DE102009017362A1 - Multi-layer sliding bearing, for motors, is free of lead with a bearing metal of a copper alloy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtgleitlager sowie eine Kupferbasislegierung für ein Mehrschichtgleitlager.The The invention relates to a multilayer plain bearing and a copper-based alloy for a multilayer plain bearing.
Aus
der
Ferner
ist in der
Aus der Praxis bekannt sind ferner die Legierungen CuSn5Zn, CuSn8Ni, CuNi2Si, CuZn20AlFeMn. Nachteile dieser Legierungen sind eine geringe Fresssicherheit und Fremdkörperverträglichkeit sowie eine bei langen Gebrauchsdauern nicht genügende Verschleißfestigkeit, Anpassungsfähigkeit und Reaktionsverhalten.Out Also known in practice are the alloys CuSn5Zn, CuSn8Ni, CuNi2Si, CuZn20AlFeMn. Disadvantages of these alloys are low Feeding safety and foreign body compatibility as well as insufficient wear resistance for long service lives, Adaptability and reaction behavior.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrschichtgleitlager sowie einen Werkstoff dafür zur Verfügung zu stellen, bei denen Blei als Legierungsbestandteil zum Zwecke des Umweltschutzes vermieden ist und welche dennoch im Hinblick auf Fresssicherheit und Fremdkörperverträglichkeit, die für eine statistisch ausreichende Betriebssicherheit in Motoren bedeutsam sind, hohe Anforderungen erfüllen.Of the Invention is based on the object, a multi-layer sliding bearing and to provide a material therefor, where lead as an alloying ingredient for the purpose of environmental protection is avoided and which nevertheless with regard to eating security and foreign body compatibility, for a statistically sufficient reliability in engines significant are, meet high standards.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6.The Solution of this problem is inventively with the features of claims 1 and 6, respectively.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einem Mehrschichtgleitlager mit einer Stützmetallschicht, einer Lagermetallschicht und einer Gleitschicht, wobei die Lagermetallschicht eine Kupferlegierung enthält, vorgesehen, dass in der Kupferlegierung, die eine Kupferbasislegierung ist, mindestens ein Übergangselement aus der Gruppe Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Zr, Si, Zn, insbesondere mit einem Anteil von 0,1 bis 3,0 Gew% enthalten ist.According to one The first aspect of the invention is in a multi-layer sliding bearing with a supporting metal layer, a bearing metal layer and a sliding layer, wherein the bearing metal layer contains a copper alloy, provided that in the copper alloy containing a copper-based alloy is at least one transition element from the group Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Zr, Si, Zn, in particular in a proportion of 0.1 to 3.0% by weight is included.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Kupferbasislegierung als Legierungsbestandteil Cr, insbesondere mit einem Gewichtsanteil von 0,1–3,0 Gew% Cr enthalten. Durch die Verwendung einer Chrom enthaltenden Kupferbasislegierung in der Lagermetallschicht wird eine hohe Fresssicherheit und Fremdkörperverträglichkeit erreicht, wodurch bei Motoren, für die die erfindungsgemäßen Lager vorzugsweise vorgesehen sind, eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird.According to one Particularly preferred embodiment of the invention is in the copper-based alloy as alloying component Cr, in particular with a weight proportion of 0.1-3.0% by weight of Cr. By using a Chromium-containing copper-based alloy in the bearing metal layer is a high seizure safety and foreign body compatibility achieved, whereby in engines for which the inventive Bearings are preferably provided, a high level of operational safety is reached.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützmetallschicht als Stützschale aus Stahl ausgebildet ist, auf welche die Lagermetallschicht vorzugsweise in einem Gieß- oder Sinterprozess aufgebracht ist.According to one another particularly preferred embodiment of the invention is provided, that the support metal layer as a support shell Steel is formed, on which the bearing metal layer preferably in a casting or sintering process is applied.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gleitschicht als galvanische Schicht, Sputterschicht oder Kunststoffschicht ausgebildet ist.According to one further preferred embodiment of the invention is provided that the sliding layer as a galvanic layer, sputtering layer or Plastic layer is formed.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Lagermetallschicht und der Gleitschicht eine Bindeschicht vorgesehen.According to one Another preferred embodiment of the invention is between the Bearing metal layer and the sliding layer provided a bonding layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagermetallschicht aus einer Kupferbasislegierung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 22 besteht. Die in dem Ausführungsbeispiel genannten Werkstoffe sind besonders bevorzugte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Mehrschichtgleitlagers, für die Schutz beansprucht wird.According to one further preferred embodiment of the invention is provided in that the bearing metal layer is made of a copper-base alloy according to a of claims 8 to 22 consists. The in the embodiment Materials mentioned are particularly preferred embodiments of multilayer plain bearing according to the invention, for the protection is claimed.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einer Kupferbasislegierung, die vorzugsweise zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird, vorgesehen, dass mindestens ein Übergangselement aus der Gruppe Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Zr, Si, Zn, insbesondere mit einem Anteil von 0,1 bis 3,0 Gew% enthalten ist.According to a further aspect of the invention, in the case of a copper-base alloy which is preferably used for producing a multilayer plain bearing according to one of claims 1 to 6, it is provided that at least one transition element from the group Cr, Fe, Co, Ni, Mn, Zr, Si, Zn, especially with a Content of 0.1 to 3.0% by weight is included.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Legierungsbestandteil Cr, insbesondere mit einem Gewichtsanteil von 0,1–3,0 Gew% enthalten ist.According to one preferred embodiment of the invention is provided that as Alloy component Cr, in particular with a proportion by weight from 0.1 to 3.0% by weight.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Legierungsbestandteil Zr, insbesondere mit einem Gewichtsanteil von 0,03–1,0 Gew% enthalten ist.According to one further preferred embodiment of the invention is provided that as an alloying constituent Zr, in particular with a weight fraction of 0.03-1.0% by weight.
Gemäß weiterer
bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist eine Kupferbasislegierung
mit 0,1–3 Gew% Cr und 0,03–1 Gew% Zr vorgesehen.
Weitere Beimischungen können sein:
Mg 0–1,0
Gew%, Fe 0–3,0 Gew%, Ti 0–1,0 Gew%, Zn 0–5,0
Gew%, Ag 0–0,5 Gew%, Si 0–1,2 Gew%, Ni 0–2,0 Gew%,
Mn 0–1,0 Gew%, S 0–0,5 Gew%, Sn 0–0,5
Gew%, und seltene Elemente 0–0,5 Gew%. Durch diese Bestandteile,
von denen die letztgenannten einzeln oder in Kombination enthalten
sein können, werden sehr gute Lagereigenschaften erzielt.
Spuren von P können in einer Konzentration von 0–0,2%
enthalten sein. Die in dem Ausführungsbeispiel genannten
Werkstoffe sind weitere besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung,
für die Schutz beansprucht wird.According to further preferred embodiments of the invention, a copper-based alloy with 0.1-3 wt% Cr and 0.03-1 wt% Zr is provided. Other admixtures can be:
Mg 0-1.0% by weight, Fe 0-3.0% by weight, Ti 0-1.0% by weight, Zn 0-5.0% by weight, Ag 0-0.5% by weight, Si 0-1, 2% by weight, Ni 0-2.0% by weight, Mn 0-1.0% by weight, S 0-0.5% by weight, Sn 0-0.5% by weight, and rare elements 0-0.5% by weight , These ingredients, the latter of which may be included singly or in combination, provide very good storage properties. Traces of P can be contained in a concentration of 0-0.2%. The materials mentioned in the exemplary embodiment are further particularly preferred embodiments of the invention for which protection is claimed.
Bei den zuvor genannten Legierungen wird eine hohe Dauerfestigkeit durch eine Ausscheidungshärtung erreicht, die insbesondere durch FeSi, NiSi, CrSi, CoSi, CuZr und/oder CrZr erreicht wird.at The alloys mentioned above is characterized by a high fatigue strength achieved a precipitation hardening, in particular by FeSi, NiSi, CrSi, CoSi, CuZr and / or CrZr is achieved.
Durch die Beigabe von 0,1–20,0 Gew% Keramikpartikeln, insbesondere die Beigabe von 1,0 bis 3,0 Gew%, vorzugsweise 2,0 Gew% Keramikpartikeln, z. B. Siliziumkarbid mit einer Korngröße < 5 μm und Festschmierstoff bis 5%, insbesondere die Beigabe von 1,0 bis 3,0 Gew%, vorzugsweise 1,5 Gew% Festschmierstoff, z. B. Graphit oder MoS2 können – was gemäß bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen ist – die Eigenschaften hinsichtlich Verschleiß- und Fresssicherheit weiter verbessert werden. Dazu ist vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit, insbesondere > 100 W/mK vorgesehen, die im Rahmen der Erfindung insbesondere durch einen niedrigen Anteil an Legierungskomponenten, intermetallische Phasen, Festschmierstoff, wie zum Beispiel Graphit, MoS2, Bornitrid, Zinksulfid und/oder eine modifizierte Reaktionsschichtbildung erreicht wird. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Verwendung der Legierungselemente C und/oder P, um den O-Gehalt in der Kupfermatrix zu reduzieren.By adding 0.1-20.0% by weight ceramic particles, in particular the addition of 1.0 to 3.0% by weight, preferably 2.0% by weight ceramic particles, for. As silicon carbide with a particle size <5 microns and solid lubricant to 5%, in particular the addition of 1.0 to 3.0% by weight, preferably 1.5% by weight of solid lubricant, eg. As graphite or MoS2 can - which is provided according to preferred embodiments of the invention - the properties in terms of wear and seizure safety be further improved. For this purpose, preferably a high thermal conductivity, in particular> 100 W / mK is provided, which in the context of the invention in particular by a low proportion of alloy components, intermetallic phases, solid lubricant, such as graphite, MoS 2 , boron nitride, zinc sulfide and / or a modified reaction layer formation is reached. Important in this context is the use of alloying elements C and / or P to reduce the O content in the copper matrix.
Um eine besonders gute Fremdkörperverträglichkeit und Anpassungsfähigkeit zu erreichen, wird eine erfindungsgemäße Kupferbasislegierung insbesondere zur Verwendung als Lagerschicht derart eingestellt, dass die Härte in einem Härteintervall von 90 bis 130 HB liegt, wobei vorzugsweise der E-Modul niedrig eingestellt wird und ferner vorzugsweise die zuvor beschrieben Fresssicherheit beachtet wird.Around a particularly good foreign body compatibility and to achieve adaptability becomes an inventive Copper-based alloy, in particular for use as a bearing layer adjusted so that the hardness in a hardness interval from 90 to 130 HB, preferably the modulus of elasticity is low is adjusted and further preferably the above-described seizure safety is observed.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung eine hohe Verschleißsicherheit durch die Ausscheidung der sich bei den erfindungsgemäßen Legierungen bildenden intermetallischen Phasen, die Keramikpartikel und den Festschmierstoff ergibt. Insbesondere können Keamikpartikel als Hartstoffe zugesetzt werden, wie zum Beispiel SiC, WC oder TiC, welche die Verschleißfestigkeit erhöhen. Im Rahmen der Erfindung ergibt sich ein hoher Korrosionswiderstand durch eine Zinkzugabe bis 5,0 Gew% und die optionale Zugabe von Cr und Ni.It It should be noted that in the context of the invention, a high Wear resistance due to the excretion of itself the inventive alloys forming intermetallic Phases that gives ceramic particles and the solid lubricant. Especially Keamik particles can be added as hard substances, such as SiC, WC or TiC, which is the wear resistance increase. In the context of the invention results in a high Corrosion resistance by a zinc addition to 5.0% by weight and the optional addition of Cr and Ni.
Die beschriebene Kupferbasislegierung wird in einem Gieß- oder Sinterprozess auf eine Stützschale aus Stahl aufgebracht. Die darauf aufgebrachte Gleitschicht kann eine galvanische Schicht sein, eine Sputterschicht oder eine Kunststoffschicht. Zwischen dem Lagermetall und der Gleitschicht kann noch eine Bindeschicht eingebracht werden.The described copper-based alloy is in a casting or Sintering process applied to a steel support shell. The overlay applied thereon can be a galvanic layer be a sputtering layer or a plastic layer. Between the bearing metal and the sliding layer can still bind a layer be introduced.
Durch Verschleiß- und Fresssicherheitsmessungen sowie Fremdkörperverträglichkeits- und Korrosionstests sind die Vorteile der Erfindung nachweisbar und nachgewiesen, wodurch eine verbesserte Fresssicherheit und Fremdkörperverträglichkeit in Motoren, für die die Mehrschichtgleitlager vorzugsweise vorgesehen sind, erreicht werden und damit Motorschäden vermeiden werden können.By Wear and seizure safety measurements as well as foreign body compatibility and corrosion tests, the benefits of the invention are detectable and demonstrated, resulting in improved seizure safety and foreign body compatibility in engines for which the multilayer plain bearings are preferred are provided, and thus engine damage can be avoided.
In Rahmen der Erfindung können in der Lagermetallsschicht durchaus Spuren von Blei in einer Konzentration bis 0,2% enthalten sein.In Frames of the invention may be used in the bearing metal layer Contains traces of lead in a concentration of up to 0.2% be.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.Further yield advantageous embodiments and refinements of the invention from the subclaims as well as from the description in connection with the drawing.
Dabei zeigt:there shows:
Das
in
Die
Lagermetallschicht
Zur
Verbesserung der Fresssicherheit sind in der Lagermetallschicht
Auf
die Lagermetallschicht
- 1010
- MehrschichtgleitlagerMultilayer plain bearings
- 1212
- Lagerschalebearing shell
- 1414
- StützmetallschichtMetal base layer
- 1616
- LagermetallschichtBearing metal layer
- 1818
- Bindeschichtbonding layer
- 2020
- GleitschichtOverlay
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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