DE102011089975B3

DE102011089975B3 - Slide bearing composite material comprises a metallic support layer made of steel, a porous metallic sliding and carrier layer applied on the support layer, a lubricating layer material based on polytetrafluoroethylene, and fillers

Info

Publication number: DE102011089975B3
Application number: DE201110089975
Authority: DE
Inventors: Riitta Taipalus; Rolf Reinicke; Axel Pasternak
Original assignee: KS Gleitlager GmbH
Current assignee: KS Gleitlager GmbH
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-12-28

Abstract

The slide bearing composite material (2) comprises a metallic support layer made of steel, a porous metallic sliding and carrier layer (6), made of bronze, applied on the support layer, a lubricating layer material (10), based on polytetrafluoroethylene, introduced in pores of the sliding and carrier layer, and fillers improving tribological properties. The porous sliding and carrier layer is partly provided on its side facing a sliding partner with a dispersion coating (12) that is electrically or chemically separated on it, or is provided with dispersed tribological active ingredients. The slide bearing composite material (2) comprises a metallic support layer made of steel, a porous metallic sliding and carrier layer (6), made of bronze, applied on the support layer, a lubricating layer material (10), based on polytetrafluoroethylene, introduced in pores of the sliding and carrier layer, and fillers improving tribological properties. The porous sliding and carrier layer is partly provided on its side facing a sliding partner with a dispersion coating (12) that is electrically or chemically separated on it, or is provided with dispersed tribological active ingredients. The dispersion coating is separated on the porous sliding and carrier layer and introduced, before or after the lubricating layer material, on the polymeric plastic base into the pores of the sliding and carrier layer. The lubricating layer material forms an intake layer having a thickness of 15 mu m so that particles (8) of the porous sliding and carrier layer are exposed on the side facing the sliding partner. The dispersion coating is based on nickel phosphorus with 15-25 vol.% of polytetrafluoroethylene as a tribological effective component and has a thickness of 5-8 mu m.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht, insbesondere aus Stahl, einer darauf aufgebrachten porösen metallischen Gleit- und Trägerschicht, insbesondere aus Bronze, und mit einem in die Poren der Gleit- und Trägerschicht eingebrachten Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis, vorzugsweise auf PTFE-Basis, mit die tribologischen Eigenschaften verbessernden Füllstoffen.The invention relates to a sliding bearing composite material with a metallic support layer, in particular made of steel, a porous metallic sliding and carrier layer applied thereon, in particular of bronze, and having a sliding layer material incorporated in the pores of the sliding and carrier layer on a polymeric plastic base, preferably PTFE-based , with the tribological properties of improving fillers.

Derartige Gleitlagerverbundwerkstoffe werden zur Herstellung von Gleitlagerelementen, insbesondere Gleitlagerbuchsen oder -bundbuchsen verwendet, wobei die Gleitlagerelemente vorzugsweise wartungsfrei ausgebildet sind und in Scharnieren oder Gelenken oder zur Lagerung von Wellen, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, verwendet werden. Diese Gleitlagerverbundwerkstoffe wurden seither durch die Auswahl der Kunststoffbasis für das Gleitschichtmaterial und die Auswahl der Füllstoffe und deren Zusammenwirken zu optimieren versucht. Ein gattungsgemäßer Gleitlagerverbundwerkstoff ist beispielsweise bekannt aus DE 10 2010 018 328 A1 oder aus DE 10 2006 048 311 A1 . Mit DE 10 2009 052 491 A1 wurde vorgeschlagen, bei einem Heißgasmotor mit heißen rein metallischen Laufflächen die Laufflächen mit einer Dispersionsschicht aus Nickel-Bornitrid zu beschichten.Such sliding bearing composites are used for the production of plain bearing elements, in particular plain bearing bushings or -bündbuchsen, wherein the sliding bearing elements are preferably designed to be maintenance-free and in hinges or joints or for the storage of waves, especially in the automotive sector, used. These sliding bearing composites have since been tried to optimize by the selection of the plastic base for the sliding layer material and the selection of fillers and their interaction. A generic sliding bearing composite is known, for example DE 10 2010 018 328 A1 or off DE 10 2006 048 311 A1 , With DE 10 2009 052 491 A1 It was proposed to coat the running surfaces with a dispersion layer of nickel-boron nitride in a hot gas engine with hot purely metallic treads.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Gleitlagerverbundwerkstoffen eine weitere Verbesserung im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit und den Reibwert zu erzielen.The present invention has for its object to achieve a further improvement in terms of wear resistance and coefficient of friction in such sliding bearing composite materials.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die poröse Gleit- und Trägerschicht zumindest auf ihrer einem Gleitpartner zugewandten Seite zumindest bereichsweise mit einer darauf elektrisch (also galvanisch) oder chemisch (also stromlos/autokatalytisch) abgeschiedenen Dispersionsbeschichtung mit darin dispergierten tribologisch wirksamen Bestandteilen versehen ist und dass die Dispersionsbeschichtung auf der porösen Gleit- und Trägerschicht abgeschieden wurde, bevor oder nachdem das Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis in die Poren der Gleit- und Trägerschicht eingebracht wurde.This object is achieved in generic sliding bearing composites according to the invention that the porous sliding and backing layer at least on its side facing a sliding partner at least partially with an electrically (galvanically) or chemically (ie electroless / autocatalytically) deposited dispersion coating dispersed therein tribologically active ingredients and that the dispersion coating was deposited on the porous sliding and supporting layer before or after the polymeric-based sliding layer material was introduced into the pores of the sliding and supporting layer.

Bei Gleitlagerverbundwerkstoffen der hier in Rede stehenden Art dient die dreidimensional poröse metallische Gleit- und Trägerschicht, die zumeist aus einer Sinterschicht aus miteinander versinterten metallischen Partikeln gebildet ist, nicht lediglich als Verankerungsmittel für das polymere Gleitschichtmaterial, sondern sie hat tragende Funktion in Bezug auf den Gleitpartner und ist dabei lastaufnehmend. Das Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis bildet eine Einlaufschicht und wirkt eher als Schmierstoff. Mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass eine weitere Optimierung des Werkstoffs dadurch erzielt werden kann, dass die poröse metallische Gleit- und Trägerschicht zumindest zum Gleitpartner hin mit einer leistungssteigernden Beschichtung, und zwar erfindungsgemäß in Form der elektrisch oder chemisch abgeschiedenen Dispersionsschicht, optimiert werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass hierdurch einerseits die Verschleißfestigkeit des Gleitlagerverbundwerkstoffs bzw. eines hieraus hergestellten Gleitlagerelements erhöht werden kann und andererseits der Reibwert herabgesetzt werden kann. Die Erfindung geht hier einen neuen Weg, indem die dreidimensional poröse Gleit- und Trägerschicht durch eine Beschichtung verbessert wird. Diese Maßnahme wird nach der Ausbildung der dreidimensional porösen Gleit- und Trägerschicht auf der metallischen Stützschicht ausgeführt.In sliding bearing composites of the type in question, the three-dimensional porous metallic sliding and supporting layer, which is usually formed of a sintered layer of sintered metallic particles, not only serves as anchoring means for the polymeric overlay material, but it has a supporting function with respect to the sliding partner and is load-bearing. The sliding layer material based on polymer plastic forms an inlet layer and acts more as a lubricant. With the present invention, it has been recognized that a further optimization of the material can be achieved by optimizing the porous metallic sliding and carrier layer at least as a sliding partner with a performance-enhancing coating, specifically in the form of the electrically or chemically deposited dispersion layer , It has been found that, on the one hand, this makes it possible to increase the wear resistance of the sliding bearing composite material or of a slide bearing element produced therefrom and, on the other hand, it is possible to reduce the coefficient of friction. The invention here goes a new way in that the three-dimensionally porous sliding and carrier layer is improved by a coating. This measure is carried out after the formation of the three-dimensionally porous sliding and carrier layer on the metallic support layer.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Dispersionsbeschichtung auf der porösen Gleit- und Trägerschicht abgeschieden bevor das Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis in die Poren der Gleit- und Trägerschicht eingebracht wurde. Auf diese Weise wird ein Gleitlagerverbundwerkstoff hergestellt, bei dem die dreidimensional poröse Gleit- und Trägerschicht mit ihrer im wesentlichen gesamten zum Gleitpartner gewandten Seite mit der Dispersionsbeschichtung versehen ist. In diesem Fall kann die Dispersionsbeschichtung auch in das Innere der dreidimensionalen Gleit- und Trägerschicht eindringen bzw. dort aufgebracht werden. Wenn das Verbundmaterial aus Stützschicht und Gleit- bzw. Trägerschicht in ein Bad eingebracht wird, aus dem die Dispersionsbeschichtung mit ihren Füllstoffen abgeschieden wird, so gelangt die Flüssigkeit auch in ”tiefer liegende” Bereiche der Gleit- und Trägerschicht. Dies hat den Vorteil, dass die Gleit- und Trägerschicht gewissermaßen über ihre gesamte Dicke mit der Dispersionsbeschichtung versehen ist und somit auch im Zuge der Abnutzung hiervon profitieren kann, indem zusätzlich zu den Füllstoffen des polymeren Gleitschichtmaterials die Bestandteile der Dispersionsbeschichtung freigesetzt werden.According to a first embodiment of the invention, the dispersion coating is deposited on the porous sliding and carrier layer before the sliding layer material has been introduced on polymeric plastic base in the pores of the sliding and carrier layer. In this way, a sliding bearing composite material is produced in which the three-dimensionally porous sliding and carrier layer is provided with its substantially entire side facing the sliding partner with the dispersion coating. In this case, the dispersion coating can also penetrate into the interior of the three-dimensional sliding and supporting layer or be applied there. When the composite material of the support layer and the sliding or carrier layer is introduced into a bath from which the dispersion coating with its fillers is deposited, the liquid also reaches "deeper" areas of the sliding and carrier layer. This has the advantage that the sliding and carrier layer is effectively provided over its entire thickness with the dispersion coating and thus can also benefit in the course of wear by the components of the dispersion coating are released in addition to the fillers of the polymeric overlay material.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gleitlagerverbundwerkstoff so hergestellt, dass die Dispersionsbeschichtung auf der porösen Gleit- und Trägerschicht abgeschieden wird nachdem das Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis in die Poren der Gleit- und Trägerschicht eingebracht wurde. Solchenfalls werden also nur diejenigen an der dem Gleitpartner zugewandten Oberseite liegenden Bereiche oder Partikel der porösen Gleit- und Trägerschicht beschichtet. Hierdurch kann ebenfalls eine vorteilhafte Performance-Verbesserung des Gleitlagerverbundwerkstoffs erreicht werden, da solchenfalls gegenüber dem polymeren Gleitschichtmaterial freiliegende Bereiche bzw. Partikel der Gleit- und Trägerschicht durch die Dispersionsbeschichtung passiviert und tribologisch verbessert werden. Dies erweist sich auch und gerade bei Gleitlagerverbundwerkstoffen als vorteilhaft, bei denen das polymere Gleitschichtmaterial nicht nur die Poren der Gleit- und Trägerschicht ausfüllt, sondern darüber hinaus eine nicht vollständig geschlossene Einlaufschicht bildet, so dass Bereiche und Partikel der Gleit- und Trägerschicht an der Oberseite dieser polymeren Einlaufschicht freiliegen. Dieses Freiliegen ergibt sich, dadurch, dass die Walze beim Einwalzen des polymeren Gleitschichtmaterials gegen die metallische poröse Gleit- und Trägerschicht anliegt, jedoch unmittelbar hinter dem Walzspalt das polymere Gleitschichtmaterial wieder etwas herausgedrückt wird und so einen Überstand jedoch unter Freilassung von Oberflächenbereichen des Metalls bildet. Diese freiliegenden Oberflächenbereiche werden dann erfindungsgemäß mit der Dispersionsbeschichtung versehen. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn solchenfalls das Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis eine Einlaufschicht mit einer verhältnismäßig geringen Dicke von höchstens 20 μm, insbesondere von höchstens 15 μm, bildet und weiter insbesondere von 2 bis 20 μm oder 5 bis 15 μm bildet, weil dann Partikel der porösen Gleit- und Trägerschicht an der dem Gleitpartner zugewandten Seite freiliegen, also nicht von polymerem Gleitschichtmaterial überdeckt sind, und somit das Aufbringen einer Dispersionsschicht auf diesen freiliegenden oder exponierten metallischen Bereichen der Gleit- und Trägerschicht ermöglicht ist. Bei dickeren Beschichtungen von etwa in der Größenordnung von 25 μm Dicke und darüber ist die die Oberfläche bildende Polymerschicht nahezu vollständig geschlossen, so dass eine Abscheidung einer Dispersionsbeschichtung mangels freiliegender Bereiche der Gleit- und Trägerschicht nicht mehr möglich ist. Dieses Problem tritt freilich nicht auf, wenn die poröse Gleit- und Trägerschicht mit der Dispersionsbeschichtung versehen wird, bevor das polymere Gleitschichtmaterial in die Poren eingebracht wird.According to a further embodiment of the invention, the sliding bearing composite material is produced in such a way that the dispersion coating is deposited on the porous sliding and carrier layer after the polymer-based sliding layer material has been introduced into the pores of the sliding and carrier layer has been. In this case, only those regions or particles of the porous sliding and carrier layer which are lying on the upper side facing the sliding partner are coated. As a result, an advantageous performance improvement of the sliding bearing composite material can likewise be achieved since, in such cases, regions or particles of the sliding and carrier layer which are exposed to the polymeric sliding layer material are passivated and tribologically improved by the dispersion coating. This also proves to be advantageous, and especially in the case of plain bearing composite materials, in which the polymeric sliding layer material not only fills out the pores of the sliding and carrier layer, but also forms an incompletely closed inflow layer, so that regions and particles of the sliding and carrier layer on the upper side this polymeric run-in layer exposed. This exposure results from the fact that the roll bears against the metallic porous sliding and carrier layer during rolling of the polymeric sliding layer material, but the polymer sliding layer material is pushed out again just behind the nip and thus forms a supernatant, leaving surface areas of the metal free. These exposed surface areas are then provided according to the invention with the dispersion coating. It proves to be advantageous if, in such case, the sliding layer material on polymeric plastic base an inlet layer with a relatively small thickness of at most 20 microns, in particular of at most 15 microns, forms and further forms in particular from 2 to 20 microns or 5 to 15 microns, because then particles the porous sliding and supporting layer are exposed on the side facing the sliding partner, so are not covered by polymeric sliding layer material, and thus the application of a dispersion layer on these exposed or exposed metallic areas of the sliding and carrier layer is made possible. For thicker coatings of about the order of 25 microns thick and above, the surface forming polymer layer is almost completely closed, so that deposition of a dispersion coating is no longer possible due to lack of exposed areas of the sliding and backing layer. This problem does not occur, however, if the porous sliding and supporting layer is provided with the dispersion coating before the polymeric sliding layer material is introduced into the pores.

Die Dicke der von dem Gleitschichtmaterial auf polymerer Kunststoffbasis gebildeten Einlaufschicht wird nach folgendem Messverfahren bestimmt: Ein mit Gleitschichtmaterial auf Polymerbasis imprägnierter Gleitlagerverbundwerkstoff oder ein hieraus hergestelltes Gleitlagerelement (nachfolgend beide als Prüfling bezeichnet) wird mit seinem Rücken 20 auf den Umfang eines zylindrischen Trägers 22 (mit 6 mm Durchmesser der Zylinderform), wie er schematisch in 5 dargestellt ist, aufgelegt. Sodann wird ein Messtaster 24 auf die dem Träger 22 gegenüberliegende Seite 26 des Prüflings aufgesetzt und bei einer Prüfkraft von 1,25 N so die Dicke des Prüflings bestimmt. Die Auflageseite 28 des Messtasters 24 ist kugelschalen- oder kalottenförmig mit 20 mm Durchmesser der Form ausgebildet, so dass er im wesentlichen nicht in die Poren des Prüfling eingreifen kann. Träger und Messtaster gehören zu einer an sich üblichen Dickenmessvorrichtung, die nach DIN EN ISO 2064 für die hier in Rede stehenden Zwecke geeignet ist. Danach wird der Prüfling in einem Röhrenofen unter Stickstoffzufuhr 20 min einer Temperatur von 620°C ausgesetzt. Dabei verbrennt das Gleitschichtmaterial auf Polymerbasis vollständig. Anschließend verbleibt der Prüfling in der sogenannten Abkühlzone weitere 20 Minuten im Ofen. Um möglicherweise anhaftende Verbrennungsrückstände vom Sintergerüst der Gleit- und Trägerschicht zu entfernen, wird der Prüfling unter fließendem Wasser mit einer Kunststoffbürste vorsichtig abgebürstet. Sodann wird der Prüfling erneut gemessen, indem er wieder zwischen dem Träger und dem Messtaster der Dickenmessvorrichtung in der entsprechenden Weise angeordnet wird. Der Dickenunterschied des Prüflings zwischen dem zuerst vermessenen Ausgangszustand und dem Zustand nach der Entfernung des Gleitschichtmaterials auf Polymerbasis durch Verbrennung wird als Dicke der Einlaufschicht oder als Überstand des Gleitschichtmaterials über der porösen metallischen Gleit- und Trägerschicht bezeichnet bzw. verstanden.The thickness of the run-in layer formed by the polymer-based sliding layer material is determined by the following measurement method: A slide bearing composite impregnated with a polymer-based slide layer material or a slide bearing element (hereinafter both referred to as a test object) made from it becomes with its back 20 on the circumference of a cylindrical carrier 22 (with 6 mm diameter of the cylindrical shape), as shown schematically in 5 is displayed, hung up. Then a probe 24 on the carrier 22 opposite side 26 placed on the test specimen and determined at a test load of 1.25 N so the thickness of the specimen. The edition page 28 of the probe 24 is formed spherical shell or dome-shaped with 20 mm diameter of the mold so that it can not substantially engage in the pores of the specimen. Carrier and probe belong to a conventional thickness measuring device, which is suitable according to DIN EN ISO 2064 for the purposes in question here. Thereafter, the test specimen is exposed to a temperature of 620 ° C in a tube furnace under nitrogen for 20 min. In the process, the polymer-based sliding layer material burns completely. Subsequently, the test specimen remains in the so-called cooling zone for another 20 minutes in the oven. In order to remove possibly adhering combustion residues from the sintered framework of the sliding and carrier layer, the test piece is carefully brushed off under running water with a plastic brush. The specimen is then measured again by placing it again between the support and the probe of the thickness gauge in the appropriate manner. The thickness difference of the test piece between the initial measured initial state and the state after removal of the polymer-based sliding layer material by combustion is referred to as the thickness of the inlet layer or as a supernatant of the sliding layer material over the porous metallic sliding and supporting layer.

Die Dispersionsbeschichtung selbst beruht in vorteilhafter Weise auf Nickel-, Kupfer-, Silber- oder Cobaltbasis, wobei einer Dispersionsbeschichtung auf Nickelbasis der Vorzug gegeben wird. Die darin dispergierten tribologisch wirksamen Bestandteile lassen sich in zwei Gruppen unterteilen, nämlich einmal in eher härtende Bestandteile und das andere Mal in eher schmierende Bestandteile. Im Hinblick auf die erste Gruppe erweist es sich als vorteilhaft, wenn die dispergierten tribologisch wirksamen Bestandteile Carbide, kubische Nitride, Oxide und/oder Silizide umfassen, welche in besonderem Maße geeignet sind, die Notlaufeigenschaften zu verbessern, indem sie die Neigung zu fressendem Verschleiß und Abrieb reduzieren und dadurch insgesamt verschleißmindernd wirken. Sie steigern die Festigkeit und wirken somit härtend. Diese tribologisch wirksamen Bestandteile in Form von Carbiden, kubischen Nitriden, Oxiden und/oder Siliziden sind einzeln oder, wenn sie zu mehreren vorhanden sind, in ihrer Gesamtmenge zu 1 bis 15 Vol.-%, insbesondere 1–10 Vol.-%, insbesondere 1–8 Vol.-%, in der Dispersionsbeschichtung enthalten.The dispersion coating itself is advantageously based on nickel, copper, silver or cobalt, preference being given to a nickel-based dispersion coating. The tribologically active constituents dispersed therein can be subdivided into two groups, namely once more into hardening constituents and the other into more lubricating constituents. With regard to the first group, it proves to be advantageous if the dispersed tribologically active constituents include carbides, cubic nitrides, oxides and / or silicides, which are particularly suitable for improving the runflat properties, by reducing the tendency to seizure and Reduce abrasion and thereby reduce overall wear. They increase the strength and thus have a hardening effect. These tribologically active ingredients in the form of carbides, cubic nitrides, oxides and / or silicides are individually or, if they are present in several, in their total amount to 1 to 15 vol .-%, in particular 1-10 vol .-%, in particular 1-8 vol .-%, contained in the dispersion coating.

Im Hinblick auf die zweite Gruppe von Bestandteilen erweist es sich als vorteilhaft, wenn die dispergierten tribologisch wirksamen Bestandteile Graphit, Metallsulfide, insbesondere Molybdändisulfid (MoS₂), Zinksulfid (ZnS) oder Wolframdisulfid (WS₂), hexagonales Bornitrid oder PTFE umfassen. Diese Bestandteile wirken eher schmierend, d. h. sie setzen den Reibwert herab. Eine Dispersionsbeschichtung mit einem oder mehreren dieser dispergierten Bestandteile vermag – auch wenn keine zusätzlichen eher härtenden Bestandteile der ersten Gruppe verwendet werden – eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Verbundwerkstoffs insgesamt zu bewirken. Diese dispergierten tribologisch wirksamen Bestandteile in Form von Graphit, Metallsulfid, insbesondere Molybdändisulfid (MoS₂), Zinksulfid (ZnS) oder Wolframdisulfid (WS₂), hexagonalem Bornitrid oder PTFE sind in ihrer Gesamtmenge zu 5–30 Vol.-%, insbesondere 10–30 Vol.-%, insbesondere 10–25 Vol.-%, in der Dispersionsbeschichtung enthalten.With regard to the second group of constituents, it proves to be advantageous if the dispersed tribologically active constituents graphite, metal sulfides, in particular molybdenum disulfide (MoS ₂ ), Zinc sulfide (ZnS) or tungsten disulfide (WS ₂ ), hexagonal boron nitride or PTFE. These ingredients are rather lubricating, ie they lower the coefficient of friction. Dispersion coating with one or more of these dispersed ingredients, even if no additional, more-hardening, components of the first group are used, can provide an overall improvement in the overall composite wear resistance. These dispersed tribologically active constituents in the form of graphite, metal sulfide, in particular molybdenum disulfide (MoS ₂ ), zinc sulfide (ZnS) or tungsten disulfide (WS ₂ ), hexagonal boron nitride or PTFE are in their total amount to 5-30 vol.%, In particular 10- 30 vol .-%, in particular 10-25 vol .-%, contained in the dispersion coating.

Als ganz besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn eine Dispersionsbeschichtung auf Nickel-Phosphor-Basis mit 10 bis 25 Vol.-%, insbesondere 15 bis 25 Vol.-% PTFE als tribologisch wirksamer Bestandteil bei der Gleit- und Trägerschicht vorgesehen wird. Die Dispersionsbeschichtung auf Nickel-Phosphor-Basis stellt eine festigkeitssteigernde und damit verschleißmindernde Matrix bereit, wobei sich PTFE als Festschmierstoff hervorragend eignet, weil es gewissermaßen portioniert im Zuge des Betriebs und des sich dabei einstellenden Abriebs des Gleitlagerverbundwerkstoffs freigesetzt wird.It has proved to be particularly advantageous if a nickel-phosphorus-based dispersion coating with 10 to 25% by volume, in particular 15 to 25% by volume, of PTFE is provided as a tribologically active constituent in the lubricant and carrier layer. The nickel-phosphorus-based dispersion coating provides a strength-increasing and thus wear-reducing matrix, with PTFE being outstandingly suitable as a solid lubricant because it is released to a certain extent in the course of operation and the resulting wear of the sliding bearing composite material.

Es erweist sich weiter als vorteilhaft, wenn die Dispersionsbeschichtung eine Dicke von 3–12 μm, insbesondere von 3–10 μm, insbesondere von 5–8 μm aufweist.It also proves to be advantageous if the dispersion coating has a thickness of 3-12 μm, in particular 3-10 μm, in particular 5-8 μm.

Der Gleitlagerverbundwerkstoff umfasst vorteilhafterweise eine Stützschicht, vorzugsweise aus Stahl oder Bronze, mit einer Dicke von 0,35 bis 3,5 mm. Die Dicke der darauf aufgebrachten porösen metallischen Gleit- und Trägerschicht beträgt 0,20 bis 0,40 mm. Sie weist eine Porosität auf, die vorzugsweise zwischen 25 und 65% beträgt. Die poröse Gleit- und Trägerschicht ist vorzugsweise aus Bronze gebildet; es kann sich hier um eine CuSn10-Legierung oder eine ähnliche Legierung handeln.The sliding bearing composite material advantageously comprises a supporting layer, preferably of steel or bronze, with a thickness of 0.35 to 3.5 mm. The thickness of the porous metallic sliding and supporting layer applied thereon is 0.20 to 0.40 mm. It has a porosity which is preferably between 25 and 65%. The porous sliding and carrier layer is preferably formed of bronze; it may be a CuSn10 alloy or a similar alloy.

Wie bereits erwähnt, ist das polymere Gleitschichtmaterial vorzugsweise auf PTFE-Basis ausgebildet. Es basiert vorteilhafterweise auf einer PFOA-freien Herstellung. Das polymere Gleitschichtmaterial kann aber auch andere fluorthermoplastische Polymere, wie z. B. PVDF, PFA, FEP, ETFE anstelle oder vorzugsweise zusätzlich zu PTFE umfassen. Die Füllstoffe des polymeren Gleitschichtmaterials können entweder einzeln oder in verschiedenen Kombinationen in Anteilen von insgesamt 5 bis 40 Gew.-% des Gleitschichtmaterials enthalten sein. In der nachfolgenden Tabelle sind diese Füllstoffe für das polymere Gleitschichtmaterial in Gruppen aufgeführt: Art Beispiele von Füllstoffen Verstärkungsstoffe C-Fasern, Glasfasern, Polyamidfaser (Aramid) Festschmierstoffe PTFE, ZnS, BaSO₄, Graphit, Ruß, BN, Metallsulfide (wie MoS₂, SnS₂, WS₂) Kunststoffpartikeln Aramid (PPTA)-, PPSO₂, PI- und PAI-Partikeln, Polyarylatpartikel (PAR), PBA, PBI Metalloxide Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, CuO, MgO, ZnO Hartstoffe (keramische Partikel) SiC, Si₃N₄, BC, cBN Fluoride CaF₂, NaF, AlF₃ Schichtsilikate Kaolin, Glimmer, Wollastonit, Talk, Kieselsäure metallische Feinpulver Bronze und Wismut Pigmente Mischphasenoxidpigmente: Co-Al, Cr-Sb-Ti, Co-Ti, Fe-Al oder Co-Cr As already mentioned, the polymeric overlay material is preferably PTFE-based. It is advantageously based on a PFOA-free production. However, the polymeric overlay material can also other fluorothermoplastic polymers, such as. Example, PVDF, PFA, FEP, ETFE instead of or preferably in addition to PTFE. The fillers of the polymeric overlay material may be contained either singly or in various combinations in proportions of from 5 to 40% by weight of the overlay material. In the table below, these fillers for the polymeric overlay material are listed in groups: kind Examples of fillers reinforcing materials C-fibers, glass fibers, polyamide fiber (aramid) solid lubricants PTFE, ZnS, BaSO ₄ , graphite, carbon black, BN, metal sulfides (such as MoS ₂ , SnS ₂ , WS ₂ ) Plastic particles Aramid (PPTA), PPSO ₂ , PI and PAI particles, polyarylate particles (PAR), PBA, PBI metal oxides Fe ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , TiO ₂ , CuO, MgO, ZnO Hard materials (ceramic particles) SiC, Si ₃ N ₄ , BC, cBN fluorides CaF ₂ , NaF, AlF ₃ phyllosilicates Kaolin, mica, wollastonite, talc, silicic acid metallic fine powder Bronze and bismuth pigments Mixed phase oxide pigments: Co-Al, Cr-Sb-Ti, Co-Ti, Fe-Al or Co-Cr

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Gleitlagerelement, insbesondere in Buchsen- und Bundbuchsenform oder Schalenform sowie auch sphärischer Form und Geometrie, welches typischerweise in Biege-Rollprozessen aus dem vorausgehend geschilderten erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff gefertigt ist. Typischerweise handelt es sich um Gleitlagerelemente in Form von gerollten Buchsen mit einer Stoßfuge, die beim Einpressen in eine Lagestelle wenigstens nahezu geschlossen wird.The invention further relates to a plain bearing element, in particular in bushing and flanged bush shape or shell shape as well as spherical shape and geometry, which is typically made in bending-roll processes from the above-described sliding bearing composite material according to the invention. Typically, these are plain bearing elements in the form of rolled bushes with a butt joint, which is at least almost closed when pressed into a location.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen sowie der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the appended claims and the drawings and the following description of preferred embodiments of the invention. In the drawing shows:

1 eine schematische Schnittansicht durch einen Gleitlagerverbundwerkstoff nach der Erfindung mit über die gesamte Dicke der porösen Gleit- und Trägerschicht aufgebrachter Dispersionsbeschichtung; 1 a schematic sectional view through a sliding bearing composite material according to the invention with over the entire thickness of the porous sliding and supporting layer applied dispersion coating;

2 eine schematische Schnittansicht eines Gleitlagerverbundwerkstoffs nach der Erfindung mit lediglich auf der zum Gleitpartner gewandten Oberseite vorgesehener Dispersionsbeschichtung; 2 a schematic sectional view of a sliding bearing composite material according to the invention with only on the top facing the sliding partner provided dispersion coating;

3 ein Diagramm über die Ergebnisse von Vergleichsmessungen hinsichtlich des Verschleißes; 3 a diagram of the results of comparative measurements in terms of wear;

4 ein Diagramm über die Ergebnisse von Vergleichsmessungen hinsichtlich des Reibwerts; und 4 a diagram of the results of comparative measurements regarding the coefficient of friction; and

5 eine schematische Ansicht einer Dickenmessvorrichtung. 5 a schematic view of a thickness measuring device.

Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffs, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist. Der jeweilige Gleitlagerverbundwerkstoff umfasst eine metallische Stützschicht 4, insbesondere aus Stahl oder Bronze, eine darauf aufgebrachte dreidimensional poröse metallische Gleit- und Trägerschicht 6, die im dargestellten Fall aus kugel- oder knollenförmigen miteinander versinterten Partikeln 8, insbesondere aus Bronze, wie CuSn-Bronze, wie z. B. einer CuSn10-Legierung, gebildet ist. Die Gleit- und Trägerschicht 6 ist offen porös ausgebildet, so dass sie wie dargestellt mit einem Gleitschichtmaterial 10 auf polymerer Kunststoffbasis, insbesondere PTFE-Basis vorzugsweise vollständig ausgefüllt ist. Das Gleitschichtmaterial 10 bildet dabei einen sehr geringen Überstand im Bereich von 2 bis 20 μm, der nach dem eingangs genannten Verfahren bestimmt werden kann, wobei jedoch dem Gleitpartner zugewandte Partikel 8 der metallischen Gleit- und Trägerschicht 6 exponiert, also freigelegt sind.The 1 and 2 show a schematic representation of two different embodiments of the sliding bearing composite material according to the invention, the whole with the reference numeral 2 is designated. The respective sliding bearing composite material comprises a metallic support layer 4 , in particular of steel or bronze, a three-dimensionally porous metallic sliding and carrier layer applied thereto 6 , in the case shown, from spherical or bulbous particles sintered together 8th , in particular bronze, such as CuSn bronze, such as. As a CuSn10 alloy is formed. The sliding and carrier layer 6 is openly porous, so that it is as shown with a sliding layer material 10 is preferably completely filled on polymeric plastic base, in particular PTFE-based. The sliding layer material 10 forms a very small supernatant in the range of 2 to 20 microns, which can be determined by the method mentioned above, but wherein the sliding partner facing particles 8th the metallic sliding and carrier layer 6 exposed, that is exposed.

Des Weiteren ist bei beiden Ausführungsformen der 1 und 2 mit Bezugszeichen 12 eine Dispersionsbeschichtung einer noch zu erläuternden Zusammensetzung vorgesehen. Die Dispersionsbeschichtung ist in beiden Fällen elektrisch, also galvanisch, oder chemisch, also stromlos/autokatalytisch, auf dem Metall der Gleit- und Trägerschicht 6 mit einer bevorzugten Dicke von 3 bis 12 μm abgeschieden. Beim Ausführungsbeispiel der 1 ist die Dispersionsbeschichtung 12 auf der porösen Gleit- und Trägerschicht 6 abgeschieden worden, bevor das polymere Gleitschichtmaterial 10 in die Poren der Gleit- und Trägerschicht 6 eingebracht wurde. Daher ist die Dispersionsbeschichtung 12 im Wesentlichen über die gesamte Dicke der dreidimensional porösen Gleit- und Trägerschicht 6 auf der Oberfläche der diese Schicht bildenden Sinterpartikel 8 gebildet. Es ist aber denkbar und vorteilhaft, dass die Dicke der Dispersionsbeschichtung in Richtung auf die Stützschicht abnimmt, also tiefer gelegene Partikel mit einem weniger dicken Überzug beschichtet sind. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 wurde die Dispersionsbeschichtung 12 erst auf das mit Gleitschichtmaterial 10 befüllte Verbundmaterial aufgebracht. Demzufolge ist die Dispersionsbeschichtung 12 auch nur an zur Oberfläche hin exponierten Partikeln 8 der Gleit- und Trägerschicht 6 vorgesehen. In beiden Fällen wirkt sich die Dispersionsbeschichtung 12 in tribologischer Hinsicht performancesteigernd aus.Furthermore, in both embodiments of the 1 and 2 with reference number 12 a dispersion coating of a composition to be explained. The dispersion coating is in both cases electrically, ie galvanically, or chemically, ie electrolessly / autocatalytically, on the metal of the sliding and carrier layer 6 deposited with a preferred thickness of 3 to 12 microns. In the embodiment of 1 is the dispersion coating 12 on the porous sliding and carrier layer 6 deposited before the polymeric overlay material 10 into the pores of the sliding and carrier layer 6 was introduced. Therefore, the dispersion coating is 12 essentially over the entire thickness of the three-dimensionally porous sliding and carrier layer 6 on the surface of this layer forming sintered particles 8th educated. However, it is conceivable and advantageous that the thickness of the dispersion coating decreases in the direction of the support layer, that is, deeper particles are coated with a less thick coating. According to the embodiment 2 became the dispersion coating 12 first on the with sliding layer material 10 applied filled composite material. As a result, the dispersion coating is 12 even only to particles exposed to the surface 8th the sliding and carrier layer 6 intended. In both cases, the dispersion coating affects 12 in terms of tribology, it improves performance.

Nachfolgend ist die Zusammensetzung von drei Ausführungsbeispielen für den erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff angegeben (siehe Tabellen 1 bis 3). Die poröse Gleit- und Trägerschicht 6 ist in allen Fällen von einer CuSn10-Legierung gebildet; als polymeres Gleitschichtmaterial wurde eine polymere PTFE-Basis mit ca. 25 Vol.-% Zinksulfid als Füllstoff verwendet. Im Beispiel 1 erfolgte die Aufbringung der Dispersionsbeschichtung auf den bereits mit Gleitschichtmaterial befüllten Verbundwerkstoff, während bei den Beispielen 2 und 3 die Dispersionsbeschichtung auf die noch unbefüllte Gleit- und Trägerschicht 6 aufgebracht wurde. Weitere Einzelheiten sind den nachfolgenden Tabellen zu entnehmen. Tabelle 1. Zusammensetzung von Beispiel 1, chemisch abgeschiedene Nickeldispersionsbeschichtung auf Stahl-Bronze-PTFE-Verbundwerkstoff. Nr. Funktionsschicht Chemische Zusammensetzung Weitere Information 1 Stahlrücken DC04 2 Poröse Gleit/Trägerschicht CuSn10 Schichtdicke 0,20–0,40 mm 3 Gleitschichtmaterial PTFE, ZnS Einlaufschichtdicke 10–15 μm (gemessen gegen 2 ohne 4) 4 Dispersionsbeschichtung 20 Vol.-% PTFE eingelagert in Nickel mit Phosphor (im Massenverhältnis von 9:1) Chemische Abscheidung Tabelle 2. Zusammensetzung von Beispiel 2, chemisch abgeschiedene Nickeldispersionsbeschichtung auf Stahl-Bronze-Substrat. Nr. Funktionsschicht Chemische Zusammensetzung Weitere Information 1 Stahlrücken DC04 2 Poröse Gleit/Trägerschicht CuSn10 Schichtdicke 0,20–0,40 mm 3 Dispersionsbeschichtung 20 Vol.-% PTFE eingelagert in Nickel mit Phosphor (im Massenverhältnis von 9:1) Chemische Abscheidung 4 Gleitschichtmaterial PTFE, ZnS Einlaufschichtdicke 10–15 μm (gemessen gegen 2 mit 3) Tabelle 3. Zusammensetzung von Beispiel 3, elektrolytisch abgeschiedene Nickeldispersionsbeschichtung auf Stahl-Bronze-Substrat. Nr. Funktionsschicht Chemische Zusammensetzung Weitere Information 1 Stahlrücken DC04 2 Poröse Gleit/Trägerschicht CuSn10 Schichtdicke 0,20–0,40 mm 3 Dispersionsbeschichtung 10 Vol.-% PTFE eingelagert in 90 Gew.-% Nickel elektrolytische Abscheidung 4 Gleitschichtmaterial PTFE, ZnS Einlaufschichtdicke 10–15 μm (gemessen gegen 2 mit 3) The following is the composition of three embodiments of the sliding bearing composite material according to the invention (see Tables 1 to 3). The porous sliding and carrier layer 6 is in all cases formed by a CuSn10 alloy; the polymeric sliding layer material used was a polymeric PTFE base with about 25% by volume of zinc sulfide as filler. In Example 1, the dispersion coating was applied to the already filled with sliding layer material composite material, while in Examples 2 and 3, the dispersion coating on the still unfilled sliding and carrier layer 6 was applied. Further details can be found in the following tables. Table 1. Composition of Example 1, chemically deposited nickel dispersion coating on steel-bronze-PTFE composite. No. functional layer Chemical composition More information 1 steel backing DC04 2 Porous sliding / carrier layer CuSn10 Layer thickness 0.20-0.40 mm 3 Sliding layer material PTFE, ZnS Inlet layer thickness 10-15 μm (measured against 2 without 4) 4 dispersion coating 20% by volume of PTFE incorporated in nickel with phosphorus (in a mass ratio of 9: 1) Chemical deposition Table 2. Composition of Example 2, chemically deposited nickel dispersion coating on steel-bronze substrate. No. functional layer Chemical composition More information 1 steel backing DC04 2 Porous sliding / carrier layer CuSn10 Layer thickness 0.20-0.40 mm 3 dispersion coating 20% by volume of PTFE incorporated in nickel with phosphorus (in a mass ratio of 9: 1) Chemical deposition 4 Sliding layer material PTFE, ZnS Inlet layer thickness 10-15 μm (measured against 2 with 3) Table 3. Composition of Example 3, Electrodeposited Nickel Dispersion Coating on Steel Bronze Substrate. No. functional layer Chemical composition More information 1 steel backing DC04 2 Porous sliding / carrier layer CuSn10 Layer thickness 0.20-0.40 mm 3 dispersion coating 10% by volume of PTFE incorporated in 90% by weight of nickel electrolytic deposition 4 Sliding layer material PTFE, ZnS Inlet layer thickness 10-15 μm (measured against 2 with 3)

Die 3 und 4 zeigen die Ergebnisse von Messungen des Reibwerts und des Verschleißes von Buchsen der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 (zwei Messungen) und von Standardbuchsen aus demselben Material (Referenz), welches keine erfindungsgemäße Dispersionsbeschichtung aufweist. Es wurden Messungen unter oszillierender Bewegung bei gleichzeitig hohen Lasten ausgeführt. 3 zeigt den Verschleiß der erfindungsgemäßen Buchsen gemäß Beispiel 1 bezogen auf einen auf 100% normierten Verschleiß der Referenzbuchsen. 4 zeigt das Ergebnis von Messungen des Reibwerts derselben Buchsen.The 3 and 4 show the results of measurements of the coefficient of friction and wear of bushings of the composition according to Example 1 (two measurements) and of standard bushings of the same material (reference), which does not have a dispersion coating according to the invention. Measurements were performed under oscillating motion with simultaneous high loads. 3 shows the wear of the bushings according to the invention according to Example 1 based on a normalized to 100% wear of the reference sockets. 4 shows the result of measurements of the coefficient of friction of the same sockets.

Bei einer Zusammensetzung erfindungsgemäßer Buchsen gemäß Beispielen 2 und 3 zeigt sich ein ähnlicher Einfluss der Dispersionsbeschichtung wie bei einer Zusammensetzung gemäß Beispiel 1.In a composition of inventive bushes according to Examples 2 and 3 shows a similar influence of the dispersion coating as in a composition according to Example 1.

Bei der Abscheidung der Dispersionsbeschichtung werden die darin dispergierten tribologisch wirksamen Bestandteile, insbesondere PTFE, in Form homogener Teilchen über die gesamte Schichtdicke homogen verteilt eingebaut. Beim Betrieb und Abrieb der Gleit- und Trägerschicht mit ihrer Dispersionsbeschichtung wird fortlaufend Nickel und PTFE freigelegt. Die freigesetzten Bestandteile reduzieren den Reibwert und gleichzeitig auch den Verschleiß.In the deposition of the dispersion coating, the tribologically active constituents dispersed therein, in particular PTFE, are homogeneously distributed over the entire layer thickness in the form of homogeneous particles. During operation and abrasion of the sliding and carrier layer with its dispersion coating, nickel and PTFE are continuously exposed. The released components reduce the coefficient of friction and at the same time the wear.

Die verhältnismäßig harte Nickel- bzw. Nickel-Phosphor-Matrix von ca. 550 HV 0,1 im Abscheidungszustand setzt einem abrasiven Verschleiß einen höheren Widerstand entgegen. Wenn diese Metallmatrix aus Nickel-Phosphor abgerieben wird, so entstehen zwar sehr kleine abrasive Partikel, die jedoch bei den hier in Rede stehenden Rautiefen infolge der dreidimensional ausgebildeten Gleit- und Trägerschicht nicht mehr weiter verschleißerhöhend wirken. Während der Einlaufphase üben diese abgeriebenen Nickelpartikel zudem eine glättende Wirkung auf den Gleitpartner aus.The relatively hard nickel or nickel-phosphorus matrix of about 550 HV 0.1 in the deposition state sets a higher resistance to abrasive wear. If this metal matrix is rubbed off from nickel-phosphorus, although very small abrasive particles are formed which, however, do not further increase the wear at the roughnesses in question as a result of the three-dimensionally formed sliding and carrier layer. During the break-in phase, these abraded nickel particles also exert a smoothing effect on the sliding partner.

Insgesamt wird die tribologische Performance des Gleitlagerverbundwerkstoffs und hieraus hergestellter Gleitlagerelemente durch die erfindungsgemäße Dispersionsbeschichtung bei der porösen Gleit- und Trägerschicht verbessert.Overall, the tribological performance of the sliding bearing composite material and sliding bearing elements produced therefrom is improved by the dispersion coating according to the invention in the case of the porous sliding and carrier layer.

Claims

Plain bearing composite material ( 2 ) with a metallic support layer ( 4 ), in particular of steel, a porous metallic sliding and carrier layer ( 6 ), in particular of bronze, and with a in the pores of the sliding and carrier layer ( 6 ) introduced sliding layer material ( 10 ) based on polymer, preferably based on PTFE, with the tribological properties improving fillers, characterized in that the porous sliding and carrier layer ( 6 ) at least on its side facing a sliding partner, at least in regions, with a dispersion coating deposited thereon electrically or chemically ( 12 ) is provided with dispersed tribologically active ingredients and that the dispersion coating ( 12 ) on the porous sliding and carrier layer ( 6 ) was deposited before or after the sliding layer material ( 10 ) on the basis of polymer plastic in the pores of the sliding and carrier layer ( 6 ) was introduced.

Sliding bearing composite material according to claim 1, characterized in that the sliding layer material ( 10 ) forms on polymeric plastic base an inlet layer having a thickness of at most 20 .mu.m, in particular of at most 15 .mu.m, so that particles ( 8th ) of the porous sliding and carrier layer ( 6 ) are exposed on the side facing the sliding partner.

Sliding bearing composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the dispersion coating ( 12 ) based on nickel, copper, silver or cobalt.

Sliding bearing composite material according to one or more of the preceding claims, characterized in that the dispersed tribologically active constituents include carbides, cubic nitrides, oxides and / or silicides.

Sliding bearing composite material according to claim 4, characterized in that the dispersed tribologically active constituents in the form of carbides, cubic nitrides, oxides and / or silicides in their total amount to 1-15 vol .-%, in particular 1-10 vol .-%, in particular 1 -8 vol.%, In the dispersion coating ( 12 ) are included.

Sliding bearing composite material according to one or more of the preceding claims, characterized in that the dispersed tribologically active constituents include graphite, metal sulfides, in particular molybdenum disulfide (MoS ₂ ), zinc sulfide (ZnS) or tungsten sulfide (WS ₂ ), hexagonal boron nitride or PTFE.

Sliding bearing composite material according to claim 6, characterized in that the dispersed tribologically active constituents in the form of graphite, metal sulfides, in particular molybdenum disulfide (MoS ₂ ), zinc sulfide (ZnS) or tungsten sulfide (WS ₂ ), hexagonal boron nitride or PTFE in their total amount to 5-30 Vol .-%, in particular 10-30 Vol .-%, in particular 10-25 Vol .-%, in the dispersion coating ( 12 ) are included.

Sliding bearing composite according to one or more of the preceding claims, characterized by a dispersion coating ( 12 ) based on nickel phosphorus with 10-25 vol .-%, in particular 15-25 vol .-% PTFE as a tribologically active ingredient.

Sliding bearing composite according to one or more of the preceding claims, characterized in that the dispersion coating ( 12 ) has a thickness of 3-12 μm, in particular 3-10 μm, in particular 5-8 μm.