DE102010012409A1 - Gleitelement - Google Patents

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Abstract

Gleitelement (1), umfassend ein Basismaterial (2) und eine Deckschicht (3), welche über dem Basismaterial (2) gebildet ist und welche aus Ag oder einer Ag-Legierung einschließlich Kristallebenen (hkl) besteht, welche dargestellt sind durch Millersche Indizes, wobei eine relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität einer Kristallebene (200) zu einer Summe von Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten von Kristallebenen (200), (111), (220), (311) und (222) der Deckschicht (3) zwischen 1% ≰(200)/{(200)+(111)+(220)+(311)+(222)$I1 ≰ 20% liegt und die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der Kristallebene (200) zu der Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der Kristallebene (111) zwischen 1% ≰ (200)/(111) ≰ 30% liegt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement, welches ein Basismaterial aufweist, das mit einer Deckschicht beschichtet ist, welche aus Ag oder einer Ag-Legierung besteht.
  • HINTERGRUND
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 2 gesehen werden kann, ist die Form des Kristallkorns von Ag gemäß der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen granulatförmig oder würfelförmig und sehr selten säulenartig.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Jedoch sind die säulenartigen Kristalle, welche eine vertikale strukturelle Steifigkeit aufweisen, nicht anfällig gegenüber einer Verformung.
  • 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%.
  • 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.
  • 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%).
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Deckschicht mit einer Beschichtungsschicht beschichtet, welche weicher ist als die Deckschicht.
  • 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.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Beschichtungsschicht Bi oder eine Bi-Legierung.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Gleitelements gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine vergrößerte Ansicht einer Deckschicht ist, welche in der 1 gezeigt ist;
  • 3 schematisch Kristallkörner innerhalb der Deckschicht darstellt;
  • 4 eine Querschnittsansicht der Deckschicht des Gleitelements ist, welches mit einer Beschichtungsschicht beschichtet ist;
  • 5 ein Probenstück darstellt, welches in einem Formanpassungsvermögentest oder einem Ausgleichstest verwendet wird;
  • 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;
  • 7 die Überzugsbedingungen angibt, welche in einem ersten Ag-Überzug angewendet werden;
  • 8 die Überzugsbedingungen angibt, welche in einem zweiten Ag-Überzug angewendet werden;
  • 9 die Überzugsbedingungen angibt, welche in einem dritten Ag-Überzug angewendet werden;
  • 10 die Überzugsbedingungen angibt, welche in einem vierten Ag-Überzug angewendet werden;
  • 11 die Überzugsbedingungen angibt, welche in einem Bi-Überzug angewendet werden;
  • 12 die Überzugsbedingungen angibt, welche in einem Sn-Überzug angewendet werden; und
  • 13 die Testbedingungen angibt, welche bei dem Ausgleichstest angewendet werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird eine Beschreibung von einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (1) Formanpassungsvermögentest
  • 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.
  • 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.
  • (2) Verbindungstest
  • 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.
  • 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.
  • Als erstes wird eine Beschreibung der Ergebnisse des Formangassungsvermögentests oder des Ausgleichstests gegeben werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Als nächstes wird eine Beschreibung des Ergebnisses des Verbindungstests gegeben werden.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangegangene beispielhafte Ausführungsform beschränkt, sondern kann wie folgt modifiziert oder erweitert werden.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung in Gleitlagern für Kraftfahrzeugmotoren beschränkt, sondern kann auf Gleitelemente im Allgemeinen angewendet werden.
  • 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.
  • 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.
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    • - JP 11-269580 A [0003, 0003]

Claims (5)

  1. Gleitelement (1), aufweisend: ein Basismaterial (2); und eine Deckschicht (3), welche über dem Basismaterial (2) gebildet ist und welche aus Ag oder einer Ag-Legierung einschließlich Kristallebenen (hkl) besteht, welche dargestellt sind durch Millersche Indizes; wobei eine relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität einer Kristallebene (200) zu einer Summe von Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten von Kristallebenen (200), (111), (220), (311) und (222) von der Deckschicht (3) 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.
  2. Gleitelement (1) nach Anspruch 1, wobei unter zehn Kristallkörnern, welche relativ große umschreibende Kreise aufweisen, die eine äußere Peripherie der Kristallkörner kontaktieren, welche die Deckschicht (3) innerhalb eines vorherbestimmten Beobachtungsbereichs bilden, fünf oder mehr Kristallkörner jeweils derart ausgebildet sind, dass der kleinste umschreibende Kreis davon das Vierfache oder weniger des Durchmessers als der größte einbeschreibende Kreis davon ist, welcher eine innere Peripherie des Kristallkorns kontaktiert.
  3. Gleitelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die relative Röntgenstrahlbeugungs-Intensität der Kristallebene (200) zu der Summe der Röntgenstrahlbeugungs-Intensitäten von allen der Kristallebenen gleich ist zu oder größer ist als 5% und gleich zu oder geringer als 15%.
  4. Gleitelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Deckschicht (3) mit einer Beschichtungsschicht (4) beschichtet ist, welche weicher ist als die Deckschicht (3).
  5. Gleitelement (1) nach Anspruch 4, wobei die Beschichtungsschicht (4) Bi oder eine Bi-Legierung enthält.
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