Опорное устройство, способ его изготовления и подшипник скольжения

Опорное устройство, способ его изготовления и подшипник скольжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к покрытию из сплава меди с серебром, предназначенного для нанесения на поверхность элемента опорного устройства, например втулки подшипника, и способу нанесения покрытия на элемент опорного устройства.

Уровень техники

Подшипники скольжения используются в качестве опорного узла для вращающихся частей. Повышенные требования предъявляются к таким свойствам материалов для подшипников скольжения, как скользкость, высокая теплопроводность и усталостная прочность. Обычные металлические материалы для подшипников скольжения включают сплавы олова, свинца, алюминия и меди. Особый интерес для подшипников скольжения в шестеренчатых приводах вентиляторов представляют сплавы меди, содержащие от 28% до 30% свинца. Скользкость этих сплавов меди обусловлена присутствием частиц свинца, которые равномерно распределены в кристаллической решетке меди. Но при неблагоприятных условиях работы, в результате разогрева от трения, возникает начальное плавление и последующая потеря свинца из поверхностного слоя. Уменьшение содержание свинца в поверхности быстро приводит к заклиниванию подшипника.

Таким образом, остается потребность в сплавах, которые могут быть использованы для поверхностей элементов подшипников и которые обладают более высокими температурами начального плавления, чем медные сплавы, содержащие свинец.

В патенте США №5842531 раскрыто опорное устройство (подшипник скольжения), элемент которого содержит серебряно-медный сплав, а также способ изготовления такого устройства. Однако в этом устройстве серебряно-медный сплав распределен по материалу элемента опорного устройства путем пропитки им стальной матрицы методом инфильтрации. В публикации заявки Японии №JP 11-269580 (ближайший аналог изобретения) описано опорное устройство, в частности подшипник скольжения, элемент которого, например втулка, содержит слой покрытия из серебра, которое может включать в себя до 5 мас.% различных элементов, например меди. В этом случае речь идет о покрытии из серебряно-медного сплава, в котором, однако, массовое содержание серебра является очень высоким, что увеличивает затраты на производство подобных опорных устройств.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание сплава меди, обладающего преимуществами при использовании опорных устройств.

Другой целью настоящего изобретения является создание сплава меди, упомянутого выше, обладающего более высокой температурой начального плавления, чем сплавы меди со свинцом.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание сплава меди, упомянутого выше, обладающего скользкостью и высокой теплопроводностью, при экономически приемлемой стоимости.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа нанесения сплава меди в соответствии с настоящим изобретением на опорную поверхность в виде слоя покрытия.

Перечисленные цели достигаются использованием серебряно-медного сплава и способа в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с настоящим изобретением предложено опорное устройство, элемент которого содержит покрытие из серебряно-медного сплава. Отличие предложенного устройства от ближайшего аналога заключается в том, что в указанном сплаве массовое содержание серебра (Аg) находится в интервале 15%≤Аg<60%, а в предпочтительном варианте выполнения - в интервале 50%≤Аg<60%, а остальное - в основном медь.

Также предложен способ изготовления опорного устройства, включающий нанесение покрытия из серебряно-медного сплава на поверхность элемента опорного устройства. Предложенный способ отличается от ближайшего аналога тем, что используют серебряно-медный сплав с массовым содержанием серебра (Аg) в интервале 15%≤Аg<60%, остальное - в основном медь. Элементом опорного устройства может быть втулка, использующаяся в подшипнике скольжения.

Другая информация о сплавах меди для подшипников скольжения, содержащих серебро, в соответствии с настоящим изобретением, а также и другие его цели и преимущества приведены в следующем далее подробном описании и приложенном чертеже, на котором одинаковыми цифрами обозначены сходные элементы.

Перечень фигур чертежей и иных материалов

На чертеже показано опорное устройство, имеющее покрытие из серебряно-медного сплава в соответствии с настоящим изобретением.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На чертеже показано опорное устройство (подшипник скольжения) 10. Опорное устройство 10 содержит цапфу 12, втулку 14, расположенную вокруг цапфы 12, и слой 16 покрытия из серебряно-медного сплава на поверхности 18 втулки 14. Цапфа 12 и втулка 14 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, используемого для подшипников. Например, цапфа 12 и втулка 14 могут быть изготовлены из сплава железа, либо иного сплава, не содержащего железа.

Серебряно-медный сплав, из которого образовано покрытие 16, в предпочтительном варианте выполнения представляет собой двойной сплав меди, содержащий серебро. Сплав может содержать от приблизительно 15 мас.% до приблизительно 60 мас.%, а в предпочтительном варианте приблизительно от 50 мас.% до 60 мас.% серебра, остальное в основном медь. Было установлено, что серебряно-медные сплавы в соответствии с настоящим изобретением обладают значительными преимуществами при использовании в опорных устройствах. Например, серебряно-медные сплавы в соответствии с настоящим изобретением обладают более высокой температурой начального плавления, чем сплавы меди со свинцом, составляющей по крайней мере 779°С у сплавов в соответствии с настоящим изобретением, по сравнению с 327°С у сплавов меди со свинцом. Кроме этого, сплавы в соответствии с настоящим изобретением нетоксичны и имеют более высокую теплопроводность, чем сплавы меди со свинцом. Сплавы в соответствии с настоящим изобретением также обладают отличной скользкостью и высокой усталостной прочностью.

Серебряно-медные сплавы в соответствии с настоящим изобретением могут наноситься на поверхность 18 втулки 16 с использованием любого известного способа, включая осаждение из газовой фазы, электрохимическое осаждение, а также химические методы. Возможно применение и других способов. Таким способом, пригодным для нанесения содержащего серебро сплава меди на поверхность 18, может быть процесс с использованием электронного пучка (электронный струйный процесс), описанный в патенте США №5571332, выданном Халперну (Halpern) и включенном в настоящее описание посредством ссылки. Еще одним процессом, который может использован, является способ нанесения, описанный в патенте США №4788082, выданном Шмитту (Schmitt), который также включен в настоящее описание посредством ссылки. Технология распыления, которая может быть использована для создания слоя покрытия 16 на поверхности 18 втулки, описана в патенте США №4904362, выданном Крэртнеру (Craertner), также включенном в настоящее описание посредством ссылки.

Вне зависимости от используемого способа, серебряно-медный сплав должен быть нанесен на поверхность таким образом, чтобы его толщина была достаточна для удерживания больших металлических частиц, которые в противном случае могут нарушать работу опорного устройства и вызывать его заклинивание. Толщина слоя 16 может достигать 0,1 дюйма (2,54 мм). В предпочтительном варианте выполнения толщина слоя 16 серебряно-медного сплава должна находиться в интервале приблизительно от 30 мкм до 100 мкм.

Хотя настоящее изобретение было описано применительно к нанесению серебряно-медного сплава на поверхность втулки, такой сплав может также наноситься на одну или более поверхностей других элементов опорных устройств.

1. Опорное устройство, элемент которого содержит покрытие из серебряно-медного сплава, отличающееся тем, что в указанном сплаве массовое содержание серебра (Ag) находится в интервале , остальное – в основном медь.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что массовое содержание серебра (Ag) в упомянутом сплаве находится в интервале .

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый элемент опорного устройства выполнен из металлического материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый элемент опорного устройства выполнен из сплава на основе железа.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит цапфу, а упомянутый элемент опорного устройства включает в себя втулку, расположенную вокруг упомянутой цапфы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое покрытие имеет толщину, меньшую или равную 2,54 мм.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что упомянутая толщина покрытия находится в интервале приблизительно 30 - 100 мкм.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый сплав имеет температуру начального плавления по крайней мере приблизительно 779°С.

9. Способ изготовления опорного устройства, включающий нанесение покрытия из серебряно-медного сплава на поверхность элемента опорного устройства, отличающийся тем, что используют серебряно-медный сплав с массовым содержанием серебра (Ag) в интервале , остальное – в основном медь.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют серебряно-медный сплав с массовым содержанием серебра (Ag) в интервале , остальное – в основном медь.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый сплав наносят посредством его распыления на поверхность элемента опорного устройства.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый сплав наносят на поверхность элемента опорного устройства посредством электронно-лучевого осаждения из газовой фазы.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый сплав наносят на поверхность элемента опорного устройства посредством электрохимических методов.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый сплав наносят на поверхность элемента опорного устройства посредством химических методов.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый сплав наносят на поверхность элемента опорного устройства посредством процесса с использованием электронного пучка.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутое покрытие наносят толщиной, меньшей или равной 2,54 мм.

17. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутое покрытие наносят толщиной в интервале приблизительно 30 - 100 мкм.

18. Подшипник скольжения, содержащий цапфу и втулку, расположенную вокруг цапфы, причем на поверхности втулки расположено покрытие из серебряно-медного сплава, отличающийся тем, что в указанном сплаве массовое содержание серебра (Ag) находится в интервале , остальное – в основном медь.

19. Подшипник скольжения по п.18, отличающийся тем, что массовое содержание серебра (Ag) в упомянутом сплаве находится в интервале .

20. Подшипник скольжения по п.18, отличающийся тем, что упомянутое покрытие имеет толщину, меньшую или равную 2,54 мм.