AT392131B

AT392131B - MULTI-MATERIAL COMPOSITE SLIDING BEARING

Info

Publication number: AT392131B
Application number: AT0025987A
Authority: AT
Original assignee: Fuerstlich Hohenzollernsche We
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1991-01-25
Also published as: GB2186923B; GB2186923A; ATA25987A; DE3604148A1; GB8702950D0

Description

AT392 131BAT392 131B

Eine der wichtigsten werkstofflichen Ausführungen von Verbundgleitlagem stellen Lagerschalen, bestehend aus einer Stahlstützschale und einer Gleitmetallschicht aus Aluminium-Zinn-Legierung dar, deren Zinn-Gehalt zwischen 6 und 40 % liegt.One of the most important material versions of composite plain bearings are bearing shells, consisting of a steel support shell and a sliding metal layer made of aluminum-tin alloy, the tin content of which is between 6 and 40%.

In den meisten Fällen ist es erforderlich, die Lauffläche der Lager zusätzlich mit einer meist galvanisch aufgebrachten Schicht von 20 bis 40 μιη Dicke aus einer Legierung zu versehen, die eine wesentlich geringere Härte als das Aluminium-Zinn aufweist. Das Alminium-Zinn-Gleitmetall ist nämlich nur in sehr begrenztem Maße in der Lage, sich in der Einlaufphase an die Stahlwelle anzupassen. Der Anpassungsvorgang besteht im wesentlichen in einer plastischen Verformung und auch einem teilweisen Abrieb der Gleitschicht. Aluminium-Zinn-Legierungen, insbesondere solche mit Zinngehalten zwischen 6 und 20 %, passen sich kaum plastisch an die Welle an und werden in den durch geometrische Unvollkommenheiten von Lagerschale und Welle im Mischreibungszustand befindlichen Bereichen der Gleitfläche auch nicht unter gleichzeitiger Glättung der Lauffläche äbgerieben, sondern es kommt in den harttragenden Bereichen zu einer Aufrauhung, unter ungünstigen Bedingungen sogar zu einer Riefenbildung. Durch diese Veränderungen der Lauffläche wird die Ausbildung eines Schmiermittelfilmes von gleichmäßiger Dicke beeinträchtigt und örtliche Mischreibungen, die nur auf die Einlaufphase beschränkt sein sollten, bleiben bestehen, sodaß nach relativ kurzen Laufzeiten bereits erhebliche Lagerschäden auftreten können.In most cases, it is necessary to additionally provide the running surface of the bearings with a mostly galvanically applied layer of 20 to 40 μm thickness made of an alloy that has a much lower hardness than the aluminum tin. The aluminum-tin sliding metal is only able to adapt to the steel shaft to a very limited extent during the running-in phase. The adaptation process essentially consists of a plastic deformation and also a partial abrasion of the sliding layer. Aluminum-tin alloys, especially those with a tin content between 6 and 20%, hardly adapt plastically to the shaft and are not rubbed off in the areas of the sliding surface due to geometrical imperfections of the bearing shell and shaft, even with simultaneous smoothing of the running surface, instead, roughening occurs in the hard-bearing areas and, under unfavorable conditions, even scoring. As a result of these changes in the running surface, the formation of a lubricant film of uniform thickness is impaired and local mixed friction, which should only be limited to the running-in phase, remains, so that considerable bearing damage can already occur after relatively short running times.

Um das Anpassungsverhalten des Lagers durch Aufbringen einer weichen galvanischen Schicht zu verbessern, mußte bei einem bekannten Lager dieser Art das Problem der elektrochemischen Abscheidung von Legierungen auf Blei- und Zinnbasis auf Aluminium-Zinn-Gleitmetall gelöst werden. Wegen der überaus starken Passivierungsneigung des Aluminiums ist es nicht möglich, eine Direktabscheidung auf die Aluminium-Zinn-Oberfläche vorzunehmen. Um die von der galvanischen Schicht geforderte hohe Haftfestigkeit zu erreichen, muß vielmehr zunächst auf das Aluminium-Zinn aus einem alkalischen Bad stromlos ein Zementationsniederschlag von Zink aufgebracht werden und auf diesen wiederum durch elektrochemische Abscheidung eine ca. 5 pm dicke Nickelschicht.In order to improve the adaptation behavior of the bearing by applying a soft galvanic layer, the problem of the electrochemical deposition of lead-based and tin-based alloys on aluminum-tin sliding metal had to be solved in a known bearing of this type. Due to the extremely strong tendency of aluminum to passivate, it is not possible to carry out a direct deposition on the aluminum-tin surface. In order to achieve the high adhesive strength required by the galvanic layer, a cementation deposit of zinc must first be applied electrolessly to the aluminum tin from an alkaline bath, and an approximately 5 pm thick nickel layer on this in turn by electrochemical deposition.

Diese Nickelschicht stellt dann den Haftgrund für die 30 bis 60 μπι Laufschicht aus Blei-Zinn, Blei-Zinn-Kupfer oder Zinn-Antimon dar.This nickel layer then represents the adhesive base for the 30 to 60 μm running layer made of lead-tin, lead-tin-copper or tin-antimony.

Das Nickel hat somit bei Stahl-Aluminium-Zinn-Galvanik-Lagem eine einfachere Aufgabe als bei Stahl-Bleibronze-Galvanik-Lagem, bei welchen der sogenannte Nickelsperrdamm zusätzlich zur Sicherstellung einer guten Haftung der Laufschicht noch eine Diffusionsbarriere zwischen dem Kupfer der Bleibronze und dem Zinn der Galvanikschicht darstellt, um die Bildung von spröden intermetallischen Kupfer-Zinn-Phasen zu verhindern.The nickel thus has a simpler task with steel-aluminum-tin-electroplating layers than with steel-lead-bronze-electroplating layers, in which the so-called nickel barrier dam also has a diffusion barrier between the copper of the lead bronze and that to ensure good adhesion of the running layer Tin of the electroplating layer to prevent the formation of brittle intermetallic copper-tin phases.

Nickel als Haftgrundlage auf Aluminium-Zinn hat sich bei dem bekannten Lager seit langem bewährt, wenn mit oberflächengehärteten Wellenzapfen gearbeitet wird, wie dies bei kleineren Motoren der Fall ist. In solchen Fällen ist es relativ ungefährlich, wenn nach längeren Laufzeiten die weiche Galvanikschicht örtlich bis auf die Nickelschicht verschleißt und die Welle mit dem Nickel in Berührung kommt. Anders hingegen liegen die Verhältnisse bei großen Dieselmotoren mit weichen Zapfen.Nickel as an adhesive base on aluminum-tin has long proven itself in the known bearing when working with surface-hardened shaft journals, as is the case with smaller motors. In such cases it is relatively harmless if after a long period of operation the soft electroplating layer wears down to the nickel layer and the shaft comes into contact with the nickel. However, the situation is different for large diesel engines with soft pins.

Das im bekannten Lager galvanisch abgeschiedene Nickel hat eine Härte von ca. 320 HV und liegt damit höher als die Oberflächenhärte nicht oberflächengehärteter Wellen. Erreicht der Wellenzapfen nach Verschleiß der galvanischen Schicht den Nickelhaftgrund, so gleiten zwei nahezu gleich harte Werkstoffe, die sich zudem metallurgisch sehr ähnlich sind, aufeinander. Diese ungünstige Gleitpaarung führt zu einem Verschleiß des Wellenzapfens, der sich zunächst als Aufrauhung, im fortgeschrittenen Stadium schließlich als Riefenbildung bemerkbar macht.The galvanically deposited nickel in the known bearing has a hardness of approx. 320 HV and is therefore higher than the surface hardness of non-surface hardened shafts. If the shaft journal reaches the nickel base after wear of the galvanic layer, two almost equally hard materials, which are also very similar metallurgically, slide on top of each other. This unfavorable pairing of sliding leads to wear of the shaft journal, which first manifests itself as roughening, and finally in the advanced stage as scoring.

Da die Nickelschicht die beachtliche Dicke von ca. 5 pm besitzt, kann nicht davon ausgegangen werden, daß die Welle nur für eine relativ kurze Laufzeit in Kontakt mit der Nickelschicht bleibt und danach die gleitfreundliche Aluminium-Zinn-Schicht erreicht wird, von der jetzt, da der Einlaufvorgang beendet und ein gleichmäßiges Tragbild im Lager entstanden ist, keine Gefahren mehr ausgehen würden. Wegen der Dicke der Nickelschicht dehnen sich vielmehr bei fortschreitendem Verschleiß der galvanischen Blei-Zinn-Kupfer-Laufschicht die Flächen der freigelegten Haftgrundschicht aus und die Welle läuft schließlich großflächig auf Nickel. In diesem Stadium ist die Welle sehr gefährdetSince the nickel layer has a remarkable thickness of approx. 5 pm, it cannot be assumed that the shaft will only remain in contact with the nickel layer for a relatively short period of time and then the sliding-friendly aluminum-tin layer, from which now, Since the running-in process has ended and a uniform contact pattern has been created in the warehouse, there would be no further dangers. Rather, because of the thickness of the nickel layer, as the galvanic lead-tin-copper running layer wears out, the surfaces of the exposed primer layer expand and the shaft eventually runs over a large area on nickel. At this stage the wave is very vulnerable

Man muß davon ausgehen, daß durch den zunehmenden Schwerölbetrieb auch bei Viertakt-Dieselmotoren und die dadurch bedingte Verschmutzung des Schmieröles mit chemisch aggressiven Stoffen, sowie mit erodierend wirkenden Ruß- und metalloxidischen Partikeln die Gefahr eines relativ schnellen Verschleißes der Blei-Zinn-Kupfer-Laufschicht gewachsen istOne has to assume that the increasing heavy oil operation also with four-stroke diesel engines and the resulting contamination of the lubricating oil with chemically aggressive substances, as well as with eroding soot and metal oxide particles, the risk of relatively rapid wear of the lead-tin-copper running layer has grown

So wurde die Erfahrung gemacht, daß unter ungünstigen Bedingungen schon nach einigen tausend Betriebsstunden der Nickeldamm freiliegt und eine deutliche Aufrauhung der Welle eingetretsn istExperience has shown that under unfavorable conditions the nickel dam is exposed after a few thousand hours of operation and that the shaft has roughened considerably

Neben ihrer unerwünscht hohen Härte zeigt die Nickelschicht des bekannten Lagers noch in anderer Hinsicht ein sehr nachteiliges Verhalten. Bei den im Lager herrschenden Betriebstemperaturen, die bis auf 140 °C ansteigen können, bilden sich im Laufe von einigen tausend Betriebsstunden zwischen Nickel und Zinn die intermetallischen Phasen Ni^Sn und NißSn2 mit der im Vergleich zu reinen Nickelschicht noch wesentlich höheren Härte von 500 bis 600 HV. Diese intermetallische Verbindungsschicht kann bis auf einige Mikrometer Dicke anwachsen. So wurde zum Beispiel am Pleuellager eines mittelschnellaufenden Dieselmotors nach 18000 Betriebsstunden eine intermetallische Schicht zwischen dem Nickeldamm und der Blei-Zmn-Kupfer-Laufschicht -2-In addition to its undesirably high hardness, the nickel layer of the known bearing also shows very disadvantageous behavior in other respects. At the operating temperatures prevailing in the warehouse, which can rise to 140 ° C, the intermetallic phases Ni ^ Sn and NißSn2 form between nickel and tin in the course of a few thousand hours of operation, with a hardness of 500 to even higher than that of a pure nickel layer 600 HV. This intermetallic compound layer can grow to a few micrometers in thickness. For example, on the connecting rod bearing of a medium-speed diesel engine, an intermetallic layer between the nickel dam and the lead-zinc-copper running layer was formed after 18,000 operating hours.

AT392 131 B von 3 μιη Dicke gefunden. Das Dickenwachstum dieser Schicht schreitet mit etwa gleichbleibender Geschwindigkeit fort.AT392 131 B of 3 μm thickness found. The growth in thickness of this layer proceeds at approximately the same rate.

Erfolgt der Verschleiß der B lei-Zinn-Kupfer-Laufschicht relativ schnell, so hat sich bis zum Erreichen des Nickeldammes zunächst noch wenig intermetallische Phase gebildet. Erfolgt der Verschleiß hingegen langsam, so kommt die Welle mit einer inzwischen auf einige Mikrometer Dicke angewachsenen intermetallischen Schicht in Berührung, die dann eine starke Abrasion der Welle bewirkt.If the lead-tin-copper running layer wears out relatively quickly, little intermetallic phase has initially formed until the nickel dam is reached. If, on the other hand, the wear is slow, the shaft comes into contact with an intermetallic layer that has now grown to a few micrometers in thickness, which then causes the shaft to be severely worn.

Wegen des allmählichen Wachstums der intermetallischen Verbindungsschicht ist auch der Wiedereinbau der bekannten Aluminium-Zinn-Galvaniklager mit Nickeldamm mit einer großen Gefahr verbunden. Wird nämlich ein Lager aus irgendeinem Grunde nach einer längeren Laufzeit, etwa nach 15000 Laufstunden ausgebaut und die galvanische Schicht ist noch auf der gesamten Gleitfläche erhalten, d. h. der Nickeldamm ist noch nicht freigelegt, so wird das Lager in der Regel wieder eingebaut, da man davon ausgeht, daß es in der Lage ist, sich erneut an die Welle anzupassen. Da sich nach einer derartig langen Laufzeit bereits eine sehr harte intermetallische Schicht auf dem Nickeldamm gebildet hat, muß damit gerechnet werden, daß die Welle nach Durchlaufen der noch vorhandenen restlichen Blei-Zinn-Kupfer-Laufschicht die intermetallische Phase erreicht und wegen deren erheblichen Schichtdicke längere Zeit einer verstärkten Abrasionswirkung ausgesetzt istBecause of the gradual growth of the intermetallic compound layer, the reinstallation of the well-known aluminum-tin electroplating bearing with nickel dam is associated with a great danger. If, for some reason, a bearing is removed after a longer period of time, such as after 15,000 hours of operation, and the galvanic layer is still preserved on the entire sliding surface, i.e. H. the nickel dam is not yet exposed, so the bearing is usually reinstalled, since it is assumed that it will be able to adapt to the shaft again. Since a very hard intermetallic layer has already formed on the nickel dam after such a long running time, it must be expected that the shaft will reach the intermetallic phase after passing through the remaining lead-tin-copper running layer and longer due to its considerable layer thickness Exposed to increased abrasion

Die Bildung der intermetallischen Nickel-Zinn-Schicht hat neben der hohen Verschleißwirkung noch einen weiteren Nachteil. Der Zinngehalt der intermetallischen Schicht aus ^Sn und Ni3Sn2 liegt bei ca. 50 Gewichtsprozent Zinn. Dieser Zinngehalt wird der Blei-Zinn-Kupfer-Schicht entzogen. Geht man von einer ursprünglichen 30 μιη dicken Blei-Zinn-Kupfer-Schicht mit 10 % Zinn aus, die bis auf eine mittlere Schichtdicke von 15 pm verschlissen worden ist, wobei sich gleichzeitig eine intermetallische Nickel-Zinn-Schicht von 2 μτη gebildet hat, so bedeutet dies, daß der Zinngehalt der Blei-Zinn-Kupfer-Schicht im Mittel um ca. 2 % gesunken ist An Stellen stärkeren Verschleißes kann die Zinn-Verarmung noch wesentlich höher liegen.The formation of the intermetallic nickel-tin layer has another disadvantage in addition to the high wear effect. The tin content of the intermetallic layer made of ^ Sn and Ni3Sn2 is approx. 50 percent by weight tin. This tin content is extracted from the lead-tin-copper layer. If one assumes an original 30 μm lead-tin-copper layer with 10% tin, which has been worn down to an average layer thickness of 15 μm, an intermetallic nickel-tin layer of 2 μm having formed at the same time, this means that the tin content of the lead-tin-copper layer has decreased on average by approx. 2%. In places of greater wear, the tin depletion can be much higher.

Mit abnehmendem Zinngehalt sinken aber sowohl die Korrosionsbeständigkeit wie auch die Härte der galvanischen Laufschicht. Diese Eigenschaftsverschlechterung der Laufschicht wirkt sich besonders bei Schwerölbetrieb mit seinen aggressiven und partikelreichen, abrasiven Verbrennungsprodukten aus.With decreasing tin content, however, both the corrosion resistance and the hardness of the galvanic running layer decrease. This deterioration in the properties of the overlay particularly affects heavy oil operation with its aggressive and particle-rich, abrasive combustion products.

Die zahlreichen Nachteile des Nickeldammes bei den bekannten Aluminium-Zinn-Lagem haben dazu geführt, daß namhafte Hersteller von Großdieselmotoren in Ermangelung eines anderen Haftgrundes als Nickel dazu übergegangen sind, auf die Blei-Zinn-Kupfer-Laufschicht ganz zu verzichten und die Welle direkt auf dem Aluminium-Zinn laufen zu lassen. Das hieimit zweifellos verbundene Risiko wird im Vergleich zu den Gefahren, die vom Nickeldamm ausgehen, noch als geringer eingeschätzLThe numerous disadvantages of the nickel dam in the known aluminum-tin layers have led to well-known manufacturers of large diesel engines, in the absence of a bonding agent other than nickel, having completely abandoned the lead-tin-copper running layer and the shaft directly to let the aluminum tin run. The risk undoubtedly associated with this is still estimated to be lower compared to the dangers posed by the nickel dam

Die Probleme, die sich für den Nickeldamm auf Aluminium-Zinn ergeben, entstehen grundsätzlich auch bei Stahl-Bleibronze-Galvaniklagem, bei denen das Nickel als Diffusionssperrschicht eingesetzt wird. Da man bei diesen Lagern aber mit einer Speirdammdicke von 2 bis 3 μπι auskommt, sind zumindest die Gefahren, die von der reinen Nickelschicht ausgehen, geringer als bei dem doppelt so dicken Nickeldamm der Aluminium-Zinn-Lager. Für Bleibronze-Galvaniklager gilt es festzustellen, daß Nickel als Diffusionssperre zwar die Bildung der extrem schädlichen CugSn^-Phase verhindert, aber es selbst mit Zinn auch eine bei Lagerbetriebstemperaturen nicht zum Stillstand kommende Reaktion zeigt.The problems that arise for the nickel dam on aluminum-tin also arise in principle with steel-lead bronze electroplating systems, in which the nickel is used as a diffusion barrier layer. However, since one can get by with a spear dam thickness of 2 to 3 μm in these bearings, at least the dangers emanating from the pure nickel layer are lower than with the nickel dam of the aluminum-tin bearing, which is twice as thick. For lead bronze electroplating bearings, it should be noted that nickel, as a diffusion barrier, prevents the formation of the extremely harmful CugSn ^ phase, but it also shows a reaction with tin that does not come to a standstill at storage operating temperatures.

Diese Nachteile von Nickel als Haftgrund für Blei-Zinn-Kupfer mußten bisher in Kauf genommen werden, weil der Nickeldamm nicht durch ein anderes Metall ersetzt werden konnte.Until now, these disadvantages of nickel as a primer for lead-tin-copper had to be accepted because the nickel dam could not be replaced by another metal.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verbund-Gleitlager der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das nicht nur die oben beschriebenen Nachteile beseitigt, sondern die Voraussetzungen dafür schafft, daß bei fortlaufendem Verschleiß der weichen galvanischen Lagerlaufschicht die glatte und weiche Wellenoberfläche ohne jede Schädigung die Haftschicht durchlaufen kann, um schließlich unter dauerhaften, guten hydrodynamischen Gleitlagerbedingungen auf der Gleitmetallschicht zu laufen.The object of the invention is to provide an improved composite plain bearing of the type described, which not only eliminates the disadvantages described above, but also creates the conditions for the smooth and soft shaft surface without any damage to the continuous wear of the soft galvanic bearing surface Adhesive layer can run through to finally run on the sliding metal layer under permanent, good hydrodynamic sliding bearing conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbund-Gleitlager gelöst, bei dem sich zwischen dem Gleitmetall und der galvanisch abgeschiedenen Laufschicht eine haftvermittelnde Schicht aus galvanisch abgeschiedenem Eisen befindet, die eine Härte von 120 bis 200 Vickers-Einheiten aufweist.This object is achieved according to the invention by a composite plain bearing in which there is an adhesion-promoting layer made of galvanically deposited iron between the sliding metal and the galvanically deposited running layer, which has a hardness of 120 to 200 Vickers units.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Lagers ist es, daß die galvanisch abgeschiedene Eisenschicht eine Dicke aufweist von nur etwa 1 bis 3 pm, wobei eine mittlere Schichtdicke von 2 pm bevorzugt wird.An additional advantage of the bearing according to the invention is that the electrodeposited iron layer has a thickness of only about 1 to 3 pm, an average layer thickness of 2 pm being preferred.

Der Vorteil einer Haftgrundlage aus Eisen besteht gegenüber einer aus Nickel zunäscht einmal in der geringeren Härte und in der geringeren Schichtdicke. Vorteilhaft ist ferner bei diesem erfindungsgemäßen Lager, daß die durch Wärmebehandlung erreichte niedere Härte dazu führt, daß die Eisenschicht nahezu frei ist von sogenanntem effusiblen, d. h. zum Austritt aus dem Metall befähigten Wasserstoff, während eine Nickelschicht, auf welche sofort die galvanische Laufschicht abgeschieden werden muß, den gesamten aufgenommenen Wasserstoff noch enthält. Die Lager mit Eisen-Haftgrund zeigen somit keinerlei Blasenbildung in der galvanisch abgeschiedenen Laufschicht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Laufschicht bei Lagern mit Nickel-Haftgrund mit einer Vielzahl kleiner Bläschen durchsetzt ist, die durch den entstehenden Wasserstoff beim Galvanisieren des Nickelhaftgrundes entstanden sind. Tritt der Wasserstoff erst beim Einsatz der Lager im Motor aus, so wird die Belastbarkeit der Laufschicht herabgesetzt. Dieser Nachteil wird beim erfindungsgemäßen Lager somit vermieden. Dieser bedeutende Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Lager und einem Lager -3-The advantage of an adhesive base made of iron compared to one made of nickel is the lower hardness and the reduced layer thickness. It is also advantageous in this bearing according to the invention that the low hardness achieved by heat treatment leads to the iron layer being virtually free of what is known as effusible, ie. H. Hydrogen capable of escaping from the metal, while a nickel layer, onto which the galvanic running layer must be immediately deposited, still contains all of the hydrogen absorbed. The bearings with an iron primer therefore show no blistering in the galvanically deposited running layer. In this context, it should be pointed out that the running layer in bearings with a nickel adhesive base is interspersed with a large number of small bubbles which have arisen as a result of the hydrogen formed during the electroplating of the nickel adhesive base. If the hydrogen only escapes when the bearings are used in the engine, the load capacity of the overlay is reduced. This disadvantage is thus avoided in the bearing according to the invention. This significant difference between the bearing according to the invention and a bearing -3-

AT 392131B mit Nickel-Haftschicht kann leicht sichtbar gemacht werden, wenn die Lager bei der Ausführung nach der Abscheidung der Laufschicht zwei bis drei Stunden auf 140 °C erwärmt werden.AT 392131B with a nickel adhesive layer can be made easily visible if the bearings are heated to 140 ° C for two to three hours after the running layer has been deposited.

Um die gewünschte niedere Hälfte des Eisen-Haftgrundes zu gewährleisten, ist es notwendig, daß die Kristallstruktur der galvanisch abgeschiedenen Eisenschicht eine herabgesetzte Versetzungsdichte aufweist gegenüber dem Zustand nach der galvanischen Abscheidung. Auf welche Weise diese niedrige Härte erzielt wird, wird weiter unten erläutertIn order to ensure the desired lower half of the iron adhesive base, it is necessary that the crystal structure of the electrodeposited iron layer has a reduced dislocation density compared to the state after the electrodeposition. How this low hardness is achieved is explained below

Es ist bekannt, daß Eisen eine gute Diffusionssperre zwischen Kupfer und Zinn darstellt und es wurde deshalb auch als Diffusionssperrdamm auf Bleibronze in Vorschlag gebracht (Deutsche Patentanmelung P 35 18 799.9). Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, was bisher nicht bekannt war, daß Eisen auch als Haftgrund für galvanische Schichten auf Aluminium-Zinn-Lagermetall eingesetzt werden kann. Einschlägige Untersuchungen konnten bisher nicht einmal im Labormaßstab durchgeführt werden, da es nicht gelang, festhaftende Eisenschichten auf Aluminium-Zinn-Lagermetall abzuscheiden. Überraschenderweise ist es nunmehr gelungen, ein galvanisches Verfahren zu entwickeln, bei dem die Eisenschicht ohne Verschlechterung ihrer Haftvermittlungseigenschaften so behandelt wird, daß sie die Weichheit von chemisch reinem Eisen erlangt und auch bei einer Dicke von nur 2 pm noch eine vollständig geschlossene Schicht darstellt. Dies wird dadurch erreicht, daß vor der Abscheidung der Eisenschicht auf dem Zinn-Aluminium-Lagermetall aus einem Zinkbad stromlos eine Zinkschicht abgeschieden wird, diese vor der galvanischen Eisenabscheidung teilweise wieder aufgelöst wird und daß nach dem galvanischen Aufbringen der Eisenschicht diese einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Es ist dabei zweckmäßig, daß die Abscheidung der Eisenschicht aus einem Eisenchloridbad erfolgt Die Abscheidungstemperatur soll bei 85 bis 110 °C, vorzugsweise bei 95 °C liegen.It is known that iron is a good diffusion barrier between copper and tin and it has therefore been proposed as a diffusion barrier on lead bronze (German Patent Application P 35 18 799.9). Surprisingly, it has now been shown what was not previously known that iron can also be used as a primer for galvanic layers on aluminum-tin bearing metal. Relevant investigations have so far not even been carried out on a laboratory scale, since it has not been possible to deposit firmly adhering iron layers on aluminum-tin bearing metal. Surprisingly, it has now been possible to develop a galvanic process in which the iron layer is treated without deteriorating its adhesion-promoting properties in such a way that it acquires the softness of chemically pure iron and is still a completely closed layer even at a thickness of only 2 μm. This is achieved in that before the deposition of the iron layer on the tin-aluminum bearing metal, a zinc layer is electrolessly deposited from a zinc bath, this is partially dissolved again before the galvanic iron deposition and that after the galvanic application of the iron layer, it is subjected to a heat treatment. It is expedient for the iron layer to be separated from an iron chloride bath. The deposition temperature should be 85 to 110 ° C., preferably 95 ° C.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die abgeschiedene Zinkschicht zu 20 bis 40 % wieder aufgelöstAccording to a preferred embodiment, the deposited zinc layer is redissolved to 20 to 40%

Die Abscheidung des Eisens auf der Aluminium-Zink-Oberfläche aus einem stark saueren Chloridbad von 95 bis 105 °C erfolgt nach einer vorherigen Zementationsbehandlung in einer Natriumzinkatlösung. Die hohe Temperatur ist erforderlich, um eine Eisenschicht mit möglichst wenig mechanischen Eigenspannungen von gleichmäßiger Schichtdicke zu erzeugen. Die Dauer der Zinkatbeizbehandlung muß so bemessen sein, daß ein Teil der Zinkschicht in dem heißen Eisenchloridbad wieder chemisch gelöst werden kann, bevor die Eisenabscheidung beginnt. Nur bei Einhaltung dieser Regel wird eine Eisenschicht von hoher Haftfestigkeit erreichtThe iron is deposited on the aluminum-zinc surface from a strongly acidic chloride bath at 95 to 105 ° C after a previous cementation treatment in a sodium zincate solution. The high temperature is necessary in order to produce an iron layer with as little mechanical residual stress as possible and of a uniform layer thickness. The duration of the zincate pickling treatment must be such that part of the zinc layer can be chemically dissolved in the hot iron chloride bath before the iron deposition begins. An iron layer of high adhesive strength can only be achieved if this rule is observed

Nach der Abscheidung des Eisens wird der galvenische Prozeß unterbrochen und die eisenbeschichteten Lagerschalen einer Wärmebehandlung unterzogen zwischen 250 und 300 °C, vorzugsweise bei 280 °C. Bei einer derartigen dreistündigen Wärmebehandlung sinkt die Härte der Eisenschicht von 300 bis 350 auf 125 bis 135 Vickers-Einheiten.After the deposition of the iron, the galvanic process is interrupted and the iron-coated bearing shells are subjected to a heat treatment between 250 and 300 ° C, preferably at 280 ° C. With such a three-hour heat treatment, the hardness of the iron layer drops from 300 to 350 to 125 to 135 Vickers units.

Es ist dabei nicht erforderlich, diese Wärmebehandlung unter Schutzgas durchzuführen, sondern es kann unter Luftzutritt erwärmt werden. Es bildet sich dann auf der Eisenoberfläche eine blaue Anlauf-Oxid-Schicht. Mit dieser Anlauf-Schicht wird der galvanische Prozeß fortgesetzt Die Eisenoberfläche wird durch kurzes Eintauchen in verdünnte Salzsäure abgebeizt und für die Abscheidung der galvenischen Laufschicht aktiviert. Die verbleibende Schichtdicke des Eisens beträgt 1,5 bis 2,5 Mikrometer. Nunmehr kann die galvanische Laufschicht in gleicher Weise wie auf Nickel abgeschieden werden.It is not necessary to carry out this heat treatment under protective gas, but it can be heated with air. A blue tarnish oxide layer then forms on the iron surface. The galvanic process is continued with this tarnish layer. The iron surface is stripped by briefly immersing it in dilute hydrochloric acid and activated for the deposition of the galvanic running layer. The remaining layer thickness of the iron is 1.5 to 2.5 micrometers. Now the galvanic overlay can be deposited in the same way as on nickel.

Neben den Laufschichten auf Bleibasis sind auch solche auf Zinnbasis im Einsatz, z. B. ternäre Schichten mit 7 % Antimon und 1 % Kupfer. Bei diesen hoch zinnhaltigen Laufschichten ist ein Nickel-Haftgrund noch weitaus kritischer als bei Bleibasis-Legierungen, da die Bildung der intermetallischen Nickel-Zinn-Phasen mit noch größerer Geschwindigkeit erfolgtIn addition to the lead-based running layers, those based on tin are also used, e.g. B. ternary layers with 7% antimony and 1% copper. With these high-tin running layers, a nickel primer is even more critical than with lead-based alloys, since the formation of the intermetallic nickel-tin phases takes place at an even faster rate

Beispiel:Example:

Ein Verbundlager mit 250 mm Außendurchmesser und 10 mm Wanddicke wurde nach der auch bei den bekannten Lagern mit Nickelschicht üblichen Vorbehandlung 30 sec in einer 20%igen Natrium-Zinkat-Beize behandelt, mit Wasser gespült und in einem Eisenchloridbad mit einem pH-Wert von 1 und einer Temperatur von 95 °C 10 sec stromlos gehalten. Sodann wurde das Eisen 1,5 min lang bei einer Stromdichte von 1,5 A/crn^ abgeschieden. Anschließend erfolgte eine 3stündige Wärmebehandlung bei 280 °C.A composite bearing with an outside diameter of 250 mm and a wall thickness of 10 mm was treated for 30 seconds in a 20% sodium zincate pickle after the pretreatment, which is also customary in the known nickel layer bearings, rinsed with water and in an iron chloride bath with a pH of 1 and kept at a temperature of 95 ° C for 10 seconds without current. The iron was then deposited for 1.5 minutes at a current density of 1.5 amps. This was followed by a 3-hour heat treatment at 280 ° C.

Die Zeichnung zeigt in stark vergrößertem Maßstab den Aufbau des erfindungsgemäßen Mehrschichten-Gleitlagers in einer glatten Ausführung. Hierbei ist mit (1) die Stahlstützschale bezeichnet, auf die das Lagermetall (2), bestehend aus einem Gemisch aus Aluminium und Zinn, in der Regel mit hohem Druck aufgewalzt ist. In der Bindungszone zwischen dem Lagermetall (2) und der Laufschicht (4) befindet sich der galvanische Haftgrund (3) aus Eisen mit einer gegenüber den anderen Schichten äußerst geringen Schichtdicke.The drawing shows the structure of the multilayer plain bearing according to the invention in a smooth version on a greatly enlarged scale. Here, (1) denotes the steel support shell onto which the bearing metal (2), consisting of a mixture of aluminum and tin, is generally rolled at high pressure. In the bonding zone between the bearing metal (2) and the running layer (4) there is the galvanic adhesive base (3) made of iron with an extremely thin layer compared to the other layers.

Es versteht sich von selbst, daß der erfindungsgemäße Haftgrund und das zugehörige Verfahren zum Aufbringen derselben auf das Lagermetall auch bei solchen Lagern angewendet werden kann, die keine glatt bearbeitete Lagermetalloberfläche aufweisen, wie z. B. bei Lagern mit matrixähnlicher oder mit Rillen versehener Oberfläche. -4-It goes without saying that the primer according to the invention and the associated method for applying the same to the bearing metal can also be used in bearings which do not have a smoothly machined bearing metal surface, such as. B. in bearings with a matrix-like or grooved surface. -4-

Claims

AT 392 131B PATENT CLAIMS 1. Multi-component composite plain bearing made of a steel support body, a sliding metal layer made of an aluminum-tin bearing metal with 6 to 40% tin content and a running layer made of a lead-based or tin-based alloy, characterized in that between the sliding metal (2nd ) and the running layer (4) is an adhesion-promoting layer (3) made of galvanically deposited iron and this iron layer has a hardness of 120 to 200 Vickers units.

2. Composite sliding bearing according to claim 1, characterized in that the iron layer (3) has a hardness of 120 to 150 Vickers units.

3. Composite plain bearing according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodeposited iron layer (3) has a thickness between 1 and 3 pm, preferably 2 pm.

4. composite sliding bearing according to claim 1 to 3, characterized in that the electrodeposited iron layer (3) in a temperature range up to 250 ° C does not contain any hydrogen which can be driven out by heating.

5. composite sliding bearing according to claim 1 to 4, characterized in that the crystal structure of the electrodeposited iron layer (3) has a reduced dislocation density compared to the state after the electrodeposition.

6. A method for producing the composite sliding bearing according to claim 1 to 5, characterized in that before the deposition of the iron layer (3) a zinc layer is deposited without current, this is partially dissolved again before the galvanic iron deposition and after the galvanic application of the iron layer, a heat treatment is carried out becomes.

7. The method according to claim 6, characterized in that the deposited zinc layer is dissolved to 20 to 40%.

8. The method according to claim 6 and 7, characterized in that the deposition of the iron layer (3) takes place from an iron chloride bath.

9. The method according to claim 6 to 8, characterized in that the deposition temperature in the iron chloride bath is 85 to 110 ° C, preferably 95 ° C.

10. The method according to claim 6 to 9, characterized in that the heat treatment of the iron layer (3) between 250 and 300 ° C, preferably at 280 ° C, is carried out. For this 1 sheet drawing -5-