DE102006060474A1 - bearings - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager (10) mit einer Trägerschicht (12) aus einem metallischen Werkstoff, einer auf der Trägerschicht (12) aufgebrachten kupferbasierten Lagermetallschicht (14), einer auf der Lagermetallschicht (14) aufgebrachten Diffusionssperrschicht (16) und einer auf der Diffusionssperrschicht (16) aufgebrachten Gleitschicht (18) auf der Basis von Zinn. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Diffusionssperrschicht (16) aus reinem Eisen besteht.The present invention relates to a sliding bearing (10) comprising a carrier layer (12) made of a metallic material, a copper - based bearing metal layer (14) applied to the carrier layer (12), a diffusion barrier layer (16) applied to the bearing metal layer (14) and one on the Diffusion barrier layer (16) applied sliding layer (18) based on tin. According to the invention, it is provided that the diffusion barrier layer (16) consists of pure iron.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einer Trägerschicht aus einem metallischen Werkstoff, einer auf der Trägerschicht aufgebrachten kupferbasierten Lagermetallschicht, einer auf der Lagermetallschicht aufgebrachten Diffusionssperrschicht und einer auf der Diffusionssperrschicht aufgebrachten Gleitschicht auf der Basis von Zinn.The The present invention relates to a sliding bearing with a carrier layer made of a metallic material, one on the carrier layer applied copper-based bearing metal layer, one on the Lagermetallschicht applied diffusion barrier layer and a On the diffusion barrier layer applied on the Base of tin.

Gleitlager in Form bleifreier Schichtverbundwerkstoffe werden weltweit für neue Motoren, insbesondere für Transport- und Schwerlastfahrzeuge benötigt, da immer mehr Fahrzeuge verschiedener Typen auf der Grundlage gemeinsamer Fahrzeugplattformen hergestellt werden.bearings in the form of lead-free laminates are used worldwide for new engines, especially for Transport and heavy duty vehicles needed, as more and more vehicles various types based on common vehicle platforms getting produced.

Im Stand der Technik bekannt ist ein Gleitlager aus einem Schichtverbundwerkstoff, welches eine Trägerschicht aus Stahl, eine bleifreie Lagermetallschicht, eine Zwischenschicht oder Diffusionssperrschicht und eine bleifreie Gleitschicht auf Zinnbasis aufweist. Ein derartiges Gleitlager kommt den bekannten bleihaltigen Gleitlagern recht nahe und stellt einen Versuch dar, die wesentlichen Funktionseigenschaften dieser Gleitlager zu erhalten, bspw. Ihre gute Formanpassungsfähigkeit und Einbettfähigkeit, die auf der weichen, auf Zinn basierenden Gleitschicht beruhen, kombiniert mit einer vergleichsweise guten Belastbarkeit und den guten Notlaufeigenschaften im Falle eines völligen Verschleißes der Gleitschicht, die auf der Lagermetallschicht beruhen. Ein derartiges Gleitlager ist bspw. in der deutschen Patentanmeldung DE 103 37 030 A1 beschrieben.Known in the prior art is a sliding bearing made of a layered composite material which comprises a steel support layer, a lead-free bearing metal layer, an intermediate layer or diffusion barrier layer and a tin-based lead-free sliding layer. Such a plain bearing comes quite close to the known lead-containing plain bearings and represents an attempt to obtain the essential functional properties of these plain bearings, for example. Their good conformability and embedding ability, based on the soft, tin-based sliding layer, combined with a comparatively good load capacity and the good runflat in the event of complete wear of the sliding layer, which are based on the bearing metal layer. Such a sliding bearing is, for example, in the German patent application DE 103 37 030 A1 described.

Im Zusammenhang mit derartigen Gleitlagern stellt es jedoch ein Problem dar, die Diffusion von Zinn aus der Gleitschicht in die Lagerschicht zu begrenzen, da ansonsten die Gleitschicht versprödet und die Belastbarkeit des Gleitlagers erheblich reduziert wird. Die deutsche Patentanmeldung DE 103 37 030 A1 schlägt hierzu vor, dass eine Diffusionssperrschicht zwischen der Gleitschicht und der Lagermetallschicht vorgesehen sein soll, die aus reinem Nickel bestehen und etwa 4 bis 6 μm dick sein soll.In connection with such sliding bearings, however, it is a problem to limit the diffusion of tin from the sliding layer in the bearing layer, otherwise the brittle layer becomes brittle and the load capacity of the sliding bearing is significantly reduced. The German patent application DE 103 37 030 A1 proposes for this purpose that a diffusion barrier layer between the sliding layer and the bearing metal layer should be provided, which consist of pure nickel and should be about 4 to 6 microns thick.

Diese Maßnahme hat sich als verbesserungswürdig erwiesen, da die Nickel-Diffusionssperrschicht vergleichsweise dick sein muss. Wenn Zinn aus der Gleitschicht in die Diffusionssperrschicht wandert, bildet sich dort eine aus Zinn und Nickel bestehende Diffusionsschicht. Wenn nun die Diffusionssperrschicht aus reinem Nickel zu dünn ist, wird sie komplett zu einer Zinn-/Nickel-Schicht umgesetzt. Das in dieser neuen Diffusionsschicht befindliche Zinn wandert weiter in die Lagermetallschicht. Wenn, wie üblich, eine Lagermetallschicht auf der Basis von Kupfer verwendet wird, bildet das Zinn mit dem Kupfer eine neue, aus Zinn und Kupfer bestehende Diffusionsschicht. Diese Diffusionsschicht ist jedoch spröde, so dass sie zum Abplatzen neigt.These measure has to be improved proved because the nickel diffusion barrier layer must be comparatively thick. When tin from the sliding layer in the diffusion barrier layer migrates, there forms a tin and nickel existing diffusion layer. Now if the diffusion barrier layer made of pure nickel too thin is completely converted to a tin / nickel layer. The Tin in this new diffusion layer continues to migrate in the bearing metal layer. If, as usual, a bearing metal layer is used on the basis of copper, the tin forms with the Copper is a new, consisting of tin and copper diffusion layer. However, this diffusion layer is brittle, causing it to flake off inclines.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Gleitlager der oben genannten Art derart weiterzubilden, dass eine bessere Kontrolle der Diffusion von Zinn aus der auf Zinn basierenden Gleitschicht in die Lagermetallschicht möglich ist.The Object of the present invention is therefore a slide bearing of the above type such that a better Control the diffusion of tin from the tin-based overlay in the bearing metal layer is possible.

Die Lösung besteht in einem Gleitlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Diffusionssperrschicht aus reinem Eisen besteht.The solution consists in a plain bearing with the features of the claim 1. According to the invention, it is provided that the diffusion barrier layer consists of pure iron.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine aus reinem Eisen bestehende Diffusionssperrschicht die Wanderung oder Diffusion von Zinn aus der Gleitschicht in die Lagermetallschicht wirkungsvoll verhindert. Diffusionsbedingte Reaktionen treten auch nach langen Motorbetriebszeiten nicht auf. Die erfindungsgemäße Diffusionssperrschicht aus reinem Eisen kann auch problemlos auf die Lagermetallschicht aufgebracht werden, bspw. mittels bekannter galvanischer Verfahren.It has surprisingly found that a pure iron diffusion barrier layer the migration or diffusion of tin from the sliding layer into the Warehouse metal layer effectively prevented. Diffusion-related reactions Do not even occur after long engine operating times. The diffusion barrier layer according to the invention Pure iron can also be easily applied to the bearing metal layer be applied, for example. By means of known galvanic methods.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Aufgrund der von der erfindungsgemäßen Diffusionssperrschicht ausgeübten besonders wirkungsvollen Diffusionssperre genügt es, wenn die Diffusionssperrschicht höchstens 4 μm dick ist. Bevorzugte Ausführungsformen sehen eine Dicke der Diffusionssperrschicht von höchstens 3 μm, besonders bevorzugt von höchstens 2 μm vor. Damit werden Materialkosten eingespart und die Beschichtungszeiten verkürzt, Die Diffusionssperrschicht des erfindungsgemäßen Gleitlagers zeigt ihre gute Sperrwirkung unabhängig davon, ob die Gleitschicht auf einer Kombination von Zinn und einem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe: Silber, Kupfer, Nickel, Kobalt, Zink, Gold, Indium, Bismuth, Blei, besteht oder ob die Gleitschicht reines Zinn enthält. Ebenso sind vorteilhaft Zinnlegierungen mit Nickel und/oder Zink und oder Kobalt und/oder Gold und/oder Bismuth und/oder Blei als Gleitschicht einsetzbar, wobei der Zinnanteil mindestens 60 Gew.% beträgt.advantageous Further developments emerge from the subclaims. Because of the Diffusion barrier layer according to the invention exerted Particularly effective diffusion barrier is sufficient if the diffusion barrier layer at the most 4 μm thick is. Preferred embodiments see a thickness of the diffusion barrier layer of at most 3 microns, especially preferably of at most 2 μm before. In order to Material costs are saved and the coating times shortened Diffusion barrier layer of the sliding bearing according to the invention shows its good Barrier effect independently of whether the overlay on a combination of tin and one or more several elements selected from the group: silver, copper, nickel, cobalt, zinc, gold, indium, Bismuth, lead, or whether the sliding layer contains pure tin. As well are advantageous tin alloys with nickel and / or zinc and or Cobalt and / or gold and / or bismuth and / or lead as a sliding layer can be used, wherein the tin content is at least 60 wt.%.

Die Gleitschicht kann im Unterschied zu den im Stand der Technik bekannten Gleitlagern mit galvanisch aufgebrachten Gleitschichten auch schmelzmetallurgisch auf die Diffusionssperrschicht aufgebracht sein. Damit können nicht nur Kosten gespart und besonders feine Gefüge erzielt werden, sondern es eröffnen sich auch neue Materialzusammensetzungen für die Gleitschicht. Es können bspw. Legierungszusammensetzungen verwendet werden, die mit galvanischen Verfahren nicht darstellbar sind, wie Zinnlegierungen mit besonders hohem Silber- oder Kupferanteil oder Zinn-Nickel-Legierungen.The Slip layer may differ from those known in the art Slide bearings with galvanically applied sliding layers also melt metallurgical be applied to the diffusion barrier layer. Can not do that only costs saved and particularly fine structures are achieved, but it open also new material compositions for the sliding layer. It can, for example. Alloy compositions used with galvanic Process are not representable, such as tin alloys with particular high silver or copper content or tin-nickel alloys.

Die Lagermetallschicht ist eine auf Kupfer basierende Lagermetallschicht, die in einer bevorzugten Ausführungsform einen Kupfergehalt von mindestens 85 Gew.-% aufweist. Als weitere Legierungswerkstoffe können bspw. Zinn und/oder Nickel und/oder Wismut enthalten sein.The Bearing metal layer is a copper-based bearing metal layer, in a preferred embodiment has a copper content of at least 85 wt .-%. As another Alloy materials can For example, tin and / or nickel and / or bismuth be included.

Zwischen der Diffusionssperrschicht 16 und der Gleitschicht 18 kann eine Zwischenschicht 16b vorgesehen sein, bspw. eine galvanisch aufgebrachte Zinn- oder Silber- oder Nickelschicht oder eine Legierung daraus. Diese dient als Korrosionsschutzschicht und erhöht zusätzlich die Notlaufeigenschaften, für den Fall, dass nach längerem Betrieb die Gleitschicht im Bereich der hohen Belastung verschlissen ist.Between the diffusion barrier layer 16 and the sliding layer 18 can be an intermediate layer 16b be provided, for example, a galvanically applied tin or silver or nickel layer or an alloy thereof. This serves as a corrosion protection layer and additionally increases the emergency running properties, in the event that after extended operation, the sliding layer is worn in the region of high load.

Im Fall, dass die Gleitschicht schmelzmetallurgisch aufgebracht wird, dient die Zwischenschicht 16b der Haftvermittlung und ist dann bevorzugt aus Zinn ausgeführt.In the case where the sliding layer is applied by fusion metallurgy, the intermediate layer serves 16b the adhesion promoter and is then preferably made of tin.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die 1 zeigt in schematischer, nicht maßstabsgetreuer Darstellung einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitlagers 10. Dieses Gleitlager 10 weist eine Trägerschicht 12, vorzugsweise aus Stahl, auf, auf die eine Lagermetallschicht 14 aufgebracht ist, die auf Kupfer basiert, bspw. aus einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer Kupfer-Zinn-Nickel-Legierung oder einer Kupfer-Zinn-Wismut-Legierung oder einer Kupfer-Zinn-Wismut-Nickel-Legierung besteht, wobei der Kupferanteil jeweils mindestens 85 Gew.-% beträgt. Auf der Lagermetallschicht 14 ist eine Diffusionssperrschicht 16 und auf dieser eine Gleitschicht 18 auf der Basis von Zinn aufgebracht. Die Gleitschicht 18 enthält Zinn und ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe: Silber, Kupfer, Nickel, Indium, Kobalt, Zink, Gold, Bismuth, Blei. Die Gleitschicht 18 kann außerdem aus reinem Zinn bestehen. Im Ausführungsbeispiel wurde eine eutektische Zinn-Silber-Legierung mit einem Zinngehalt von 96% und einem Schmelzpunkt von 221°C verwendet. Denkbar wäre auch eine eutektische Zinn-Silber-Kupfer-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 217°C. Um das Verfahren des schmelzflüssigen Aufbringens der Zinnschicht zu erleichtern kann vorteilhaft der Legierung zusätzlich Bismuth zugeben werden. Dadurch wird der Schmelzpunkt weiter verringert.An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The 1 shows a schematic, not to scale true representation of a cross section through an embodiment of a sliding bearing according to the invention 10 , This slide bearing 10 has a carrier layer 12 , preferably of steel, on which a bearing metal layer 14 is based on copper, for example, consists of a copper-tin alloy or a copper-tin-nickel alloy or a copper-tin-bismuth alloy or a copper-tin-bismuth-nickel alloy, wherein the Each copper content is at least 85 wt .-%. On the bearing metal layer 14 is a diffusion barrier layer 16 and on this a sliding layer 18 applied on the basis of tin. The sliding layer 18 contains tin and one or more elements selected from the group: silver, copper, nickel, indium, cobalt, zinc, gold, bismuth, lead. The sliding layer 18 can also consist of pure tin. In the embodiment, a eutectic tin-silver alloy having a tin content of 96% and a melting point of 221 ° C was used. Also conceivable would be a eutectic tin-silver-copper alloy with a melting point of 217 ° C. In order to facilitate the molten deposition of the tin layer, it may be advantageous to add bismuth to the alloy. This further reduces the melting point.

Das schmelzflüssige Zinn bzw. die schmelzflüssige auf Zinn basierende Legierung wird auf die Diffusionssperrschicht 16 oder auf eine zusätzliche Schicht 16b, wie in 2 dargestellt, aufgebracht. Die Entfernung des überschüssigen Zinns bzw. der überschüssigen Legierung von der Oberfläche erfolgt durch einen an sich bekannten Bürstprozess oder durch Abschleudern des überschüssigen noch schmelzflüssigen Zinns bzw. der Legierung. Dazu wird das Gleitlager einer entsprechenden Schleuderbewegung unterzogen.The molten tin or the molten tin-based alloy is applied to the diffusion barrier layer 16 or on an extra layer 16b , as in 2 shown, applied. The removal of the excess tin or the excess alloy from the surface is carried out by a known brushing process or by centrifuging the excess still molten tin or the alloy. For this purpose, the sliding bearing is subjected to a corresponding centrifugal movement.

Die aus reinem Eisen bestehende Diffusionssperrschicht 16 ist galvanisch auf die Lagermetallschicht 14 aufgebracht und verhindert wirksam die Wanderung oder Diffusion von Zinn in die Lagermetallschicht 14. Die Diffusionssperrschicht 16 kann da her eine Schichtdicke von höchstens 4 μm, bevorzugt höchstens 3 μm, besonders bevorzugt höchstens 2 μm aufweisen.The pure iron diffusion barrier layer 16 is galvanic on the bearing metal layer 14 applied and effectively prevents the migration or diffusion of tin in the bearing metal layer 14 , The diffusion barrier layer 16 can therefore have a layer thickness of at most 4 microns, preferably at most 3 microns, more preferably at most 2 microns.

Ausführungsbeispiel 1 (vergleiche 1):Embodiment 1 (cf. 1 ):

  • Trägerschicht aus Stahl (12);Support layer made of steel ( 12 );
  • Lagermetallschicht aus einer Kupferlegierung 200 μm Schichtdicke (14);Bearing metal layer of a copper alloy 200 μm layer thickness ( 14 );
  • Diffusionssperrschicht aus reinem Eisen, 2 μm Schichtdicke (16);Diffusion barrier layer of pure iron, 2 μm layer thickness ( 16 );
  • Galvanisch aufgebrachte Gleitschicht aus einer Zinn-Silber-Legierung mit 8 Gewichts-% Silber, 12 μm Schichtdicke (18).Galvanically applied sliding layer made of a tin-silver alloy with 8% by weight silver, 12 μm layer thickness ( 18 ).

Ausführungsbeispiel 2 (vergleiche 2):Exemplary embodiment 2 (compare 2 ):

  • Trägerschicht aus Stahl (12);Support layer made of steel ( 12 );
  • Lagermetallschicht aus einer Kupferlegierung 190 μm Schichtdicke (14);Bearing metal layer of a copper alloy 190 μm layer thickness ( 14 );
  • Diffusionssperrschicht aus reinem Eisen, 2 μm Schichtdicke (16);Diffusion barrier layer of pure iron, 2 μm layer thickness ( 16 );
  • Zusätzliche Schicht aus galvanisch aufgebrachtem Zinn, 2 μm Schichtdicke (16b);Additional layer of galvanized tin, 2 μm layer thickness ( 16b );
  • Schmelzmetallurgisch aufgebrachte Gleitschicht aus einer Zinn-Nickel-Legierung mit 3 Gewichts-% Nickel, 20 μm Schichtdicke (18).Melt metallurgically applied sliding layer of a tin-nickel alloy with 3% by weight nickel, 20 μm layer thickness ( 18 ).

Claims (9)

Gleitlager (10) mit einer Trägerschicht (12) aus einem metallischen Werkstoff, einer auf der Trägerschicht (12) aufgebrachten kupferbasierten Lagermetallschicht (14), einer auf der Lagermetallschicht (14) aufgebrachten Diffusionssperrschicht (16) und einer auf der Diffusionssperrschicht (16) aufgebrachten Gleitschicht (18) auf der Basis von Zinn, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperrschicht (16) aus reinem Eisen besteht.Bearings ( 10 ) with a carrier layer ( 12 ) of a metallic material, one on the carrier layer ( 12 ) applied copper-based bearing metal layer ( 14 ), one on the bearing metal layer ( 14 ) applied diffusion barrier layer ( 16 ) and one on the diffusion barrier layer ( 16 ) applied sliding layer ( 18 ) based on tin, characterized in that the diffusion barrier layer ( 16 ) consists of pure iron. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperrschicht eine Dicke von höchstens 4 μm, bevorzugt höchstens 3 μm, besonders bevorzugt höchstens 2 μm aufweist.Plain bearing according to claim 1, characterized in that the diffusion barrier layer has a thickness of at most 4 μm, preferably at most 3 μm, especially preferably at most 2 microns. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Diffusionssperrschicht (16) und der Gleitschicht (18) eine Zwischenschicht (16b) zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften und des Korrosionsschutz vorgesehen ist.Sliding bearing according to one of claims 1 or 2, characterized in that between the diffusion barrier layer ( 16 ) and the sliding layer ( 18 ) an intermediate layer ( 16b ) to improve the emergency running properties and corrosion protection see is. Gleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16b) eine vorzugsweise galvanisch aufgebrachte Zinn- oder Silber- oder Nickelschicht ist.Plain bearing according to claim 3, characterized in that the intermediate layer ( 16b ) is a preferably electroplated tin or silver or nickel layer. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (18) auf der Basis von Zinn entweder aus reinem Zinn oder aus Zinn und einem oder mehreren Elemente ausgewählt aus der Gruppe: Silber, Kupfer, Nickel, Indium, Kobalt, Zink, Gold, Bismuth, Blei besteht.Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding layer ( 18 ) based on tin of either pure tin or tin and one or more elements selected from the group: silver, copper, nickel, indium, cobalt, zinc, gold, bismuth, lead. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (18) aus einer Zinnlegierung mit Nickel und/oder Zink und/oder Kobalt und/oder Gold und/oder Bismuth und/oder Blei als Gleitschicht einsetzbar, wobei der Zinnanteil mindestens 60 Gew.% beträgt.Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding layer ( 18 ) of a tin alloy with nickel and / or zinc and / or cobalt and / or gold and / or bismuth and / or lead can be used as a sliding layer, wherein the tin content is at least 60% by weight. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (18) auf der Basis von Zinn schmelzmetallurgisch auf die Diffusionssperrschicht (16) oder auf die Zwischenschicht (16b) aufgebracht ist.Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding layer ( 18 ) based on tin metallurgically on the diffusion barrier layer ( 16 ) or on the intermediate layer ( 16b ) is applied. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (14) einen Kupfergehalt von mindestens 85 Gew.-% aufweist.Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing metal layer ( 14 ) has a copper content of at least 85% by weight. Gleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (14) ferner Zinn und/oder Nickel und/oder Wismut enthält.Slide bearing according to claim 8, characterized in that the bearing metal layer ( 14 ) further contains tin and / or nickel and / or bismuth.
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