DE102007014411B4

DE102007014411B4 - Gleitmaterial und Verfahren zur Herstellung seiner Überzugsschicht

Info

Publication number: DE102007014411B4
Application number: DE102007014411.5A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takayanagi; Shinji Ochi; Masahito Fujita
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: DE102007014411A1; JP4732941B2; JP2007270205A

Abstract

Gleitmaterial, umfassend
einen Film, gebildet durch Beschichten durch PVD eines Substrats mit nicht weniger als zwei Metallen, die zu einer Phasentrennung voneinander imstande sind und von denen mindestens ein Metall einen Schmelzpunkt von 350°C oder höher besitzt und mindestens ein Metall einen Schmelzpunkt von weniger als 350°C besitzt, und
eine Überzugsschicht, die auf dem Film dadurch gebildet worden ist, dass darauf plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels laminiert worden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Film eine Phase aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C, dispergiert in einer Matrix aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher, umfasst,
dass die genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels eine Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten von (00ℓ)-Ebenen, wobei ℓ eine ganze Zahl von nicht weniger als 1 ist, in paralleler Art und Weise, haben, wobei die (00ℓ)-Ebenen zu der Oberfläche des genannten Films parallel angeordnet sind, wenn die plattenförmigen Kristallkörner sich auf dem genannten Film in einem laminierten Zustand befinden,
dass die genannte Überzugsschicht einen Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen von nicht weniger als 90% aufweist, und
dass auch mindestens das genannte Metall oder eines der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C unter den Metallen, die den genannten Film bilden, in der genannten Überzugsschicht vorhanden ist bzw. sind;
wobei der Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen (%) = [ΣR(00ℓ)/ ΣR(hkℓ) ] × 100 ist, wobei R(00ℓ) die Röntgenstrahlenintensität auf einer (00ℓ)-Ebene bedeutet, ΣR(00ℓ) die Summe der Röntgenstrahlenintensitäten auf den detektierten (00ℓ)-Ebenen ist und ΣR(hkℓ) die Gesamtsumme der Röntgenstrahlenintensitäten aller detektierten Ebenen ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitmaterial mit einer Überzugsschicht, gebildet durch Auflaminieren von plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels auf einen Film, gebildet durch PVD, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht.
Im Falle von Gleitmaterialien, beispielsweise von Gleitlagern für Motoren, die in Fahrzeugen und technischen Maschinen verwendet werden, werden ihre Lagereigenschaften dadurch verbessert, dass ein Film, der als Deckschicht bezeichnet wird, auf einer Lagerlegierungsschicht gebildet wird. Es gibt Gleitlager, die dadurch erhalten worden sind, dass die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht mit einem Film durch PVD (physikalische Dampfabscheidung) beschichtet worden ist.
Beispielsweise wird gemäß dem Patentdokument 1 eine Beschichtung mit einem Film aus einer Aluminium-Blei-Legierung als Film eines Verbundmaterials durchgeführt. Letzteres wird als Lager für einen Verbrennungsmotor verwendet. Gemäß dem Patentdokument 2 wird die Oberfläche eines Probekörpers aus Edelstahl, obgleich dieser kein Gleitlager darstellt, mit einem Film aus Molybdändisulfid, der als fester Schmierfilm verwendet wird, durch Sputtern beschichtet.

Patentdokument 1: JP S63-28856 A
Patentdokument 2: JP H05-9707 A

Im Falle des in dem oben genannten Patentdokument 1 offenbarten Gleitlagers wird der Film dadurch gebildet, dass ein Beschichten mit einer Aluminium-Blei-Legierung durch das PVD-Verfahren durchgeführt wird. Der Film hat daher eine feine Kristallstruktur und er besitzt eine hohe mechanische Festigkeit und Härte. Er hat auch eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit und eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit. Das Gleitlager ist jedoch mit Problemen behaftet, wie beispielsweise eine niedrige anfängliche Formanpassungsfähigkeit, eine niedrige Einbettfähigkeit und eine Neigung zu fressendem Verschleiß.
Im Falle des in dem oben genannten Patentdokument 2 beschriebenen Molybdändisulfid-Films ist die Härte des Molybdändisulfids selbst niedrig. Jedoch kann ein Film aus Molybdändisulfid, der durch ein PVD-Verfahren gebildet worden ist, einem Lager keine zufrieden stellende anfängliche Formanpassungsfähigkeit und Einbettfähigkeit verleihen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obige Situation gemacht worden. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gleitmaterial mit ausgezeichneten Eigenschaften hinsichtlich der anfänglichen Formanpassungsfähigkeit und der Einbettfähigkeit zur Verfügung zu stellen, ohne dass seine Verschleißbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit beeinträchtigt wird. Es soll auch ein Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht des Gleitmaterials zur Verfügung gestellt werden.
Molybdändisulfid, Graphit, Wolframdisulfid und Bornitrid werden oftmals als feste Schmiermittel eingesetzt. Sie haben die Form von plattenförmigen Kristallkörnern. Die plattenförmigen Kristallkörner haben eine Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufstapeln bzw. Aufschichten von hauptsächlich Schichten mit (00ℓ)-Ebenen, ausgedrückt als Miller-Indices, als maximale Seite in paralleler Art und Weise. So haben beispielsweise plattenförmige Kristallkörner von Molybdändisulfid die in 11 gezeigte Struktur. Schichten, gebildet durch die Verbindung von MoS₂-Molekülen in einer Richtung, die zu der xy-Ebene parallel ist, sind in Richtung der z-Achse aufgestapelt bzw. aufgeschichtet. Es ist nur eine schwache van der Waal'sche-Kraft zwischen die Schicht 16 und die Schicht 18, die aneinander angrenzen, angelegt. Wie in der 10 gezeigt wird, weisen diese plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels die äußere Gestalt einer relativ dünnen Platte auf.
Wenn plattenförmige Kristallkörner, die eine Schichtkristallstruktur haben, als feste Schmiermittel in der Überzugsschicht eines Gleitmaterials vorhanden sind und wenn eine Scherkraft zwischen die Schichten in den plattenförmigen Kristallkörnern mit der Bewegung eines Gegenelements angelegt wird, dann werden die van der Waal'schen-Kräfte leicht überwunden, so dass ein Gleiten zwischen den Schichten stattfindet. Dieses interlaminare Gleiten ist für eine Substanz charakteristisch, die eine Schichtkristallstruktur aufweist. In diesem Fall ist der Koeffizient der Reibung sehr klein. Dies stellt einen Mechanismus dar, durch den das Gleitmaterial niedrige Reibungseigenschaften aufweist, wenn die plattenförmigen Kristallkörner als feste Schmiermittel eingesetzt werden.
Die benannten Erfinder haben die Erfindung aufgrund der folgenden Erwartungen gemacht: im Falle einer Struktur, gebildet durch Laminieren von plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, wie beispielsweise oben beschrieben, auf einen Film, der durch ein PVD-Verfahren gebildet worden ist (nachstehend auch als PVD-Film bezeichnet), derart, dass die Richtung der Laminierung (z-Richtung) senkrecht zu der Oberfläche des Films sein kann, nämlich im Falle einer Struktur, bei der eine Überzugsschicht mit einem hohen Index der Orientierung von (00ℓ)-Ebenen, gebildet durch die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, auf dem PVD-Film vorhanden ist, werden die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels übertragen und an eine damit verbundene Welle während des Fortschreitens des Reibungsverschleißes der Überzugsschicht angeheftet, so dass der Reibungskoeffizient auch während des Reibungsverschleißes des harten PVD-Films verringert wird, so dass eine konformierbare bzw. anpassungsfähige Gestalt unter Unterdrückung der Erzeugung von Reibungswärme erhalten werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Gleitmaterialien und Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht der einzelnen Gleitmaterialien zur Verfügung gestellt.

(1) Ein Gleitmaterial, umfassend einen Film, gebildet durch Beschichten durch PVD eines Substrats mit nicht weniger als zwei Metallen, die zu einer Phasentrennung voneinander imstande sind und von denen mindestens ein Metall einen Schmelzpunkt von 350°C oder höher besitzt und mindestens ein Metall einen Schmelzpunkt von weniger als 350°C besitzt, und eine Überzugsschicht, die auf dem Film dadurch gebildet worden ist, dass darauf plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels laminiert worden sind, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Film eine Phase aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C, dispergiert in einer Matrix aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher, umfasst, dass die genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels eine Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten von (00ℓ)-Ebenen, wobei feine ganze Zahl von nicht weniger als 1 ist, in paralleler Art und Weise, haben, wobei die (00f)-Ebenen zu der Oberfläche des genannten Films parallel angeordnet sind, wenn die plattenförmigen Kristallkörner sich auf dem genannten Film in einem laminierten Zustand befinden, dass die genannte Überzugsschicht einen Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen von nicht weniger als 90% aufweist, und dass auch mindestens das genannte Metall oder eines der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C unter den Metallen, die den genannten Film bilden, in der genannten Überzugsschicht vorhanden ist bzw. sind; wobei der Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen (%) = [ΣR(00ℓ)/ ΣR(hkℓ)] × 100 ist, wobei R(00ℓ) die Röntgenstrahlenintensität auf einer (00ℓ)-Ebene bedeutet, ΣR(00ℓ) die Summe der Röntgenstrahlenintensitäten auf den detektierten (00ℓ)-Ebenen ist und ER(hkf) die Gesamtsumme der Röntgenstrahlenintensitäten aller detektierten Ebenen ist.
(2) Ein Gleitmaterial gemäß Punkt (1), dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Metall bzw. die genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher aus nicht weniger als einem Metall, ausgewählt aus Aluminium, Silber und Kupfer, besteht bzw. bestehen und dass das genannte Metall bzw. die genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C aus nicht weniger als einem Metall, ausgewählt aus Zinn, Blei, Wismut und Indium, besteht bzw. bestehen.
(3) Ein Gleitmaterial nach Punkt (1) oder (2), dadurch gekennzeichnet, dass die genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels aus plattenförmigen Kristallkörnern von nicht weniger als einer Verbindung, ausgewählt aus Molybdändisufid, Graphit, Wolframdisulfid und Bornitrid, bestehen.
(4) Ein Gleitmaterial nach einem der Punkte (1) bis (3), dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Überzugsschicht kein Bindemittelharz zur Bindung der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels enthält.
(5) Gleitmaterial nach einem der Punkte (1) bis (4), dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Überzugsschicht eine Mischschicht aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C und plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels ist.
(6) Ein Gleitmaterial nach einem der Punkte (1) bis (5), dadurch gekennzeichnet, dass in der genannten Überzugsschicht ein vorbestimmter laminarer Bereich in Kontakt mit dem genannten Film eine Mischschicht ist, die mindestens eines des genannten Metalls bzw. der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C unter den Metallen, die den genannten Film bilden, enthält.
(7) Ein Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht eines Gleitmaterials nach einem der Punkte (1) bis (6), umfassend Unterwerfen einer Mehrzahl der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die eine Schichtkristallstruktur aufweisen, die durch Aufeinanderstapeln von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise gebildet worden sind, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien, Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die die Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels aufweisen, die einer freien Adhäsion daran unterworfen worden sind, auf der Oberfläche des genannten Films, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften, und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, durch Reiben anzuheften, um ein Laminieren zu bewirken.
(8) Ein Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht eines Gleitmaterials nach Punkt (1) oder (6), umfassend Unterwerfen einer Mehrzahl der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die eine Schichtkristallstruktur aufweisen, die durch Aufeinanderstapeln von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise gebildet worden sind, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien, Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die eine Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels enthalten, die einer freien Adhäsion daran unterworfen worden sind, auf der Oberfläche des genannten Films, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften, und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Reiben anzuheften, um ein Laminieren zu bewirken, und Einspritzen mindestens eines des genannten Metalls bzw. der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C in dem Film in die oben genannte Überzugsschicht durch Aufschmelzen des mindestens einen Metalls durch Erhitzen des genannten Films und/oder Erzeugen einer Reibungswärme durch Einstellung der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien zum Zeitpunkt des Anheftens der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels.
(9) Ein Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht eines Gleitmaterials nach Punkt (6), umfassend Unterwerfen einer Mehrzahl der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die eine Schichtkristallstruktur aufweisen, die durch Aufeinanderstapeln von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise gebildet worden sind, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien, Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die die Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels enthalten, die einer freien Adhäsion daran unterworfen worden sind, auf der Oberfläche des genannten Films unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften, und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Reiben anzuheften, um ein Laminieren zu bewirken, Einspritzen mindestens eines des genannten Metalls bzw. der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C in dem Film zwischen die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die oben auflaminiert worden sind, durch Aufschmelzen des mindestens einen Metalls durch Erhitzen des genannten Films und/oder Erzeugen einer Reibungswärme durch Einstellung der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien zum Zeitpunkt des Anheftens der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, und anschließendes Abbrechen des Schmelzens des Metalls bzw. der Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C durch Abbrechen des Erhitzens des Films und/oder Verringerung der Wanderungsgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien und/oder Abkühlen des Films; gefolgt von einem Laminieren der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels auf die oben genannte Schicht aus plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die das mindestens eine Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C darin eingespritzt enthält.

Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Querschnittsansicht eines ersten Typs einer Überzugsschicht in dem Gleitmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Typs einer Überzugsschicht in dem Gleitmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 eine Querschnittsansicht eines dritten Typs einer Überzugsschicht in dem Gleitmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 eine Querschnittsansicht, die eine Verfahrensweise zum Beschichten eines Films mit plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels zeigt.
5 eine Querschnittsansicht eines Gleitmaterials, die einen Zustand vor der Bildung einer Überzugsschicht zeigt.
6 eine Querschnittsansicht des gesamten Gleitelements, die die laminare Struktur des Gleitmaterials zeigt.
7 eine Querschnittsansicht einer Anheftungsvorrichtung.
8 eine Seitenansicht eines Gleitmaterials (eines Gleitlagers).
9 eine Querschnittsansicht eines Bimetalls zur Bildung eines Gleitmaterials.
10 eine schematische Illustration, die die laminare Struktur der plattenförmigen Kristalle für die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels zeigt.
11 eine schematische Illustration, die die Kristallstruktur von Molybdändisulfid zeigt.
12 ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Röntgenbeugungs-Intensitätstests auf der Überzugsschicht eines Probekörpers eines Ausführungsbeispiels zeigt.
13 ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Röntgenbeugungs-Intensitätstests auf der Überzugsschicht eines Probekörpers eines Vergleichsbeispiels zeigt.

Beschreibung der Bezugszeichen
In den Zeichnungen gibt das Bezugszeichen 1 ein Gleitmaterial an, das Bezugszeichen 2 gibt eine Stützmetallschicht an, das Bezugszeichen 3 gibt eine Lagerlegierungsschicht (ein Substrat) an, das Bezugszeichen 4 gibt eine Zwischenschicht an, das Bezugszeichen 5 gibt einen Film an, das Bezugszeichen 6 gibt eine Überzugsschicht an, das Bezugszeichen 7 gibt Aluminium (eine Matrix) an, das Bezugszeichen 8 gibt Zinn (eine dispergierte Phase) an, das Bezugszeichen 9 gibt plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels an, das Bezugszeichen 11 gibt eine Anheftungsvorrichtung an und das Bezugszeichen 14 gibt ein Adhäsionsmedium an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Vorausgesetzte Konstitution der Erfindung
Die vorliegende Erfindung strebt ein Gleitmaterial, umfassend einen Film, gebildet durch Beschichten eines Substrats mit nicht weniger als zwei Metallen, die zu einer Phasentrennung voneinander imstande sind, und die einen Schmelzpunkt von 350°C oder höher bzw. einen Schmelzpunkt von niedriger als 350°C haben, durch ein PVD-Verfahren an, sowie eine Überzugsschicht, gebildet auf dem Film durch Auflaminieren von plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels.
Ein Gleitmaterial (ein Gleitlager) 1, das als Radiallager verwendet wird, ist als ein Beispiel in der 6 gezeigt. Das Gleitmaterial 1 für das Radiallager ist in halbzylindrischer Gestalt, wie in 8 gezeigt, oder in der nicht-gezeigten zylindrischen Gestalt gebildet worden.
Als Struktur des Gleitmaterials 1 für ein Radiallager vor der Beschichtung mit dem Film und der Überzugsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird oftmals eine zweischichtige Struktur verwendet, die dadurch erhalten worden ist, dass eine Lagerlegierungsschicht 3 auf einer Stützmetallschicht 2, wie durch das Bezugszeichen 10 in der 9 angegeben, erhalten worden ist. Wie in der 6 gezeigt wird, ist die Lagerlegierungsschicht 3 als Substrat mit einem erfindungsgemäßen Film durch eine Zwischenschicht 4 beschichtet worden. Dann ist der Film 5 mit der Überzugsschicht 6 gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet worden. Die Zwischenschicht 4 dient dazu, die Adhäsion des Films 5 zu verbessern und sie ist nicht unerlässlich.
Andererseits kann die vorliegende Erfindung auf ein Gleitmaterial angewendet werden, das als Widerlager verwendet wird. Das Gleitmaterial für das Widerlager hat lediglich die Gestalt einer flachen Platte und es hat die gleiche Struktur wie diejenige eines Gleitmaterials für ein Radiallager, nämlich eine Struktur, bei der eine Lagerlegierungsschicht auf einer Stützmetallschicht gebildet worden ist, und die Lagerlegierungsschicht mit dem Film und dann mit der Überzugsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet worden ist.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Gleitmaterial angewendet werden, das keine Lagerlegierungsschicht aufweist, nämlich ein Gleitmaterial mit einem Substrat, bestehend aus nur einem Element entsprechend der Stützmetallschicht 2 in der 6. In diesem Falle ist als das Substrat das Element, das der Stützmetallschicht entspricht, mit dem Film und dann mit der Überzugsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet worden. Das Element, das der Stützmetallschicht entspricht, ist nicht auf ein solches beschränkt, das aus einem Metall hergestellt worden ist, und es kann auch aus einem Harz hergestellt worden sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Film durch ein PVD-Verfahren dadurch gebildet, dass ein Substrat mit nicht weniger als zwei Metallen beschichtet wird, die zu einer Phasentrennung voneinander imstande sind und die einen Schmelzpunkt von 350°C oder höher bzw. einen Schmelzpunkt von weniger als 350°C haben. Es besteht eine Beziehung zwischen dem Schmelzpunkt und der Härte eines Metalls. Auf dem technischen Gebiet der Gleitmaterialien werden die Metalle wie folgt klassifiziert: Metalle mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher werden als Hartmetalle eingeordnet und Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C werden als Weichmetalle eingeordnet. Nachstehend werden Metalle mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher als Hartmetalle bezeichnet und Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C werden als Weichmetalle bezeichnet.
Der Film gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus dem Hartmetall bzw. den Hartmetallen und dem Weichmetall bzw. den Weichmetallen gebildet und das Hartmetall bzw. die Hartmetalle und das Weichmetall bzw. die Weichmetalle werden aus Metallen ausgewählt, bei denen eine Phasentrennung voneinander erfolgt bzw. die eine derartige Phasentrennung voneinander erleiden. Erfindungsgemäß wird nicht weniger als ein Metall bevorzugt aus Aluminium, Silber und Kupfer als Hartmetall bzw. Hartmetalle ausgewählt und nicht weniger als ein Metall wird bevorzugt aus Zinn, Blei, Wismut und Indium als Weichmetall bzw. Weichmetalle ausgewählt. Metalle, die zu einer Phasentrennung von Aluminium imstande sind, sind Zinn, Blei und Indium. Metalle, die zu einer Phasentrennung von Silber imstande sind, sind Blei und Wismut. Metalle, die zu einer Phasentrennung von Kupfer imstande sind, sind Blei, Wismut und Indium.
Der erfindungsgemäße Film wird dadurch gebildet, dass ein Substrat mit dem Hartmetall bzw. den Hartmetallen und dem Weichmetall bzw. den Weichmetallen, die voneinander eine Phasentrennung erleiden, durch das PVD-Verfahren beschichtet wird. Der durch das Beschichten mittels des PVD-Verfahrens gebildete Film hat eine dichte Kristallstruktur, eine hohe Festigkeit und eine hohe Härte sowie ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Ermüdungsbeständigkeit und der Verschleißbeständigkeit. Weiterhin erfolgt beispielsweise die Dispergierung von nicht nur dem Weichmetall bzw. der Weichmetalle in einer Matrix deswegen, weil das Hartmetall bzw. die Hartmetalle und das Weichmetall bzw. die Weichmetalle voneinander eine Phasentrennung erleiden.
Beispielsweise zeigt die 5 den Fall, dass eine Lagerlegierungsschicht 5 mit einem Film 5, hergestellt aus Aluminium und Zinn, auf dem Wege über eine Zwischenschicht 4 durch Sputtern beschichtet worden ist. Wie aus der 5 ersichtlich wird, ist eine Zinnphase 8 in einer Aluminiumphase 7 als Matrix dispergiert.
Somit ist in dem erfindungsgemäßen Film eine Weichmetallphase in einer Matrix eines Hartmetalls dispergiert. Daher können dann, wenn die Überzugsschicht und der Film durch Verschleiß entfernt worden sind, die Effekte der Einbettfähigkeit und der Formanpassungsfähigkeit aufgrund der Weichmetallphase erwartet werden.
Charakteristische Konstitution des erfindungsgemäßen Gleitmaterials
Das erfindungsgemäße Gleitmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Überzugsschicht hat, die durch Auflaminieren von plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels auf den oben genannten, durch PVD gebildeten Film gebildet worden ist. Daher gleitet ein Gegenelement auf der Oberfläche der Überzugsschicht. Die Oberfläche, auf der das Gegenelement gleitet, wird als Gleitoberfläche bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Film eine Phase aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C, dispergiert in einer Matrix aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher, umfasst, dass die (00ℓ)-Ebenen der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die die Überzugsschicht bilden, parallel zu der Oberfläche des Films angeordnet sind, dass die Überzugsschicht einen Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen von nicht weniger als 90% hat und dass auch mindestens das genannte Metall oder eines der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C unter den Metallen, die den genannten Film bilden, in der genannten Überzugsschicht vorhanden ist bzw. sind. Als plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels können plattenförmige Kristallkörner von nicht weniger als einer Verbindung, ausgewählt aus Molybdändisulfid, Graphit, Wolframdisulfid und Bornitrid, verwendet werden (Punkt (3) gemäß der Erfindung).
Die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels fallen unter das hexagonale System. Hierin wird die Kristallform als Miller-Indices (hkℓ) ausgedrückt und der Index der Orientierung der (00ℓ)-Kristallebenen wird durch die folgende Gleichung definiert. Hierin ist ℓ eine ganze Zahl von nicht kleiner als 1. $\begin{array}{l} Index oder Orientierung der (00 l) - Ebenen (%) = \\ [Σ R (00 l) / Σ R (hk l)] \times 100 \end{array}$
wobei R (00ℓ) die Röntgenstrahlenintensität auf einer (00ℓ)-Ebene bedeutet, ΣR (00ℓ) die Summe der
Röntgenstrahlenintensitäten auf den detektierten (00ℓ)-Ebenen ist und ΣR(hkℓ) die Gesamtsumme der
Röntgenstrahlenintensitäten der (hkf)-Ebenen, nämlich aller detektierten Ebenen, ist.
Die Anzahl der Kristallebenen, die als (00ℓ)-Ebenen orientiert sind, nimmt in dem Maß zu, wie der Index der Orientierung sich 100% annähert. Im Falle der Gleitoberfläche der erfindungsgemäßen Überzugsschicht können kaum andere Peaks als die Peaks, die auf die (00ℓ)-Kristallebenen zurückzuführen sind, wie die (002)-Ebene und die (004)-Ebene, beobachtet werden (12), wie nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die 12 und die 13 beschrieben werden wird. Andererseits werden im Falle einer Gleitoberfläche einer anderen Überzugsschicht als derjenigen gemäß der vorliegenden Erfindung Peaks, die auf andere Kristallebenen, wie die (00ℓ)-Ebenen, zurückzuführen sind, wie die (101)-Ebene, die (102)-Ebene und die (103)-Ebene, gleichfalls detektiert bzw. erfasst (13).
Wie in der 10 gezeigt wird, haben die oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9 eine Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufstapeln bzw. Aufschichten von Schichten in dem Korn, derart, dass die (00f)-Ebenen zueinander parallel sein können und dass sie als Ganzes eine äußere Gestalt einer relativ dünnen Platte, wie oben beschrieben, aufweisen. In der folgenden Erläuterung wird die Grenzoberfläche zwischen den Schichten in dem plattenförmigen Kristallkorn als eine interlaminare Oberfläche bezeichnet. Die interlaminare Oberfläche ist zu den (00ℓ)-Ebenen parallel.
Die Oberfläche des Films, der durch PVD an die Oberfläche des Substrats angeheftet worden ist, steht mit der Oberfläche des Substrats im Einklang. Wenn die Oberfläche des Substrats flach ist, dann ist die Oberfläche des Films flach. Wenn andererseits die Oberfläche des Substrats geringe konkave und konvexe Bereiche aufgrund von Bohrungen oder dergleichen hat, dann hat auch die Oberfläche des Films geringe konkave und konvexe Bereiche. Die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels als Material zur Bildung der Überzugsschicht werden an die Filmoberfläche, an die die Anheftung erfolgen soll, unter Reiben gepresst. Da eine chemische Reaktion aufgrund der Reibung der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels gegen die Oberfläche des Films hervorgerufen wird, erfolgt eine tribochemische Reaktion, so dass die plattenförmigen Kristallkörner an den Film durch eine stärkere Kraft gebunden werden als van der Waal'sche-Kräfte, die die Schichten der plattenförmigen Kristalle miteinander verbinden.
Erfindungsgemäß ist der Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen der plattenförmigen Kristallkörner nicht kleiner als 90%. In einer Überzugsschicht, die einen großen Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen hat, gibt es eine große Anzahl von Körnern, deren (00ℓ)-Ebenen parallel zu der Richtung des Gleitens ausgerichtet sind.
Bei der Anfangsverwendung eines Gleitmaterials als Lager kommt das Gleitmaterial in direkten Kontakt mit einem Gegenelement an seinem Anteil, wo ein Ölfilm kaum gebildet wird. Dieser direkte Kontakt ist unvermeidbar, da beispielsweise sowohl das Gleitmaterial als auch das Gegenelement eine Rauigkeit aufweist und weil ein geringfügiger Unterschied der Position zwischen dem Gegenelement und dem Gleitmaterial besteht, wenn sie kombiniert werden. Das Gleitmaterial wird als hoch konformierbar angesehen, wenn ein Abrieb, der auf den unvermeidbaren direkten Kontakt bei der Anfangsverwendung des Gleitmaterials zurückzuführen ist, so geglättet wird, dass die Gleitoberfläche spontan durch Abrieb korrigiert werden kann, so dass sie ein Oberflächenprofil aufweist, das die Bildung eines Ölfilms gestattet.
Wenn ein Teil in direkten Kontakt mit einer assoziierten Welle in der erfindungsgemäßen Überzugsschicht bei der Anfangsverwendung des erfindungsgemäßen Gleitmaterials erscheint, dann werden plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels zu dem direkten Kontaktteil der Gleitoberfläche übertragen und an das Gegenelement angeheftet und es wird eine Scherkraft an die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels bei Bewegung des Gegenelements angelegt.
Wenn die Scherkraft so an die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels angelegt wird, dann erfolgt ein Gleiten (interlaminares Gleiten) zwischen den Schichten parallel zu der Richtung der Bewegung des Gegenelements in dem plattenförmigen Kristallkorn eines festen Schmiermittels. Da in diesem Fall nur sehr schwache van der Waal'sche-Kräfte zwischen den Schichten des plattenförmigen Kristalls angelegt sind, wird das interlaminare Gleiten leicht durch eine sehr schwache Scherkraft hervorgerufen. Als Ergebnis ist das Gegenelement nur einem sehr schwachen Reibungswiderstand ausgesetzt und es gleitet selbst unter marginaler Schmierung glatt.
Zur gleichen Zeit werden in der Überzugsschicht des Gleitmaterials plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels zu dem Gegenelement übertragen und daran angeheftet und sie werden daher von der Gleitoberfläche der Überzugsschicht weg befördert, was zu einem Abrieb führt. Aufgrund eines derartigen Abriebs erhält die Gleitoberfläche ein Oberflächenprofil, das die leichte Bildung eines Ölfilms gestattet. Das heißt, das Gleitmaterial wird zu einem solchen, das eine hohe anfängliche Formanpassungsfähigkeit aufweist.
Weiterhin sind die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels in der Überzugsschicht weich und sie können leicht eingedrückt werden, weil die z-Richtung, d.h. die Richtung der Laminierung der plattenförmigen Kristalle mit relativ niedriger Härte, senkrecht zu der Gleitoberfläche steht. Wenn daher z.B. Fremdteilchen in den Raum zwischen der Überzugsschicht und dem Gegenelement eintreten, dann werden die Fremdteilchen in den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels eingebettet. Weiterhin werden die Fremdteilchen in der Überzugsschicht so eingebettet, dass sie in die Räume zwischen den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels eintreten. Daher hat die erfindungsgemäße Überzugsschicht auch eine ausgezeichnete Einbettfähigkeit.
In diesem Fall wird insbesondere dann, wenn die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an den Film ohne Verwendung eines Harzbindemittels angeheftet worden sind, wie im Falle des Punkts (4) der Erfindung, die Einbettfähigkeit in den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels und die Einbettfähigkeit in den Räumen zwischen den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels nicht verschlechtert.
In der folgenden Tabelle wird die Härte einer Überzugsschicht aus Molybdändisulfid mit der Härte von Filmen, die durch ein PVD-Verfahren gebildet worden sind, verglichen. Aus der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass eine Überzugsschicht aus Molybdändisulfid ziemlich weich ist. Tabelle 1

Art des PVD-Films Härte (Hv)

Al-20sn 90

Al-50sn 70

Cu-25Pb 120

Cu-48Bi 100

MoS₂ 10

Weichmetall bzw. Weichmetalle ist bzw. sind in der Überzugsschicht vorhanden
In einem Gleitmaterial ist eine Abstufung der Härte von der Härte auf der Seite der Gleitoberfläche zu der Härte auf der Substratseite für die Formanpassungsfähigkeit zu bevorzugen. Eine Überzugsschicht, hergestellt aus weichen plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, ist erheblich weicher als ein Film, der durch PVD angeheftet worden ist. Die Härteabstufung ist im Hinblick auf die Unterdrückung der Erzeugung von Reibungswärme und daher der Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß zu bevorzugen.
Die Erfindung ist u.a. dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall bzw. Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C (Weichmetall bzw. Weichmetall), das den Film bildet bzw. die den Film bilden, in der Überzugsschicht vorhanden ist bzw. vorhanden sind. Wenn somit ein Weichmetall bzw. Weichmetalle in der Überzugsschicht enthalten ist bzw. enthalten sind, dann wird der Unterschied der Härte zwischen der Überzugsschicht und dem Film klein, so dass die Formanpassungsfähigkeit verbessert wird, ohne dass die Einbettfähigkeit beeinträchtigt bzw. verschlechtert wird.
Punkt (6) der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Überzugsschicht ein vorbestimmter laminarer Bereich in Kontakt mit dem Film eine Mischschicht ist, die ein Metall bzw. Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C (Weichmetall bzw. Weichmetalle), das den Film bildet bzw. die den Film bilden, enthält bzw. enthalten. Daher ist ein Teil der Überzugsschicht in der Nachbarschaft der Gleitoberfläche (obere Schicht) eine Schicht, die nur aus den weichen plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels besteht, und ein Teil der Überzugsschicht in der Nachbarschaft des Films (untere Schicht) ist eine Schicht mit einer etwas höheren durchschnittlichen Härte, die das Weichmetall bzw. Weichmetalle enthält. Daher kann die Härte allmählich zwischen der Gleitoberfläche und dem Film gesteigert werden, so dass die Formanpassungsfähigkeit weiter verbessert werden kann.
Herstellungsverfahren
Das erfindungsgemäße Gleitmaterial und insbesondere seine Überzugsschicht wird durch das folgende Verfahren hergestellt.
Das heißt, ein erstes Verfahren ist ein Verfahren, umfassend die Unterwerfung einer Mehrzahl der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels mit einer Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten von (00ℓ)-Ebenen in einer parallelen Art und Weise, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien; Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die eine Mehrzahl von plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, unterworfen einer freien Adhäsion daran, haben, auf der Oberfläche des oben genannten Films, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels unter Reiben an die Oberfläche des oben genannten Films anzuheften; und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Reiben anzuheften, um eine Laminierung zu bewirken (Punkt (7) der Erfindung).
Die Bezeichnung „freie Adhäsion“ bedeutet einen Zustand, bei dem ein Gegenstand, d.h. eine Substanz, die der freien Adhäsion unterworfen worden ist, leicht von einer anderen Substanz freigesetzt wird, an die die erstgenannte Substanz angeheftet worden ist. Hierin bedeutet diese Bezeichnung einen Zustand, bei der die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels als ein Gegenstand leicht von den Adhäsionsmedien freigesetzt werden können.
Bei diesem Verfahren ist es so, dass, wenn die Adhäsionsmedien, die eine Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, unterworfen einer freien Adhäsion daran, aufweisen, auf der Oberfläche des Films unter Druck gleiten, dass dann die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels auf der Oberfläche des Films rollen, während die Oberfläche des Films gerieben wird. In diesem Fall ist es so, dass, weil die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, wie oben beschrieben, plattenähnlich sind, sie sich bewegen, während sie aufgestellt bzw. abgeglichen werden. Sie werden so aufgestellt bzw. abgeglichen, dass ihre (00ℓ)-Ebenen parallel zu der Oberfläche des Films, an den die stärkste Reibungskraft angelegt wird, orientiert werden können, und sie bewirken eine tribochemische Reaktion in einem Kontaktbereich mit der Oberfläche des Films, um an der Oberfläche des Films anzuheften. Die 4 zeigt die Adhäsion einer Schicht der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9, die auf die oben beschriebene Art und Weise durchgeführt worden ist.
Weiterhin ist es so, dass, wenn die Adhäsionsmedien, die die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, unterworfen bzw. ausgesetzt einer freien Adhäsion daran, aufweisen, auf den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die auf der Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck gleiten gelassen werden, dann das Folgende auftritt: auf den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, bewegen sich die anderen plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, während die erstgenannten plattenförmigen Kristallkörner gerieben werden, weil der Koeffizient der Reibung zwischen der rauen Oberfläche des Films und den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, größer ist als der Koeffizient der Reibung zwischen den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, und den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die darauf gleiten sollen. Auf die oben beschriebene Art und Weise bewegen sich auf den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels auf der Oberfläche des Films die anderen plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels so, dass ihre interlaminaren Oberflächen parallel zu den interlaminaren Oberflächen der unteren plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels orientiert werden können.
Wie oben beschrieben ist es so, dass während des Rollens der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels auf der Oberfläche des Films sie durch eine Reibungsarbeit aufgrund der Adhäsionsmedien so aufgestellt bzw. abgeglichen werden, dass ihre (00ℓ)-Ebenen parallel zu den (00ℓ)-Ebenen der plattenartigen Körner, die an der Oberfläche des Films angeheftet sind, sein können. Daher werden die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels laminiert, d.h. es wird eine Überzugsschicht gebildet. Die 1 zeigt eine Laminierung von nicht weniger als zwei Schichten der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9B auf den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels 9A, die als erste Schicht an einen Film 5 angeheftet sind.
Als Nächstes wird, um zu veranlassen, dass ein Weichmetall bzw. Weichmetalle in der Überzugsschicht vorhanden sind, eine Mehrzahl der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels mit einer Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten der (00ℓ)-Ebenen in paralleler Anordnung, einer freien Adhäsion an den Adhäsionsmedien unterworfen bzw. ausgesetzt; wobei die Adhäsionsmedien, die die Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, unterworfen bzw. ausgesetzt der freien Adhäsion, aufweisen, auf der Oberfläche des oben genannten Films unter Druck gleiten gelassen werden, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an die Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften. Die oben genannten Adhäsionsmedien werden auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck gleiten gelassen, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, durch Reiben anzuheften, um eine Laminierung zu bewirken. Mindestens eines der oben genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C in dem Film wird in die oben genannte Überzugsschicht eingespritzt, indem das mindestens eine Metall durch Erhitzen des Films und/oder durch Erzeugen von Reibungswärme durch Einstellung der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien, zum Zeitpunkt der Adhäsion der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels aufgeschmolzen wird (Punkt (8) der Erfindung).
Bei der Durchführung der obigen Verfahrensweise wird ein Teil des Weichmetalls bzw. der Weichmetalle in dem Film so aufgeschmolzen, dass es bzw. sie in eine Schicht der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels eingespritzt wird bzw. werden, die auf die Oberfläche des Films laminiert worden sind. Eine Überzugsschicht, durchweg enthaltend das Weichmetall bzw. die Weichmetalle, kann dadurch erhalten werden, dass die Dicke der Schicht der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels auf einen Wert kontrolliert wird, der ähnlich demjenigen der Höhe einer Projektion bzw. eines Vorsprungs des Weichmetalls bzw. der Weichmetalle, ausgestoßen von dem Film, ist. Die 2 zeigt einen Fall, bei dem Zinn 8 als Weichmetall in eine Überzugsschicht 6 aus einem Film 5, hergestellt aus Aluminium 7 und Zinn 8, eingespritzt wird, so dass die gesamte Überzugsschicht 6 eine Mischschicht mit Zinn 8 ist.
Weiterhin ist es so, dass zur Bildung einer Überzugsschicht, bei der die untere Seite der Schicht als ein vorbestimmter laminarer Bereich in Kontakt mit dem Film eine Mischschicht, enthaltend ein Weichmetall bzw. Weichmetalle, ist und die obere Seite der Schicht eine Schicht aus nur plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, enthaltend kein Weichmetall, ist, eine Mehrzahl der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels mit einer Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Anordnung einer freien Adhäsion an die Adhäsionsmedien unterworfen wird bzw. ausgesetzt wird. Die Adhäsionsmedien mit der Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, unterworfen bzw. ausgesetzt der freien Adhäsion daran, werden auf der Oberfläche des oben genannten Films unter Druck gleiten gelassen, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften. Die oben genannten Adhäsionsmedien werden auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Druck gleiten gelassen, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, durch Reiben anzuheften, um eine Laminierung zu bewirken. Mindestens eines der oben genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C in dem Film wird in die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die auf die obige Art und Weise laminiert worden sind, eingespritzt, indem mindestens ein Metall durch Erhitzen des Films und/oder Erzeugen von Reibungswärme durch Einstellung der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien zum Zeitpunkt der Adhäsion der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels aufgeschmolzen wird. Dann wird das Aufschmelzen des Metalls bzw. der Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C dadurch abgebrochen, dass das Erhitzen des Films abgebrochen wird, und/oder die Wanderungsgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien verringert wird und/oder der Film abgekühlt wird, wonach die oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels auf die oben genannte Schicht aus den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, enthaltend mindestens ein Metall mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C darin eingespritzt, laminiert werden (Punkt (9) der Erfindung).
Bei Durchführung der obigen Verfahrensweise kann die Einspritzung bzw. die Ausstoßung des Weichmetalls bzw. der Weichmetalle kontrolliert werden und im Verlauf der Adhäsion der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels abgebrochen werden, so dass das Weichmetall bzw. die Weichmetalle nur in die untere Seite der Überzugsschicht eingespritzt wird bzw. werden (der vorbestimmte laminare Bereich in Kontakt mit dem Film). Daher wird eine Überzugsschicht erhalten, deren untere Schicht eine Mischschicht ist, die das Weichmetall bzw. die Weichmetalle enthält. Die 3 zeigt den Fall, dass Zinn 8 als Weichmetall in die untere Seite einer Überzugsschicht 6 aus einem Film 5, hergestellt aus Aluminium 7 und Zinn 8, eingespritzt wird. Die untere Schicht der Überzugsschicht 6 wird zu einer Mischschicht 6a, bestehend aus plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels 9 und damit vermischtem Zinn 8. Die obere Schicht der Überzugsschicht 6 ist eine Einzelschicht 6b aus nur den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels 9.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung auf ein Gleitmaterial für ein Radiallager angewendet wird (nachstehend der Einfachheit halber als Gleitlager bezeichnet), wird unten stehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Wie in der 8 gezeigt wird, wird ein Gleitlager 1 in halbzylindrischer Gestalt gebildet. Wie in 6 gezeigt wird, hat das Gleitlager 1 eine mehrschichtige Struktur, gebildet durch Auskleiden der inneren Umfangsoberfläche einer Stützmetallschicht 2 mit einer Lagerlegierungsschicht 3, Beschichten der Oberfläche der Lagerlegierungsschicht 3 mit einem Film 5 durch eine Zwischenschicht 4 und anschließendes Beschichten des Films 5 mit einer Überzugsschicht 6.
Das Verfahren zur Herstellung des Gleitlagers 1 ist wie folgt. Wie in 9 gezeigt wird, wird als Erstes ein Bimetall 10 gebildet, indem die Stützmetallschicht 2 mit der Lagerlegierungsschicht 3 ausgekleidet wird. Dann wird ein Streifen aus dem Bimetall 10 herausgeschnitten und der Streifen wird in eine halbzylindrische Gestalt so gebogen, dass ein Produkt mit halbzylindrischer Gestalt erhalten wird. Die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht 3 als innere Umfangsoberfläche des Produkts mit halbzylindrischer Gestalt wird durch Bohren fertiggestellt und dann zur Entfettung gewaschen. Die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht 3 wird mit der Zwischenschicht 4 beschichtet, beispielsweise durch ein PVD-Verfahren oder durch Plattieren. Nach diesem Beschichten wird der Film 5 auf der Oberfläche der Zwischenschicht 4 durch ein PVD-Verfahren, beispielsweise durch Aufsputtern, gebildet und die Überzugsschicht 6 wird auf dem Film 5 gebildet, wodurch das Gleitlager 1 erhalten wird.
Die Überzugsschicht 6 besteht aus den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels 9, die auf die Oberfläche des Films 5 auflaminiert worden sind. In diesem Fall ist kein Harzbindemittel verwendet worden, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9 zu binden. Als plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels werden plattenförmige Kristallkörner aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus Molybdändisulfid, Graphit, Wolframdisulfid und Bornitrid, eingesetzt.
Wie in der 7 gezeigt wird, ist eine Anheftungsvorrichtung 11 zur Auflaminierung der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9 auf die Oberfläche des Films 5 so konstruiert, dass ein Ende von jedem der nicht weniger als zwei Adhäsionsmedien 14 an einen Rotator 13 fixiert ist, der als Kern an eine rotierende Welle 12 so angeheftet ist, dass er davon ablösbar ist. Jedes Adhäsionsmedium 14 besteht aus einem flexiblen Element aus Tuch, Vliesstoff, Papier, Leder, Kunststoff, Fasermetall oder dergleichen und es wird hierdurch ein Produkt mit kreisförmiger bogenförmiger Gestalt gebildet, das eine Breite aufweist, die etwas größer ist als diejenige des Gleitlagers 1. Das Adhäsionsmedium 14 ist vorzugsweise ein Element mit einer großen spezifischen Oberfläche aufgrund seiner ungleichmäßigen Oberfläche oder dergleichen. Dies deswegen, weil ein derartiges Element es möglich macht, eine große Menge der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9 einer freien Adhäsion an die Adhäsionsmedien 14, alle auf einmal, auszusetzen bzw. zu unterwerfen.
Um die Überzugsschicht 6 auf der inneren Umfangsoberfläche des Gleitlagers 1 mit der Anheftungsvorrichtung 11 zu bilden, werden zwei Gleitlager 1 zuerst in Form eines Zylinders kombiniert und an eine (nicht gezeigte) Spanneinrichtung fixiert, so dass sie das gleiche Zentrum wie dasjenige der rotierenden Welle 12 haben. Eine große Menge der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels 9 mit einer Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten der (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise, z.B. Körner aus Molybdändisulfid, werden einer freien Adhäsion an nicht weniger als zwei Adhäsionsmedien 14, die an dem Rotator 13 befestigt sind, ausgesetzt bzw. unterworfen und der Rotator 13 wird an der rotierenden Welle 12 so befestigt, dass diese Adhäsionsmedien 14 in zwei Gleitlagern 1, die in Form eines Zylinders kombiniert sind, untergebracht werden können.
Die rotierende Welle 12 wird mit einem nicht gezeigten Motor in Drehung versetzt. Aufgrund dieser Rotation empfängt das andere Ende jedes Adhäsionsmediums 14 eine Zentrifugalkraft aufgrund der Rotation und es rotiert daher in gleitender Art und Weise, während es gegen die innere Umfangsoberfläche des Films 5, d.h. die innere Umfangsoberfläche des Gleitlagers 1, gepresst wird. In diesem Fall ist die Gleitgeschwindigkeit des Adhäsionsmediums 14 auf der oben genannten inneren Umfangsoberfläche vorzugsweise nicht kleiner als 5 m/s. Aufgrund der Rotation der Adhäsionsmedien 14 bewegen sich die Molybdändisulfidkörner, die einer freien Adhäsion an den Adhäsionsmedien 14 ausgesetzt bzw. unterworfen sind, beim Reiben unter Druck, der an die Adhäsionsmedien 14 und die oben genannte innere Umfangsoberfläche angelegt wird, wodurch die Molybdändisulfidkörner so orientiert werden, dass ihre interlaminaren Oberflächen parallel zu der Oberfläche des Films 5 sein können (weil die (00ℓ)-Ebenen, d.h. die maximalen Ebenen, stabil sind, wenn sie parallel zu der oben genannten Bewegungsrichtung angeordnet sind). Es wird daher eine tribochemische Reaktion bewirkt, um eine Anhaftung an der Oberfläche des Films 5 zu bewirken. Weiterhin ist es so, dass aufgrund der Rotation der Adhäsionsmedien 14 auf die Molybdändisulfidkörner, die an die Oberfläche des Films 5 angeheftet sind, aufeinander folgende andere Molybdändisulfidkörner auflaminiert werden, während sie so orientiert sind, dass ihre (00f)-Ebenen (interlaminare Oberflächen) im Wesentlichen parallel zu den (00ℓ)-Ebenen der unteren Molybdändisulfidkörner sein können. Daher wird eine Überzugsschicht 6, zusammengesetzt aus Schichten, gebildet durch Laminierung von Molybdändisulfidkörnern, auf den Film 5 erzeugt. Die oben beschriebene Adhäsionsverfahrensweise wird beendet, wenn die Dicke der Überzugsschicht 6 einen gewünschten Wert der Dicke von nicht weniger als 1 µm erreicht. Die Zeitspanne zur Durchführung der Adhäsionsverfahrensweise wird in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke der Überzugsschicht 6 festgelegt.
Während der Bildung der Überzugsschicht 6 wird eine nicht gezeigte Aufspannvorrichtung so vorerhitzt, dass der Film 5 des Gleitlagers 1 an die Aufspannvorrichtung fixiert wird oder das Ausmaß der Erzeugung von Reibungswärme wird durch geeignete Kontrolle der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien 14 auf der Oberfläche des Gleitlagers 1 kontrolliert, oder der Film 5 des Gleitlagers 1 wird durch Wasserkühlung der Aufspannvorrichtung abgekühlt, wodurch ein Weichmetall bzw. Weichmetalle in dem Film 5 in eine Überzugsschicht 6 eingespritzt wird bzw. werden, wodurch die Überzugsschicht 6 zu einer solchen gemacht wird, die das Weichmetall bzw. die Weichmetalle, wie in 2 gezeigt, enthält oder wodurch die Überzugsschicht 6 zu einer solchen gemacht wird, deren untere Schicht eine Mischschicht, enthaltend das Weichmetall bzw. die Weichmetalle, wie in 3 gezeigt, ist. In diesen Fällen kann eine Überzugsschicht mit glatter Oberfläche dadurch gebildet werden, dass das oben beschriebene Herstellungsverfahren durchgeführt wird.
BEISPIELE
Unten stehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Ein Bimetall wurde dadurch hergestellt, dass eine Stützmetallschicht mit einer Lagerlegierungsschicht auf Aluminiumbasis oder einer Lagerlegierungsschicht auf Kupferbasis ausgekleidet wurde. Ein Streifen wurde aus dem Bimetall hergestellt und in Form eines Halbzylinders gebogen. Danach wurde die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht durch Bohren fertig gestellt.

Sodann wurde das Produkt mit einer halbzylindrischen Gestalt zum Entfetten gewaschen und eine NiCr-Schicht (eine Zwischenschicht) wurde auf der inneren Umfangsoberfläche der Lagerlegierungsschicht durch Aufsputtern und Beschichten mit den einzelnen Kombinationen der Metalle gebildet. Die genannten Metalle sind in der folgenden Tabelle 2 unter der Spalte „Art des PVD-Films“ angegeben. Die Beschichtung erfolgte durch Aufsputtern, um einen Film zu bilden. Auf diese Weise wurden Probekörper der Beispiele 1 bis 5 und Probekörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 hergestellt. Die Dicke des Films der durch Sputtern gebildeten Zwischenschicht wurde auf 10 bis 15 µm eingestellt. Was die Metallkomponenten des Films betrifft, so gibt die Zahl vor dem Symbol des Elements das Verhältnis (Massen-%) des Elements wieder. Bei allen Elementen ohne eine derartige Zahl handelt es sich um Elemente, deren Anteil der Rest ist. Tabelle 2

	Überzugs schicht					Test auf fressenden Verschleiß
	Art der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels	Index der Orientierung der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels (%)	Dicke der Schicht aus nur plattenförmigen Kristallkörne rn eines festen Schmiermittels (µm)	Dicke einer Mischschicht aus plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels und einem niedrig-schmelzenden Metall (µm)	Art des PVD-Films	Maximale spezifische Last ohne ein Festfressen (MPa)
Probekörper des Beispiels 1	Molybdändisulfid	95	1,5	0	Al-20Sn	90
Probekörper des Beispiels 2	Molybdändisulfid	93	3	2	Al-40Sn	100
Probekörper des Beispiels 3	Bornitrid	96	1,5	0,5	Cu-25Pb	95
Probekörper des Beispiels 4	Molybdändisulfid	97	0	3	Al-50Sn	95
Probekörper des Beispiels 5	Graphit	93	0	1	Cu-40Bi	95
Probekörper des Vergleichsbeispiels 1	Keine	-	0	0	Al-20Sn	60
Probekörper des Vergleichsbeispiels 2	Molybdändisulfid	71	2	0	Al-20Sn	70
Probekörper des Vergleichsbeispiels 3	Molybdändisulfid	38	1,5	0	Al-20Sn	65

Im Falle der anderen Probekörper als des Probekörpers des Vergleichsbeispiels 1 wurden plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels, bestehend jeweils aus den in Tabelle 2 angegebenen festen Schmiermitteln, auf einen Film mittels des in 7 gezeigten Anheftungsvorrichtung laminiert, um eine Überzugsschicht zu bilden. In diesem Fall hatten der Probekörper des Beispiels 1 und der Probekörper des Vergleichsbeispiels 2 eine Überzugsschicht aus nur plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die kein Weichmetall enthielten. Die Überzugsschicht aller Probekörper der Beispiele 4 und 5 enthielt ein Weichmetall innerhalb der gesamten Überzugsschicht und sie hatten keinen laminaren Bereich, bestehend nur aus den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels. In der Überzugsschicht der Probekörper der Beispiele 2 und 3 war ihre untere Schicht eine Mischschicht, die ein Weichmetall enthielt, und ihre obere Schicht war eine einzige Schicht nur aus den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels.
Um zu veranlassen, dass ein Weichmetall in der Überzugsschicht vorhanden ist, wie im Falle der Probekörper der Beispiele 4 und 5, wurde die Aufspannvorrichtung der Anheftungsvorrichtung 11 auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 340°C, die 10 bis 70°C niedriger war als diejenige des niedrig-schmelzenden Metalls, zum Zeitpunkt der Bildung der Überzugsschicht, vorerhitzt. Weiterhin wurden zum Zeitpunkt der Adhäsion der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels die Adhäsionsmedien 14 auf dem Probekörper mit einer hohen Geschwindigkeit von 10 bis 20 m/s gleitengelassen bzw. gleitend bewegt, um eine Reibungswärme zu erzeugen. Aufgrund dieser Wärmeerzeugung wurde das niedrig-schmelzende Weichmetall in dem Film aufgeschmolzen, um in die Überzugsschicht von dem Film eingespritzt zu werden, so dass das Weichmetall in der Überzugsschicht vorhanden ist. Um ein Weichmetall nur in die untere Schicht der Überzugsschicht einzuarbeiten, wie im Falle der Probekörper der Beispiele 2 und 3, wurde das Aufschmelzen des niedrig-schmelzenden Metalls in dem Film dadurch abgebrochen, dass das Erhitzen der Aufspannvorrichtung abgebrochen wurde, dass die Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien verringert wurde und dass die Aufspannvorrichtung mit Wasser gekühlt wurde während der Bildung der Überzugsschicht. Auf diese Weise konnte eine Überzugsschicht als Überzugsschicht, enthaltend das niedrig-schmelzende Metall, gebildet werden, welches nur in ihre untere Schicht eingespritzt worden war.

Bei den oben genannten Probekörpern der Beispiele 1 bis 5 und den Probekörpern der Vergleichsbeispiele 2 und 3 wurden die Dicke der Überzugsschicht und der Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels in der Oberfläche der Überzugsschicht gemessen und mit diesen Probekörpern wurden bei den in der folgenden Tabelle 3 gezeigten Bedingungen ein Test, betreffend den fressenden Verschleiß, durchgeführt. Die Messergebnisse und die Testergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 3

	Bedingungen
Umfangsgeschwindigkeit	10 m/s
Testlast	Um 10 MPa in Intervallen von 10 Minuten erhöht
Schmieröl	VG22
Schmiertemperatur	100°C
Material für die Welle	S55C
Beurteilungsmethode	Maximale spezifische Last ohne Festfressen

Der Index der Orientierung wurde aus dem Ergebnis eines Röntgenbeugungs-Intensitätstests bestimmt. Beispiele für die Messergebnisse, erhalten durch den Röntgenbeugungs-Intensitätstest der Probekörper der Beispiele und der Probekörper der Vergleichsbeispiele sind in den 12 (a) und (b) bzw. in 13 (a) und (b) dargestellt. Die 12 zeigt die Messergebnisse für den Probekörper des Beispiels 1 und die 12 (b) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 12 (a). Die 13 zeigt die Messergebnisse für den Probekörper des Vergleichsbeispiels 2 und die 13 (b) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 13 (a). In der 12 (a) und 12 (b) und der 13 (a) und 13 (b) gibt das Symbol O (offener Kreis) die (00ℓ)-Ebenen des Molybdändisulfids als plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels an, das Symbol Δ (Dreieck) gibt die Kristallebenen des Films an und das Symbol X (Kreuz) gibt andere Kristallebenen als die (00ℓ)-Ebenen des Molybdändisulfids an.
Aus den 12 (a) und 12 (b) wird ersichtlich, dass fast kein Peak, der auf andere Kristallebenen als die (00ℓ)-Ebenen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels zurückzuführen ist, in dem Messergebnis des Probekörpers des Beispiels 1 beobachtet wurde. Andererseits wird aus den 13 (a) und 13 (b) ersichtlich, dass Peaks, die auf andere Kristallebenen als die (00ℓ)-Ebenen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels zurückzuführen sind, ohne Weiteres in dem Messergebnis des Probekörpers des Vergleichsbeispiels 2 beobachtet wurden. Wie in 13 (b) gezeigt, wurden die (101)-, (102)- und (103)-Ebenen, d.h. andere Kristallebenen als die (00f)-Ebenen, im Falle des Messergebnisses des Probekörpers des Vergleichsbeispiels 2 identifiziert. Die Tabelle 2 zeigt den Index der Orientierung der Probekörper der Beispiele und der Probekörper der Vergleichsbeispiele, bestimmt aus den Messergebnissen, erhalten durch den Röntgenbeugungs-Intensitätstest und durch die oben angegebene Gleichung.
Das Ergebnis des Tests gegenüber fressendem Verschleiß wird unten stehend diskutiert.
Zuerst ist es so, dass die Formanpassungsfähigkeit und die Einbettfähigkeit eines Gleitlagers nicht direkt und quantitativ gemessen werden können. Bei einem Gleitlager mit ausgezeichneter Formanpassungsfähigkeit ist es so, dass selbst dann, wenn ein Teil davon in einen direkten Metallkontakt mit einem Gegenelement kommt, dieser Teil durch Verschleiß leicht entfernt wird und so korrigiert wird, dass er eine Gestalt hat, die die leichte Bildung eines Ölfilms gestattet. Daher hat ein Gleitlager mit ausgezeichneter Formanpassungsfähigkeit auch ausgezeichnete Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß. Ein Gleitlager mit ausgezeichneter Einbettfähigkeit nimmt Fremdteilchen, d.h. eindringende Materialien, zwischen das Gleitlager und ein Gegenelement auf, wodurch diese aus dem Raum zwischen den gleitenden Oberflächen des Gleitlagers und des Gegenelements entfernt werden. Daher verhindert das Gleitlager einen fressenden Verschleiß bzw. Festfressen, bewirkt durch eine kontinuierliche Anwesenheit von Fremdteilchen in dem Raum zwischen den gleitenden Oberflächen. Demgemäß hat ein Gleitlager mit ausgezeichneter Formanpassungsfähigkeit und ausgezeichneter Einbettfähigkeit ausgezeichnete Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß. Auf der Basis dieser Tatsache wurde der Test auf fressenden Verschleiß als Test zur Bestätigung des Grades der Formanpassungsfähigkeit und der Einbettfähigkeit der Probekörper der Beispiele 1 bis 5 und der Probekörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 durchgeführt.
Wie aus der Tabelle 3 ersichtlich wird, wurde der Test auf fressenden Verschleiß bei Bedingungen durchgeführt, bei denen eine marginale Schmierung durch stufenweise Erhöhung der Last bewirkt wurde. Das heißt es ist so, dass, weil der Ölfilm bei einem Anstieg der spezifischen Last dünner wird, dann allmählich ein marginaler Schmierungszustand hervorgerufen wird. Die Bezeichnung „spezifische Festfressungslast“ bedeutet eine spezielle Last, bei der ein fressender Verschleiß bewirkt wird, wenn die Testlast um 10 MPa in Intervallen von 10 Minuten erhöht wird. Was die Abschätzung des fressenden Verschleißes betrifft, so wurde, wenn das folgende Phänomen bewirkt wurde, die folgende Schlussfolgerung gezogen, nämlich dass ein fressender Verschleiß bewirkt worden war: die Temperatur der Rückseite des Probekörpers wurde höher als 200°C oder ein Antriebsriemen der Welle für die Rotation einer damit verbundenen Welle rutscht aufgrund einer Veränderung des Drehmoments durch.
Der Probekörper des Vergleichsbeispiels 1 hatte eine niedrige Formanpassungsfähigkeit und Einbettfähigkeit und daher niedrige Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß, weil er keine Überzugsschicht aufwies, so dass ein Gegenelement in direkten Kontakt mit dem Film kam. Bei dem Probekörper des Vergleichsbeispiels 2 mit einer Überzugsschicht, gebildet durch ein Aufsprühverfahren, wurde die Überzugsschicht auf dem Film des Probekörpers gebildet, jedoch war die Orientierungsrate der Molybdändisulfidkörner so niedrig wie 71%. Daher wurde ein glatter Abrieb der Überzugsschicht durch das interlaminare Gleiten der Molybdändisulfidkörner nur schwer hervorgerufen, so dass der Probekörper des Vergleichsbeispiels 1 eine schlechte Formanpassungsfähigkeit hat. Weiterhin konnte der Probekörper keine genügende Einbettfähigkeit zeigen und er hatte daher eine niedrige spezifische Festfressungslast. Bei dem Probekörper des Vergleichsbeispiels 3 mit einer Überzugsschicht, gebildet durch ein Sputterverfahren, wurde die Überzugsschicht auf dem Film des Probekörpers zwar gebildet, jedoch war die Orientierungsrate der Molybdändisulfidkörner so niedrig wie 38%. Daher hat dieser Probekörper nicht nur eine niedrige Formanpassungsfähigkeit sondern auch eine niedrige spezifische Festfressungslast.
Andererseits hatte jeder der Probekörper der Beispiele 1 bis 5 eine Überzugsschicht aus plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels gebildet auf seinem Film und die Orientierungsrate der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels war nicht niedriger als 90%. Daher zeigen diese Probekörper in zufrieden stellender Weise eine Formanpassungsfähigkeit und Einbettfähigkeit aufgrund der Überzugsschicht und sie haben daher ausgezeichnete Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß.
Bei jedem der Probekörper der Beispiele 4 und 5 unter den Probekörpern der Beispiele 1 bis 5 war die gesamte Überzugsschicht eine Mischschicht aus einem Weichmetall und plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels. Daher ist die mittlere Härte der Überzugsschicht hoch und die Differenz der Härte zwischen der Überzugsschicht und dem Film ist kleiner als im Falle des Probekörpers von Beispiel 1. Aufgrund dieser Tatsache ist es so, dass, wenn eine derartige Schicht einen Reibungsverschleiß erleidet, dann die Erzeugung von Reibungswärme, bewirkt durch die Härtedifferenz, sehr zufrieden stellend unterdrückt werden kann aufgrund der kleinen Veränderung der Härte. Daher haben die Probekörper der Beispiele 4 und 5 höhere Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß als der Probekörper des Beispiels 1.
Weiterhin hatte jeder der Probekörper der Beispiele 2 und 3 eine Mischschicht, enthaltend ein Weichmetall als untere Schicht der Überzugsschicht. Daher hatten diese Probekörper eine Härteabstufung von der Härte der oberen Schicht der Überzugsschicht zu der Härte des Films und daher höhere Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß als der Probekörper des Beispiels 1. Insbesondere der Probekörper des Beispiels 2, der eine dicke Überzugsschicht aufwies, hatte höhere Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß als die anderen Probekörper der Beispiele, d.h. die Probekörper der Beispiele 1 und 3 bis 5, was darauf hinweist, dass die Überzugsschicht, die die Mischschicht als ihre untere Schicht besitzt, für die Beständigkeitseigenschaften gegenüber fressendem Verschleiß wirksam ist.
Bei dem Probekörper des Beispiels 2 betrug die Dicke der Mischschicht aus den plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels und dem niedrig-schmelzenden Metall 2 µm. Daher ist es so, dass, wenn die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels in dieser Schicht nicht vorhanden sind, dann die Oberflächenrauigkeit der Schicht Rz 2 µm ist, was auf die Anwesenheit des eingespritzten niedrig-schmelzenden Metalls zurückzuführen ist. Die Oberflächenrauigkeit der Überzugsschicht des oben genannten Probekörpers des Beispiels 2 war jedoch niedrig, d.h. sie konnte auf einen Wert von nicht mehr als Rz 2 µm eingestellt werden, weil diese Überzugsschicht durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren erzeugt worden war. Als Ergebnis konnte die Wahrscheinlichkeit eines direkten Kontakts der Welle mit dem Lager verringert werden.

Claims

Gleitmaterial, umfassend einen Film, gebildet durch Beschichten durch PVD eines Substrats mit nicht weniger als zwei Metallen, die zu einer Phasentrennung voneinander imstande sind und von denen mindestens ein Metall einen Schmelzpunkt von 350°C oder höher besitzt und mindestens ein Metall einen Schmelzpunkt von weniger als 350°C besitzt, und eine Überzugsschicht, die auf dem Film dadurch gebildet worden ist, dass darauf plattenförmige Kristallkörner eines festen Schmiermittels laminiert worden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Film eine Phase aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C, dispergiert in einer Matrix aus dem genannten mindestens einen Metall mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher, umfasst, dass die genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels eine Schichtkristallstruktur, gebildet durch Aufeinanderschichten von (00ℓ)-Ebenen, wobei ℓ eine ganze Zahl von nicht weniger als 1 ist, in paralleler Art und Weise, haben, wobei die (00ℓ)-Ebenen zu der Oberfläche des genannten Films parallel angeordnet sind, wenn die plattenförmigen Kristallkörner sich auf dem genannten Film in einem laminierten Zustand befinden, dass die genannte Überzugsschicht einen Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen von nicht weniger als 90% aufweist, und dass auch mindestens das genannte Metall oder eines der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C unter den Metallen, die den genannten Film bilden, in der genannten Überzugsschicht vorhanden ist bzw. sind; wobei der Index der Orientierung der (00ℓ)-Ebenen (%) = [ΣR(00ℓ)/ ΣR(hkℓ) ] × 100 ist, wobei R(00ℓ) die Röntgenstrahlenintensität auf einer (00ℓ)-Ebene bedeutet, ΣR(00ℓ) die Summe der Röntgenstrahlenintensitäten auf den detektierten (00ℓ)-Ebenen ist und ΣR(hkℓ) die Gesamtsumme der Röntgenstrahlenintensitäten aller detektierten Ebenen ist.
Gleitmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Metall bzw. die genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von 350°C oder höher aus nicht weniger als einem Metall, ausgewählt aus Aluminium, Silber und Kupfer, besteht bzw. bestehen und dass das genannte Metall bzw. die genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C aus nicht weniger als einem Metall, ausgewählt aus Zinn, Blei, Wismut und Indium, besteht bzw. bestehen.
Gleitmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels aus plattenförmigen Kristallkörnern von nicht weniger als einer Verbindung, ausgewählt aus Molybdändisufid, Graphit, Wolframdisulfid und Bornitrid, bestehen.
Gleitmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Überzugsschicht kein Bindemittelharz zur Bindung der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels enthält.
Gleitmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Überzugsschicht eine Mischschicht aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C und plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels ist.
Gleitmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der genannten Überzugsschicht ein vorbestimmter laminarer Bereich in Kontakt mit dem genannten Film eine Mischschicht ist, die mindestens eines des genannten Metalls bzw. der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von niedriger als 350°C unter den Metallen, die den genannten Film bilden, enthält.
Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht eines Gleitmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend Unterwerfen einer Mehrzahl der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die eine Schichtkristallstruktur aufweisen, die durch Aufeinanderstapeln von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise gebildet worden sind, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien, Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die die Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels aufweisen, die einer freien Adhäsion daran unterworfen worden sind, auf der Oberfläche des genannten Films, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften, und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die frei an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, durch Reiben anzuheften, um ein Laminieren zu bewirken.
Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht eines Gleitmaterials nach Anspruch 1 oder 6, umfassend Unterwerfen einer Mehrzahl der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die eine Schichtkristallstruktur aufweisen, die durch Aufeinanderstapeln von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise gebildet worden sind, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien, Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die eine Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels enthalten, die einer freien Adhäsion daran unterworfen worden sind, auf der Oberfläche des genannten Films, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften, und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die frei an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Reiben anzuheften, um ein Laminieren zu bewirken, und Einspritzen mindestens eines des genannten Metalls bzw. der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C in dem Film in die oben genannte Überzugsschicht durch Aufschmelzen des mindestens einen Metalls durch Erhitzen des genannten Films und/oder Erzeugen einer Reibungswärme durch Einstellung der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien zum Zeitpunkt des Anheftens der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels.
Verfahren zur Herstellung der Überzugsschicht eines Gleitmaterials nach Anspruch 6, umfassend Unterwerfen einer Mehrzahl der genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die eine Schichtkristallstruktur aufweisen, die durch Aufeinanderstapeln von (00ℓ)-Ebenen in paralleler Art und Weise gebildet worden sind, einer freien Adhäsion an Adhäsionsmedien, Gleitenlassen der Adhäsionsmedien, die die Mehrzahl der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels enthalten, die einer freien Adhäsion daran unterworfen worden sind, auf der Oberfläche des genannten Films unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels an der Oberfläche des Films durch Reiben anzuheften, und Gleitenlassen der oben genannten Adhäsionsmedien auf den Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet worden sind, unter Druck, um die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die frei an die Adhäsionsmedien angeheftet sind, an die Oberflächen der plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die an die Oberfläche des Films angeheftet sind, unter Reiben anzuheften, um ein Laminieren zu bewirken, Einspritzen mindestens eines des genannten Metalls bzw. der genannten Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C in dem Film zwischen die plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, die oben auflaminiert worden sind, durch Aufschmelzen des mindestens einen Metalls durch Erhitzen des genannten Films und/oder Erzeugen einer Reibungswärme durch Einstellung der Gleitgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien zum Zeitpunkt des Anheftens der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels, und anschließendes Abbrechen des Schmelzens des Metalls bzw. der Metalle mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C durch Abbrechen des Erhitzens des Films und/oder Verringerung der Wanderungsgeschwindigkeit der Adhäsionsmedien und/oder Abkühlen des Films; gefolgt von einem Laminieren der oben genannten plattenförmigen Kristallkörner eines festen Schmiermittels auf die oben genannte Schicht aus plattenförmigen Kristallkörnern eines festen Schmiermittels, die das mindestens eine Metall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 350°C darin eingespritzt enthält.