AT517721A4 - Method for producing a sliding bearing element - Google Patents

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AT517721A4 ATA50043/2016A AT500432016A AT517721A4 AT 517721 A4 AT517721 A4 AT 517721A4 AT 500432016 A AT500432016 A AT 500432016A AT 517721 A4 AT517721 A4 AT 517721A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerelementes (1) nach dem ein Verbundwerkstoff aus einer ersten Schicht und einer oder mehreren weiteren Schicht(en) hergestellt wird, wobei die weitere Schicht oder eine der weiteren Schichten als Gleitschicht (9) ausgebildet wird, und als Gleitschicht (9) eine Gusslegierung aus einer bleifreien Kupferbasislegierung hergestellt wird, wobei in die Kupferbasislegierung Ausscheidungen (10) eingebracht werden, die zumindest einen Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung aufweisen. Die Kupferbasislegierung wird nach dem Erstarren thermochemisch behandelt, wobei die Kupferbasislegierung mit zumindest einem Oxidationsmittel in Kontakt gebracht wird, und das Oxidationsmittel in die Kupferbasislegierung eindiffundiert wird, sodass zumindest ein Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung unter Bildung der Ausscheidungen (10) innerhalb der Kupferbasislegierung zumindest teilweise oxidiert wird, wobei die Ausscheidungen (10) nur innerhalb einer Teilschicht (12) der Kupferbasislegierung gebildet werden.The invention relates to a method for producing a sliding bearing element (1) according to which a composite material of a first layer and one or more further layer (s) is produced, wherein the further layer or one of the further layers is formed as a sliding layer (9), and as a sliding layer (9), a casting alloy of a lead-free copper-based alloy is produced, wherein in the copper-based alloy precipitates (10) are introduced, which have at least one alloying constituent of the copper-based alloy. The copper-base alloy is thermochemically treated after solidification, wherein the copper-base alloy is contacted with at least one oxidizing agent, and the oxidizing agent is diffused into the copper-base alloy so that at least one alloying constituent of the copper-base alloy is at least partially oxidized to form the precipitates (10) within the copper-base alloy wherein the precipitates (10) are formed only within a sub-layer (12) of the copper-base alloy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerelementes nach dem ein Verbundwerkstoff aus einer ersten Schicht und einer oder mehreren weiteren Schicht(en) hergestellt wird, wobei die weitere Schicht oder eine der weiteren Schichten als Gleitschicht ausgebildet wird, und als Gleitschicht eine Gusslegierung aus einer bleifreien Kupferbasislegierung hergestellt wird, wobei in die Kupferbasislegierung Ausscheidungen eingebracht werden, die zumindest einen Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung aufweisen. Weiter betrifft die Erfindung ein Gleitlagerelement aus einem Verbundwerkstoff umfassend eine Stützmetallschicht und eine Gleitschicht sowie gegebenenfalls eine Zwischenschicht zwischen der Stützmetallschicht und der Gleitschicht, wobei die Gleitschicht aus einer Gusslegierung aus einer bleifreien Kupferbasislegierung gebildet ist, in der Ausscheidungen, die zumindest einen Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung aufweisen, enthalten sind.The invention relates to a method for producing a sliding bearing element according to which a composite material of a first layer and one or more further layer (s) is produced, wherein the further layer or one of the further layers is formed as a sliding layer, and as a sliding layer of a casting alloy of a lead-free copper-base alloy is prepared, wherein in the copper-based alloy precipitates are introduced, which have at least one alloying constituent of the copper-based alloy. Further, the invention relates to a sliding bearing member made of a composite material comprising a supporting metal layer and a sliding layer and optionally an intermediate layer between the supporting metal layer and the sliding layer, wherein the sliding layer is formed of a casting alloy of a lead-free copper-base alloy, in the precipitates having at least one alloying constituent of the copper-based alloy , are included.

Bleibronzen werden seit langem in Gleitlagern für die Motorenindustrie eingesetzt, da sie ein gutmütiges tribologisches Verhalten durch die Bleiausscheidungen aufweisen. Darüber hinaus ist deren gießtechnische Herstellung aus prozesstechnischer Sicht sehr robust, da die metallurgischen Phänomene der Mikroseigerung und der damit verbundenen Lunkerbildung durch das Blei verhindert oder ausgeglichen werden. Aus ökologischen Gründen sollen bleihaltige Bronzen jedoch vermieden werden. Es gibt dazu bereits verschiedene Ansätze von Gleitschichtlegierungen im Stand der Technik. So wird beispielsweise bei Gusslegierungen auf Basis von Messing oder Bronzen mit Hilfe von Legierungszusätzen, wie z.B. Chrom, Mangan, Zirkonium oder Aluminium versucht, die Reibungseigenschaften zu verbessern und im Speziellen die Fressneigung zu verringern. Allerdings konnten bislang weder das tribologische Verhalten noch die Stabilität des Gusses vonLead bronzes have long been used in slide bearings for the engine industry because they have a good-natured tribological behavior through the lead precipitates. In addition, their casting technology production is very robust from the process engineering point of view, since the metallurgical phenomena of micro segregation and the associated voids formation are prevented or compensated by the lead. For environmental reasons, however, leaded bronzes should be avoided. There are already various approaches of sliding layer alloys in the prior art. For example, in cast alloys based on brass or bronzes, with the aid of alloying additions, e.g. Chromium, manganese, zirconium or aluminum tries to improve the friction properties and in particular to reduce the tendency to eat. However, so far neither the tribological behavior nor the stability of the casting of

Bleibronzen für eine Gleitschicht eines Gleitlagers zufriedenstellend mit bleifreien Bronzen nachgebildet werden. Dies führt zu Problemen bei bleifreien Bronzelegierungen, da sich bei der Erstarrung Fehlstellen bilden. Zusätzlich bildet sich durch die gerichtete Erstarrung ein Gefüge, das bei Zugspannungen in eine Richtung eine verstärkte Rissneigung zeigt.Lead bronzes for a sliding layer of a plain bearing are satisfactorily replicated with lead-free bronzes. This leads to problems with lead-free bronze alloys, since defects form during solidification. In addition, the directional solidification forms a microstructure which exhibits an increased tendency to crack in the case of tensile stresses in one direction.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gleitlager zur Verfügung zu stellen, das eine bleifreie Gusslegierung auf Kupferbasis als Gleitschicht aufweist, wobei die Kupferbasislegierung zumindest ein ähnliches tribologisches Verhalten zeigt, wie bleihaltige Bronzen.It is the object of the invention to provide a plain bearing having a copper-based lead-free cast alloy as a sliding layer, the copper-base alloy exhibiting at least a similar tribological behavior as lead-containing bronzes.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerelementes gelöst, wonach die Kupferbasislegierung nach dem Erstarren thermochemisch behandelt wird, wobei die Kupferbasislegierung mit zumindest einem Oxidationsmittel in Kontakt gebracht wird, und das Oxidationsmittel in die Kupferbasislegierung eindiffundiert wird, sodass zumindest ein Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung unter Bildung von Ausscheidungen innerhalb der Kupferbasislegierung zumindest teilweise oxidiert wird, wobei die Ausscheidungen nur innerhalb einer Teilschicht der Kupferbasislegierung gebildet werden. Die Aufgabe wird weiter mit dem eingangs genannten Gleitlagerelement gelöst, bei dem die Ausscheidungen nur innerhalb einer Teilschicht der Kupferbasislegierung ausgebildet sind.This object is achieved with the aforementioned method for producing a sliding bearing element, after which the copper-based alloy is thermochemically treated after solidification, wherein the copper-based alloy is brought into contact with at least one oxidizing agent, and the oxidizing agent is diffused into the copper-base alloy, so that at least one alloying component of Copper-based alloy is at least partially oxidized to form precipitates within the copper-base alloy, wherein the precipitates are formed only within a sub-layer of the copper-base alloy. The object is further achieved with the slide bearing element mentioned above, in which the precipitates are formed only within a partial layer of the copper-base alloy.

Aufgrund der gebildeten Ausscheidungen sinkt die Härte der Teilschicht im Vergleich zur Härte des Ausgangsmaterials, wodurch die Teilschicht, die sich nahe der Oberfläche der Gleitschicht befindet, eine verringerte Fressneigung aufweist. Die Ausscheidungen selbst wirken dabei offensichtlich zumindest teilweise als Festschmierstoff, und können somit das Blei von bleihaltigen Bronzen ersetzen. Trotzdem verhindern sie aber die Rissausbreitung, wodurch das Gefüge in der Teilschicht der Gleitschicht risszäher wird. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens, wonach die Erzeugung der Ausscheidungen erst nach dem Guss der Legierung erfolgt, kann zudem der Guss an sich verbessert werden, da das Legierungssystem ohne vorab zugegebene Ausscheidungspartikel einfacher gestaltet werden kann. Zudem können gegebenenfalls auftretende Fehlstellen imDue to the precipitates formed, the hardness of the sub-layer decreases compared to the hardness of the starting material, whereby the sub-layer, which is close to the surface of the sliding layer, has a reduced tendency to seize. Obviously, the precipitates themselves act at least partially as solid lubricant, and can therefore replace the lead of lead-containing bronzes. Nevertheless, they prevent crack propagation, as a result of which the microstructure in the partial layer of the sliding layer becomes more viscous. In the preferred embodiment of the method, according to which the production of the precipitates takes place only after the casting of the alloy, moreover, the casting itself can be improved since the alloy system can be made simpler without precipitation particles added in advance. In addition, possibly occurring defects in the

Guss im Bereich der Oberfläche der Gusslegierung zur Verbesserung des Verfahrens genutzt werden, da kleinere Poren das Eindiffundieren des Oxidationsmittels in die Legierung begünstigen, sodass die Verfahrensdauer verkürzt werden kann. Trotz der Fehlstellen kommt es aber aufgrund der Partikel nicht zur ausgeprägten Rissbildung.Casting be used in the surface of the casting alloy to improve the process, since smaller pores favor the diffusion of the oxidizing agent in the alloy, so that the process time can be shortened. Despite the imperfections, however, it does not occur due to the particles to pronounced cracking.

Es sei aber an dieser Stelle erwähnt, dass ein fehlerfreier Guss primär bevorzugt wird.However, it should be mentioned at this point that a faultless casting is primarily preferred.

Vorzugsweise wird die Oxidation mit einem Oxidationsmittel durchgeführt, das ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Sauerstoff und sauerstoffabgebende Verbindungen, Insbesondere mit Sauerstoff bzw. sauerstoff-abgebende Verbindungen als Oxidationsmittel kann die Verfahrensdauer verkürzt werden, da Sauerstoff aufgrund des kleinen Moleküls raschereindiffundiert.Preferably, the oxidation is carried out with an oxidizing agent selected from a group consisting of or consisting of oxygen and oxygen donating compounds. Especially with oxygen or oxygen donating compounds as the oxidizing agent, the process time can be shortened because oxygen is more rapidly diffused due to the small molecule.

Es kann weiter vorgesehen werden, dass vor oder gleichzeitig mit der thermochemischen Behandlung eine thermomechanische Behandlung der erstarrten Kupferbasislegierung durchgeführt wird, wodurch die Zähigkeit der Kupferbasislegierung verbessert werden kann. Zudem kann damit erreicht werden, dass für die Herstellung der Endform der Gleitschicht diese nach der thermochemischen Behandlung nicht noch einmal erhitzt werden muss, falls die Umformung bei erhöhter Temperatur stattfindet, wodurch die Gefahr von Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der Kupferbasislegierung, beispielsweise durch Rekristallisationserscheinungen, reduziert werden kann. Weiter kann damit eine Veränderung der Ausscheidungen durch eine an die thermochemische Behandlung anschließende thermomechanische Bearbeitung der Gleitschicht zumindest weitestgehend vermieden. Von Vorteil ist dabei jedoch auch, dass das Gefüge der Kupferbasislegierung durch die thermomechanische Behandlung diffusionsfähiger durch die Bildung von mehr Korngrenzen ausgebildet werden kann, wodurch die thermochemische Behandlung verbessert werden kann.It may further be provided that thermomechanical treatment of the solidified copper-base alloy is performed before or simultaneously with the thermochemical treatment, whereby the toughness of the copper-base alloy can be improved. In addition, it can be achieved that for the production of the final form of the sliding layer does not need to be heated again after the thermochemical treatment, if the deformation takes place at elevated temperature, whereby the risk of changes in the mechanical properties of the copper-based alloy, for example by Rekristallisationserscheinungen reduced can be. Furthermore, a change in the precipitates due to thermo-mechanical processing of the sliding layer subsequent to the thermochemical treatment can thus be at least largely avoided. However, it is also advantageous that the structure of the copper-based alloy can be made more diffusible by the thermomechanical treatment by the formation of more grain boundaries, whereby the thermochemical treatment can be improved.

Bevorzugt wird eine Kupferbasislegierung eingesetzt, die eines oder mehrere der Elemente aus einer Gruppe umfassend Bor, Antimon, Aluminium, Silizium, Vanadium, Phosphor, Titan, Mangan, Zinn, Zink, Magnesium aufweist. Insbesondere diese Elemente, d.h. deren Oxide, weisen im Vergleich zu Kupferoxiden eine deutlich stärker negative freie Enthalpie auf, wodurch der Verfahrensablauf insofern vereinfacht werden kann, als damit die Gefahr der Oxidation von Kupfer während der thermochemischen Behandlung der Kupferbasislegierung deutlich reduziert werden kann.Preferably, a copper-based alloy is used, which comprises one or more of the elements from a group comprising boron, antimony, aluminum, silicon, vanadium, phosphorus, titanium, manganese, tin, zinc, magnesium. In particular, these elements, i. their oxides, compared to copper oxides on a much more negative free enthalpy, whereby the process flow can be simplified insofar as the risk of oxidation of copper during the thermochemical treatment of the copper-based alloy can be significantly reduced.

Die thermochemische Behandlung der Kupferbasislegierung kann vor der Verbundbildung mit der Schicht aus dem Stützmetall durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass mit der Verbundbildung, beispielsweise durch Walzplattieren, allenfalls vorhandene Fehlstellen zumindest teilweise geheilt werden. Darüber hinaus kann die Schichtstärke der Teilschicht reduziert werden, wodurch der Anteil an Ausscheidungen pro Volumeneinheit in der Teilschicht erhöht werden kann. Dadurch kann die Verfahrensdauer der Oxidation reduziert werden, da diese bereits bei einem geringeren Anteil an Ausscheidungen pro Volumeneinheit als gewünscht abgebrochen werden kann.The thermochemical treatment of the copper-base alloy may be performed prior to the composite formation with the support metal layer. This has the advantage that with the composite formation, for example by roll cladding, possibly existing defects are at least partially cured. In addition, the layer thickness of the sub-layer can be reduced, whereby the proportion of precipitates per unit volume in the sub-layer can be increased. As a result, the duration of the oxidation process can be reduced, since it can be terminated as desired even with a lower proportion of precipitates per unit volume.

In der bevorzugten Ausführungsvariante wird die thermochemische Behandlung der Kupferbasislegierung aber nach der Verbundbildung mit der Schicht aus dem Stützmetall durchgeführt. Die Lagemetallschicht kann beispielsweise direkt auf die Stützmetallschicht oder die gegebenenfalls vorhandene Zwischenschicht aufgegossen werden, wodurch die Einbindung des Verfahrens in bestehende Prozesse in der Gleitlagerindustrie einfacher ist. Es kann damit ein entsprechender Kostenvorteil erreicht werden.However, in the preferred embodiment, the thermochemical treatment of the copper-based alloy is performed after composing with the backing metal layer. By way of example, the layer of layered metal can be poured directly onto the support metal layer or the intermediate layer which may be present, whereby the integration of the method into existing processes in the plain bearing industry is easier. It can thus be achieved a corresponding cost advantage.

Das zumindest eine Oxidationsmittel kann fest und/oder gasförmig oder plasmaförmig eingesetzt werden. Die Verwendung eines festen Oxidationsmittels hat den Vorteil, dass gezielt nur zumindest ein Volumenbereich der Gleitschicht oxidiert werden kann. Der Einsatz eines plasmaförmigen Oxidationsmittels wiederum hat den Vorteil, dass die Oxidation sehr rasch erfolgen kann, wodurch die Prozessdauer verkürzt werden kann. Ebenso wie mit plasmaförmigen Oxidationsmitteln kann mit einem gasförmigen Oxidationsmittel relativ einfach die gesamte Oberfläche mit dem Oxidationsmittel beaufschlagt werden, sodass durch Diffusion in der darunter liegenden Teilschicht relativ rasch die Ausscheidungen erzeugt werden können. Gasförmige (nicht plasmaförmige) Oxidationsmittel haben dabei den Vor teil, dass die Konzentration des Oxidationsmittels in der Oxidationsatmosphäre einfach eingestellt und geregelt werden kann.The at least one oxidizing agent can be used solid and / or gaseous or plasma-shaped. The use of a solid oxidizing agent has the advantage that specifically only at least one volume range of the sliding layer can be oxidized. The use of a plasma-shaped oxidant in turn has the advantage that the oxidation can take place very rapidly, as a result of which the duration of the process can be shortened. As with plasma-shaped oxidizing agents, it is relatively easy to apply the oxidant to the entire surface with a gaseous oxidizing agent, so that the precipitates can be produced relatively quickly by diffusion in the underlying partial layer. Gaseous (non-plasma) oxidants have the part before that the concentration of the oxidizing agent in the oxidation atmosphere can be easily adjusted and regulated.

Zur Beschleunigung der Generierung der Ausscheidungen und damit zur Verkürzung der Prozessdauer kann vorgesehen sein, dass die thermochemische Behandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die ausgewählt wird aus einem Bereich von 500 °C bis zur Erstarrungstemperatur der Kupferbasislegierung. Zudem kann über die Höhe der Behandlungstemperatur die Partikelgröße der Ausscheidungen beeinflusst werden, indem mit höheren Temperaturen eine Vergröberung der Ausscheidungen bewirkt werden kann.To accelerate the generation of the precipitates and thus to shorten the process duration, it may be provided that the thermochemical treatment is carried out at a temperature which is selected from a range of 500 ° C to the solidification temperature of the copper-based alloy. In addition, the height of the treatment temperature can influence the particle size of the precipitates, since coagulation of the precipitates can be effected with higher temperatures.

Nach einer andere Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen werden, das gasförmig eingesetzte Oxidationsmittel in der Oxidationsatmosphäre mit einen Partialdruck von mindestens 1.10-3 atm und von maximal 3 atm eingesetzt wird. Wie mit der Temperatur kann auch über den Druck die Partikelgröße beeinflusst werden, wobei allerdings mit zunehmendem Druck die Ausscheidungen kleiner werden. Bei einem Partialdruck von unter 1.10'3 atm entstehen somit zu kleine Partikel, die zwar eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der Kupferbasislegierung bewirken, allerdings in einem geringeren Ausmaß. Bei einem Partialdruck von größer 3 atm besteht hingegen die Gefahr, dass auf der Oberfläche der Gleitschicht eine stabile, fest haftende Oxidschicht gebildet wird, die die tribologischen Eigenschaften der Kupferbasislegierung ebenfalls negativ beeinflusst würde.According to another embodiment of the method can be provided, the gaseous oxidant used in the oxidation atmosphere with a partial pressure of at least 1.10-3 atm and a maximum of 3 atm is used. As with the temperature, the particle size can also be influenced by the pressure, but with increasing pressure the precipitations become smaller. At a partial pressure of less than 1.10'3 atm, particles which are too small thus result in an improvement in the tribological properties of the copper-based alloy, but to a lesser extent. At a partial pressure of greater than 3 atm, on the other hand, there is the danger that a stable, firmly adhering oxide layer is formed on the surface of the sliding layer, which would also adversely affect the tribological properties of the copper-based alloy.

Nach einer Ausführungsvariante des Gleitlagers kann vorgesehen sein, dass die Ausscheidungen eine maximale Partikelgröße von maximal 50 pm aufweisen, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante dazu die Ausscheidungen eine maximale Partikelgröße zwischen 0,1 pm und 20 pm aufweisen. Es werden also feinkörnige Ausscheidungen bevorzugt, da damit mit dem gleichen Mengenanteil an Ausscheidungen in der Kupferbasislegierung eine homogenere Verteilung der Ausscheidungen innerhalb der Teilschicht und geringere Neigung zum Fressen der Gleitschicht erreicht werden kann. Zudem wurde beobachtet, dass die selbstschmierenden Eigenschaften der Ausscheidungen verbessert sind, wenn die Ausscheidungen eine Partikelgröße zwischen 0,1 pm und 50 pm aufweisen.According to a variant embodiment of the sliding bearing, it can be provided that the precipitates have a maximum particle size of at most 50 μm, the precipitations having a maximum particle size between 0.1 μm and 20 μm, according to a preferred embodiment. Fine-grained precipitates are therefore preferred, since with the same amount of precipitates in the copper-base alloy a more homogeneous distribution of the precipitates within the sublayer and less tendency to seize the overlay can be achieved. In addition, it has been observed that the self-lubricating properties of the precipitates are improved when the precipitates have a particle size between 0.1 pm and 50 pm.

Es ist dabei auch möglich, dass die Ausscheidungen eine maximale Partikelgröße aufweisen, die in Richtung von der Oberfläche der Kupferbasislegierung auf die Stützmetallschicht graduell abnimmt, wodurch innerhalb der Teilschicht eine graduelle Änderung, insbesondere Zunahme, der Härte der Teilschicht erreicht werden kann. Die Gleitschicht kann damit im Bereich der Oberfläche hinsichtlich der schmierenden Eigenschaften optimiert werden. In Richtung auf die Stützschicht kann hingegen der Kupferbasislegierung aufgrund der feineren Ausscheidungen härter werden, wodurch die Belastbarkeit der Gleitschicht verbessert werden kann.It is also possible that the precipitates have a maximum particle size, which decreases gradually in the direction from the surface of the copper-based alloy on the support metal layer, whereby within the sub-layer, a gradual change, in particular increase, the hardness of the sub-layer can be achieved. The sliding layer can thus be optimized in terms of lubricating properties in the area of the surface. In the direction of the support layer, on the other hand, the copper-base alloy can be hardened due to the finer precipitates, whereby the loadability of the sliding layer can be improved.

Ebenfalls zur Verbesserung der schmierenden Eigenschaften der Kupferbasislegierung im Bereich der Oberfläche kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Ausscheidungen in Richtung von der Oberfläche der Kupferbasislegierung auf die Stützmetallschicht graduell abnimmt. Durch die geringere Anzahl an Ausscheidungen in tieferen Schichtebenen der Gleitschicht kann eine geringere Abnahme der Härte der Kupferbasislegierung in diesen tieferen Schichtebenen erreicht werden.Also, for improving the lubricating properties of the copper-base alloy in the area of the surface, it may be provided that the number of precipitates in the direction from the surface of the copper-base alloy to the supporting metal layer gradually decreases. Due to the lower number of precipitates in deeper layer planes of the sliding layer, a smaller decrease in the hardness of the copper-base alloy in these deeper layer planes can be achieved.

Die Schichtdicke der Teilschicht der Kupferbasislegierung beträgt bevorzugt zwischen 10 pm und 1000 pm. Zwar kann mit einer Schichtdicke von weniger als 10 pm ebenfalls eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der Kupferbasislegierung erreicht werden, allerdings leiden bei derart geringen Schichtdicken die Langzeitgebrauchseigenschaften der Gleitschicht und damit auch jene des Gleitlagerelementes. Bei Schichtdicken von mehr als 1000 pm wird hingegen die Prozessdauer zu sehr verlängert, worunter die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Herstellung des Gleitlagerelementes leidet. Darüber hinaus wird durch die Abnahme der nichtoxidierten Restteilschicht der Gleitschicht die Tragfähigkeit der Gleitschicht durch den Härteabfall aufgrund der Ausscheidungen zu sehr vermindert.The layer thickness of the partial layer of the copper-based alloy is preferably between 10 pm and 1000 pm. Although an improvement in the tribological properties of the copper-based alloy can also be achieved with a layer thickness of less than 10 μm, the long-term use properties of the sliding layer and thus also those of the sliding bearing element suffer with such low layer thicknesses. In the case of layer thicknesses of more than 1000 μm, on the other hand, the process duration is lengthened too much, as a result of which the economy of the method for producing the sliding bearing element suffers. Moreover, the decrease in the non-oxidized residual part layer of the sliding layer reduces too much the bearing capacity of the sliding layer due to the hardness drop due to the precipitations.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures.

Es zeigen teilweise in vereinfachter, schematischer Darstellung:In part, in a simplified, schematic representation:

Fig. 1 ein Gleitlagerelement in Seitenansicht;Figure 1 is a slide bearing element in side view.

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Gleitschicht einer Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes in Seitenansicht geschnitten;FIG. 2 is a side view of a detail of the sliding layer of a variant of the sliding bearing element; FIG.

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Gleitschicht einer weiteren Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes in Seitenansicht geschnitten;3 is a side view of a section of the sliding layer of a further embodiment of the sliding bearing element;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Gleitschicht einer anderen Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes in Seitenansicht geschnitten;4 shows a detail of the sliding layer of another embodiment of the sliding bearing element in side view;

Fig. 5 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer Gleitschicht im Bereich der thermochemisch behandelten Teilschicht;5 shows a scanning electron micrograph of a sliding layer in the region of the thermochemically treated partial layer;

Fig. 6 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Gleitschicht nach Fig. 5 im Bereich der thermochemisch behandelten Teilschicht in einer größeren Vergrößerung;6 shows a scanning electron micrograph of the sliding layer according to FIG. 5 in the region of the thermochemically treated partial layer in a larger magnification;

Fig. 7 eine Lichtmikroskopaufnahme einer weiteren Gleitschicht.7 shows a light microscope photograph of another sliding layer.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals or the same component names, the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or component names. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and these position information in a change in position mutatis mutandis to transfer to the new location.

In Fig. 1 ist ein Gleitlagerelement 1, insbesondere ein Radialgleitlagerelement, aus einem Verbundwerkstoff in Seitenansicht dargestellt.In Fig. 1, a sliding bearing element 1, in particular a radial sliding bearing element, made of a composite material in side view.

Das Gleitlagerelement 1 ist insbesondere zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder zur Lagerung einer Welle vorgesehen.The sliding bearing element 1 is provided in particular for use in an internal combustion engine or for supporting a shaft.

Das Gleitlagerelement 1 weist einen Gleitlagerelementkörper 2 auf. Der Gleitlagerelementkörper 2 umfasst eine Stützmetallschicht 3 und eine darauf angeordnete weitere Schicht 4 bzw. besteht aus der Stützmetallschicht 3 und der damit verbundenen weiteren Schicht 4.The sliding bearing element 1 has a sliding bearing element body 2. The sliding bearing element body 2 comprises a supporting metal layer 3 and a further layer 4 arranged thereon or consists of the supporting metal layer 3 and the further layer 4 connected thereto.

Wie aus Fig. 1 strichliert angedeutet zu ersehen ist, kann der Gleitlagerelementkörper 2 auch zusätzliche Schichten aufweisen, beispielsweise eine Lagermetallschicht 5, die zwischen der weiteren Schicht 4 und der Stützmetallschicht 3 angeordnet ist, und/oder eine Einlaufschicht 6 auf der weiteren Schicht 4. Zwischen zumindest zwei der Schichten des Gleitlagerelementes 1 können auch zumindest eine Diffusionssperrschicht und/oder zumindest eine Bindeschicht angeordnet sein.As indicated by dashed lines in FIG. 1, the sliding bearing element body 2 can also have additional layers, for example a bearing metal layer 5, which is arranged between the further layer 4 and the supporting metal layer 3, and / or an inlet layer 6 on the further layer 4. Between at least two of the layers of the plain bearing element 1, at least one diffusion barrier layer and / or at least one bonding layer can also be arranged.

Da der prinzipielle Aufbau derartiger Mehrschichtgleitlagerelemente aus dem Stand der Technik bekannt ist, sei bezüglich Einzelheiten des Schichtaufbaus auf die einschlägige Literatur dazu verwiesen.Since the basic structure of such multi-layer sliding bearing elements is known from the prior art, reference is made to the relevant literature on details of the layer structure.

Ebenso sind die verwendeten Werkstoffe, aus denen die Stützmetallschicht 3, die Lagermetallschicht 5, die Einlaufschicht 6, die zumindest eine Diffusionssperrschicht und die zumindest eine Bindeschicht bestehen können, aus dem Stand der Technik bekannt, und sei daher bezüglich dieser auf die einschlägige Literatur verwiesen. Beispielhaft sei angeführt, dass die Stützmetallschicht 3 aus einem Stahl, die Lagermetallschicht 5 aus einer Kupferlegierung mit 5 Gew.-% Zinn und dem Rest Kupfer, die Einlaufschicht aus Zinn oder Bismut oder aus einem, zumindest einen Zusatzstoff enthaltenden, synthetischen Polymer, die Bindeschicht aus Kupfer oder Nickel, gebildet sein können.Likewise, the materials used, from which the support metal layer 3, the bearing metal layer 5, the inlet layer 6, which may consist of at least one diffusion barrier layer and the at least one bonding layer, from the prior art, and therefore reference is made to the relevant literature with respect to this. By way of example, the support metal layer 3 is made of a steel, the bearing metal layer 5 of a copper alloy with 5% by weight of tin and the remainder copper, the inlet layer of tin or bismuth or of a synthetic polymer containing at least one additive, the bonding layer made of copper or nickel, may be formed.

Das halbschalenförmige Gleitlagerelement 1 bildet zusammen mit zumindest einem weiteren Gleitlagerelement 7 - je nach konstruktivem Aufbau kann auch mehr als ein weiteres Gleitlagerelement 7 vorhanden sein - ein Gleitlager 8 aus. Dabei ist bevorzugt das im eingebauten Zustand untere Gleitlagerelement durch das Gleitlagerelement 1 nach der Erfindung gebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass zumindest eines der zumindest einen weiteren Gleitlagerele mente durch das Gleitlagerelement 1 oder das gesamte Gleitlager 8 aus zumindest zwei Gleitlagerelementen 2 nach der Erfindung gebildet wird.The half-shell-shaped plain bearing element 1 forms together with at least one other sliding bearing element 7 - depending on the structural design can also be present more than another sliding bearing element 7 - a sliding bearing 8. In this case, the lower plain bearing element is preferably formed in the installed state by the sliding bearing element 1 according to the invention. But there is also the possibility that at least one of the at least one further Gleitlagerele elements by the sliding bearing element 1 or the entire sliding bearing 8 is formed from at least two sliding bearing elements 2 according to the invention.

Es ist weiter möglich, dass das Gleitlagerelement 1 als Gleitlagerbuchse ausgebildet ist, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. In diesem Fall ist das Gleitlagerelement 1 gleichzeitig das Gleitlager 8.It is also possible that the sliding bearing element 1 is designed as a plain bearing bush, as indicated by dashed lines in Fig. 1. In this case, the sliding bearing element 1 at the same time the sliding bearing. 8

Weiter ist es möglich, dass die Schicht 4 eine Direktbeschichtung bildet, beispielsweise eine radial innere Beschichtung eines Pleuelauges.Furthermore, it is possible for the layer 4 to form a direct coating, for example a radially inner coating of a connecting-rod eye.

Weiter kann das Gleitlagerelement 1 bzw. das Gleitlager 8 auch in Form eine Anlaufscheibe, etc., ausgebildet sein.Next, the sliding bearing element 1 and the sliding bearing 8 in the form of a thrust washer, etc., may be formed.

Die Schicht 4 ist als Gleitschicht 9 ausgebildet. Dazu ist in Fig. 2 eine erste Ausführungsvariante dieser Gleitschicht 9 dargestellt.The layer 4 is formed as a sliding layer 9. For this purpose, a first embodiment of this sliding layer 9 is shown in FIG.

Die Gleitschicht 9 besteht aus einer Gusslegierung aus einer Kupferbasislegierung. Die Kupferbasislegierung ist insbesondere eine Bronze. Es sind aber auch andere Kupferbasislegierungen für die Gleitschicht 9 verwendbar, beispielsweise ein Messing, Rotguss, wenngleich dies nicht die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist.The sliding layer 9 consists of a casting alloy of a copper-based alloy. The copper-based alloy is in particular a bronze. However, other copper base alloys are also usable for the sliding layer 9, for example brass, red brass, although this is not the preferred embodiment of the invention.

Die Kupferbasislegierung weist neben Kupfer eines oder mehrere der Elemente aus einer Gruppe umfassend Bor, Antimon, Aluminium, Silizium, Vanadium, Phosphor, Titan, Mangan, Zinn, Zink, Magnesium auf. Da die primären Wirkungen der einzelnen Elemente in Kupferbasislegierungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, sei diesbezüglich darauf verwiesen. In der bevorzugten Ausführungsvariante weist die Kupferbasislegierung neben Kupfer aber zumindest Zinn und gegebenenfalls zumindest eines der weiteren, voranstehend angeführten Elemente auf.The copper-base alloy includes, in addition to copper, one or more of the elements selected from the group consisting of boron, antimony, aluminum, silicon, vanadium, phosphorus, titanium, manganese, tin, zinc, magnesium. Since the primary effects of the individual elements are known in prior art copper base alloys, reference is made thereto. In the preferred embodiment variant, however, the copper-based alloy contains, in addition to copper, at least tin and optionally at least one of the further elements mentioned above.

Die möglichen Anteile der einzelnen Elemente an der Kupferbasislegierung sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Prozentangaben zu den Anteilen in Tabelle 1 sind, so wie in der gesamten Beschreibung, als Gew.-% zu verstehen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Es ist anzumerken, dass diese Anteile nicht die Anteile an den oxidierten Metallen umfassen. Diese sind in Tabelle 2 wiedergegeben.The possible proportions of the individual elements on the copper-base alloy are summarized in Table 1. The percentages for the proportions in Table 1, as throughout the specification, are to be understood as weight percent unless expressly stated otherwise. It should be noted that these proportions do not include the proportions of the oxidized metals. These are shown in Table 2.

Bei jeder Kupferbasislegierung bildet Kupfer den Rest, wobei der Anteil des Kupfers abhängig ist vom Anteil des einen oder dem Summenanteil der mehreren Elemente aus der angegebenen Gruppe.For each copper-based alloy, copper forms the remainder, with the proportion of copper depending on the proportion of one or the sum of the several elements from the specified group.

Tabelle 1: Mengenbereiche der Legierungselemente der KupferbasislegierungTable 1: Quantity ranges of the alloying elements of the copper-base alloy

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind in der Gleitschicht 9 Ausscheidungen 10 enthalten. Diese Ausscheidungen 10 sind aus zumindest einem Legierungsbestandteil entstanden, weisen als zumindest einen der Legierungsbestandteile auf. Die Ausscheidungen 10 sind ein- oder mehrwertige Oxide von zumindest einem der Legierungsbestandteile der Kupferbasislegierung. Die Wertigkeit bezieht sich dabei auf das jeweils an der Reaktion beteiligte Element, das oxidiert wird. Es sind auch Mischoxide möglich.As can be seen from FIG. 2, 9 precipitates 10 are contained in the sliding layer. These precipitates 10 are formed from at least one alloying constituent and have at least one of the constituents of the alloy. The precipitates 10 are monovalent or polyvalent oxides of at least one of the alloying constituents of the copper-base alloy. The valency refers to the respective element involved in the reaction, which is oxidized. There are also mixed oxides possible.

Wie aus dem nachstehend erläuterten Verfahren ersichtlich ist, sind die Ausscheidungen 10 der Kupferbasislegierung nicht als solche zugegeben, sondern werden die Ausscheidungen aus zumindest einem Legierungsbestandteil in Folge einer Oxidationsreaktion erzeugt.As apparent from the method explained below, the precipitates 10 of the copper-base alloy are not added as such, but the precipitates of at least one alloying ingredient are generated due to an oxidation reaction.

Es sei bereits jetzt darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Oxidation“, der allgemeinen Definition entsprechend, die Abgabe von Elektronen im Zuge einer chemischen Reaktion verstanden wird. Beispielsweise reagiert Mg0 unter Abgabe von zwei Elektronen mit Sauerstoff zu MgO.It should already be noted that the term "oxidation", according to the general definition, means the release of electrons in the course of a chemical reaction. For example, MgO reacts with oxygen to give MgO by donating two electrons.

Die Gleitschicht 9 weist eine Schichtdicke 11 auf. Die Schichtdicke 11 beträgt insbesondere zwischen 0,1 mm und 1,5 mm.The sliding layer 9 has a layer thickness 11. The layer thickness 11 is in particular between 0.1 mm and 1.5 mm.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Ausscheidungen 10 nicht über die gesamte Schichtdicke 11 der Gleitschicht 9 verteilt angeordnet, sondern beschränkt sich deren Anordnung bzw. Ausbildung lediglich auf einen Bereich innerhalb einer Teilschicht 12 der Gleitschicht 9. Die Ausscheidungen 10 sind dabei innerhalb, insbesondere ausschließlich innerhalb, dieser Teilschicht 12 angeordnet. Aufgrund der gewählten Verfahrensweise bilden Oxide, die sich an der Oberfläche der Gleitschicht 9 durch die Oxidation bilden, keine feste Verbindung mit der Kupferbasislegierung, sodass diese Oxide abplatzen bzw. einfach entfernt werden können.As can be seen from FIG. 2, the precipitates 10 are not distributed over the entire layer thickness 11 of the sliding layer 9, but their arrangement or design is limited only to a region within a partial layer 12 of the sliding layer 9. The precipitates 10 are within , In particular, only within, this sub-layer 12 is arranged. Owing to the chosen procedure, oxides which form on the surface of the sliding layer 9 by the oxidation do not form a firm bond with the copper-base alloy, so that these oxides can flake off or be easily removed.

Die Ausscheidungen 10 befinden sich überwiegend in den Körnern der Kupferbasislegierung. Mit dem Begriff „überwiegend“ ist dabei gemeint, dass sich zumindest ein Mengenanteil von 60 % der Ausscheidungen 10, bezogen auf die Gesamtheit der Ausscheidungen 10, in den Körnerder Kupferbasislegierung befindet. Der Rest befindet sich in den Korngrenzen.The precipitates 10 are predominantly in the grains of the copper base alloy. By the term "predominantly" is meant that at least a proportion of 60% of the precipitates 10, based on the totality of the precipitates 10, is in the grains of the copper-based alloy. The rest is in the grain boundaries.

Bei der Ausführungsvariante der Gleitschicht 9 nach Fig. 2 sind die Ausscheidungen relativ gleichmäßig über das gesamte Volumen der Teilschicht 12 verteilt angeordnet. Mit dem Ausdruck „relativ gleichmäßig“ ist dabei gemeint, dass der Unterschied in der Anzahl an Ausscheidungen 10 von jeweils zwei verschiedenen Volumenbereichen der Teilschicht 12 um nicht mehr als 5 %, insbesondere um nicht mehr als 3 %, voneinander abweicht, wobei als Referenzwert mit 100 % eine Anzahl an Ausscheidungen 10 in einem Volumenbereich der Teilschicht 12 ist, die sich aus der Gesamtanzahl an Ausscheidungen 10 im Gesamtvolumen der Teilschicht 12 dividiert durch die Anzahl der Volumenbereiche, die das Gesamtvolumen umfasst, errechnet.In the embodiment of the sliding layer 9 according to FIG. 2, the precipitates are distributed relatively uniformly over the entire volume of the partial layer 12. By the term "relatively uniform" is meant that the difference in the number of precipitates 10 of each two different volume regions of the sub-layer 12 by not more than 5%, in particular by not more than 3%, from each other, being used as a reference value with 100% is a number of precipitates 10 in a volume region of the sub-layer 12, which is calculated from the total number of precipitates 10 in the total volume of the sub-layer 12 divided by the number of volume regions comprising the total volume.

Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl der Ausscheidungen 10 in Richtung von der Oberfläche 13 der Kupferbasislegierung der Gleitschicht 9 auf die Stützmetallschicht 3 graduell abnimmt, wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist.However, it is also possible that the number of precipitates 10 gradually decreases in the direction from the surface 13 of the copper base alloy of the sliding layer 9 to the supporting metal layer 3, as schematically shown in FIG.

Es sei darauf hingewiesen, dass in den Fig. 2 bis 4 jeweils gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des Gleitlagerelementes 1 gezeigt sind, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird jeweils auf die detaillierte Beschreibung zu den gesamten Figuren hingewiesen bzw. Bezug genommen.It should be noted that FIGS. 2 to 4 each show, if appropriate, separate embodiments of the slide bearing element 1, wherein the same reference numerals or component designations are used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made respectively to the detailed description of the entire figures.

Durch die Reduktion der Anzahl der Ausscheidungen 10 in der Teilschicht 12 in Richtung auf die Stützmetallschicht 3 kann ein Flärtegradient der Teilschicht 12 und damit in der Gleitschicht 9 eingestellt werden.By reducing the number of precipitates 10 in the sub-layer 12 in the direction of the support metal layer 3, a Flärtgradient the sub-layer 12 and thus in the sliding layer 9 can be adjusted.

Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl der der Ausscheidungen 10 in der Teilschicht 12 in Richtung von der Oberfläche 13 der Kupferbasislegierung der Gleitschicht 9 auf die Stützmetallschicht 3 graduell abnimmt bzw. generell variiert.However, it is also possible that the number of precipitates 10 in the sub-layer 12 gradually decreases or generally varies in the direction from the surface 13 of the copper-base alloy of the sliding layer 9 to the supporting metal layer 3.

Generell kann die Konzentration der Ausscheidungen 10 in der Teilschicht 12 zwischen 1 Gew.-% und 25 Gew.-%, insbesondere zwischen 3 Gew.-% und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 3 Gew.-% und 15 Gew.-% betragen. Bei einer Konzentration von mehr als 25 Gew.-% besteht die Gefahr, des Sprödbruchs durch den erhöhten Sprödphasenanteil. Wenn die Konzentration unterhalb von 1 Gew.- % in der Teilschicht 12 sinkt, wird zwar noch eine geringfügige Reduzierung in Hinblick auf die Fressneigung der Gleitschicht 9 beobachtet, allerdings ist die Reduzierung der Fressneigung ab einer Konzentration von mindestens 1 Gew.-%, insbesondere mindestens 3 Gew.-%, deutlich besser. Für den Fall, dass in der Teilschicht 12 ein Konzentrationsgradient an Ausscheidungen 10 ausgebildet ist (Fig. 3), kann dieser derart ausgestaltet sein, dass der Anteil der Ausscheidungen 10 im Bereich der Oberfläche 13 der Gleitschicht 9 zwischen 1 Gew.-% und 20 Gew.-%, insbesondere zwischen 1 Gew.-% und 15 Gew.-%, beträgt und in Richtung auf die Stützmetallschicht 3 auf einen Wert zwischen 0 Gew.-% und 3 Gew.-%, insbesondere zwischen 0 Gew.-% und 1 Gew.-%, abnimmt. Zur Bestimmung dieser Werte wird die Teilschicht 12 in Richtung auf die Stützmetallschicht 3 in zehn Subteilschichten unterteilt.In general, the concentration of the precipitates 10 in the partial layer 12 can be between 1% by weight and 25% by weight, in particular between 3% by weight and 20% by weight, preferably between 3% by weight and 15% by weight. %. At a concentration of more than 25 wt .-%, there is a risk of brittle fracture due to the increased brittle phase content. If the concentration drops below 1% by weight in the partial layer 12, although a slight reduction in the tendency to eat of the sliding layer 9 is still observed, the reduction of the tendency to eat is at least 1% by weight, in particular at least 3% by weight, much better. In the event that a concentration gradient of precipitates 10 is formed in the partial layer 12 (FIG. 3), this can be designed such that the proportion of the precipitates 10 in the region of the surface 13 of the sliding layer 9 is between 1% by weight and 20 Wt .-%, in particular between 1 wt .-% and 15 wt .-%, and in the direction of the support metal layer 3 to a value between 0 wt .-% and 3 wt .-%, in particular between 0 wt .-% and 1 wt .-%, decreases. To determine these values, the partial layer 12 is subdivided in the direction of the supporting metal layer 3 into ten subpart layers.

Generell kann die Teilschicht 12 eine Schichtdicke 14 (Fig. 2) aufweisen, die zwischen 1 % und 66 %, insbesondere zwischen 3 % und 50 %, der Schichtdicke 11 der Gleitschicht 9 beträgt. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke 14 der Teilschicht 12 zwischen 0,1 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 150 μιτι und 500 μιτι. Überraschenderweise hat sich im Laufe von Untersuchungen gezeigt, dass es für die Reduktion der Fressneigung der bleifreien Gleitschicht 9 ausreichend ist, wenn die Ausscheidungen 10 nicht über die gesamte Schichtdicke 11 der Gleitschicht 9 verteilt angeordnet sind, sondern sich die Ausscheidungen 10 auf die Teilschicht 12 beschränken.In general, the partial layer 12 may have a layer thickness 14 (FIG. 2) which is between 1% and 66%, in particular between 3% and 50%, of the layer thickness 11 of the sliding layer 9. Preferably, the layer thickness 14 of the sub-layer 12 is between 0.1 mm and 1.5 mm, in particular between 150 μιτι and 500 μιτι. Surprisingly, it has been shown in the course of investigations that it is sufficient for the reduction of the tendency to eat of the lead-free sliding layer 9 when the precipitates 10 are not distributed over the entire layer thickness 11 of the sliding layer 9, but the precipitates 10 are limited to the partial layer 12 ,

Die Teilschicht 12 kann unmittelbar anschließend an die Oberfläche 13 ausgebildet sein.The partial layer 12 may be formed immediately adjacent to the surface 13.

Generell können die Ausscheidungen 10 eine maximale Partikelgröße 15 (Fig. 2) von maximal 50 μιτι, insbesondere zwischen 0,1 μιτι und 20 μιτι, aufweisen. Vorzugsweise beträgt die eine maximale Partikelgröße 15 zwischen 15 μιτι und 20 μιτι. Unter der maximalen Partikelgröße 15 wird dabei die größte Abmessung verstanden, die ein Partikel aufweist.In general, the precipitates 10 may have a maximum particle size 15 (FIG. 2) of at most 50 μm, in particular between 0.1 μm and 20 μm. Preferably, the maximum particle size 15 is between 15 μιτι and 20 μιτι. The maximum particle size 15 is understood to mean the largest dimension that a particle has.

Es ist dabei möglich, dass die Partikelgröße 15 der Ausscheidungen 10 über das gesamte Volumen der Teilschicht 10 im Wesentlichen konstant bleibt, d.h. dass sich die maximale Partikelgrößen 15 der Ausscheidungen 10 um nicht mehr als 15 %, insbesondere nicht mehr als 10 %, unterscheiden.It is possible in this case for the particle size 15 of the precipitates 10 to remain substantially constant over the entire volume of the partial layer 10, i. that the maximum particle sizes 15 of the precipitates 10 differ by no more than 15%, in particular not more than 10%.

Andererseits besteht nach einerweiteren Ausführungsvariante des Gleitelementes 1 die Möglichkeit, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, dass die Ausscheidungen 10 eine maximale Partikelgröße 15 aufweisen, die in Richtung von der Oberfläche 13 der Kupferbasislegierung auf die Stützmetallschicht 3 graduell zunimmt. Dabei kann die Partikelgröße 15 der Ausscheidungen 10 um einen Wertzunehmen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,1 % bis 80 %, insbesondere aus einem Bereich von 0,1 % bis 70 %, bezogen auf die Partikelgröße 15 der Ausscheidungen 10 im Bereich der Oberfläche 13.On the other hand, according to another embodiment of the sliding element 1, it is possible, as shown in FIG. 4, for the precipitates 10 to have a maximum particle size 15 which gradually increases in the direction from the surface 13 of the copper-base alloy to the supporting metal layer 3. In this case, the particle size 15 of the precipitates 10 can be increased by a value selected from a range of 0.1% to 80%, in particular from a range of 0.1% to 70%, based on the particle size 15 of the precipitates 10 in the range the surface 13.

Es ist aber auch möglich, dass die Ausscheidungen 10 eine maximale Partikelgröße 15 aufweisen, die in Richtung von der Oberfläche 13 der Kupferbasislegierung auf die Stützmetallschicht 3 graduell abnimmt bzw. generell variiert. Dabei kann die Partikelgröße 15 der Ausscheidungen 10 um einen Wert abnehmen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,1 % bis 80 %, insbesondere aus einem Bereich von 0,1 % bis 70 %, bezogen auf die Partikelgröße 15 der Ausscheidungen 10 im Bereich der Oberfläche 13.However, it is also possible for the precipitates 10 to have a maximum particle size 15 which gradually decreases or generally varies in the direction from the surface 13 of the copper-base alloy to the support metal layer 3. In this case, the particle size 15 of the precipitates 10 can decrease by a value which is selected from a range of 0.1% to 80%, in particular from a range of 0.1% to 70%, based on the particle size 15 of the precipitates 10 im Area of the surface 13.

Der Habitus der Ausscheidungen 10 kann zumindest annähernd kugelförmig, zumindest annähernd ellipsoidförmig bzw. eiförmig, knollenförmig, zumindest annähernd kubisch, etc., oder völlig unregelmäßig sein. Bevorzugt sind die Ausscheidungen 10 zumindest annähernd rund bzw. zumindest annähernd ellipsoidförmig.The habit of the precipitates 10 may be at least approximately spherical, at least approximately ellipsoidal or egg-shaped, bulbous, at least approximately cubic, etc., or completely irregular. Preferably, the precipitates 10 are at least approximately round or at least approximately ellipsoidal.

Wie bereits erwähnt werden die Ausscheidung 10 vorzugsweise erst nach dem Guss der Gleitschicht 9 bzw. der Kupferbasislegierung durch Oxidation erzeugt. Die Ausscheidungen 10 werden also nicht als solche den Ausgangsstoffen der Kupferbasislegierung zugesetzt.As already mentioned, the precipitate 10 is preferably produced only after the casting of the sliding layer 9 or the copper-based alloy by oxidation. The precipitates 10 are therefore not added as such to the starting materials of the copper-based alloy.

In einem ersten Schritt wird zur Herstellung des Gleitlagerelementes 1 ein Vormaterial aus zumindest zwei Schichten hergestellt. Dazu wird im einfachsten Fall auf einen, insbesondere ebenen, MetaIIstreifen oder ein, insbesondere ebenes, Metallblech eine Kupferbasislegierung aufgegossen.In a first step, a starting material of at least two layers is produced for the production of the sliding bearing element 1. For this purpose, in the simplest case, a copper-based alloy is poured onto a metal strip, in particular a flat metal strip, or a metal sheet, in particular a flat metal sheet.

Der Metallstreifen oder das Metallblech bildet dabei die Stützmetallschicht 3. Für den Fall, dass ebene Metallstreifen oder Metallbleche eingesetzt werden, werden diese in einem späteren Verfahrensschritt noch zum jeweiligen Gleitlagerelement 1 umgeformt, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.In this case, the metal strip or metal sheet forms the support metal layer 3. In the event that flat metal strips or metal sheets are used, they are converted in a later process step nor to the respective plain bearing element 1, as is known per se from the prior art.

Wie bereits voranstehend erwähnt, kann das Gleitlagerelement 1 auch mehr als drei Schichten aufweisen. In diesem Fall kann die Kupferbasislegierung auf die jeweils oberste Schicht des Verbundmaterials mit der Stützmetallschicht aufgegossen werden oder es wird vorerst ein weiteres, insbesondere zweischichtiges, Verbundmaterial hergestellt, dass anschließend mit der Stützmetallschicht oder einem Verbundmaterial umfassend die Stützmetallschicht verbunden wird, beispielsweise durch Walzplattieren.As already mentioned above, the plain bearing element 1 can also have more than three layers. In this case, the copper-based alloy may be cast on the uppermost layer of the composite material with the support metal layer, or another composite material, especially two-layer composite material, may be produced which is subsequently bonded to the support metal layer or a composite material comprising the support metal layer, for example by roll-plating.

Das Aufgießen der Kupferbasislegierung auf den Metallstreifen bzw. das Metallblech oderaufeine Schicht eines Verbundmaterials kann beispielsweise mittels horizontalem oder vertikalem Bandguss erfolgen.The casting of the copper-based alloy onto the metal strip or the metal sheet or onto a layer of a composite material may, for example, take place by means of horizontal or vertical strip casting.

Es ist aber auch möglich, dass eine Kupferbasislegierung in einem ersten Schritt beispielsweise mittels Strangguss hergestellt wird und die verfestigte Kupferbasislegierung erst danach mit zumindest einer der weiteren Schichten des Gleitlagerelementes 1, insbesondere der Stützmetallschicht 3 verbunden wird, beispielsweise mittels Walzplattieren.But it is also possible that a copper-based alloy is produced in a first step, for example by means of continuous casting and the solidified copper-based alloy is then connected to at least one of the other layers of the sliding bearing element 1, in particular the support metal layer 3, for example by means of roll cladding.

Nach einer anderen Ausführungsvariante besteht die Möglichkeit, dass das Gleitlagerelemente 1 mit einem Schleudergussverfahren hergestellt wird. In diesem Fall erfolgt bevorzugt keine thermomechanische Behandlung.According to another embodiment, it is possible that the sliding bearing elements 1 is produced by a centrifugal casting process. In this case, preferably no thermomechanical treatment is carried out.

Die Anteile an metallischen und gegebenenfalls nichtmetallischen Komponenten in der für die Fierstellung der Gleitschicht 9 verwendeten Ausgangsmischung werden entsprechend der Angaben in Tabelle 1 gewählt, zuzüglich der Anteile an diesen Komponenten, die während der Oxidation zu den Ausscheidungen 10 verbraucht werden.The proportions of metallic and optionally non-metallic components in the starting mixture used for the Fierstellung of the sliding layer 9 are selected according to the information in Table 1, plus the proportions of these components, which are consumed during the oxidation to the precipitates 10.

Das Gießen von Legierungen aus der Schmelze ist dem Gleitlagerfachmann prinzipiell bekannt, sodass hinsichtlich der Parameter, wie Temperatur, etc. auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei.The casting of alloys from the melt is known in principle to the sliding bearing expert, so that with regard to the parameters, such as temperature, etc., reference is made to the relevant prior art.

Nach der Herstellung des Verbundmaterials aus zumindest zwei Schichten, werden in der Gleitschicht 9 aus der erstarrten Kupferbasislegierung die Ausscheidungen 10 hergestellt. Diese Ausscheidungen 10 werden dabei aus zumindest einer der Komponenten der Kupferbasislegierung hergestellt. Dazu wird die Kupferbasislegierung nach dem Erstarren thermochemisch behandelt wird, wobei die Kupferbasislegierung mit zumindest einem Oxidationsmittel in Kontakt gebracht wird, und das Oxidationsmittel in die Kupferbasislegierung eindiffundiert wird, sodass zumindest ein Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung unter Bildung der Ausscheidungen 10 innerhalb der Kupferbasislegierung zumindest teilweise oxidiert wird.After the composite material has been produced from at least two layers, the precipitates 10 are produced in the sliding layer 9 from the solidified copper-base alloy. These precipitates 10 are produced from at least one of the components of the copper-based alloy. To this end, after solidification, the copper-base alloy is thermochemically treated, contacting the copper-based alloy with at least one oxidizer, and oxidizing the oxidizer into the copper-based alloy such that at least one alloying constituent of the copper-base alloy is at least partially oxidized to form the precipitates 10 within the copper-base alloy ,

Bevorzugt wird als Oxidationsmittel zumindest ein Element aus einer Gruppe umfassend Sauerstoff und sauerstoffabgebende Verbindungen verwendet, sodass als Ausscheidungen 10 Oxide gebildet werden. Es ist dabei auch möglich eine Mischung aus verschiedenen Oxidationsmitteln zu verwenden bzw. kann die Kupferbasislegierung auch mehrfach mit zumindest einem Oxidationsmittel behandelt werden, beispielsweise in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten mit jeweils einem Oxidationsmittel.At least one element from a group comprising oxygen and oxygen-releasing compounds is preferably used as the oxidizing agent, so that oxides are formed as precipitates. It is also possible to use a mixture of different oxidizing agents or the copper-based alloy can also be treated repeatedly with at least one oxidizing agent, for example in successive process steps, each with an oxidizing agent.

Das zumindest eine Oxidationsmittel kann beispielsweise Sauerstoff, Wasserdampf oder Ozon sein.The at least one oxidizing agent may be, for example, oxygen, water vapor or ozone.

Vorzugsweise wird das zumindest eine Oxidationsmittel gasförmig oder plasmaförmig eingesetzt. Dazu wird das Verbundmaterial mit der aufgegossenen Kupferbasislegierung in einer, insbesondere allseitig geschlossenen, Behandlungskammer mit dem Oxidationsmittel in Kontakt gebracht, in dem in die Atmosphäre der Behandlungskammerdas Oxidationsmittel eingebracht wird. Gegebenenfalls kann mittels einer Regelung der Anteil des verbrauchten Oxidationsmittels über die Zeit der Behandlung automatisch in die Behandlungskammer durch ein frisches Oxida tionsmittel ergänzt werden, sodass in der Behandlungskammer ein zumindest annähernd gleicherbleibender Partialdruck an dem Oxidationsmittel vorherrscht.Preferably, the at least one oxidizing agent is used in gaseous or plasma form. For this purpose, the composite material is brought into contact with the cast copper-base alloy in a, in particular closed on all sides, treatment chamber with the oxidizing agent, in which the oxidizing agent is introduced into the atmosphere of the treatment chamber. Optionally, by means of a regulation, the proportion of the oxidant consumed over the time of treatment can be automatically supplemented by a fresh oxidant in the treatment chamber so that an at least approximately equal partial pressure prevails in the treatment chamber on the oxidant.

Es ist aber auch möglich, den Partialdruck an dem Oxidationsmittel in der Behandlungskammer bewusst über die Zeit der Behandlung des Verbundmaterials zu verändern, beispielsweise zur Ausbildung eines Konzentrationsgradienten an den Ausscheidungen 10 über die Schichtdicke 14 der Teilschicht 12, wie dies voranstehend ausgeführt wurde.However, it is also possible to deliberately change the partial pressure of the oxidizing agent in the treatment chamber over the time of treatment of the composite material, for example to form a concentration gradient of the precipitates 10 over the layer thickness 14 of the partial layer 12, as stated above.

Generell kann der Partialdruck an dem gasförmig oder plasmaförmig eingesetzten Oxidationsmittel in der Oxidationsatmosphäre einen Partialdruck von mindestens 1.10'5 atm und von maximal 5 atm, insbesondere von mindestens 1.10 3 atm und maximal 3 atm, aufweisen. Den restlichen Anteil an der Oxidationsatmosphäre bildet vorzugsweise ein Inertgas, wie beispielsweise Argon, Helium, oder Stickstoff. Es ist aber auch möglich, dass der restliche Anteil an der Oxidationsatmosphäre durch Luft gebildet wird.In general, the partial pressure of the gaseous or plasma oxidant used in the oxidation atmosphere may have a partial pressure of at least 1.10'5 atm and of at most 5 atm, in particular of at least 1.10 3 atm and at most 3 atm. The remaining portion of the oxidizing atmosphere preferably forms an inert gas, such as argon, helium, or nitrogen. But it is also possible that the remaining portion of the oxidation atmosphere is formed by air.

Die Temperatur, bei der diese thermochemische Behandlung durchgeführt wird, ist bevorzugt ausgewählt aus einem Bereich von 500 °C, insbesondere 600 °C, bis zur Erstarrungstemperatur der jeweiligen Kupferbasislegierung.The temperature at which this thermochemical treatment is carried out is preferably selected from a range of 500 ° C, especially 600 ° C, to the solidification temperature of the respective copper base alloy.

Die Dauer der thermochemischen Behandlung kann ausgewählt werden aus einem Bereich von 1 Stunden bis 96 Stunden, insbesondere aus einem Bereich von 3 Stunden bis 48 Stunden.The duration of the thermochemical treatment can be selected from a range of 1 hour to 96 hours, especially from a range of 3 hours to 48 hours.

Bei der soeben beschrieben Verfahrensvariante erfolgt die Erzeugung der Ausscheidungen 10 nach der Verbundbildung der Kupferbasislegierung mit zumindest einerweiteren Schicht. Es ist nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens aber auch möglich, dass die thermochemische Behandlung der Kupferbasislegierung vor der Verbundbildung mit zumindest einer weiteren Schicht des Gleitlagerelementes 1 durchgeführt wird, wobei hierbei dieselben Verfahrensparameter angewandt werden können.In the method variant just described, the production of the precipitates 10 takes place after the composite formation of the copper-base alloy with at least one further layer. However, according to a variant embodiment of the method, it is also possible for the thermochemical treatment of the copper-base alloy to be carried out before the composite formation with at least one further layer of the plain bearing element 1, in which case the same process parameters can be used.

Nach einerweiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Oxidationsmittel fest eingesetzt wird. In diesem Fall kann das Oxidationsmittel beispielsweise auf zumindest einen Teil der Oberfläche der Kupferbasislegierung aufgebracht werden. Die Behandlungstemperatur und die Behandlungsdauer können dabei aus den voranstehend genannten Bereichen ausgewählt werden.According to a further embodiment variant of the method it can be provided that the at least one oxidizing agent is used firmly. In this case, for example, the oxidizing agent may be applied to at least a part of the surface of the copper-base alloy. The treatment temperature and the duration of treatment can be selected from the ranges mentioned above.

Als festes Oxidationsmittel kann ein Oxidpulver oder können Mischungen aus verschiedenen Oxidpulvern verwendet werden. Mögliche Oxidpulver sind beispielsweise Ba02, ΚΜηθ4, KNO3, KCIO3, K2Cr04.As the solid oxidizing agent, an oxide powder or mixtures of various oxide powders may be used. Possible oxide powders are, for example, BaO 2, ΚΜηθ 4, KNO 3, KClO 3, K 2 CrO 4.

Nach einerweiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen werden, dass vor oder gleichzeitig mit der thermochemischen Behandlung eine thermomechanische Behandlung der erstarrten Kupferbasislegierung durchgeführt wird. Die thermomechanische Behandlung kann beispielsweise eine Walzung, Umformung oder Einformung sein.According to a further embodiment variant of the method, provision can be made for thermomechanical treatment of the solidified copper-base alloy to be carried out before or simultaneously with the thermochemical treatment. The thermomechanical treatment may be for example a rolling, forming or forming.

Die Temperatur der thermomechanischen Behandlung kann ausgewählt werden aus einem Bereich von 450 °C bis 1000 °C, insbesondere aus einem Bereich von 750 °C bis 950 °C.The temperature of the thermomechanical treatment can be selected from a range of 450 ° C to 1000 ° C, especially from a range of 750 ° C to 950 ° C.

Die Dauer der der thermomechanischen Behandlung kann ausgewählt werden aus einem Bereich von 3 Stunden bis 25 Stunden insbesondere aus einem Bereich von 5 Stunden bis 20 Stunden.The duration of the thermo-mechanical treatment may be selected from a range of 3 hours to 25 hours, especially from a range of 5 hours to 20 hours.

Durch die thermomechanische Behandlung der Kupferbasislegierung kann ein diffusionsoffeneres Gefüge durch die Erhöhung des Anteils an Korngrenzen erzeugt werden. Darüber hinaus kann damit auch die Zähigkeit der Kupferbasislegierung erhöht werden.Due to the thermomechanical treatment of the copper-based alloy, a more permeable structure can be produced by increasing the fraction of grain boundaries. In addition, it can also be used to increase the toughness of the copper-based alloy.

Aus dem Verbundmaterial wird dann abschließend das Gleitlagerelement 1 durch gegebenenfalls Ausbildung von Streifen aus einem Plattenmaterial und durch entsprechende Umformung, beispielsweise in eine Halbschalenform, sowie gegebenenfalls abschließende Bearbeitungen, wie z.B. Feinbohren, etc. hergestellt. Diese finalen Bearbeitungsschritte sind dem Gleitlagerfachmann bekannt, sodass dazu auf die einschlägige Literatur verwiesen sei.From the composite material is then finally the sliding bearing element 1 by optionally forming strips of a plate material and by appropriate deformation, for example in a half-shell mold, and optionally finishing operations such. Fine boring, etc. produced. These final processing steps are known to the sliding bearing specialist, so that reference is made to the relevant literature.

Wie bereits erwähnt, werden infolge der thermochemischen Behandlung der Kupferbasislegierung oxidische Ausscheidungen 10 erzeugt. In der folgenden Tabelle 2 sind derartige Ausscheidungen 10 zusammen mit den (bevorzugten) Mengenanteilen an der Kupferbasislegierung angegeben. Wiederum sind sie Mengenangaben in Gew.-% zu verstehen. Weiter sind die Mengenanteile auf das jeweilige Kation der Verbindungen bezogen, da auch andere als die beispielhaft angegebenen Oxide herstellbar sind. Durch die Bezugnahme auf das das jeweilige Kation gelten die Mengenangaben auch für diese in Tabelle 2 nicht angeführten Oxide.As already mentioned, as a result of the thermochemical treatment of the copper-base alloy, oxide precipitates 10 are produced. Table 2 below shows such precipitates 10 together with the (preferred) proportions of the copper base alloy. Again, they are quantities in wt .-% to understand. Furthermore, the proportions are based on the particular cation of the compounds, since other than the exemplified oxides can be produced. By referring to the respective cation, the quantities are also valid for these oxides not listed in Table 2.

Generell kann der Summenanteil an Ausscheidungen 10 in der Kupferbasislegierung der Gleitschicht 9 ausgewählt werden aus einem Bereich von 1 Gew.-% und 25 Gew.-%, insbesondere aus einem Bereich von 3 Gew.-% und 20 Gew.-%.Generally, the cumulative amount of precipitates 10 in the copper base alloy of the sliding layer 9 can be selected from a range of 1% by weight and 25% by weight, especially from a range of 3% by weight to 20% by weight.

Tabelle 2: Mengenanteile der Ausscheidungen in der Gleitschicht 9Table 2: Quantities of the precipitates in the sliding layer 9

Die Anteile und Größe der Ausscheidungen 10 können durch die Konzentration des Oxidationsmittels und/oderdie Behandlungstemperatur und/oderdie Behandlungsdauer beeinflusst werden. Weiterhin kann durch die Variation der Konzentration des Oxidationsmittels und/oder die Behandlungstemperatur über die Dauer der Behandlung der voranstehend genannte Konzentrationsgradient der Ausscheidungen 10 über die Schichtdicke 14 der Teilschicht 12 der Kupferbasislegierung eingestellt werden. Über die Konzentration des Oxidationsmittels kann die Partikelgröße 15 der Ausscheidungen und damit auch der Gradient in der Partikelgröße 15 über die Schichtdicke 14 der Teilschicht 12 der Kupferbasislegierung beeinflusst werden, wie dies voranstehend bereits ausgeführt wurde.The proportions and size of the precipitates 10 may be affected by the concentration of the oxidizing agent and / or the treatment temperature and / or the treatment time. Furthermore, by varying the concentration of the oxidizing agent and / or the treatment temperature over the duration of the treatment, the abovementioned concentration gradient of the precipitates 10 over the layer thickness 14 of the partial layer 12 of the copper-base alloy can be adjusted. By way of the concentration of the oxidizing agent, the particle size 15 of the precipitates and thus also the gradient in the particle size 15 can be influenced via the layer thickness 14 of the partial layer 12 of the copper-base alloy, as has already been explained above.

Im Folgenden sind einige der durchgeführten Versuche wiedergegeben.The following are some of the experiments performed.

Beispiel 1:Example 1:

Es wurde eine Legierung mit 96 Gew.-% Kupfer, 3 Gew.-% Zinn und 1 Gew.-% Zink auf eine Stützmetallschicht 3 aus einem Stahl mit dem Abmessungen 220 mm Breite und 4 mm Dicke mittels Bandguss aufgegossen. Dabei hatte der vorgewärmte Stahl eine Temperatur von 1070 °C und eine Geschwindigkeit von 6 cm/min. Auf diesen wird die Gusslegierung mit einer Temperatur von 1170 °C aufgegossen. Der Stahl wird mittels Ölkühlung von unten auf 100 °C gekühlt und so mit die Gusslegierung im Verbund erstarrt. Dieser Verbund wurde einer Dickenreduktion von min 25 % und max. 60% durch walzen unterzogen. Danach wurde dieses Material für 24 Stunden bei 900 °C mittels Luft thermochemisch behandelt.An alloy containing 96% by weight of copper, 3% by weight of tin and 1% by weight of zinc was poured onto a support metal layer 3 made of a steel 220 mm wide and 4 mm thick by means of strip casting. The preheated steel had a temperature of 1070 ° C and a speed of 6 cm / min. On top of this, the casting alloy is poured at a temperature of 1170 ° C. The steel is cooled by means of oil cooling from below to 100 ° C and solidified with the cast alloy in the composite. This composite was a thickness reduction of min 25% and max. 60% subjected to rolling. Thereafter, this material was thermochemically treated by air at 900 ° C for 24 hours.

Es entstand dabei eine Teilschicht 12 mit einer Schichtdicke 14 von annähernd 250 μιτι. Die Analyse der Kupferbasislegierung in der Teilschicht 12 ergab 88,5 Gew.-% Kupfer, 7,5 Gew.-% Zinn, 1 Gew.-% Zink und 3 Gew.-% Sauerstoff. Als Ausscheidungen 10 haben sich also Zinnoxid(e), Zinkoxid(e) und deren Mischungen gebildet.This resulted in a partial layer 12 with a layer thickness 14 of approximately 250 μιτι. Analysis of the copper-based alloy in the sub-layer 12 revealed 88.5 wt% copper, 7.5 wt% tin, 1 wt% zinc, and 3 wt% oxygen. As precipitates 10 so tin oxide (s), zinc oxide (s) and mixtures thereof have formed.

In den Fig. 5 und 6 sind dazu die Rasterelektronenmikroskopaufnahmen der Kupferbasislegierung dargestellt. Deutlich zu sehen sind die Ausscheidungen 10 als helle „Punkte“ innerhalb der Teilschicht 12 der Kupferbasislegierung. Die Punkte mit dunklem „Kern“ sind dabei Oxide auf denen andere Oxide aufgewachsen sind.FIGS. 5 and 6 show the scanning electron micrographs of the copper-based alloy for this purpose. Clearly visible are the precipitates 10 as bright "dots" within the sub-layer 12 of the copper-base alloy. The dots with a dark "core" are oxides on which other oxides are grown.

Die Bestimmung der Fressneigung dieser Kupferbasislegierung erfolgte nach einem Fressneigungstest. Es wurde dabei ein Wert von 57 MPa festgestellt.The predisposition of this copper-based alloy was determined after a predisposition test. It was found a value of 57 MPa.

Im Vergleich dazu weist ein bleihaltige Bronze mit 20 Gew.-% Blei eine Fressneigung von 62 MPa auf.In comparison, a lead-containing bronze with 20 wt .-% lead to a predisposition of 62 MPa.

Dieselbe nicht oxidiert Probe hat hingegen nur eine Fressneigung von 35 MPa Beispiel 2:The same unoxidized sample, on the other hand, has only a predilection of 35 MPa. Example 2:

Es wurde eine Legierung mit 92 Gew.-% Kupfer und 7 Gew.-% Zinn und 1 Gew.-% Zink gegossen.An alloy was cast with 92 wt.% Copper and 7 wt.% Tin and 1 wt.% Zinc.

Danach wurde dieses Material für 12 Stunden bei 950 °C mittels Luft thermochemisch behandelt. Es entstand dabei eine Teilschicht 12 mit einer Schichtdicke 14 von circa 130 pm. Die Lichtmikroskopaufnahme (Fig. 7) zeigt die entstandene Teilschicht 12 sowie die entstandenen Ausscheidungen 10 (Zinnoxide, Zinkoxide und deren Mischoxide) als dunkle „Punkte“.Thereafter, this material was thermochemically treated by air at 950 ° C for 12 hours. This resulted in a partial layer 12 with a layer thickness 14 of approximately 130 μm. The photomicrograph (FIG. 7) shows the resulting partial layer 12 and the resulting precipitates 10 (tin oxides, zinc oxides and their mixed oxides) as dark "dots".

Weitere Beispiele:Further examples:

In der folgenden Tabelle sind weitere Beispiele von Ausscheidungen 10 in Gleitschichten 9 zusammengefasst. Die Mengenangaben sind als Gew.-% zu verstehen.The following table summarizes further examples of precipitates 10 in sliding layers 9. The quantities are to be understood as wt .-%.

Tabelle 3: Beispielzusammensetzungen der Gleitschicht 9:Table 3: Example Compositions of Slide Layer 9:

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.The embodiments show possible embodiments of the sliding bearing element 1, wherein it should be noted at this point that also various combinations of the individual embodiments are possible with each other.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Gleitlagerelementes 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurdenFor the sake of the order, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the construction of plain bearing element 1, this or its constituent parts have been shown partly unevenly and / or enlarged and / or reduced in size

Bezugszeichenliste 1 Gleitlagerelement 2 Gleitlagerelementkörper 3 Stützmetallschicht 4 Schicht 5 Lagermetallschicht 6 Einlaufschicht 7 Gleitlagerelement 8 Gleitlager 9 Gleitschicht 10 Ausscheidung 11 Schichtdicke 12 Teilschicht 13 Oberfläche 14 Schichtdicke 15 PartikelgrößeREFERENCE SIGNS LIST 1 sliding bearing element 2 sliding bearing element body 3 supporting metal layer 4 layer 5 bearing metal layer 6 inlet layer 7 sliding bearing element 8 slide bearing 9 sliding layer 10 precipitation 11 layer thickness 12 partial layer 13 surface 14 layer thickness 15 particle size

Claims (15)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerelementes (1) nach dem ein Verbundwerkstoff aus einer ersten Schicht und einer oder mehreren weiteren Schicht(en) hergestellt wird, wobei die weitere Schicht oder eine der weiteren Schichten als Gleitschicht (9) ausgebildet wird, und als Gleitschicht (9) eine Gusslegierung aus einer bleifreien Kupferbasislegierung hergestellt wird, wobei in die Kupferbasislegierung Ausscheidungen (10) eingebracht werden, die zumindest einen Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferbasislegierung nach dem Erstarren thermochemisch behandelt wird, wobei die Kupferbasislegierung mit zumindest einem Oxidationsmittel in Kontakt gebracht wird, und das Oxidationsmittel in die Kupferbasislegierung eindiffundiert wird, sodass zumindest ein Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung unter Bildung der Ausscheidungen (10) innerhalb der Kupferbasislegierung zumindest teilweise oxidiert wird, wobei die Ausscheidungen (10) nur innerhalb einer Teilschicht (12) der Kupferbasislegierung gebildet werden.1. A method for producing a sliding bearing element (1) according to which a composite material of a first layer and one or more further layer (s) is produced, wherein the further layer or one of the further layers is formed as a sliding layer (9), and as a sliding layer (9) a cast alloy is prepared from a lead-free copper-base alloy, wherein precipitates (10) having at least one alloy constituent of the copper-base alloy are incorporated in the copper-base alloy, characterized in that the copper-based alloy is thermochemically treated after solidification, the copper-based alloy having at least one Oxidizing agent is brought into contact, and the oxidizing agent is diffused into the copper-based alloy, so that at least one alloying constituent of the copper-based alloy is at least partially oxidized to form the precipitates (10) within the copper-based alloy, wherein the Ausscheidun gene (10) are formed only within a partial layer (12) of the copper-based alloy. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel zumindest ein Element aus einer Gruppe umfassend Sauerstoff und sauerstoffabgebende Verbindungen verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that at least one element from a group comprising oxygen and oxygen-releasing compounds is used as the oxidizing agent. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder gleichzeitig mit der thermochemischen Behandlung eine thermomechanische Behandlung der erstarrten Kupferbasislegierung durchgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that before or simultaneously with the thermochemical treatment, a thermomechanical treatment of the solidified copper-based alloy is performed. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupferbasislegierung eingesetzt wird, die eines oder mehrere der Elemente aus einer Gruppe umfassend Bor, Antimon, Aluminium, Silizium, Vanadium, Phosphor, Titan, Mangan, Zinn, Zink, Magnesium aufweist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a copper-based alloy is used, the one or more of the elements from a group comprising boron, antimony, aluminum, silicon, vanadium, phosphorus, titanium, manganese, tin, zinc, Has magnesium. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochemische Behandlung der Kupferbasislegierung vor der Verbundbildung mit der Schicht aus dem Stützmetall durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thermochemical treatment of the copper-based alloy is carried out prior to the composite formation with the layer of the support metal. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochemische Behandlung der Kupferbasislegierung nach der Verbundbildung mit der Schicht aus dem Stützmetall durchgeführt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thermochemical treatment of the copper-based alloy is carried out after the composite formation with the layer of the support metal. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Oxidationsmittel fest und/oder gasförmig oder plasmaförmig eingesetzt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one oxidizing agent is used solid and / or gaseous or plasma-shaped. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochemische Behandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die ausgewählt wird aus einem Bereich von 500 °C bis zur Erstarrungstemperatur der Kupferbasislegierung.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the thermochemical treatment is carried out at a temperature which is selected from a range of 500 ° C to the solidification temperature of the copper-based alloy. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmig eingesetzte Oxidationsmittel in der Oxidationsatmosphäre mit einen Partialdruck von mindestens 1.10'3 atm und von maximal 3 atm eingesetzt wird.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the gaseous oxidant used in the oxidation atmosphere with a partial pressure of at least 1.10'3 atm and a maximum of 3 atm is used. 10. Gleitlagerelement (1) aus einem Verbundwerkstoff umfassend eine Stützmetallschicht (3) und eine Gleitschicht (9) sowie gegebenenfalls eine Zwischenschicht zwischen der Stützmetallschicht (3) und der Gleitschicht (9), wobei die Gleitschicht (9) aus einer Gusslegierung aus einer bleifreien Kupferbasislegierung gebildet ist, in der Ausscheidungen (10), die zumindest einen Legierungsbestandteil der Kupferbasislegierung aufweisen, enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidungen (10) nur innerhalb einer Teilschicht (12) der Kupferbasislegierung ausgebildet sind.10. sliding bearing element (1) made of a composite material comprising a support metal layer (3) and a sliding layer (9) and optionally an intermediate layer between the support metal layer (3) and the sliding layer (9), wherein the sliding layer (9) made of a casting alloy of a lead-free A copper-base alloy is formed in which precipitates (10) containing at least one alloying constituent of the copper-base alloy are contained, characterized in that the precipitates (10) are formed only within a partial layer (12) of the copper-base alloy. 11. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidungen (10) eine maximale Partikelgröße (15) von maximal 50 pm aufweisen.11. plain bearing element (1) according to claim 10, characterized in that the precipitates (10) have a maximum particle size (15) of a maximum of 50 pm. 12. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidungen (10) eine maximale Partikelgröße (15) zwischen 0,1 pm und 20 pm aufweisen.12. plain bearing element (1) according to claim 11, characterized in that the precipitates (10) have a maximum particle size (15) between 0.1 pm and 20 pm. 13. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidungen (10) eine maximale Partikelgröße (15) aufweisen, die in Richtung von einer Oberfläche (13) der Kupferbasislegierung auf die Stützmetallschicht (3) graduell abnimmt.13. plain bearing element (1) according to one of claims 10 to 12, characterized in that the precipitates (10) have a maximum particle size (15), which gradually decreases in the direction of a surface (13) of the copper-based alloy on the support metal layer (3) , 14. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ausscheidungen (10) in Richtung von der Oberfläche (13) der Kupferbasislegierung auf die Stützmetallschicht (3) graduell abnimmt.14. plain bearing element (1) according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the number of precipitates (10) gradually decreases in the direction of the surface (13) of the copper-based alloy on the support metal layer (3). 15. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke (14) der Teilschicht (12) der Kupferbasislegierung zwischen 10 pm und 1000 pm beträgt.15. plain bearing element (1) according to one of claims 10 to 14, characterized in that a layer thickness (14) of the sub-layer (12) of the copper-based alloy is between 10 pm and 1000 pm.
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