素のためのアルミニウム系合金が開示され、これは混合／境界摩擦及び／又は流体力学の摩擦条件下で、しかしまたドライラン条件でも操作されるものであり、少なくとも８０重量％のアルミニウムを含むアルミニウム系合金の材料堆積及び／又は摩擦面に構成されることで特徴付けられる。
【０００４】
米国特許出願公開第２００３／０１８５７０１Ａ１号は、高強度かつ高耐摩耗性により特徴付けられるアルミニウム−鉄−バナジウム−ケイ素合金の製造のためのプロセスを記載する。この場合、前記一次金属間相は、デンドライト間シリサイド相として変更され、そこで前記溶融物がマグネシウム元素又はマグネシウム含有合金と処理される。独国特許出願公開第１０２００４０２５５５７Ａ１号及び米国特許出願第２００３／０１８５７０１Ａ１号の内容はさらに技術水準を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０２５５５７Ａ１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１８５７０１Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、滑り軸受の製造のための方法を提供することであり、この方法はこれまでも方法とは対照的に、鉛フリーのアルミニウム材料であり単純な化学組成を持つ合金を使用するものであり、単純に、同時に改善された滑り性質を持つ滑り軸受が製造できる方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載された方法で解決される。
【０００８】
本発明によると、滑り軸受は、アルミニウム−鉄−ケイ素合金を鋼裏金上に圧延することで製造される。アルミニウム−鉄−ケイ素合金は、低密度で特徴付けられ、重量が小さくなることを意味し、得られる部品にとって有利である。さらに、前記合金は適切な硬さを持ち、これは、滑り軸受と接触する材料がほとんど摩耗しないことを意味することから滑り軸受で使用するために有利である。さらに、前記材料は安価であり、かつ前記合金はその組成により容易に製造され得る。
【０００９】
本方法の好ましい実施態様は、請求項２から１１に記載されている。
【００１０】
好ましくは、前記合金は、１０％まで鉄を含み、かつ３％までケイ素を含む。明細書では、％は重量に基づくパーセントを意味する。本明細書の手段により、このようにして得られる合金の最終的な硬さを調節することが可能である。
【００１１】
本発明によれば、前記鉄／ケイ素比率は、２：１及び４：１の間である。結果として、望ましい最終硬さに依存して鉄珪化物及びアルミニウム−鉄化合物が形成され、これにより前記材料の望ましい最終硬さを選択的に調節することが可能になる。
【００１２】
さらに好ましくは、前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金は、スズを２０％まで、特に好ましくは１５％まで含む。従って、前記滑り特性及び機械特性は、滑り軸受としての使用に関して調節することが可能となる。
【００１３】
さらに好ましくは、前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金は、ストロンチウム及び／又はナトリウムを１％まで、好ましくは０．２％まで、より好ましくは０．０２から０．０５％まで含む。前記鉄珪化物及びアルミニウム−鉄化合物の析出挙動はこれにより改善され得る。具体的には、前記析出物の形状及びサイズはこのように鋳造中に調節することが可能である。さらに、前記鉄−珪化物粒子及び前記アルミニウム−鉄−化合物粒子の可能な限りの微細分布が達成され、これにより前記材料の均一な機械特性が可能となる。ナトリウムの添加により、より微細な析出物が多数生じる（「Ｓｃｈｍｅｌｚｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ  ｖｏｎ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｕｎｄ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍｌｅｇｉｅｒｕｎｇｅｎ  ｍｉｔ  ＭＴＳ」ＦＯＳＥＣＯ出版参照）。さらに、高熱伝導性が達成され、これは純粋なアルミニウムと同程度であり、これにより混合摩擦条件下での優れた熱放散を与えることとなる。
【００１４】
さらに好ましくは、前記鋼裏金は好ましくはＣ１０又はＣ２２鋼を含む。前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金が圧延（めっき）されたこの材料は、前記材料が、安価であること、容易に得られることから有利であり、及び優れた機械特性、具体的には高強度であることを特徴とする点で有利である。
【００１５】
さらなる有利な実施態様は、前記方法が、特定の順の以下のステップを含む：
（Ａ）前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金の材料を溶融する、
（Ｂ）ステップ（Ａ）で製造された前記材料を鋳造する、
（Ｃ）ステップ（Ｂ）で製造された材料を加熱する、
（Ｄ）ステップ（Ｃ）で製造された前記材料を圧延する、
（Ｅ）ステップ（Ｄ）で圧延された前記材料を、後に少なくとも前記鋼裏金の一部を形成する鋼支持体上に圧延する、
（Ｆ）ステップ（Ｅ）で製造された前記材料を加熱する
（Ｇ）場合により、ステップ（Ｆ）で製造された前記材料を変形するステップ。
【００１６】
この方法のひとつの利点は、得られる材料の硬さ（ｈａｒｄｎｅｓｓ）が前記方法で容易に制御され得る、ということである。上で説明したように、適切な硬さが望ましいことから、前記得られる材料は容易に望ましい用途に適合させることが可能となる。さらに、この全てのステップは、容易に工業化され得るものであり、このことはまた、この方法の実施コストが相対的に低い、ということを意味する。
【００１７】
また好ましくは、ステップ（Ｂ）での鋳造の際に前記材料が、連続鋳造プロセスの手段でストランド形状に鋳造されることである。この利点は、ストランドは容易に工業的に処理され得る、ということである。
【００１８】
また好ましくは、ステップ（Ｃ）での加熱は、約４５０から５５０℃の温度でかつ、１０から２０時間かけて実施されることである。この利点は、得られる材料の硬さがこれにより顕著に小さくなり、これにより、続く圧延ステップ（Ｄ）を容易にする。さらに、これは前記材料に均一性をもたらす結果となる。
【００１９】
さらに好ましくは、前記ステップ（Ｄ）での圧延は、前記材料の厚さを約０．８から１．２ｍｍとする。このことは、得られる比較的薄い材料が、次のステップで実施される使用及び圧延（めっき）（Ｅ）のために好ましく製造される、ということである。
【００２０】
さらに、好ましくは、ステップ（Ｆ）での加熱は６から１０時間、約１８０から２４０℃で実施される。それにより、前記硬さが減少し、かつ望ましい埋め込み性が同時に、位置変動を低減させることを保証する。両方の効果は、前記材料を滑り軸受で使用する際に有利となる。
【００２１】
また好ましくは、ステップ（Ｇ）での圧延は、５から１５％の変形が生じるように実施される、ということである。これにより達成されることは、最終的に得られる材料の硬さは、用途に合わせることが可能になるということである。
【００２２】
前記課題の他の解決手段は、請求項１２に記載の滑り軸受である。
【００２３】
本発明による滑り軸受は、アルミニウム−鉄−ケイ素合金表面を滑り表面を持つ。このことは、請求項１について説明した利点を持つ。
【００２４】
さらなる有利な実施態様は、請求項１２の従属する請求項１３から１５に記載される。
【００２５】
本発明においてとりわけ、前記鉄／ケイ素比率は、２：１から４：１の間である。その結果、鉄珪化物及びアルミニウム−鉄化合物が、望ましい最終的硬さに応じて形成され、これにより前記材料の最終的硬さの選択的調節を可能とする。
【００２６】
また好ましくは、前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金は１５％までスズを含む。従って、前記滑り性質及び機械的性質は、滑り軸受としての使用に関して調節可能となる。
【００２７】
また好ましくは、前記アルミニウム−鉄−ケイ素合金は、０．２％、好ましくは０．０２から０．０５％までのストロンチウム又はナトリウムを含む。前記鉄珪化物及びアルミニウム−鉄化合物の析出挙動及び析出形状はこれにより改善され得る。具体的に、前記析出物の形状及びサイズが調節可能となる。さらに、できるだけ微細な分布を持つ、前記鉄珪化物及びアルミニウム−鉄化合物粒子が達成され、これにより前記材料の均一な機械的性質が保証される。さらに、高い熱伝導性が達成され、これは純粋なアルミニウムとほぼ同じであり、混合摩擦条件下でより優れた熱放散を与える。
【００２８】
さらには、前記滑り軸受材料は硬さが４０から６０ＨＢＷ１／５／３０であることが好ましい。これは、この硬さは特に、滑り軸受での使用に適しているという点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明により製造される、本発明のステップ（Ｆ）の完了後得られた材料の顕微鏡写真である（８時間２２０℃でアニーリングした後）。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明による、ステップ（Ｆ）の後の製造された材料の顕微鏡写真を示す。この場合、アルミニウム合金は、１．０９％ケイ素と３．４５％鉄が添加されている。前記材料は、連続鋳造プロセスで圧延された。圧延及び固化後すぐ、前記材料は硬さ５０ＨＢＷ１／５／３０を示した。
【００３１】
続いて、前記材料を、約４５０から５５０℃で１６時間アニーリングした。１時間後、前記材料は硬さ４０ＨＢＷ１／５／３０を示し、２時間後、硬さは３８ＨＢＷ１／５／３０となり、この値は３時間後、４時間後及び５時間後でも同じであった。６時間後、前記材料は硬さが３５ＨＢＷ１／５／３０を示し、７時間後、前記材料は硬さが３７ＨＢＷ１／５／３０を示し、８時間後、前記材料は硬さが３６ＨＢＷ１／５／３０を示し、１２時間後、前記材料は硬さが３５ＨＢＷ１／５／３０を示し、及びステップ（Ｂ）の終了後である１６時間後には、前記材料は硬さが３６ＨＢＷ１／５／３０を示した。
【００３２】
続いて、厚さ８ｍｍであった前記材料を圧延して厚さ１．１ｍｍとした。圧延の際、硬さは５８ＨＢＭ１／５／３０、厚さは１．５ｍｍとなり、さらに厚さが１．１ｍｍとなった場合硬さは６２ＨＢＷ１／５／３０となった。比較にために、前記材料をさらに０．４５ｍｍに圧延し、この結果硬さは６３ＨＢＷ１／５／３０を示した。
【００３３】
比較のために、前記材料サンプルをさらに４５０から５５０℃でアニーリングした。アニーリング後２０時間及び２４時間後でも、３６ＨＢＷ１／５／３０の硬さが検出された。
【００３４】
１．１ｍｍに圧延された前記材料を次に鋼支持体上に圧延（めっき）した。めっきに先立ち、前記鋼の開始厚さは２．８ｍｍであり、前記アルミニウム合金の厚さは上で記載のとおり１．１ｍｍであった。メッキ後、前記鋼支持体の厚さは１．１から１．１５ｍｍの間、及びアルミニウムの厚さは０．３８から０．４２ｍｍの間となった。従って、前記鋼材料は５０％変形、アルミニウム材料は６４％の変形となり、全体として変形は６２％となった。このめっきプロセスで、硬さは６３ＨＢＷ１／５／３０が達成された。
【００３５】
前記材料を１８０から２４０℃でアニーリングした後、硬さは４３ＨＢＷ１／５／３０となった。得られた材料は、図１の顕微鏡写真で示される。析出物（「ＤＳＴ」で示される）をアルミニウムマトリクス中に明瞭に見ることができ、この写真は、この析出物が、通常約４μｍ直径を持ち、アルミニウムマトリクス中の島として形成されていることを証明している。最後に前記材料を鋼が１ｍｍ厚さでアルミニウムが０．３ｍｍ厚さを持つ全厚さ１．３３ｍｍに圧延した。この場合、前記全材料は１３％の変形となり、前記鋼成分もまた１３％の変形となる。前記アルミニウムは２２％の変形となった。この場合得られる硬さは４９ＨＢＷ１／５／３０であった。
【図１】
0006026431.tif 000002