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GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement, welches ein Basismaterial
aufweist, das mit einer Deckschicht beschichtet ist, welche aus
Ag oder einer Ag-Legierung besteht.
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HINTERGRUND
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Ein
Gleitelement, wie zum Beispiel ein Gleitlager, welches typischerweise
in Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge und industriellen
Maschinen im Allgemeinen verwendet wird, erfordert hohe Niveaus
hinsichtlich einer Widerstandsfähigkeit gegen ein Festfressen,
einer Ermüdungswiderstandsfähigkeit, einer Verschleißwiderstandsfähigkeit
und eines Formanpassungsvermögens. Einige der Beispiele von
Gleitlagern, welche in Verbrennungsmotoranwendungen verwendet werden,
sind: ein Al-basiertes Lager, welches mit einer Al-Legierung über
seiner hinteren Metallschicht ausgekleidet ist, ein Cu-basiertes
Lager, welches mit einer Cu-Legierung über seiner hinteren
Metallschicht ausgekleidet ist, und Lager mit Deckschicht, die auf
der Oberfläche dieser Legierungsschichten beschichtet sind.
Die oben beschriebenen Gleitlager werden in Abhängigkeit
von den Erfordernissen ihrer Verwendung und Umgebung eingesetzt.
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Beispiele
für ein Overlay bzw. eine Deckschicht wie solch eine, die
oben beschrieben ist, sind in japanischen Patentveröffentlichungen,
wie zum Beispiel in der
JP
H11-269580 A und der
JP 2004-307960 A , offenbart. Die Deckschicht,
welche in der
JP H11-269580
A offenbart ist, setzt Ag als Hauptbestandteil zum Verbessern
einer Widerstandsfähigkeit gegen ein Festfressen ein. Die
JP H11-269580 A offenbart
ebenso eine Ag-basierte Deckschicht, welche zumindest eines von
Cu, In, Sb, Al und Sn enthält, wobei sie eine Menge von
5% oder weniger betragen. Die Deckschicht, welche in der
JP 2004-307960 A offenbart
ist, enthält leicht geschwefelte Metallpartikel, welche einen
Partikeldurchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen, und
harte Partikel eines Feststoffschmierstoffs, welche einen Partikeldurchmesser
von 0,5 μm oder weniger aufweisen, für den Zweck
einer Verbesserung der Festfress-, Ermüdungs- und Abnutzungswiderstandsfähigkeiten. Die
JP 2004-307960 A offenbart
auch eine Ag-basierte Deckschicht, welche leicht geschwefelte Metallpartikel,
harte Partikel eines Feststoffschmierstoffs und harte Partikel von
Karbiden enthält.
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Moderne
Brennkraftmaschinen werden bei hoher Geschwindigkeit betrieben und
erzeugen eine hohe Ausgangsleistung bei relativ geringerem Gewicht.
Jedoch tendiert ein Betrieb bei hoher Geschwindigkeit und hoher
Ausgangsleistung dazu, den Ölfilm dünn zu machen,
was die Brennkraftmaschine anfällig gegenüber
einem Festfressen macht. Auf der anderen Seite macht das reduzierte
Gewicht das Lagergehäuse anfällig gegenüber
einer Verformung, wobei es somit das Gleitlager anfällig
gegen eine Verformung macht und folglich anfällig gegen
eine Ermüdung. Eine Lösung, um solchen Nachteilen
zu begegnen, ist das Beschichten des Basismaterials mit einer Deckschicht
bestehend aus Ag oder einer Ag-Legierung, welche hervorragende Widerstandsfähigkeiten
gegenüber Ermüdung und Abnutzung aufweist.
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Der
Nachteil von solch einer Deckschicht bestehend aus Ag oder einer
Ag-Legierung ist jedoch eine Härte und ein schlechteres
Formanpassungsvermögen relativ zu einer Deckschicht, welche
zum Beispiel Sn enthält.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Nach
einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Gleitelement bereit,
welches sein Basismaterial mit einer Deckschicht beschichtet hat,
welche Ag oder eine Ag-Legierung umfasst, um ein hervorragendes
Formanpassungsvermögen bereitzustellen.
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Durch
wiederholte Versuche bzw. Experimente zum Prüfen des Verhaltens
einer Ag- oder einer Ag-Legierungsdeckschicht basierend auf verschiedenen
Millerschen Indizes haben die Erfinder herausgefunden, dass das
Formanpassungsvermögen einer Ag- basierten Deckschicht variiert
in Abhängigkeit von den Verhältnissen zwischen
verschiedenen Oberflächen von Millerschen Indizes. Um dies
zu vervollkommnen, haben die Erfinder herausgefunden, dass die Überlegenheit/Unterlegenheit
des Formanpassungsvermögens von Ag-basierten Deckschichten
variiert in Abhängigkeit von dem Prozentsatz, welchen eine
Ebene (200) der Millerschen Indizes einnimmt in der Summe
von Ebenen (200), (111), (220), (311)
und (222) der Millerschen Indizes. Anders gesagt haben
die Erfinder herausgefunden, dass eine Ag-basierte Deckschicht weicher
gemacht wird, um ein günstiges Formanpassungsvermögen bereitzustellen,
wenn die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) innerhalb eines gegebenen Bereichs in der
Summe von Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten von
Ebenen (200), (111), (220), (311)
und (222) liegt. Die Erfinder haben ebenso herausgefunden,
dass eine Ag-basierte Deckschicht weicher gemacht wird, um ein günstiges
Formanpassungsvermögen bereitzustellen, wenn die Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
von (200) einen gegebenen Prozentsatz von derjenigen von
(111) einnimmt. Es ist anzumerken, dass die Ebene (200) der
Millerschen Indizes oder jede andere Ebene von Millerschen Indizes
in der vorliegenden Offenbarung auch als eine Ebene (200)
usw. oder noch einfacher als (200) dargestellt werden kann.
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Die
obigen Erkenntnisse haben es den Erfindern ermöglicht,
ein Gleitelement zu konzipieren, welches ein Basismaterial einsetzt,
das mit einer Deckschicht beschichtet ist, welche ein herausragendes
Formanpassungsvermögen bereitstellt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gleitelement bereitgestellt,
welches ein Basismaterial umfasst und eine Deckschicht, welche über
dem Basismaterial gebildet ist und welche aus Ag oder einer Ag-Legierung
einschließlich Kristallebenen (hkl) besteht, welche durch
Millersche Indizes dargestellt werden, wobei eine relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Kristallebene (200) zu einer Summe von Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
von Kristallebenen (200), (111), (220),
(311) und (222) der Deckschicht zwischen 1% ≤ (200)/{(200)
+ (111) + (220) + (311) + (222)} ≤ 20% liegt
und die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Kristallebene (200) zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Kristallebene (111) zwischen 1% ≤ (200)/(111) ≤ 30%
liegt.
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Die 1 stellt
exemplarisch das grundsätzliche Querschnittsmerkmal des
Gleitelements gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung dar. Das Gleitelement 1, welches in der 1 gezeigt
ist, ist zum Beispiel durch ein Beschichtungsbasismaterial 2 mit
einer Deckschicht 3 ausgebildet. Bei der vorliegenden Offenbarung
ist das Basismaterial 2 ein Element, welches mit der Deckschicht 3 beschichtet
ist und verschiedene Sätze bzw. einen Satz von Schichten
in Abhängigkeit von der Struktur des Gleitelements 1 umfasst.
Bei einem Gleitelement zum Beispiel, bei welchem das Element entsprechend
zu einer hinteren Metallschicht sein passendes Gegenstückelement
trägt ohne den Eingriff von irgendeiner anderen zusätzlichen
Schicht, wie zum Beispiel einer Al-basierten Lagerlegierungsschicht
und einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, bezieht sich das
Basismaterial 2 auf das Element, welches der hinteren Metallschicht
entspricht. Falls irgendwelche zusätzlichen Schichten über
der hinteren Metallschicht vorgesehen werden, wie zum Beispiel die oben
beschriebenen Legierungsschichten, bezieht sich das Basismaterial 2 auf
eine solche zusätzliche Schicht(en) oder die zusätzliche
Schicht(en) und die hintere Metallschicht zusammengenommen. Wieder bezugnehmend
auf die 1 umfasst das Basismaterial 2 eine
hintere Metallschicht 21 aus Stahl und eine Cu-basierte
Lagerlegierungsschicht 22, welche über der hinteren
Metallschicht 21 aus Stahl gebildet ist. Die Deckschicht 3 besteht
aus Ag oder einer Ag-Legierung. Beispiele einer Ag-Legierung sind – jedoch
ohne darauf beschränkt zu sein – Ag-Sn, Ag-In,
Ag-Zn und Ag-C. Die Deckschicht 3 kann des Weiteren unvermeidbare
Unreinheiten enthalten.
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Die
Deckschicht 3 gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist derart ausgestaltet, dass die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Kristallebene (200) zu der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
der Kristallebenen (200), (111), (220),
(311) und (222) zwischen 1% ≤ (200)/{(200)
+ (111) + (220) + (311) + (222)} ≤ 20% liegt
und die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Kristallebene (200) zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Kristallebene (111) innerhalb des Bereichs von 1 % ≤ (200)/(111) ≤ 30%
liegt. Es wurde durch die Erfinder bewiesen, dass die Deckschicht 3,
welche die oben beschriebenen Bedingungen einhält, ein
günstiges Formanpassungsvermögen besitzt.
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Dies
bedeutet, dass die Deckschicht 3 ein herausragendes Formanpassungsvermögen
zeigte, wenn der Prozentsatz, anders gesagt die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200), innerhalb der Summe der Röntgenstrahlbeugungs Intensitäten
der Ebenen (220), (111), (200), (311)
und (222) 0,2 (20%) oder weniger ist und die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (111) 0,3 (30%) oder weniger ist. Die Deckschicht 3 wies
auch ein herausragendes Formanpassungsvermögen auf, wenn
die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) zu der Summe von den Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
der Ebenen (220), (111), (200), (311)
und (222) 0,01 (1%) oder größer ist und
die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
von (200) zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
von (111) 0,01 (1%) oder größer ist.
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Ein
Gleitelement mit einem ungewöhnlich herausragenden Formanpassungsvermögen
wurde erhalten, wenn die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) zu der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
der Ebenen (220), (111), (200), (311)
und (222) 0,15 (15%) oder weniger ist und die relative
Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der Ebene (200)
zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der Ebene
(111) 0,2 (20%) oder weniger ist. Die Deckschicht 3 zeigte
auch ein außergewöhnlich herausragendes Formanpassungsvermögen,
wenn die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) zu der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
der Ebenen (220), (111), (200), (311)
und (222) 0,07 (7%) oder größer ist und
die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
von (200) zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
von (111) 0,1 (10%) oder größer ist.
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Die 2 ist
ein Querschnitt einer Deckschicht 3, welche in der 1 gezeigt
ist, gesehen in einem Mikroskop, wie zum Beispiel einem Transmissionselektronenmikroskop,
einem Rasterstrahlungselektronenmikroskop und einem Ionenmikroskop. Wie
es in der
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2 gesehen
werden kann, ist die Form des Kristallkorns von Ag gemäß der
vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen granulatförmig
oder würfelförmig und sehr selten säulenartig.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind unter zehn Kristallkörnern, welche
relativ große umschreibende Kreise aufweisen, welche die äußere
Peripherie der Kristallkörner kontaktieren, welche die
Deckschicht innerhalb eines vorherbestimmten Beobachtungsbereichs
bilden, fünf oder mehr Kristallkörner jeweils
derart ausgebildet, dass der kleinste umschreibende Kreis davon
ein Vierfaches oder weniger im Durchmesser ist als der größte
einbeschreibende Kreis davon, welcher eine innere Peripherie des
Kristallkorns kontaktiert.
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Der
vorherbestimmte Beobachtungsbereich in diesem Zusammenhang gibt
einen Bereich einer Beobachtung bzw. Untersuchung an, welcher 10 oder
mehr Kristallkörner enthielt. Ein Mikroskopbild von 25 μm2, dessen Mitte im Wesentlichen auf einer vertikalen,
in Dickenrichtung gesehenen Mitte der Deckschicht liegt, würde
zum Beispiel die oben beschriebene Ansicht der Beobachtung umfassen.
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Bezugnehmend
auf die 3 wird eine Beschreibung der
Beziehung zwischen dem Durchmesser des kleinsten umschreibenden
Kreises, welcher die äußere Peripherie des Kristallkorns
kontaktiert, und dem Durchmesser des größten einbeschreibenden
Kreises, welcher die innere Peripherie des Kristallkorns kontaktiert,
gegeben werden. Die 3 stellt exemplarisch ein Ag-Kristallkorn
dar, welches sich in der Deckschicht 3 befindet. Bei der
vorliegenden Offenbarung ist der Durchmesser des größten einbeschreibenden
Kreises, welcher die innere Peripherie des Kristallkorns kontaktiert,
als R1 definiert, wohingegen der Durchmesser des kleinsten umschreibenden
Kreises, welcher die äußere Peripherie des Kristallkorns
kontaktiert, als R2 definiert wird. Die nachfolgende Beziehung wurde
zwischen den Durchmessern R1 und R2 und der Form der Kristallkörner
beobachtet. Die Kristallform wird granulatförmig, wenn
die Differenz zwischen den Durchmessern R1 und R2 geringer wird.
Das Kristallkorn wird zunehmend granulatförmig, wenn der
Durchmesser R2 das Vierfache oder weniger als der Durchmesser R1 ist.
Ein säulenartiges Kristallkorn im Gegensatz zu einem granulatfömigen
Kristallkorn bedeutet in der vorliegenden Offenbarung einen Kristall,
welcher im Wesentlichen aufrecht von der Oberflächenseite
des Basismaterials 2 gewachsen ist und welcher einen Durchmesser
R2 größer als das Vierfache des Durchmessers R1
aufweist.
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Wenn
eine Last auf die Deckschicht 3 einschließlich
eines relativ geringen Prozentsatzes an säulenartigen Kristallen
angelegt wird, anders gesagt auf eine Deckschicht 3 einschließlich
eines relativ großen Prozentsatzes an granulatförmigen
Kristallkörnern, welche einen Durchmesser R2 gleich zu oder
geringer als das Vierfache des Durchmessers R1 aufweisen, werden
die Kristallkörner durch die angelegte Last aufgrund ihrer
granulatförmigen Form anfällig für eine
nach unten gehende Bewegung und eine Linksbewegung und eine Rechtsbewegung.
Die Deckschicht 3 gemäß der vorliegenden.
Offenbarung ist somit anfällig gegenüber einer
Verformung zu der angelegten Last und weist somit ein günstiges
Formanpassungsvermögen auf. Die Deckschicht 3 ist hervorragend
im Formanpassungsvermögen, wenn fünf oder mehr
granulatförmige Kristalle vorhanden sind, welche einen
Durchmesser R2 aufweisen, welcher das Vierfache oder weniger als
der Durchmesser R1 ist, unter den zehn Kristallkörnern,
welche relativ große umschreibende Kreise innerhalb des
vorherbestimmten Beobachtungsbereichs aufweisen.
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Es
ist bevorzugt, sieben oder mehr granulatförmige Kristalle
zu haben, welche einen Durchmesser R2 aufweisen, der gleich ist
oder geringer ist als das Vierfache von R1. Es ist ebenso bevorzugt,
fünf oder mehr granulatförmige Kristalle zu haben,
welche einen Durchmesser R2 aufweisen, der gleich ist zu oder geringer
ist als das Doppelte von R1.
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Der
Prozentsatz von vertikal länglichen säulenartigen
Kristallen, welche innerhalb der Deckschicht 3 liegen,
nimmt zu, wenn der Prozentsatz von säulenartigen Kristallen
innerhalb der Deckschicht 3 zunimmt. Wenn eine Last auf
die obere Oberfläche von solch einer Deckschicht 3 angelegt
wird, wird die Last somit an dem oberen Ende der zunehmenden Menge
von säulenartigen Kristallen aufgenommen. Eine vertikale
Last, welche an den oberen Oberflächen der säulenartigen
Kristalle angelegt wird, übt demgemäß eine
Kraft aus, um vertikal die säulenartigen Kristalle zusammenschrumpfen
zu lassen.
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Jedoch
sind die säulenartigen Kristalle, welche eine vertikale
strukturelle Steifigkeit aufweisen, nicht anfällig gegenüber
einer Verformung.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die relative
Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der Kristallebene
(200) zu der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
von allen Kristallebenen gleich zu oder größer
als 5% und gleich zu oder geringer als 15%.
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Die
relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der
Ebene (200) bezeichnet in diesem Fall das Verhältnis
oder den Prozentsatz der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität,
welchen die Ebene (200) in der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
von all den Ebenen der Millerschen Indizes einnimmt. Um das auszuarbeiten,
kann die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
von jeder Ebene der Millerschen Indizes innerhalb von Ag oder einer
Ag-Legierung der Deckschicht 3 erhalten werden durch R(hkl) + ΣR R(hkl). Der
Zähler R(hkl) stellt die Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene dar, für welche die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
gesucht wird, und der Teiler bzw. Nenner ΣR R(hkl) stellt
in diesem Fall die Summe von allen Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
von allen Ebenen der Millerschen Indizes dar. Die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität,
welche durch die oben gegebene Gleichung erhalten wird, kann in
einer Prozentsatzangabe dargestellt werden.
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Ein
günstiges Formanpassungsvermögen kann erhalten
werden, wenn die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) zu der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten
von allen Kristallebenen gleich ist zu oder größer
ist als 0,05 (5%) und gleich zu oder geringer als 0,15 (15%).
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Der
Prozentsatz der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) innerhalb der Deckschicht 3 variiert
zum Beispiel mit der Bedingung, bei welcher die Deckschicht 3 plattiert
bzw. überzogen wird. In einer beispielhaften Ausführungsform
wird der Prozentsatz der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) innerhalb der Deck schicht 3 reduziert
unter Verwenden einer Überzugsflüssigkeit, welche
im Wesentlichen frei von Jod und Zyan ist.
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Ein
möglicher Ansatz zum weiteren Verbessern des Formanpassungsvermögens
der Deckschicht 3 ist das Beschichten der Deckschicht 3 mit einer
Beschichtungsschicht, welche aus einem hochfügsamen Material
hergestellt ist.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Deckschicht
mit einer Beschichtungsschicht beschichtet, welche weicher ist als
die Deckschicht.
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Die 4 zeigt
ein Beispiel eines Gleitelements 1, welches eine Deckschicht 3 aufweist,
die mit einer Beschichtungsschicht 4 beschichtet ist. Die Beschichtungsschicht 4 umfasst
Materialien, welche weicher sind als Ag, wie zum Beispiel Bi, eine
Bi Legierung, Sn und eine Sn-Legierung. Eine Last, welche auf die
obere Oberfläche der Deckschicht 3 und die darüberliegende
Beschichtungsschicht 4 angelegt wird, bringt somit die
Beschichtungsschicht 4 dazu, sich leicht zu verformen,
wobei dadurch das Formanpassungsvermögen des Gleitelements 1 verbessert
wird.
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Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
die Beschichtungsschicht Bi oder eine Bi-Legierung.
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Die
Beschichtungsschicht, welche aus Bi oder einer Bi-Legierung hergestellt
ist, bietet eine herausragende Verbindung mit der Deckschicht 3,
welche aus Ag oder einer Ag-Legierung hergestellt ist, und ist somit
sehr stark vorteilhaft für das Verwenden in Gleitlager
von Brennkraftmaschinen, um ein herausragendes Formanpassungsvermögen
bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klar werden
unter einem Durchsehen der nachfolgenden Beschreibung der beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Gleitelements gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte Ansicht einer Deckschicht ist, welche
in der 1 gezeigt ist;
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3 schematisch
Kristallkörner innerhalb der Deckschicht darstellt;
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4 eine
Querschnittsansicht der Deckschicht des Gleitelements ist, welches
mit einer Beschichtungsschicht beschichtet ist;
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5 ein
Probenstück darstellt, welches in einem Formanpassungsvermögentest
oder einem Ausgleichstest verwendet wird;
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6, die in 6A und 6B aufgeteilt ist,
jedoch gemeinsam als 6 bezeichnet.
wird, die angewendeten Testbedingungen und die Testergebnisse des
Ausgleichstests und des Verbindungstests angibt;
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7 die Überzugsbedingungen
angibt, welche in einem ersten Ag-Überzug angewendet werden;
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8 die Überzugsbedingungen
angibt, welche in einem zweiten Ag-Überzug angewendet werden;
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9 die Überzugsbedingungen
angibt, welche in einem dritten Ag-Überzug angewendet werden;
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10 die Überzugsbedingungen
angibt, welche in einem vierten Ag-Überzug angewendet werden;
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11 die Überzugsbedingungen
angibt, welche in einem Bi-Überzug angewendet werden;
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12 die Überzugsbedingungen
angibt, welche in einem Sn-Überzug angewendet werden; und
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13 die
Testbedingungen angibt, welche bei dem Ausgleichstest angewendet
werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im
Folgenden wird eine Beschreibung von einer exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gegeben werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 umfasst ein Gleitelement 1 gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
laminierte bzw. überzogene Schichten einer hinteren Metallschicht 21,
hergestellt aus Stahl, eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht 22,
welche über der hinteren Metallschicht 21 gebildet
ist, und eine Deckschicht 3, hergestellt aus Ag, welche über
der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 22 gebildet ist.
Wie es in der 4 gezeigt ist, kann des Weiteren
eine Bi-basierte Beschichtungsschicht 4 oder eine Sn-basierte
Beschichtungsschicht 4 über der Deckschicht 3 gebildet sein.
Um die Wirksamkeit der Deckschicht 3 gemäß der
vorliegenden Erfindung zu verifizieren, wurden Proben hinsichtlich
des Formanpassungsvermögens und der Verbindung bzw. des
Zusammenhalts getestet durch die Beispielsexperimente 1 bis 11 und
die Vergleichsexperimente 1 bis 6.
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Die
Proben wurden hergestellt durch ein Überziehen eines hinteren
Stahlmetalls mit einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, um ein
Bimetall zu bilden, welches in eine halbzylindrische oder zylindrische
Form geformt wurde. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform
wird das Bimetall in eine halbzylindrische Form geformt. Die Oberfläche
des Bimetalls wurde sodann behandelt durch ein Bohren in der Oberfläche
der Lagerlegierungsschicht. Die Oberfläche der halbzylindrischen
Form wurde dann elektrolytisch entfettet und abgebeizt.
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Danach
wurde in den Beispielsexperimenten 1 bis 11 ein Ag-Überzug-Schritt 1,
welcher in der 7 angegeben ist, ausgeführt,
um eine Deckschicht 3 zu erhalten, wobei Ag die einzige
Metallkomponente ist.
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Bei
den Beispielsexperimenten 6 bis 10 wurde des Weiteren ein Bi-Überzugschritt,
welcher in der 11 angegeben ist, nach dem Ag-Überzugschritt 1 ausgeführt,
um eine Beschichtungsschicht 4 zu bilden, wobei Bi die
einzige Metallkomponente über der Deckschicht 3 in
den Beispielsexperimenten 6 bis 9 war, wohingegen beim Beispiels experiment
10 eine Beschichtungsschicht 4 über der Deckschicht 3 gebildet
wurde, welche aus einer Bi-Legierung hergestellt wurde, welche 2
Gew.-% Sn enthält.
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Beim
Beispielsexperiment 11 wurde des Weiteren ein Sn-Überzugschritt,
welcher in der 12 angegeben ist, nach dem Ag-Überzugschritt 1 durchgeführt,
um eine Beschichtungsschicht 4 zu bilden, wobei Sn die
einzige Metallkomponente über der Deckschicht 3 war.
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Bei
den Vergleichsexperimenten 1 und 4 wurde nach dem elektrolytischen
Entfetten und Abbeizen der halbzylindrischen Form ein Ag-Überzugschritt 2,
welcher in der 8 angegeben ist, ausgeführt,
um die Deckschicht 3 zu bilden, wobei Ag die einzige Metallkomponente
war. Beim Vergleichsexperiment 4 wurde des Weiteren ein
Bi-Überzugschritt, welcher in der 11 angegeben
ist, nach dem Ag-Überzugschritt 2 ausgeführt,
um eine Beschichtungsschicht 4 zu bilden, wobei Bi die
einzige Metallkomponente über der Deckschicht 3 war.
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Bei
den Vergleichsexperimenten 2 und 5 wurde nach einem elektrolytischen
Entfetten und Abbeizen der halbzylindrischen Form ein Ag-Überzugschritt 3 ausgeführt,
welcher in der 9 angegeben ist, um eine Deckschicht 3 zu
bilden, wobei Ag die einzige Metallkomponente war. Beim Vergleichsexperiment
5 wurde des Weiteren ein Bi-Überzugschritt, welcher in
der 11 angegeben ist, nach dem Ag-Überzugschritt 3 ausgeführt,
um eine Beschichtungsschicht 4 zu bilden, wobei Bi die
einzige Metallkomponente über der Deckschicht 3 war.
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Bei
den Vergleichsexperimenten 3 und 6 wurde nach einem elektrolytischen
Entfetten und Abbeizen der halbzylindrischen Form ein Ag-Überzugschritt 4 ausgeführt,
welcher in der 10 angegeben ist, um eine Deckschicht
zu bilden, wobei Ag die einzige Metallkomponente war. Beim Vergleichsexperiment
6 wurde des Weiteren ein Bi-Überzugschritt, welcher in
der 11 angegeben ist, nach dem Ag-Überzugschritt 4 ausgeführt,
um eine Beschichtungsschicht 4 zu bilden, wobei Bi die
einzige Metallkomponente über der Deckschicht 3 war.
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Die
Proben der Deckschicht 3, welche durch die oben beschriebenen
Beispielsexperimente 1 bis 11 und Vergleichsexperimente 1 bis 6
erhalten wurden, wurden einer Röntgenstrahlbeugung ausgesetzt,
um die Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten von
jeder der Ebenen der Millerschen Indizes zu erhalten. Unter Bezugnahme
auf die 6 bietet „A” unter „VERHÄLTNIS
VON RÖNTGENSTRAHLBEUGUNGS-INTENSITÄT” die
Prozentsatzangabe des Wertes, welcher gegeben ist durch (200)/{(200)
+ (111) + (220) + (311) + (222)},
wohingegen „B” die Prozentsatzangabe des Wertes
bietet, welcher gegeben ist durch (200)/(111).
Weiter bezugnehmend auf die 6 ist „C” eine
Prozentsatzangabe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität
der Ebene (200) der Millerschen Indizes innerhalb der Summe
der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten von allen
Ebenen der Millerschen Indizes.
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Die
Proben der Deckschicht 3, welche durch die Experimente
erhalten wurden, können mit Mikroskopen betrachtet werden,
wie zum Beispiel mit einem transparenten Elektronenmikroskop, einem Rasterstrahlungselektronenmikroskop,
einem fokussierten Ionenstrahlsystemrasterionenmikroskop (engl.
Focused Ion Beam system-Scanning Ion Microscope, FIB-SIM) oder durch
ein Elektronen-Rückstreuungs-Beugungsmuster (engl. Electron
Back Scatter diffraction Pattern, EBSP). Bei der vorliegenden beispielhaften
Ausführungsform wurden die Größen der
Kristallkörner gemessen mit einem 5 μm × 5 μm-mikroskopischen
Fotoapparat, aufgenommen in der Nähe von dem umfinglichen
Mittelabschnitt und dem Dickenrichtung-Mittelabschnitt der Deckschicht. Wieder
bezugnehmend auf die 6 wurde die „SCHICHTDICKE” gemessen
basierend auf dem Querschnittsbild der erhaltenen Proben, aufgenommen
durch eines der oben erwähnten Mikroskope.
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(1) Formanpassungsvermögentest
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Die
durch die vorangegangenen Beispielsexperimente 1 bis 11 und Vergleichsexperimente
1 bis 6 erhaltenen Proben wurden hinsichtlich ihres Formanpassungsvermögens
durch einen Ausgleichstest ausgewertet. Die Testbedingungen sind
in der 13 ange geben, und die Formen
der Proben sind in der 5 angegeben. Die Ausgleichstestproben wurden
hergestellt durch ein Montieren einer Metallplatte oder Ausgleichsscheibe
11, bemessen auf 2 mm2, multipliziert durch
die vorherbestimmte Dicke von 10 μm und 30 μm,
an dem mittleren Abschnitt der äußeren umfänglichen
Oberfläche von jeder Basisprobe. Jede der Ausgleichstestproben
wurde auf eine Anordnung von einer Rotationslasttestvorrichtung
montiert. Wenn die Ausgleichstestprobe auf der Anordnung der Rotationslasttestvorrichtung
montiert ist, ragt die innere umfängliche Seite des Abschnitts, welcher
demjenigen entspricht, wo die Ausgleichsscheibe 100 montiert
ist, radial nach innen. Der Grad des Vorragen ist proportional zu
der Dicke der Ausgleichsscheibe 100. Sodann wurde die Testwelle
der Rotationslasttestvorrichtung unter den Bedingungen gedreht,
welche in der 13 angegeben sind, und die Temperatur
der äußeren umfänglichen Oberfläche
der Ausgleichstestprobe, welche an einer 20-Gradumfänglichen
Verschiebung von der Mitte der Ausgleichsscheibe 100 angeordnet
ist, wurde gemessen. Die Last und die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl
bei dem Ausgleichstest wurden sprunghaft erhöht auf einen
Schwellenwert von 30 MPa und 7000 U/min jeweils, und der Zeitablauf
von dem Moment, bei welchem der Schwellenwert erreicht wurde, zu
dem Moment, bei welchem die Variierung der Temperatur an der äußeren
umfänglichen Seite von der Ausgleichstestprobe 2 Grad Celsius/Sekunde überschritt,
wurde gemessen. Es ist anzumerken, dass die Zeit, wenn der Schwellenwert
erreicht wurde, den Startzeitpunkt des Tests bezeichnet und die Zeit,
wenn die Temperaturveränderung bzw. -variierung 2 Grad
Celsius/Sekunde überschreitet, den Endzeitpunkt des Tests
bezeichnet.
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Unter
dem Ausgleichstest wird, da die innere umfängliche Seite
des Abschnitts, in welchem die Ausgleichsscheibe 100 montiert
ist, radial nach innen ragt, der vorragende Abschnitt anfällig,
in Kontakt mit der Testwelle zu gelangen. Eine gut verformbare Ausgleichstestprobe
verformte sich selbst, so dass ihre Gegenoberfläche sich
mit der Oberfläche der Testwelle verformt. Die Verformung
erleichtert ein Ausbreiten des Öls, welches auf die Oberfläche
der Ausgleichstestprobe geliefert wird, und unterdrückt somit
die Reibungswärme, welche von dem physischen Kontakt zwischen
der Ausgleichs testgrobe und der Testwelle her auftritt, was wiederum
die Temperaturerhöhung an der äußeren
umfänglichen Oberfläche der Ausgleichstestproben
vermeidet.
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(2) Verbindungstest
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Der
Verbindungstest wurde mit ganz ähnlichen Proben zu denjenigen
ausgeführt, welche in den Beispielsexperimenten 6 bis 11
und den Vergleichsexperimenten 4 bis 6 erhalten wurden, außer dass
sie in 20 mm × 50 mm-Stücken vorbereitet wurden.
Die Probenstücke wurden durch Klebstoffe auf der Basis
von Epoxidharz mit einer zylindrischen Eisenstange zusammengefügt
bzw. verbunden, welche einen Durchmesser im Bereich von 8 bis 10
mm aufwies und deren Oberfläche mit einer Beschichtungsschicht
beschichtet war, und man ließ sie danach aushärten.
Nach dem Aushärten wurde der Überschuss von Klebstoffen
an der Verbindungsschnittstelle entfernt, und die Probenstücke
wurden einem Zugkrafttest bei der Rate von 5 mm/min ausgesetzt. Die
gemessene Zugfestigkeit, wenn die Beschichtungsschicht 4 und
die Deckschicht 3 der Probenstücke sich voneinander
lösten, wurde durch den Querschnittsbereich der Eisenstange
geteilt, um die Verbindung der Beschichtungsschicht 4 und
der Deckschicht 3 auszuwerten.
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Wie
es aus der 6 gesehen werden kann, übertreffen
die Beispielsexperimente 1 bis 11 im Hinblick auf das Formanpassungsvermögen
und die Verbindungsstärke im Vergleich zu den Vergleichsexperimenten
1 bis 6.
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Als
erstes wird eine Beschreibung der Ergebnisse des Formangassungsvermögentests
oder des Ausgleichstests gegeben werden.
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Wie
es von dem Ergebnis von „A” des „VERHÄLTNISSES
VON RÖNTGENSTRAHLBEUGUNGS-INTENSITÄT” in
dem Bereich von 5,0 bis 19,5% offensichtlich ist, welche in die
bevorzugten Bereiche von 1 bis 20% fällt, und „B” in
dem Bereich von 7,5 bis 28,7%, welche in den bevorzugten Bereich
von 1 bis 30% fällt, kann festgestellt werden, dass der
Prozentsatz, welchen die Ebene (200) innerhalb der Deck schicht 3 einnimmt,
in den Beispielsexperimenten 1 bis 11 angemessen ist. Die Deckschicht 3 in
den Beispielsexperimenten 1 bis 11 zeigte somit ein herausragendes
Formanpassungsvermögen. Durch weitere Untersuchung auf
der Deckschicht 3 ohne die Beschichtungsschicht 4 enthielten
die Beispielsexperimente 2 bis 5 fünf oder mehr granulatförmige
Kristallkörner, welche einen Durchmesser R2 gleich zu oder
weniger als das Doppelte von R1 aufwiesen. Die Beispielsexperimente
6 bis 11, welche eine Beschichtungsschicht 4 weicher als
die Deckschicht 3 aufwiesen, die beschichtet war über
der Deckschicht 3, zeigten ein herausragendes Formanpassungsvermögen.
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Im
Gegensatz dazu enthielten die Vergleichsexperimente 2, 3, 5 und
6 einen relativ größeren Prozentsatz von Ebenen
(200) innerhalb der Deckschicht 3, wie es von
den relativ größeren Ergebnissen „A” „B” „C” unter „VERHÄLTNIS
VON RÖNTGENSTRAHLBEUGUNGS-INTENSITÄT” gesehen
werden kann, was ein Hinweis darauf ist, dass die Vergleichsexperimente
2, 3, 5 und 6 relativ schlecht im Formanpassungsvermögen
sind.
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Es
kann aus dem Vergleich des Beispielexperiments 1 mit dem Vergleichsexperiment
1 oder des Beispielsexperiments 6 mit dem Vergleichsexperiment 4
geschlossen werden, dass ein günstiges Formanpassungsvermögen
erhalten werden kann, wenn die Ebene (200) 1% oder mehr
von der Deckschicht 3 einnimmt.
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Als
nächstes wird eine Beschreibung des Ergebnisses des Verbindungstests
gegeben werden.
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Ein
Vergleich der Beispielsexperimente 6 bis 10 mit dem Beispielsexperiment
11 zeigt, dass die Bi-basierte Beschichtungsschicht 4 eine
größere Verbindungsstärke als die Sn-basierte
Beschichtungsschicht 4 aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangegangene beispielhafte
Ausführungsform beschränkt, sondern kann wie folgt
modifiziert oder erweitert werden.
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Die
vorangegangene Ausführungsform zeigt lediglich die Testergebnisse
der Deckschicht 3, wobei Ag die einzige Metallkomponente
ist. Ähnliche Ergebnisse wurden jedoch zum Beispiel mit
einer Deckschicht 3 erreicht, welche eine Ag-Legierung
aufwies, die Sn enthielt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung in Gleitlagern
für Kraftfahrzeugmotoren beschränkt, sondern kann
auf Gleitelemente im Allgemeinen angewendet werden.
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Die
vorangegangene Beschreibung und die Zeichnungen sind lediglich gedacht
zur Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung und
sind nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.
Verschiedene Änderungen und Modifikationen werden dem Fachmann
des Gebiets offenbar werden. All solche Änderungen und
Modifikationen werden als innerhalb den Umfang der Erfindung fallend
angesehen, wie er durch die angehängten Ansprüche
definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 269580
A [0003]
- - JP 2004-307960 A [0003, 0003, 0003]
- - JP 11-269580 A [0003, 0003]