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CN110832210A - 包括联接至轴承的轴的机械系统以及制造这种系统的方法 - Google Patents

包括联接至轴承的轴的机械系统以及制造这种系统的方法 Download PDF

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CN110832210A CN201880044658.9A CN201880044658A CN110832210A CN 110832210 A CN110832210 A CN 110832210A CN 201880044658 A CN201880044658 A CN 201880044658A CN 110832210 A CN110832210 A CN 110832210A
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Abstract

本发明涉及一种机械系统(1)，特别是用于内燃机的机械系统，所述机械系统包括轴承(4)和联接至轴承(4)的轴(10)，所述轴(10)承受的平均接触压力小于200MPa。轴(10)具有至少一个区域(12)，其设有抗咬合表面涂层(20)和微纹理(30)，所述抗咬合表面涂层(20)的表面硬度至少是轴承(4)的表面硬度两倍，所述微纹理(30)由分布在所述区域(12)内的一组单独的微腔(31)组成。本发明还涉及一种用于制造这种机械系统(1)的方法。

Description

包括联接至轴承的轴的机械系统以及制造这种系统的方法
本发明涉及一种机械系统，特别是装备有内燃机的机械系统，该机械系统包括联接至轴承的轴，该轴承接收所述轴，。本发明还涉及一种用于制造这种系统的方法。
本发明的领域是用于固定执行旋转运动或摆动运动的轴的机械系统。作为非限制性示例，本发明涉及装备有内燃机的轴-轴承系统，特别是在汽车领域中，例如包括活塞轴或摇臂轴的系统。
在这样的摩擦系统中观察到的主要问题是，该摩擦系统承受着严重的重复应力，这与轴承和穿过该轴承的轴之间的接触表面磨损现象有关。
传统上，活塞轴由钢制成，具有低表面粗糙度和DLC(类金刚石碳)涂层，而轴承的钻孔可选地配备有铜合金环。或者，轴承的钻孔可以由钢或铝合金或复合材料制成。
对于轴，表面退化表现为涂层上的轻微磨损，这有可能退化为咬合(seizure)。对于轴承，损坏以磨损的形式出现，磨损导致零件之间的空间增加。
一旦空间过大，发动机就会变得嘈杂，最终运转效果会变差。因此，重要的是两个相对的表面不被磨损，从而抗咬合涂层发挥作用并保留它们之间的空间。
为了保留该空间，困难之一是由于抗咬合涂层比金属轴承坚硬，而金属轴承则软得多。解决该问题的已知工业限制是使峰值粗糙度因子(可以由参数RPk来表示)最小化。在现有技术中，抗咬合涂层的RPk必须小于0.08μm。
迄今为止，尚未完全解决轴上DLC涂层损坏的问题。
为了促进润滑，已知在具有润滑剂(通常是机油)储存器功能的钻孔中进行宏观加工。这可以确保添加足够的油，从而消散在轴和钻孔之间的接触界面处由摩擦产生的热量。
此外，微米级表面结构可用于捕获在接触表面处产生的碎屑。这使得有可能限制与来自轴或轴承表面的颗粒有关的磨料磨损。
EP1411145描述了包括防咬合表面涂层的轴的一个示例。该文献描述了包括彼此相连的峰和凹坑的表面粗糙度。换句话说，该文献没有描述由一组分离的微腔形成的微纹理。
US2003/128903描述了一种装备有内燃机的机械系统，该机械系统包括两个滑动元件，例如轴承和联接至该轴承的轴。作为示例，轴承可以由CuPb、AlSiSn或类似合金制成。滑动元件中的至少一个包括由一组分离的微腔形成的微纹理。该文献中提到的唯一的涂层实例是MoS2，表明使用这种涂层很昂贵，并且由于其磨损而无法获得足够的耐久性。该文献没有考虑使用涂层作为令人满意的解决方案，而是寻求具有微腔的替代方案。
FR2974399描述了装备有内燃机的机械系统的另一示例，该机械系统包括铰接在曲轴连杆上的活塞轴。活塞轴具有DLC型涂层和表面纹理，包括形成润滑剂排放通道的凹槽和一组相交的条纹。这种纹理化是复杂的，因此实施起来很昂贵。另外，该文献不包括任何证明达到性能的测试，也不包括与纹理尺寸有关的任何数值。
WO2007/031160描述了装备有内燃机的机械系统的另一示例，该机械系统包括两个元件，它们的接触表面彼此摩擦。第一元件可以是曲轴耳轴或活塞轴，而第二元件可以是连杆钻孔。
优选地，一个元件包括具有干润滑特性的表面涂层，而另一个元件包括旨在捕获来自涂层和/或附加液体润滑剂的碎屑的空腔。根据具体实施例，两个元件都包括空腔。
再一次，该文献没有提供任何证明达到性能的测试。此外，该文献没有具体提及用于在使用时获得令人满意的性能的腔的尺寸特征。
因此，尚未针对所讨论的应用证明上述解决方案的功效。此外，这些解决方案可能需要大量的生产成本。
本发明的目的是就抗咬合和磨损提出一种令人满意的解决方案。
为此，本发明的一个目的是一种机械系统，特别是装备有内燃机的机械系统，该机械系统包括轴承和联接至该轴承的轴，并且该轴的承受的平均接触压力小于200MPa，其特征在于，该轴至少包括一个区域，所述区域设有：
-抗咬合表面涂层，所述抗咬合表面涂层的表面硬度至少是所述轴承的两倍，以及
-微纹理，所述微纹理由分布在所述区域内的一组分离的微腔形成。
根据本发明的其他有利特征，单独或组合考虑：
-所述轴的抗咬合表面涂层的表面硬度至少是所述轴承的三倍。
-所述轴的抗咬合表面涂层的表面硬度至少是所述轴承的六倍。
-每个所述微腔的最大长度在15到100微米之间，深度在50nm到100μm之间。因此，微腔的深度可以选择性地大于或小于表面涂层的厚度。
-每个微腔具有小于或等于1的形状比，所述形状比被定义为深度与最大长度之间的比。
-所述微腔以5％至30％之间的表面密度分布在所述区域内，该表面密度被定义为所述微腔的总面积与包括这些微腔的所述区域的总面积之比。
-外部微腔的深度小于所述表面涂层的厚度。换句话说，外部微腔限于涂层的厚度。
-外部微腔的深度大于表面涂层的厚度。换句话说，外部微腔可渗透到在所述涂层下面的所述轴的基础材料中。
-所有微腔的具有相同的几何形状、相似的尺寸(深度、长度或直径)。在实践中，微腔尺寸之间的相似程度取决于所用微纹理化工艺的精度。在本发明的上下文中，假设当尺寸变化保持在微腔的平均尺寸的两倍(X 2＝+100％)和一半(除以2＝-50％)之间时，微腔具有相似的尺寸。例如，此定义不包括下一个小数位(X10＝+900％)或上一个小数位(除以10＝-90％)的尺寸变化。
-所有的微腔至少包括：具有第一几何形状的第一类型的微腔；以及具有不同于第一几何形状的第二几何形状、具有不同的形状和/或尺寸的第二类型的微腔。这些形状特别对应于各种横截面：圆形、椭圆形、矩形、三角形等。在本发明的上下文中，假设当第二类型的微腔的尺寸大于第一类型的微腔的平均尺寸的两倍时(X2＝+100％)或小于第一类型的微腔的平均尺寸的一半(除以2＝-50％)时，第二类型的微腔具有不同尺寸。
-微腔以预定图案分布在所述区域内，从而在材料表面上形成矩形、正方形、三角形或六边形的微腔网络。在给定图案内，一个微腔的中心与相邻微腔的中心之间的间距是微腔的纵向尺寸(长度或直径)之一的值的1到10倍。
-微腔以随机图案分布在所述区域内。一个微腔的中心与相邻微腔的中心之间的间距随机地包含在微腔的纵向尺寸之一的值的0.1至10倍之间。
-所述轴具有圆柱形的外表面，所述外表面被表面涂层和微纹理完整覆盖。
-所述轴具有圆柱形的外表面，该圆柱形的外表面包括由表面涂层和微纹理覆盖的单个局部区域，该区域至少部分地覆盖旨在与轴承摩擦的表面部分。
-所述轴具有圆柱形的外表面，该圆柱形的外表面包括由表面涂层和微纹理覆盖的多个不同的区域，这些区域至少部分地覆盖了旨在与轴承摩擦的表面部分。
-抗咬合表面涂层的表面硬度至少是轴的表面硬度的两倍。
-抗咬合表面涂层由DLC类型的无定形碳制成。
-抗咬合表面涂层为氮化物类型(CrN、MoN等)。
-抗咬合表面涂层为碳化物类型(CrC、SiC，…)。
-所述轴是活塞轴，容纳在活塞内并在属于曲轴连杆的轴承内。
-所述轴是摇臂轴，容纳在属于摇臂的轴承内。
-所述轴是容纳在直线轴承中的耳轴。
-所述轴是容纳在大端轴承中的曲柄销。
-直线轴承/大端轴承可能配备有轴承壳。
-轴承可以由钢、铜或铜合金、铝或铝合金、复合材料等制成。
本发明的另一个目的是一种用于制造如上所述的机械系统的方法，其特征在于，该方法包括：
-涂覆步骤，所述涂覆步骤包括在轴的所述区域中施加抗咬合表面涂层，以及
-微纹理步骤，所述微纹理步骤包括在所述区域中形成所有微腔。
根据这种方法的不同实施例：
-在微纹理步骤之前实施涂覆步骤。
-在涂覆步骤之前实施微纹理步骤。
-仅在所述区域上施加表面涂层。
-仅在所述区域上施加微纹理。
-在上述区域以外施加表面涂层。
-在所述区域以外施加微纹理。
-使用维持恒定设置的微纹理设备执行微纹理步骤。例如，当微纹理设备是激光烧蚀机时，保持同样的激光束的功率、注量、重复频率和成形设置，以及激光束和轴之间的相对运动、激光束和轴之间的相对速度、和轴头和轴表面之间的距离。
-微纹理步骤是通过依次配置有两个不同设置的微纹理设备来实施的，或者是通过具有不同设置的两个微纹理设备来依次实施的，使得该组微腔至少包括：具有不同几何形状的第一类型的微腔和第二类型的微腔。
出乎意料的是，在接触压力领域，其中包括与轴承联接的轴的机械系统运行，即平均接触压力小于200MPa，微腔的深度可以大于或小于涂层的厚度，而不会降低文献的其余部分中提出的改进的防咬合性和耐磨性。同样，实施涂覆步骤和微纹理步骤的顺序对本发明提供的性能改善没有影响。
通过阅读下面的描述并参考附图，将更好地理解本发明，下面的描述仅作为非限制性示例给出，其中：
-图1是根据本发明的机械系统的透视图，其包括符合本发明的连杆和活塞轴；
-图2是轴沿着图1中的箭头II的正视图；
-图3是沿图2的线III-III的截面图；
-图4是图3中细节IV的放大图；
-图5是与图4相似的视图，用于本发明的第二实施例；
-图6是与图4相似的视图，用于本发明的第三实施例；
-图7和8是类似于图2和3的视图，用于本发明的第四实施例；
-图9和10是类似于图2和3的视图，用于本发明的第五实施例；
-图11和12是类似于图2和3的视图，用于本发明的第六实施例；
-图13至图18是示出微纹理的不同替代实施例的详细视图。
图1至图4示出了根据本发明的机械系统1，该机械系统1被设计为装备机动车辆的内燃机。
同样根据本发明，机械系统1包括连杆2和活塞轴10。
连杆2包括形成第一轴承3的大端和形成第二轴承4的小端，该小端包括界定圆柱形的钻孔6的青铜环5。
活塞轴10旨在被安装在轴承4中，更具体地被安装在青铜环5的钻孔6中。
替代地，轴承4可以不具有环5。然后，轴10被直接容纳在轴承4的钻孔中。
活塞轴10包括圆柱形的外表面11，该外表面11设有由DLC无定形碳制成的抗咬合涂层20的薄层。替代地，涂层20可以由氮化钼MoN或Mo2N或任何其他抗咬合材料制成。
涂层20构成具有摩擦学(tribological)功能的表面硬化处理。与未处理的轴相比，涂层20可以改善轴10的抗咬合性。换句话说，涂层20比表面11具有更好的抗咬合性的外表面21。
此外，涂层20的表面硬度大于轴10的表面11的表面硬度。优选地，涂层20的硬度至少是表面11的两倍。
此外，涂层20的表面硬度大于轴10的表面11的表面硬度。优选地，涂层20的硬度至少是表面11的两倍。
另外，涂层20的表面硬度大于轴承4的钻孔6的表面硬度。优选地，涂层20的硬度至少是轴承4的两倍。
因此，涂层20可以避免活塞轴10咬合在连杆3的轴承4中。
活塞轴10包括形成在表面11和涂层20之间的子层18。作为非限制性示例，子层18可以由铬或氮化铬组成。
活塞轴10还包括由一组均匀分布在表面11上的分离的微腔31(微米级腔)形成的外部微纹理30。微纹理30旨在降低涂覆的轴10和轴承4的磨损速度。实际上，降低磨损速度的主要挑战是保持涂层20的抗咬合特性和维持轴10与轴承4之间的间隙，并因此保持机械功能。
微腔31在表面11上形成不连续的外部图案。微腔31具有相同的几何形状，具有圆形横截面的圆顶形状，界定了其深度从圆顶边缘到中心减小的区域。
如图4所示，微纹理30形成在涂层20中，使得微腔31在涂层20的表面21处敞开。
每个微腔31具有基本相等的尺寸，考虑到激光束的精度，这些尺寸略有不同。在本发明的上下文中，假设当尺寸变化保持在微腔31的平均尺寸的两倍(X2＝+100％)和一半(除以2＝-50％)之间时，微腔31具有相似的尺寸。例如，此定义不包括下一个小数位(X10＝+900％)或上一个小数位(除以10＝-90％)的尺寸变化。
为了获得期望的性能，微腔31的直径在15到100微米之间、深度在50nm到100μm之间。当尺寸较小或较大时，轴10在轴承4中的摩擦学性能不令人满意。
有利地，每个微腔31具有小于或等于1的形状比。该形状比被定义为深度与最大长度之间的比，对于有效地降低轴10上的抗咬合涂层20的磨损速度以及轴承4的磨损而言，该形状比是最优的。
此外，微腔31以5至30％的表面密度分布在整个表面11上。该表面密度被定义为被微腔31覆盖的表面11的面积与表面11的总面积之比。
实际上，首先例如通过反应性或非反应性磁控管阴极溅射将子层18施加到表面11上。
接下来，例如通过根据物理气相沉积(PVD)工艺或等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)工艺的真空沉积将涂层20施加到层18上。
最后，使用LASER(受激辐射光放大)协议(protocol)，更具体地称为激光烧蚀，在涂层20的表面21上确定性地进行微纹理30。
或者，可以通过塑性变形复制(例如，使用具有要进行微纹理的正图案的工具)、化学处理(使用浇口或掩模)或通过任何其他能够使微纹理30在形状、尺寸、密度和分布方面达到期望特征的技术确定性地进行微纹理30。
在图1至图4的示例中，表面11被涂层20和微纹理30完全覆盖。换句话说，整个表面11可能形成具有涂层20和微纹理30的摩擦区域12。
在专用于活塞轴的试验台上进行了一系列测试，旨在模拟内燃机曲轴连杆中活塞轴的摩擦系统。该测试具有材料和微纹理尺寸的不同配置。已经制定了协议来区分测试的各种解决方案。
对于每次测试，被测试的轴均由表面硬度为635HV的淬火低合金钢制成。轴和轴承的直径为25mm，直径间隙为20±5μm。轴承的宽度为19mm。轴承配备有与轴10相对的环5。
一些轴具有氢化a-C：H型的DLC非晶碳涂层，在0.7μm厚的氮化铬亚层上的厚度为2μm。其他轴具有非氢化ta-C型DLC非晶碳涂层，在大约0.3μm厚的Cr子层上的厚度为0.7μm。DLC a-C：H涂层和轴的硬度比为3.5，而DLC ta-C涂层和轴的硬度比为7。
微纹理由飞秒激光产生的圆顶形微腔形成。
该测试是在加热到180℃的环境中，以15kN的负载(即分别对铝拮抗剂、铜拮抗剂和钢或涂层钢拮抗剂的施加赫兹压力37MPa、45MPa和52MPa)进行的。每次测试的时间为4小时。
测试在下面的表1、2和3中进行了详细说明。
表1示出了表面材料接触的影响。更具体地说，它示出了材料的硬度比、表面的观察、涂层的损坏以及轴和/或轴承(如果有)的磨损。被测表面不包含微纹理。由轴涂层的硬度比和轴承的硬度比定义的硬度比在1到20之间变化。
非纹理材料的各种配置均不符合规定。当涂层硬度Hv1至少是轴承表面硬度Hv2的两倍时(测试1-3、5)，这种不合规可能与轴上的涂层磨损有关。对于硬度比Hv1/Hv2小于或等于1，轴上涂层的剥落和轴承上15μm深的磨损也会使该配置不合格(测试4)。
这些例子说明了光滑表面所构成的问题以及拮抗剂硬度比的影响。
表2示出了微纹理密度对涂层轴的影响，其中硬度比在5和16.7之间。在轴上产生直径为50μm且深度为500nm的微腔。
介于5％和30％之间的密度(测试6至11、14至17和19至22)示出轴涂层的磨损非常小(<0.1μm)，这说明了本发明实现的有利效果。同时，无法测量轴承的磨损。因此，测试6至11、14至17和19至22的微纹理可对涂层轴提供保护，而不会导致轴承损坏，这与构成轴承材料的性质无关。
另一方面，对于密度超过30％(测试12、13、18和23)，在轴承上会观察到明显的磨损，因此将这些配置归类为不合规。
表3示出了微纹理的尺寸参数的影响，即微腔的尺寸(更大的长度)和深度。
用最大尺寸在50至90μm之间变化、深度为500nm至50μm的微纹理进行的测试24-32符合本发明的标准。对于这些测试，在轴涂层上测得的磨损极小(<0.1μm)。
用最大尺寸大于100μm的微纹理尺寸进行的测试33和34，有可能观察到测试33和34的轴上的涂层磨损，这使它们不符合本发明。
用专利FR2974399中描述的宏观纹理进行测试36。由于轴承磨损为4μm、轴磨损至少为0.2μm，因此显示不合格。该文献中描述的纹理不满足本发明所期望的标准，即保护轴和轴承的涂层不受磨损。
结果表中的列名称的说明：
A测试号
B轴上涂层的性质
C拮抗剂环的性质
D硬度比Hv1/Hv2
-HV1：轴的抗咬合表面涂层的硬度
-HV2：轴的拮抗剂轴承的硬度
E纹理类型
F纹理的密度(％)
G纹理尺寸(微米)
H深度(微米)
I形状因子
J轴磨损
K环磨损
L合规(C)或不合规(NC)
M不规的原因
表1–材料及其硬度对轴和轴承磨损的影响
A B C D E F G H I J K L M
1 a-C:H 铜 8.3 没有纹理 0％ 0 0 0 2.2μm 无法测量 NC 在轴上沉积磨损
2 a-C:H 铝 20 没有纹理 0％ 0 0 0 2.0μm 无法测量 NC 在轴上沉积磨损
3 a-C:H 钢 5 没有纹理 0％ 0 0 0 2.1μm 无法测量 NC 在轴上沉积磨损
4 a-C:H a-C:H 1 没有纹理 0％ 0 0 0 无法衡量 15μm NC 轴上沉积剥落+轴承磨损
5 ta-C 铜 16.7 没有纹理 0％ 0 0 0 0.8μm 无法测量 NC 在轴上沉积磨损
表2–微纹理密度对轴和轴承磨损的影响
A B C D E F G H I J K L M
6 a-C:H 铜 8.3 微腔 5％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
7 a-C:H 铜 8.3 微腔 8％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
8 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
9 a-C:H 铜 8.3 微腔 15％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
10 a-C:H 铜 8.3 微腔 20％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
11 a-C:H 铜 8.3 微腔 30％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
12 a-C:H 铜 8.3 微腔 35％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 5μm NC 轴承磨损
13 a-C:H 铜 8.3 微腔 40％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 8μm NC 轴承磨损
14 a-C:H 钢 5 微腔 5％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
15 a-C:H 钢 5 微腔 10％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
16 a-C:H 钢 5 微腔 20％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
17 a-C:H 钢 5 微腔 30％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
18 a-C:H 钢 5 微腔 40％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 2μm NC 轴承磨损
19 ta-C 铜 16.7 微腔 5％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
20 ta-C 铜 16.7 微腔 10％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
21 ta-C 铜 16.7 微腔 20％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
22 ta-C 铜 16.7 微腔 30％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
23 ta-C 铜 16.7 微腔 40％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 15μm NC 轴承磨损
表3–微纹理尺寸对轴和轴承磨损的影响
A B C D E F G H I J K L M
24 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 0.5 0.01 <0.1μm 无法测量 C N/A
25 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 5 0.1 <0.1μm 无法测量 C N/A
26 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 10 0.2 <0.1μm 无法测量 C N/A
27 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 20 0.4 <0.1μm 无法测量 C N/A
28 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 30 0.6 <0.1μm 无法测量 C N/A
29 a-C:H 钢 5 微腔 10％ 50 10 0.2 <0.1μm 无法测量 C N/A
30 ta-C 铜 16.7 微腔 10％ 50 10 0.2 <0.1μm 无法测量 C N/A
31 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 90 0.5 0.006 <0.1μm 无法测量 C N/A
32 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 90 50 0.556 <0.1μm 无法测量 C N/A
33 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 150 0.5 0.003 1.3μm 无法测量 NC 在轴上沉积磨损
34 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 150 5 0.033 1.4μm 无法测量 NC 在轴上沉积磨损
35 a-C:H 铜 8.3 微腔 10％ 50 0.05 0.001 <0.1μm 无法测量 C N/A
36 a-C:H 铜 8.3 螺旋纹理 10％ 450 250 0.56 0.2μm 4μm NC 轴承磨损
在图5至图18中示出了根据本发明的装备有的机械系统1的轴10的其他实施例。形成轴10的部分的一些元件与上述第一实施例的那些元件相当，并且为了简化起见，带有相同的数字参考。
图5示出了在表面11和涂层20之间没有子层的轴10。
图6示出了轴10，在涂覆步骤之前对其进行微纹理化步骤。在轴10的表面11上实施由微腔41形成的第一微纹理40。然后将涂层20的薄层施加到表面11上，使得涂层的表面21具有由微腔31形成的微纹理30，微腔31位于微腔41上方并具有基本相同的几何形状。更具体地，在施加涂层20之后，所得到的微腔31具有大致相同的形状，并且在施加了涂层20的情况下，与初始的微腔41相比，所得到的微腔31的尺寸具有非常微小的差异。
图7和图8示出了轴10，其表面11完全被涂层20覆盖，而微纹理30仅在表面11的一个中心区域12中实施。实际上，轴10与钻孔6之间的接触界面位于该区域12中。因此，可以通过将微纹理30限制在该区域12中来减少轴10的工期和制造成本。
图9和图10示出了轴10，其包括根据本发明的待处理的两个不同的区域12。区域12位于轴10的中心部分上的两个相对的角扇区中。每个区域12都具有涂层20和微纹理30，而表面11的其余部分不接受处理20和30，但是可以接受其他处理。例如，每个角扇区可以沿着介于15°和160°之间的角度延伸。替代地，轴10可以包括单个区域12，该单个区域例如沿着15°至240°之间的角扇区延伸。
图11和图12示出了轴10，对于该轴仅在中央区域12中对其进行处理20和30，而表面11的其余部分不接受处理20和30，但是可以接受其他处理。
在本发明的上下文中，“区域12”被定义为轴10的被涂层20和微纹理30两者覆盖的表面。涂层20可以延伸超出所述区域12。类似地，微纹理30可以延伸超出所述区域12。
优选地，区域12对应于轴10与轴承4之间的摩擦区域。区域12可以以可变的长度延伸超出摩擦区域。区域12也可以仅对应于摩擦区域的一部分。在这种情况下，其余的摩擦区域可以仅被涂层20或仅被微纹理30覆盖，或者根本不被修改。
图13示出了由具有矩形横截面的细长条纹形式的微腔32形成的微纹理30。
图14示出了由具有三角形横截面的微腔33形成的微纹理30。
图15示出了由具有椭圆形横截面的微腔34形成的微纹理30。
图16示出了由两种不同类型的微腔31和35形成的微纹理30。微腔31和35具有圆形横截面，但是微腔31的直径大于微腔35的直径。微腔31和微腔34具有不同的尺寸。
在本发明的上下文中，假设当第二类型的微腔35的尺寸大于第一类型的微腔31的平均尺寸的两倍(X2＝+100％)或小于第一类型的微腔31的平均尺寸的一半(除以2＝-50％)时，第二类型的微腔35具有不同的尺寸。在当前情况下，微腔35的直径小于微腔31的直径的一半。
图17示出了由两种不同类型的微腔31和微腔34形成的微纹理30。微腔31具有圆形横截面，而微腔34具有椭圆形横截面。微腔31和微腔34具有不同的形状。
在图16和图17中，不同类型的微腔以规则的行的方式交替地分布。可替代地，不同类型的微腔可以以其他几何图案确定性地分布。
图18示出了由微腔31形成的微纹理30，该微腔31随机地分布并且没有以预定的图案。作为非限制性示例，可以通过喷丸工艺来实现这种随机图案。
在图16和图17中，不同类型的微腔以规则的行的方式交替地分布。或者，不同类型的微腔可以以其他方案确定性地分布，或者如图18所示随机分布。
与实施例无关，机械系统1旨在在轴承4和轴10之间的界面处的平均接触压力低于200MPa下运行，该界面包括至少一个区域12，该区域12设有表面硬度至少是轴10的表面硬度11的两倍的防咬合表面涂层20，以及由一组分离的微腔形成的、在所述区域12内不连续地分布的微纹理30。
实际上，在不超出本发明的范围的情况下，机械系统1可以与图1至图18不同地配置。
此外，上述各种实施例和变型的技术特征可以整体地或对于它们中的一些彼此组合。
因此，机械系统1及其制造方法可以在成本、功能和性能方面进行调整。

Claims (16)

1.一种装备有内燃机的机械系统(1)，所述机械系统(1)包括轴承(4)和联接到所述轴承(4)的轴(10)，并且所述轴(10)承受小于200MPa的平均接触压力，其特征在于，所述轴(10)包括至少一个区域(12)，所述区域(12)设有：
-抗咬合表面涂层(20)，所述抗咬合表面涂层(20)的表面硬度至少是所述轴承(4)的表面硬度的两倍，以及
-微纹理(30)，所述微纹理(30)由分布在所述区域(12)内的一组分离的微腔(31、32、33、34、35)形成。
2.根据权利要求1所述的机械系统(1)，其特征在于，所述轴(10)的抗咬合表面涂层(20)的表面硬度至少是所述轴承(4)的表面硬度的三倍。
3.根据权利要求2所述的机械系统(1)，其特征在于，所述轴(10)的抗咬合表面涂层(20)的表面硬度至少是所述轴承(4)的表面硬度的六倍。
4.根据权利要求1-3任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，每个所述微腔(31、32、33、34、35)的最大长度在15到100微米之间、深度在50nm到100μm之间。
5.根据权利要求4所述的机械系统(1)，其特征在于，每个所述微腔(31、32、33、34、35)具有小于或等于1的形状比，所述形状比被定义为所述深度与所述最大长度之间的比。
6.根据权利要求1-5任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，所述微腔(31、32、33、34、35)以5％至30％之间的表面密度分布在所述区域(12)内，所述表面密度被定义为由所述微腔(31、32、33、34、35)覆盖的总面积与包括这些微腔(31、32、33、34、35)的所述区域(12)的总面积之比。
7.根据权利要求1-6任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，所述微腔(31、32、33、34、35)以预定图案分布在所述区域(12)内，从而在所述表面上形成矩形、正方形、三角形或六边形的微腔网络，其中，在单个图案内，微腔的中心与相邻微腔的中心之间的间距是所述微腔纵向尺寸之一的值的1到10倍之间。
8.根据权利要求1-6任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，所述微腔(31、32、33、34、35)以随机图案分布在所述区域(12)内，其中，微腔的中心与相邻微腔的中心之间的间距随机地在所述微腔的纵向尺寸之一的值的0.1至10倍之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，所述轴(10)具有圆柱形的外表面(11)，所述外表面(11)被所述表面涂层(20)和所述微纹理(30)完全覆盖。
10.根据权利要求1-8任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，所述轴(10)具有圆柱形的外表面(11)，所述外表面(11)包括由所述表面涂层(20)和所述微纹理(30)覆盖的单个局部区域(12)，所述区域(12)至少部分地覆盖了旨在与所述轴承(4)摩擦的表面(11)部分。
11.根据权利要求1-8任一项所述的机械系统(1)，其特征在于，所述轴(10)具有圆柱形的外表面(11)，所述外表面(11)包括由表面涂层(20)和微纹理(30)覆盖的多个不同的区域(12)，这些区域(12)至少部分地覆盖了旨在与所述轴承(4)摩擦的表面(11)部分。
12.一种用于制造根据权利要求1-11任一项所述的机械系统(1)的方法，其特征在于，所述方法包括：
-涂覆所述轴(10)的步骤，包括在所述轴(10)的所述区域(12)中施加抗咬合表面涂层(20)，以及
-微纹理所述轴(10)的步骤，包括在所述轴(10)的所述区域(12)中形成所有的微腔(31、32、33、34)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述涂覆步骤在所述微纹理化步骤之前实施。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述微纹理步骤在所述涂覆步骤之前实施。
15.根据权利要求12-14任一项所述的方法，其特征在于，所述微纹理步骤是通过维持恒定设置的微纹理设备实施的。
16.根据权利要求12-14任一项所述的方法，其特征在于，所述微纹理步骤是通过依次配置有两个不同设置的微纹理设备来实施的，或者是通过具有不同设置的两个微纹理设备来依次实施的，从而所有微腔(31、32、33、34、35)至少包括具有不同几何形状的第一类型的微腔(31)和第二类型的微腔(34、35)。
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