DE102008056965A1

DE102008056965A1 - Gleitlagerverbundwerkstoff mit galvanisch abgeschiedener Gleitschicht

Info

Publication number: DE102008056965A1
Application number: DE102008056965A
Authority: DE
Inventors: Megjit Seremeti; Rolf Dr. Reinicke; Werner Schubert
Original assignee: KS Gleitlager GmbH
Current assignee: KS Gleitlager GmbH
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: DE102008056965B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff (2) mit einer Trägerschicht (4) aus Stahl und einer darauf unlösbar aufgebrachten bleifreien Lagermetallschicht (6) aus Kupferlegierung, insbesondere Kupfer-Zinn-Bronze oder Messing, und mit einer galvanisch abgeschiedenen bleifreien Laufschicht (10) auf Zinn-Kupfer-Basis einer Dicke von 5-20 µm, wobei zwischen der Lagermetallschicht (6) und der Laufschicht (10) eine galvanisch abgeschiedene Sperrschicht (8) vorgesehen ist; um die Dauergebrauchstauglichkeit des Gleitlagerverbundwerkstoffs bzw. eines hieraus gebildeten Gleitlagers zu erhöhen, ist erfindungsgemäß auf der einem Gleitpartner zugewandten Seite der Laufschicht (10) eine zusätzliche galvanische Schicht (12) auf Zink-Basis einer Dicke von 1-10 µm abgeschieden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus Stahl und einer darauf unlösbar aufgebrachten bleifreien Lagermetallschicht aus Kupferlegierung, insbesondere Kupfer-Zinn-Bronze oder Messing, und mit einer galvanisch abgeschiedenen bleifreien Laufschicht auf Zinn-Kupfer-Basis, wobei zwischen der Lagermetallschicht und der Laufschicht eine galvanisch abgeschiedene Sperrschicht vorgesehen ist.
Ein derartiger Gleitlagerverbundwerkstoff ist beispielsweise bekannt aus DE 10 2004 038 191 A1 der Anmelderin.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Dauerbetriebsverhalten des Gleitlagerverbundwerkstoffs bzw. eines hieraus hergestellten Gleitlagerelements in motorischen oder motornahen Anwendungen, wo der Gleitlagerverbundwerkstoff unter erhöhten Temperaturen teils aggressiven Schmiermedien ausgesetzt ist, zu verbessern.
Diese Erfindung wird bei einem Gleitlagerverbundwerkstoff der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der einem Gleitpartner zugewandten Seite der Laufschicht, also auf der von der Sperrschicht abgewandten Seite der Laufschicht, eine zusätzliche galvanische Schicht auf Zink-Basis einer Dicke von 1–10 μm abgeschieden ist.
Die Anmelderin hat nämlich festgestellt, dass sich die Zusammensetzung der Laufschicht auf Zinn-Kupfer-Basis in Wechselwirkung mit heißen Schmiermedien, insbesondere modernen Motorölen, verändert. Sie hat weiter festgestellt, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass Kupfer aus der Laufschicht in die angrenzende Schmiermittelphase übergeht. Hierdurch ändert sich der definierte Zustand der Laufschicht und damit deren Dauergebrauchseigenschaften. Die Anmeldering hat weiter erfindungsgemäß festgestellt, dass dem durch eine zusätzliche dünne galvanische Schicht auf Zink-Basis entgegengewirkt werden kann. Aus dieser Schicht diffundiert nämlich Zink gerade bei Gebrauchstemperaturen typischer motorischer bzw. motorennaher Anwendungen von Gleitlagerelementen in die darunter angeordnete Laufschicht auf Zinn-Kupfer-Basis, wobei das eindiffundierende Zink die Stabilität des Kupfers in der Laufschicht erhöht. Die zusätzliche dünne galvanische Schicht auf Zink-Basis wirkt also nicht lediglich als physikalische Sperrschicht, sondern sie wird selbst in dem vorstehend genannten Sinne ”aktiv”. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß das Dauergebrauchsverhalten aufgrund einer erhöhten Stabilität eines wohl definierten metallurgischen Zustands der Laufschicht verbessert.
Die Dicke dieser zusätzlichen galvanischen Schicht auf Zink-Basis beträgt vorteilhafterweise 1 bis 10 μm, insbesondere 2 bis 10, insbesondere 2–8 μm, insbesondere 2–6 μm und weiter insbesondere 2–5 μm.
Die zusätzliche galvanische Schicht auf Zink-Basis kann beispielsweise von einer dünnen Schicht aus Reinzink oder aus einer Zink-Zinn-Legierung mit Zink als Hauptbestandteil (volumenmäßig größter Einzelbestandteil) gebildet sein. Es wäre auch denkbar, dass andere Schichten mit Zink als Hautbestandteil, beispielsweise Zink/Nickel, Zink/Eisen, Zink/Cobalt und Zink/Wismut, aus galvanischen Bädern abgeschieden werden.
Die erwähnte Lagermetallschicht aus Kupferlegierung kann beispielsweise von einer Kupfer-Zinn-Bronze oder von Messing, insbesondere CuZn(18-43)-Legierung, insbesondere CuZn(18-25)-Legierung oder CuZn(27-34)-Legierung, gebildet sein, oder von einer Kupfer-Aluminium-Legierung, einer Kupfer-Nickel-Legierung oder einer Kupfer-Mangan-Legierung, jeweils gegebenenfalls mit weiteren Legierungszusätzen von insgesamt höchstens 10 Gew.-%.
Die Lagermetallschicht aus Kupfer-Zinn-Bronze kann in vorteilhafter Weise eine CuSn(4-15)-Legierung umfassen.
Die Laufschicht umfasst in vorteilhafter Weise eine SnCu(4-12)-Legierung.
Die Laufschicht weist vorteilhafterweise eine Dicke von 5 bis 20 μm, insbesondere von 8 bis 18 μm und weiter insbesondere von 10 bis 15 μm.
Die Dicke der Sperrschicht ist nach einer bevorzugten Ausführungsform < 4 μm, insbesondere < 3 μm.
Die Sperrschicht kann Nickel umfassen und aus einer Nickel enthaltenden Galvanik abgeschieden sein. Die Sperrschicht kann insbesondere von einer Zinn-Nickel-Schicht mit beispielsweise höchstens 37 Gew.-% Nickel gebildet sein.
Des Weiteren kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn zwischen der Lagermetallschicht und der Laufschicht eine galvanisch abgeschiedene Sperrschicht auf Eisenbasis vorgesehen ist. Gegebenenfalls kann diese Sperrschicht auf Eisenbasis zusätzlich zu einer weiteren Sperrschicht, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft außerdem Pleuellagerschalen und Kurbelwellenlagerschalen, die aus einem Gleitlagerverbundwerkstoff der erfindungsgemäßen Art hergestellt sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische nicht maßstabsgetreue Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffs.
1 zeigt einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht 4 aus Stahl und einer darauf unlösbar aufgebrachten bleifreien Lagermetallschicht 6 aus Kupferlegierung, insbesondere aus einer Kupfer-Zinn-Bronze. Die Kupfer-Zinn-Bronze umfasst vorteilhafterweise eine CuSn(4-15)-Legierung. Sie kann auch Bismut enthalten und insbesondere in vorteilhafter Weise von einer CuSn(9-11)Bi(7-9)Zn(1-4)- Legierung, insbesondere von einer CuSn10Bi8Zn3-Legierung gebildet sein. Auf diese Lagermetallschicht 6 ist galvanisch eine dünne Sperrschicht 8 aufgebracht, die insbesondere Nickel und/oder Eisen umfassen kann. Die Dicke der Sperrschicht 8 kann unterhalb von 4 μm, insbesondere unterhalb von 3 μm liegen. Auf die Sperrschicht ist wiederum galvanisch eine Laufschicht 10 auf Zinn-Kupfer-Basis aufgebracht. Deren Dicke ist vorzugsweise geringer als die Dicke der Lagermetallschicht 6. Es handelt sich hier in vorteilhafter Weise um eine SnCu(4-12)-Legierung.
Um die Zusammensetzung, d. h. den definierten Zustand der Laufschicht 10 auf Zinn-Kupfer-Basis dauerhaft zu stabilisieren, ist auf die Laufschicht 10 eine weitere galvanische dünne Schicht auf Zink-Basis aufgebracht, deren Dicke vorzugsweise deutlich unter 10 μm beträgt. Es kann sich hierbei in vorteilhafter Weise um eine Schicht 10 aus Reinzink oder aus Zinn-Zink handeln. Diese zusätzliche galvanische Schicht 12 bzw. das Zink dieser Schicht 12 führt zu einer dauerhaften Stabilisierung des Zustands der Laufschicht 10 auf Zinn-Kupfer-Basis. Zink diffundiert aus der Schicht 12 in die darunter liegende Laufschicht und wirkt einem Übergang von Kupfer aus der Laufschicht 10 in eine heiße Schmiermittelphase im Gebrauch eines aus dem Gleitlagerverbundwerkstoff hergestellten Gleitlagers bei motorischen oder motorennahen Anwendungen entgegen. Hierdurch wird die Dauergebrauchstauglichkeit des Gleitlagerelements erfindungsgemäß erhöht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004038191 A1 [0002]

Claims

Gleitlagerverbundwerkstoff (2) mit einer Trägerschicht (4) aus Stahl und einer darauf unlösbar aufgebrachten bleifreien Lagermetallschicht (6) aus Kupferlegierung, insbesondere Kupfer-Zinn-Bronze oder Messing, und mit einer galvanisch abgeschiedenen bleifreien Laufschicht (10) auf Zinn-Kupfer-Basis, wobei zwischen der Lagermetallschicht (6) und der Laufschicht (10) eine galvanisch abgeschiedene Sperrschicht (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einem Gleitpartner zugewandten Seite der Laufschicht (10) eine zusätzliche galvanische Schicht (12) auf Zink-Basis einer Dicke von 1–10 μm abgeschieden ist.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zusätzlichen galvanische Schicht (12) auf Zink-Basis 2–10 μm, insbesondere 2–8 μm, insbesondere 2–6 μm und weiter insbesondere 2–5 μm beträgt.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche galvanische Schicht (12) auf Zink-Basis eine Schicht aus Reinzink oder aus Zink-Zinn ist.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (6) aus Kupferlegierung von einer Kupfer-Zinn-Bronze oder von Messing, insbesondere CuZn(18-43)-Legierung, insbesondere CuZn(18-25)-Legierung oder CuZn(27-34)-Legierung, gebildet ist, oder von einer Kupfer-Aluminium-Legierung, einer Kupfer-Nickel-Legierung oder einer Kupfer-Mangan-Legierung, jeweils gegebenenfalls mit weiteren Legierungszusätzen von insgesamt höchstens 10 Gew.-%.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zinn-Bronze eine CuSn(4-15)-Legierung umfasst.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zinn-Bronze zusätzlich Bismut enthält und insbesondere eine CuSn(9-11)Bi(7-9)-Legierung, insbesondere eine CuSn(9-11)Bi(7-9)Zn(1-4)-Legierung umfasst.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (10) eine SnCu(4-12)-Legierung umfasst.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (10) eine Dicke von 5–20 μm, insbesondere von 8–18 μm und weiter insbesondere von 10–15 μm aufweist.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Sperrschicht (8) < 4 μm, insbesondere < 3 μm ist.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (8) Nickel umfasst und aus einer Nickel enthaltenden Galvanik abgeschieden ist und insbesondere von einer Zinn-Nickel-Schicht mit höchstens 37 Gew.-% Nickel gebildet ist.
Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lagermetallschicht (6) und der Laufschicht (10) eine galvanisch abgeschiedene Sperrschicht (8) auf Eisenbasis vorgesehen ist.
Pleuellagerschale hergestellt aus einem Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.
Kurbelwellenlagerschale hergestellt aus einem Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1–11.