发动机轴瓦无铅树脂镀层的研究.pdf

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1、14内燃机与配件2014年第10期毋JLJLJLjLjooq)83-艺技术8叫?—&?—)f—of—jf—jf—j耐发动机轴瓦无铅树脂镀层的研究ResearchofLead——freeResinCoatingofEngineBearing孟范蕾林余德(大丰工业(烟台)有限公司)[摘要]树脂镀层作为汽车发动机的无铅轴瓦材料，正在用摩擦学试验装置和发动机台架试验设备进行试验上的研究。最近推荐用聚苯并咪唑(PBI)作为树脂镀层的基体，固体润滑剂MoS2作为添加剂。PBI有好的高温性能，在高温下有良好的粘结性和物

2、理强度。因此，PBI基体的镀层有好的滑动性能，如耐磨性和耐疲劳性。树脂镀层在高载荷下，显示出它作为汽车发动机轴瓦的适用性。1介绍近来，汽车发动机为追求更好的性能，同时也要满足排放标准，因此缸压越来越大，导致了图1中展示的发动机轴瓦上承受的载荷越来越高。按照惯例，三金属铜轴瓦电镀铅基镀层，一般用于重载柴油发动机，双金属铝轴瓦，用于载荷相对较低的汽油发动机。图1发动机轴瓦的特定载荷趋势铂基簟层树脂饺层幽函蛐豳豳凶__阿I铜背lI钢背l图2汽车发动机轴瓦结构但是，根据环境关注的要求，为得到要求的轴瓦性能，减少铅

3、的使用，环境污染，对铅基镀层进行改进，成为通常实现的方式。由于这些原因，综合考虑环境关注点、成本和轴瓦性能，我们的目的是在铝基轴瓦上研究和开发一种无铅的树脂镀层，来替代铜基轴瓦的含铅镀层。树脂镀层由树脂基体和固体润滑剂组成。树脂镀层用于阻止铝基轴瓦合金和配合使用的轴之间的粘附，并由于树脂的机械性能提供好的顺应性。基本的研究是从树脂镀层的摩擦性能开始的。因此，用于汽车发动机轴瓦的树脂镀层的轴瓦性能，是通过发动机试验装置和实际的发动机来进行评价的。2基体树脂的选择2．1树脂物理性能的比较为了确定用哪种树脂作为

4、基体，通常用于电镀的树脂的物理性能，可以形成薄膜的，见表1的比较。选择了以下这些材料：聚四氟乙烯(Prr—FE)，聚醚砜(PES)，和PBI，这些分组为热塑性树脂；聚酰胺酰亚胺(PAI)，苯酚(PF)和环氧基树脂(EP)，这些分组为热硬性树脂。考虑到汽车发动机轴瓦的使用条件，选择PAI和PBI，因为他们有非常好的耐热性、抗拉强度和粘结性。要求镀层在发动机轴瓦的工作温度范围内一40℃一200℃能保持强度。因此，PAI和PBI的抗拉强度经检测在较宽的温度范围内。在图3中显示的PBI的抗拉强度受温度变化的影响比

5、PAI小。由于PBI在高温下，能承受的抗拉强度变小，希望PBI能抗拒耐疲劳和耐磨损的退化。2．2粘结性的评价发动机轴瓦要求能承受由于油膜厚度减小造成的边缘载荷等。树脂镀层的目的是，减少边缘载荷孟范蕾林余德：发动机轴瓦无铅树脂镀层的研究在轴瓦表面造成的弹性变形和塑性变形。但是，如果铝合金和树脂镀层的粘结不好，在弹性或塑性变形发生前就会发生分离，结果就可能引起咬合。为了评价粘结性，用Al—Sn—Si合金(铝合金)电镀准备好的PAI或PBI，制成试验样件。然后，进行微观的滑动刮伤试验。摩擦系数通过在水平移动的样

6、件上施加垂直的载荷来检测。通过试验后的外观检查来评价粘结性。刮伤试验的示意图见图4，试验条件见表2。观察刮伤试验后压板的轨迹，见图5，发现PAI和PBI没有分离，这证明他们有良好的粘结性。如图5所示，PAl和PBI显示出良好的粘结性，因为刮伤试验后，球形轨道上观察到树脂镀层没有分离。实验结果表明，甚至在轴瓦表面的树脂镀层上加局部载荷，树脂也不会分离。因此，可以用作树脂镀层的树脂基体。图6表明PBI比PAI的摩擦系数低。表1树脂基体的性能PI'FEPESPBIPAIPFEP抗拉强度(MPa)27861601

7、865083延伸率(％)30060385熔点(℃)327435热变形温度(℃)70203427280175130粘结性l2324差等好500S0100150200250蕊幢I【I图3抗拉强度图4刮伤试验的示意图表2试验条件(刮伤试验)项目条件单位镀层厚度10Um刮伤速度0．17mm／sec力10N形状球形材料SUJ一2压板直径3mm硬度500—600Hv粗糙度0．3或更小RzumPAPBPAlPBI图5刮伤试验的刮伤轨迹外观滑动区域■o爿蚁__——，J一5臼71mmt22mmj■o0I]Io彰O、]一5Q

8、nm一图7环形压板试验装置示意图表3试验条件(环形压板试验)项目条件单位规定载荷5MPa速度2m／sec试验持续180SeC润滑干材料淬火钢钢轴硬度500—600Hv粗糙度0．3或更小Rzum扭矩超过392Nm或者样件温度超过1800C时，确定会发生咬合。2．3抗咬合性评价候选树脂基体PAI和PBI的抗咬合性，通过图7中展示的环形压板试验设备进行肉眼可见的滑动试验来评价。试验条件见表3。在检测发生咬合的时间基础上进行评价。如图