AT403194B

AT403194B - Verfahren zum herstellen eines gleitlagers

Info

Publication number: AT403194B
Application number: AT0118495A
Authority: AT
Original assignee: Miba Gleitlager Ag
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1997-11-25
Also published as: WO1997003298A1; ATA118495A; AU6181596A

Description

AT 403 194 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer Lagermetallschicht auf Kupferbasis, die in einer Kupfer- oder Kupferlegierungsmatrix weichere metallische Einlagerungen von wenigstens 10 Gew.% aufweist, und mit einer zinnhaltigen Laufschicht, vorzugsweise auf Aluminiumbasis, wobei zunächst auf die Lagermetallschicht eine Diffusionssperrschicht aufgebracht und dann die Laufschicht physikalisch im Vakuum auf die Diffusionssperrschicht abgeschieden wird.

Gleitlager, die eine Lagermetallschicht auf Kupferbasis und eine zinnhaltige Laufschicht vorzugsweise auf Aluminiumbasis aufweisen, benötigen eine Diffusionssperrschicht zwischen der Lagermetallschicht und der Laufschicht, im allgemeinen eine Nickelzwischenschicht, um die Ausbildung spröder intermetallischer Phasen bei Betriebstemperaturen durch eine Zinndiffusion aus der Laufschicht in die Lagermetallschicht zu vermeiden. Da bisher ein galvanisches Abscheiden zinnhaltiger Laufschichten auf Aluminiumbasis nicht gelungen ist, werden diese Laufschichten physikalisch im Vakuum beispielsweise mit Hilfe einer Kathodenzerstäubung auf der die Lagermetallschicht abdeckenden Diffusionssperrschicht aufgebracht, die ebenfalls physikalisch im Vakuum auf die Lagermetallschicht abgeschieden wird, um zwischen den einzelnen Beschichtungen das Beschichtungsverfahren nicht wechseln zu müssen. Aus dem gleichen Grund erfolgt die für die Haftvermittlung zwischen der Lagermetallschicht und der Diffusionssperrschicht erforderliche Reinigung der Oberfläche der Lagermetallschicht durch einen lonenbeschuß im Vakuum. Dieses bekannte Herstellungsverfahren stellt einen sehr gleichmäßigen Schichtaufbau der Lager sicher, die sich in der Praxis für viele Anwendungsfälle gut bewahrt haben. Trotzdem wäre es wünschenswert, das Laufverhalten solcher Lager zu verbessern,

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde das Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers der eingangs geschilderten Art so weiterzuentwickeln, daß die Laufeigenschatten des Gleitlagers insbesondere während der Einlaufphase merklich verbessert werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß vor dem Aufbringen der Diffusionssperrschicht die die Diffusionssperrschicht aufnehmende Oberfläche der Lagermetallschicht in an sich bekannter Weise einer chemischen Ätzbehandlung unterworfen wird, bis sich im Bereich der weicheren Einlagerungen gegenüber der Oberfläche der Kupfer- oder Kupferlegierungsmatrix Vertiefungen mit einer Tiefe ausbilden, die zumindest einem Zehntel der Dicke der später abgeschiedenen Laufschicht entspricht, wenigstens aber 2 um beträgt, und daß die Laufschicht auf die Sperrschicht unter Ausbildung von Oberflächentaschen zur Schmiermittelaufnahme entsprechend den ausgeätzten Vertiefungen in der Lagermetallschicht abgeschieden wird.

Durch die chemische Ätzbehandlung der Oberfläche der Lagermetallschicht werden die weicheren metallischen Einlagerungen, die einen Teil der Oberfläche dieser Schicht bilden, stärker als die Kupferoder Kupferlegierungsmatrix angegriffen, so daß sich im Bereich dieser oberflächenseitigen Einlagerungen Vertiefungen gegenüber der übrigen Oberfläche der Lagermetallschicht ergeben. Diese Vertiefungen, deren Tiefe von der Art des chemischen Ätzmittels und der zeitlichen Dauer der Ätzbehandlung abhängt, werden weder durch die Diffusionssperrschicht noch die Lagermetallschicht ausgeglichen, wenn eine entsprechende Mindesttiefe sichergestellt ist. Während die Diffusionssperrschicht, die in einer maximalen Dicke von 4 um auf der Lagermetallschicht abgeschieden wird, diesen Vertiefungen aufgrund der geringen Schichtdicke unabhängig von der Art der Aufbringung folgt, stellt sich beim physikalischen Abscheiden der Laufschicht im Vakuum zwangsläufig eine gleichmäßige Schichtdicke ein, so daß sich Vertiefungen in der Oberfläche der Lagermetallschicht zumindest ab einer bestimmten Größe in entsprechenden Vertiefungen in der Lauffläche der Laufschicht wiederspiegeln. Diese Vertiefungen in der Lauffläche bilden Taschen, in denen Schmieröl aufgenommen werden kann, was zu einer merklichen Verbesserung der Laufeigenschaffen des Lagers insbesondere während der Einlaufphase führt. Damit diese Wirkung eintreten kann, müssen die Vertiefungen im Bereich der Oberfläche der Lagermetallschicht eine Tiefe aufweisen, die wenigstens ein Zehntel der Dicke der Laufschicht, zumindest aber 2 um beträgt.

Es ist zwar bereits bekannt (DE 35 18 799 A1, DE 34 22 327 A1), Bleieinlagerungen im Bereich der Oberfläche einer Lagermetallschicht auf Kupferbasis herauszuätzen, bevor auf diese einer chemischen Ätzbehandlung unterworfene Oberfläche der Lagermetallschicht eine Diffusionssperrschicht und auf diese Diffusionssperrschicht eine zinnhaltige Laufschicht aufgebracht werden, doch haben diese bekannten Maßnahmen, die einerseits eine bessere Verkeilung zwischen der Diffusionssperrschicht bzw. der Laufschicht mit der Lagermetallschicht und anderseits eine Verbesserung der im Bereich der Bleieinlagerungen verminderten Haftfähigkeit der Diffusionssperre auf der Lagermetallschicht bewirken sollen, keine Auswirkungen auf die geometrische Form der Lauffläche, weil die Ätzvertiefungen in der Lagermetallschicht durch die galvanisch abgeschiedene Laufschicht ausgeglichen werden, so daß sich eine glatte Lauffläche ohne Oberflächenvertiefungen ergibt.

Wie bereits angedeutet wurde, hat die Art der Aufbringung der Diffusionssperrschicht wegen ihrer vergleichsweise geringen Dicke keinen besonderen Einfluß auf die angestrebte Wirkung. Es kann daher die 2

Claims

AT 403 194 B Diffusionssperrschicht in an sich bekannter Weise galvanisch auf die Lagemetallschicht aufgebracht werden, ohne einen sonst bei einer galvanischen Abscheidung zu erwartenden Ausgleich der Vertiefungen durch die Diffusionssperrschicht befürchten zu müssen. Diese galvanische Abscheidung der Diffusionssperrschicht bietet sich aufgrund des vorausgegangenen Ätzvorganges in vorteilhafter Weise an. Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Lagermetallschicht auf Kupferbasis mit Bleieinlagerungen in einem schematischen, vergrößerten Teilschnitt im Oberflächebereich vor dem Ätzvorgang, Fig. 2 die Lagermetallschicht gemäß der Fig. 1 nach dem Ätzvorgang und Fig. 3 diese Lagermetallschicht nach dem Aufbringen der Diffusionssperrschicht und der Laufschicht. Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, weist die Lagermetallschicht 1 beispielsweise eine gegossene Kupfer- oder Kupferlegierungsmatrix 2 mit weicheren Einlagerungen 3 aus Blei auf. Nach einer Vorreinigung der Lagermetalloberfläche 4 mit Hilfe eines handelsüblichen alkalischen Entfetters wird eine Reinigung in einer Lösung vorgenommen, die Alkalihydroxidionen geeigneter Konzentration sowie Tenside und Aufbaustoffe enthält, und zwar unter der Einwirkung eines zwischen der Lagermetalloberfläche und der Lösung fließenden Gleichstromes. Im Anschluß daran wird die Lagermetalloberfläche 4 einem Ätzvorgang mit einer geeigneten Dekapiersäure, beispielsweise Schwefelsäure, ausgesetzt, was einen entsprechenden Materialabtrag im Bereich der oberflächenseitigen Bleieinlagerungen zur Folge hat, wie dies in der Fig. 2 angedeutet ist. Im Bereich der oberflächenseitigen Bleieinlagerungen bilden sich demnach Vertiefungen 5 aus, wobei die Ätzbehandlung so gewählt wird, daß die Tiefe dieser Vertiefungen 5 zumindest der 0. 1.fachen Dicke der späteren Laufschicht entspricht, wenigstens aber 2 um beträgt. Auf die so vorbereitete Lagermetallschicht 1 wird eine übliche Diffusionssperrschicht 6, beispielsweise aus Nickel oder einer Nickel-Chrom-Legierung, in einer Dicke z. B. von 1 bis 2 um abgeschieden, um ein Eindiffundieren von Zinn aus der Laufschicht in die Lagermetallschicht 1 zu unterbinden. Diese Diffusionssperrschicht 6 kann galvanisch abgeschieden, aber auch durch ein Plasmaverfahren in Vakuum aufgetragen werden. Auf der Diffusionssperrschicht 6 kann dann in herkömmlicher Weise eine zinnhältige Laufschicht 7, beispielsweise eine Aluminium-Zinn-Legierung mit einem Zinnanteil von 30 Gew.%, physikalisch im Vakuum abgeschieden werden, wobei sich die Vertiefungen 5 in der Oberfläche 4 der Lagermetallschicht 1 als Taschen 8 in der Lauffläche 9 der Laufschicht 7 abbiiden, wie dies der Fig. 3 schematisch entnommen werden kann. Damit diese Taschen 8 Schmieröl aufnehmen können, soll bei der Herstellung der Lagermetallschicht 1 darauf geachtet werden, daß die den wesentlichen Flächenanteil an der Lagermetalloberfläche 4 ausmachenden Bleipartikel 3 im Bereich der Oberfläche 4 eine Mindestfläche von 20 um2 aufweisen. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer Lagermetalischicht auf Kupferbasis, die in einer Kupfer- oder Kupferlegierungsmatrix weichere metallische Einlagerungen von wenigstens 10 Gew.% aufweist, und mit einer zinnhaltigen Laufschicht, vorzugsweise auf Aluminiumbasis, wobei zunächst auf die Lagermetallschicht eine Diffusionssperrschicht mit annähernd gleicher Schichtdicke aufgebracht und dann die Laufschicht physikalisch im Vakuum auf die Diffusionssperrschicht abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Diffusionssperrschicht die die Diffusionssperrschicht aufnehmende Oberfläche der Lagermetallschicht in an sich bekannter Weise einer chemischen Ätzbehandlung unterworfen wird, bis sich im Bereich der weicheren Einlagerungen gegenüber der Oberfläche der Kupfer- oder Kupferlegierungsmatrix Vertiefungen mit einer Tiefe ausbilden, die zumindest einem Zehntel der Dicke der später abgeschiedenen Laufschicht entspricht, wenigstens aber 2 um beträgt, und daß die Laufschicht auf die Sperrschicht unter Ausbildung von Oberflächentaschen zur Schmiermittelaufnahme entsprechend den ausgeätzten Vertiefungen in der Lagermetallschicht abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht in an sich bekannter Weise galvanisch auf die Lagermetallschicht aufgebracht wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 3