DE102011113448A1

DE102011113448A1 - Gleitelement

Info

Publication number: DE102011113448A1
Application number: DE102011113448A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takayanagi; Yi Zhang; Hiroyuki Asakura; Yukihiko Kagohara
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-04-26
Also published as: GB201115978D0; US20120064358A1; GB2483791A; KR20120028840A; JP2012062941A

Abstract

Es wird ein Gleitelement offenbart. Das Gleitelement umfasst eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht, eine Zwischenschicht, die über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht bereitgestellt ist, und einen Sn-basierten Überzug, der über der Zwischenschicht bereitgestellt ist. Die Zwischenschicht besteht aus einem oder mehreren Materialien, die aus einer Gruppe aus Ni, Ni-Legierung, Co und Co-Legierung ausgewählt werden und ist dünner als 4 μm. Der Sn-basierte Überzug enthält Sn und 6 Massen-% oder mehr Cu.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement, das mit einem Sn-basierten Überzug versehen ist, der über einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht durch eine Zwischenschicht bereitgestellt wird.
Hintergrund
Ein Gleitelement, das eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht mit einer Metallunterlage umfasst, wird typischerweise als ein Gleitlager für Verbrennungsmotoren von Autos verwendet. Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht kann ferner für die Verbesserung der Lagereigenschaften, wie etwa der Anpassungsfähigkeit und der Einbettfähigkeit, mit einem Sn-basierten Überzug beschichtet sein. Der Sn-basierte Überzug kann mit Cu dotiert sein, um die Sn-Matrix zu verstärken und die Diffusion von Sn innerhalb des Überzugs in Richtung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht zu verhindern.
Ein anderer Ansatz, um zu verhindern, dass Sn innerhalb des Sn-basierten Überzugs in Richtung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht diffundiert, ist zum Beispiel in JP 2007-501898 A offenbart. JP 2007-501898 A verwendet eine aus Ni gefertigte Zwischenschicht, die als eine Sperrschicht gegen die Sn-Diffusion in Richtung der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht dient.
Wie in JP 2007-501898 A offenbart, kann Ni in der Zwischenschicht eine Sn-Ni-Verbindung mit Sn, das in dem Sn-basierten Überzug enthalten ist, oder, wenn der Sn-basierte Überzug mit Cu dotiert ist, eine Sn-Cu-Ni-Verbindung mit einer Sn-Cu-Legierung bilden. Da die Verbindungen Ni verbrauchen, verliert die Zwischenschicht etwas von ihrem ursprünglichen Ni-Gehalt, was möglicherweise zur Verschlechterung seiner Diffusionssperrkapazität führt. Als ein Ergebnis kann Sn innerhalb dem Sn-basierten Überzug leicht durch die Zwischenschicht und in die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht wandern, um spröde Verbindungen, wie etwa Cu₃Sn, mit Cu zu erzeugen, wodurch die Ermüdungsschutzeigenschaften des Gleitelements verschlechtert werden.
Gemäß JP 2007-501898 A wurde herausgefunden, dass eine dickere Ni-basierte Zwischenschicht wirksam ist, um ihre Diffusionssperrkapazität für eine relativ längere Zeitspanne aufrecht zu erhalten. Da Ni jedoch große innere Spannungen hat, wird das Gleitelement zunehmend spröde, wenn die Ni-basierte Zwischenschicht dicker wird, was wiederum die Ermüdungsschutzeigenschaften des Gleitelements verschlechtert. Folglich ist eine dickere Ni-basierte Zwischenschicht nicht wirksam, um ein Gleitelement mit herausragenden Ermüdungsschutzeigenschaften zu erhalten.
Zusammenfassung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitelement mit lang anhaltenden herausragenden Ermüdungsschutzeigenschaften bereitzustellen.
Ein Gleitelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht, eine Zwischenschicht, die über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht bereitgestellt ist, und einen Sn-basierten Überzug, der über der Zwischenschicht bereitgestellt ist. Die Zwischenschicht besteht aus einem oder mehreren Materialien, die aus einer Gruppe aus Ni, Ni-Legierung, Co und Co-Legierung ausgewählt sind, und ist dünner als 4 μm. Der Sn-basierte Überzug enthält Sn und 6 Massen-% oder mehr Cu.
Die Cu-basierte Legierungsschicht besteht aus Cu oder Cu-Legierung, die Nicht-Cu-Elemente enthält. Beispiele für derartige Cu-Legierung umfassen eine Cu-Sn-Legierung, Cu-Sn-Bi-Legierung und Cu-Sn-Pb-Legierung.
Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht kann über einer Unterlage, die aus Metall, wie etwa Eisen besteht, bereitgestellt werden.
Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht hat eine Zwischenschicht und einen Sn-basierten Überzug, die in der aufgeführten Abfolge über ihr ausgebildet sind, um ein Laminat zu bilden.
Die Zwischenschicht dient als eine Haftschicht, um die Bindung der Cu-basierten Legierungsschicht und des Sn-basierten Überzugs zu erleichtern. Die Zwischenschicht dient auch als eine Diffusionssperrschicht, welche die Diffusion von Sn in dem Sn-basierten Überzug in die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht verhindert. Die Zwischenschicht kann beliebig aus Ni, Ni-Legierung, Co und Co-Legierung bestehen. Alternativ kann die Zwischenschicht aus jeder von zwei Arten von Materialien bestehen, die aus Ni, Ni-Legierung, Co und Co-Legierung ausgewählt werden. Beispiele für eine Ni-Legierung umfassen eine Ni-Cr-Legierung, Ni-Fe-Legierung und Ni-Co-Legierung. Beispiele für eine Co-Legierung umfassen eine Co-Cr-Legierung, Co-Fe-Legierung und Co-Ni-Legierung. Eine Ni-Legierung, Co und Co-Legierung sind im Hinblick auf den Betrieb und die Wirkung ähnlich zu Ni.
Die Zwischenschicht kann ein Laminat sein, in einem derartigen Fall besteht jede Schicht aus beliebig aus Ni, einer Ni-Legierung, Co oder einer Co-Legierung. Das Laminat der Zwischenschicht ist bevorzugt eine Doppelschicht, die eine unterste Schicht, die aus Co oder einer Co-Legierung besteht, die sich über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht befindet, und eine oberste Schicht, die aus Ni oder einer Ni-Legierung besteht, die sich unter dem Sn-basierten Überzug befindet, umfasst. Die vorstehend beschriebene Doppelschicht ist in der Hinsicht vorteilhaft, dass sie die Bildung einer spröden intermetallischen Verbindung verhindert. Wenn zum Beispiel eine Zwischenschicht angenommen wird, die aus einer einzigen Schicht aus Ni besteht, die über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, die Bi oder eine Bi-Verbindung enthält, angeordnet ist, kann sich eine spröde intermetallische Verbindung aus der unerwünschten Bindung von Bi und Ni unter Abwesenheit einer Diffusionssperre ergeben. Durch Bereitstellen einer Schicht, die aus Co oder einer Co-Legierung besteht, zwischen der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und der aus Ni oder einer Ni-Legierung bestehenden Schicht, wird eine Sperre erzeugt, um den Kontakt von Bi und Ni zu unterbinden, wodurch die Bildung der spröden intermetallischen Verbindung verhindert wird.
Der Sn-basierte Überzug enthält Cu in der Sn-Matrix und andere Elemente nach Bedarf.
Der Cu-Gehalt in dem Sn-basierten Überzug verstärkt die Sn-Matrix des Sn-basierten Überzugs.
Cu innerhalb des Sn-basierten Überzugs ist in der Sn-Matrix in der Form einer Cu-Sn-Verbindung vorhanden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine gewisse Dosis von Cu als eine Sperre dient, um die Diffusion von Sn in dem Sn-basierten Überzug in die Zwischenschicht, das heißt, die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht, erheblich zu verringern. Als ein Ergebnis kann die unerwünschte Bindung zwischen Sn in dem Sn-basierten Überzug und den Zwischenschichtkomponenten (d. h. Ni, Ni-Legierung, Co, Co-Legierung) verzögert werden, was wiederum die Verbrauchsgeschwindigkeit der ursprünglichen Komponenten innerhalb der Zwischenschicht durch die Bindung verzögert. Folglich wird gemäß einer Ausführungsform die Geschwindigkeit der Sn-Systemverbindungsbildung innerhalb der Zwischenschicht verzögert, um die Lebensdauer des Diffusionssperrmerkmals der Zwischenschicht vorteilhaft zu verlängern.
Wenn die Zwischenschicht aus Ni oder Ni-Legierung gefertigt ist und der Sn-basierte Überzug eine Cu-Sn-Verbindung enthält, bilden Sn und die Cu-Sn-Verbindung in dem Sn-basierten Überzug im Allgemeinen eine Sn-Ni-Systemverbindung und eine Cu-Sn-Ni-Systemverbindung mit Ni oder einer Ni-Legierung. Die Bildung der Sn-Ni-Systemverbindung und der Cu-Sn-Ni-Systemverbindung verbraucht Ni oder Ni-Legierung, die ursprünglich in der Zwischenschicht enthalten sind, und verringert folglich den Ni- oder Ni-Legierungsgehalt.
Wenn die Zwischenschicht aus Co oder einer Co-Legierung besteht und der Sn-basierte Überzug eine Cu-Sn-Verbindung enthält, bilden Sn und die Cu-Sn-Verbindung innerhalb des Sn-basierten Überzugs eine Sn-Co-Systemverbindung und eine Cu-Sn-Co-Systemverbindung mit Co oder der Co-Legierung. Die Bildung der Sn-Co-Systemverbindung und der Cu-Sn-Co-Systemverbindung verbraucht Co oder Co-Legierung, die ursprünglich in der Zwischenschicht enthalten sind, und verringert folglich den Co- oder Co-Legierungsgehalt.
Der Sn-basierte Überzug hat einen Cu-Gehalt von 6 Massen-% oder mehr. Wenn der Sn-basierte Überzug 6 Massen-% oder mehr Cu enthielt, wurde bestimmt, dass er eine herausragende Diffusionssperrleistung gegen Sn aufweist. Vorzugsweise ist der Cu-Gehalt innerhalb des Sn-basierten Überzugs 12 Massen-% oder weniger. Es wurde herausgefunden, dass 12 Massen-% oder weniger Cu-Gehalt in dem Sn-basierten Überzug die Belastbarkeit des Sn-basierten Überzugs erhöhen, ohne dass er übermäßig hart wird, um eine gute Beschränkung für die Verschlechterung der Ermüdungsschutzeigenschaft des Sn-basierten Überzugs bereitzustellen.
Die Zwischenschicht ist vorzugsweise weniger als 4 μm dick. Wenn die Zwischenschicht dünner als 4 μm ist, werden die Komponenten der Zwischenschicht wenig inneren Spannungen unterzogen und stellen somit eine herausragende Ermüdungsschutzeigenschaft bereit, um folglich die Ermüdungsschutzeigenschaft des Gleitelements, in dem sie eingesetzt ist, zu verbessern.
Die Zwischenschicht ist vorzugsweise dicker als 3 μm. Wenn die Zwischenschicht dicker als 3 μm ist, steigt der Ni-Gehalt in dem Gleitelement. Folglich bleibt nach dem Binden von Sn aus dem Sn-basierten Überzug und den Zwischenschichtkomponenten eine relativ größere Menge von Komponenten, die ursprünglich in der Zwischenschicht enthalten sind, in ihrer ursprünglichen Form, um zu ermöglichen, dass das Diffusionssperrmerkmal der Zwischenschicht eine relativ längere Zeitspanne lang wirksam bleibt.
Falls die Zwischenschicht aus mehreren Schichten besteht, ist die Dicke des Laminats, das heißt, der Zwischenschicht in ihrer Gesamtheit vorzugsweise größer als 3 μm, aber kleiner als 4 μm.
Wie vorstehend beschrieben, erreicht das Gleitelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verbesserung der Ermüdungsschutzeigenschaften der Zwischenschicht durch Verdünnen der Zwischenschicht. Die Verdünnung der Zwischenschicht führt normalerweise zur Verschlechterung der Ermüdungsschutzeigenschaften durch die Diffusion von Sn in dem Sn-basierten Überzug zu der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht. Jedoch wird die Diffusion von Sn unterdrückt, indem die Konzentration von Cu innerhalb dem Sn-basierten Überzug optimal gesteuert wird. Folglich werden die Ermüdungsschutzeigenschaften des gesamten Gleitelements durch koordinierte Anstrengungen in der Verbesserung der Ermüdungsschutzeigenschaften in der Zwischenschicht ebenso wie in dem Sn-basierten Überzug verbessert.
Der Querschnitt der Zwischenschicht wird typischerweise durch Beobachtungsinstrumente, wie etwa FIB-SIM (fokussiertes Ionenstrahl-Rasterbildmikroskop), SEM (Rasterelektronenmikroskop) und TEM (Transmissionselektronenmikroskop) mit einer bevorzugten Vergrößerung von 5000× und einem Beobachtungsfeld von 20 μm × 25 μm beobachtet. Die Dicke der Zwischenschicht ist durch die maximale Dicke gegeben, die innerhalb des Beobachtungsfelds eines der vorstehend beispielhaft erläuterten Beobachtungsinstrumente gemessen wird.
Durch Experimente auf der Basis von Proben eines Gleitelements, das aus einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, einer Zwischenschicht, die über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht bereitgestellt ist, und einem Sn-basierten Überzug, der über der Zwischenschicht bereitgestellt ist, besteht, haben die Erfinder die Beziehung zwischen der Diffusionsgeschwindigkeit von Sn-Atomen in dem Sn-basierten Überzug zu der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht und den Formen der Partikel der Zwischenschichtkomponenten nachgewiesen.
Die Erfinder haben die folgenden Merkmale aus den Experimenten gewonnen.
Das Gleitelement gemäß einer Ausführungsform ist mit einer Zwischenschicht versehen, die kubische kristalline Partikel und säulenförmige kristalline Partikel umfasst, wobei die Anzahl von säulenförmigen kristallinen Partikeln höher als die Anzahl kubischer kristalliner Partikel ist.
Die Komponenten der Zwischenschicht (d. h. Ni/Ni-Legierung und Co/Co-Legierung) sind in der Form „kubischer kristalliner Partikel” und „säulenförmiger kristalliner Partikel” vorhanden, welche hier nachstehend basierend auf 2A und 2B im Detail beschrieben werden. 2A und 2B sind Querschnittansichten der Zwischenschicht entlang der Dickenrichtung genommen und stellen die Komponentenpartikel der Zwischenschicht dar. Die Dickenrichtung gibt die Richtung an, in der die Schichten des Gleitelements, wie in 1 zu sehen, gestapelt sind. Die „Komponentenpartikel der Zwischenschicht” bezieht sich auf Ni-Partikel, Ni-Legierungspartikel, Co-Partikel und Co-Legierungspartikel.
„Kubische kristalline Partikel”, die in 2A gezeigt sind, sind als Komponentenpartikel der Zwischenschicht definiert, die ein Seitenverhältnis von weniger als 2,5 haben. Das Seitenverhältnis ist durch die Läng X, geteilt durch die Länge Y, gegeben, wobei X die entlang der Hauptachse eines Komponentenpartikels der Zwischenschicht genommene Länge ist, während Y die entlang der Nebenachse des Komponentenpartikels der Zwischenschicht genommene Länge ist. „Säulenförmige kristalline Partikel”, die in 2B gezeigt sind, sind andererseits Komponentenpartikel der Zwischenschicht, die ein Seitenverhältnis von 2,5 oder größer haben.
Die „Hauptachse” ist eine imaginäre gerade Linie, die durch zwei Punkte läuft, die auf dem Umfang des Komponentenpartikels der Zwischenschicht genommen werden, die am weitesten voneinander entfernt sind.. Die „Nebenachse” ist eine imaginäre gerade Linie, die senkrecht durch die Mitte der Hauptachse läuft. Die Hauptachse und die Nebenachse sind durch Messungen der Komponentenpartikel der Zwischenschicht, die mit dem Beobachtungsfeld der vorstehend beschriebenen Beobachtungsinstrumente aufgenommen werden, gegeben.
Eine größere Anzahl von säulenförmigen kristallinen Partikeln relativ zu den kubischen kristallinen Partikeln in der Zwischenschicht, die in dem Beobachtungsfeld beobachtet wird, vergrößert die Möglichkeit, dass sich säulenförmige kristalline Partikel in der Zwischenschicht befinden, so dass ihre längeren Seiten die Dickenrichtung der Zwischenschicht säumen. In einem derartigen Fall wird eine relativ kleinere Anzahl von Partikelgrenzen in der Dickenrichtung der Zwischenschicht beobachtet. Eine Partikelgrenze, die quer zu der Dickenrichtung läuft, dient als eine Transportsperre, um zu verhindern, dass Sn-Atome, die von der Sn-basierten Legierungsschicht in die Zwischenschicht transportiert wurden, weiter in der Dickenrichtung der Zwischenschicht transportiert werden. Dies bedeutet, dass eine größere Anzahl von Partikelgrenzen, die quer zu der Dickenrichtung laufen, in der Dickenrichtung in der Zwischenschicht vorhanden sind, stellt eine größere Anzahl von Diffusionssperren in der Zwischenschicht bereit und verzögert somit den Transport von Sn-Atomen in dem Sn-basierten Überzug zu der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl kubischer kristalliner Partikel, die in dem Beobachtungsfeld der Zwischenschicht beobachtet wird, relativ zu der Anzahl säulenförmiger kristalliner Partikel erhöht, wodurch die Anzahl von Partikelgrenzen der Komponentenpartikel, die in der Dickenrichtung der Zwischenschicht vorhanden sind, erhöht wird. Folglich wird die Diffusionsgeschwindigkeit von Sn-Atomen in die Zwischenschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung relativ langsamer als die Diffusionsgeschwindigkeit von Sn-Atomen in die Zwischenschicht, in der die Anzahl von säulenförmigen kristallinen Partikeln höher ist. Folglich kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bildung von spröden intermetallischen Verbindungen, wie etwa Cu₃Sn, aus Sn in dem Sn-basierten Überzug und Cu in der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht verhindert werden, um ein Gleitelement mit herausragenden und länger anhaltenden Ermüdungsschutzeigenschaften bereitzustellen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenschicht durch Galvanisieren ausgebildet. Galvanisieren wird in einem Ni/Co-Metallisierungsbad aus Sulfaminsäure ausgeführt, das fördert, dass die Komponentenpartikel der Zwischenschicht als kubische kristalline Partikel vorhanden sind. Anpassungen können an dem Anteil der kubischen kristallinen Partikel vorgenommen werden, welcher durch die relative Anzahl kubischer kristalliner Partikel zu säulenförmigen kristallinen Partikeln gegeben ist, indem die Galvanisierungsparameter, wie etwa die Stromdichte, die Radtemperatur und die Rührstärke, variiert werden. Ein Ni/Co-Metallisierungsbad zum Ausbilden der Zwischenschicht verwendet im Allgemeinen ein Wattsbad und neigt folglich dazu, säulenförmige kristalline Partikel zu bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittansicht eines Gleitelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B sind beschreibende Ansichten zum Erklären des Konzepts des Seitenverhältnisses, das für ein Komponentenpartikel einer Zwischenschicht gemessen wird, wobei 2A ein kubisches kristallines Partikel darstellt und 2B ein säulenförmiges kristallines Partikel darstellt;
3 ist eine Aufstellung, welche die Ergebnisse des Experiments angibt; und
4 ist eine Aufstellung, welche die Bedingungen angibt, die in dem Ermüdungsschutztest angewendet werden.
Beschreibung
Ein Gleitelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. Bezug nehmend auf 1 besteht das Gleitelement 11 aus einer Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 12, die über der nicht gezeigten Metallunterlage bereitgestellt ist, einer Zwischenschicht 13, die über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht 13 bereitgestellt ist und einem Sn-basierten Überzug 14, der über der Zwischenschicht 14 bereitgestellt ist.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Vorteile der verbesserten Ermüdungsschutzeigenschaft des Gleitelements 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die Beschreibung beginnt mit einer Erklärung davon, wie in dem Experiment verwendete Proben hergestellt wurden. Proben, die als Beispiele 1 bis 12 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8 identifiziert werden, wurden hergestellt, um in der Struktur ähnlich dem Gleitelement 11 zu sein.
Die Herstellung der Proben beginnt mit der Beschichtung einer pulverbasierten Cu-Lagerlegierung über einer Metallunterlage, die typischerweise aus Eisen gefertigt ist. Die beschichtete Metallunterlagenschicht wurde danach gesintert und gewalzt, um die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht über der Metallunterlagenschicht zu bilden. Die Metallunterlagenschicht und die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht bilden zusammen genommen ein Bimetall. Das Bimetall wurde danach gepresst, um eine Lagerschale zu erhalten. Dann wurde über der Innenumfangsoberfläche der Lagerschale, mit anderen Worten über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, durch Galvanisieren eine Zwischenschicht mit Zusammensetzungen, die in 3 angegeben sind, ausgebildet. Die Oberfläche der Zwischenschicht wurde weiter galvanisiert, um einen Sn-basierten Überzug mit in 3 angegebenen Zusammensetzungen zu erhalten. Die in 3 aufgeführten Proben wurden, wie vorstehend beschrieben, hergestellt.
Um näher auf die Bildung der Zwischenschicht einzugehen, wurde die Ni-Zwischenschicht der Beispiele 1 und 3 bis 9 und der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 7 in einem Sulfaminsäurebad ausgebildet, das Nickelchlorid, Borsäure und Nickelsulfamat enthielt. Die Co-Zwischenschichten der Beispiele 2, 7 und 8 wurden in einem Sulfaminsäurebad ausgebildet, das Kobaltchlorid, Borsäure und Kobaltsulfamat enthielt. Die Co-Zwischenschicht des Beispiels 10 wurde in einem Wattsbad ausgebildet, das Kobaltchlorid und Borsäure enthielt. Die Ni-Zwischenschicht der Beispiele 11, 12 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 6 und 8 wurden in einem Wattsbad ausgebildet, das Nickelchlorid und Borsäure enthielt.
Die Beispiele 7 und 8 wurden erhalten durch: Ausbilden der Co-Zwischenschicht über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht, welche die Innenumfangsoberfläche der Lagerschale überzog, Ausbilden der Ni-Zwischenschicht über der Co-Zwischenschicht und Ausbilden des Sn-basierten Überzugs über der Ni-Zwischenschicht.
Der Sn-basierte Überzug wurde durch eine leicht erhältliche Sulfonsäure ausgebildet.
Anpassungen in der Dicke der Zwischenschicht und des Sn-basierten Überzugs der Proben wurden vorgenommen, indem die Dauer der Galvanisierung variiert wurde. Zum Beispiel wurde die Zwischenschicht des Beispiels 1 6 Minuten lang galvanisiert, während die Zwischenschicht des Beispiels 6 4 Minuten lang galvanisiert wurde. Ebenso wurde der Sn-basierte Überzug des Beispiels 1 7 Minuten lang galvanisiert, während das Beispiel 7 3,5 Minuten lang galvanisiert wurde.
Bezug nehmend auf 3 wurde die Einteilung von „kubisch” oder „säulenförmig” in der „Struktur”-Spalte der Zwischenschicht wie folgt vorgenommen. Zuerst wurden die vorstehend beschriebenen Beobachtungsinstrumente verwendet, um die Probe zu beobachten, die wie vorstehend beschrieben erhalten wurde. Die Hauptachse und die Nebenachse jedes Komponentenpartikels der Zwischenschicht in dem 20 μm × 25 μm-Beobachtungsfeld wurden gemessen, um das mittlere Seitenverhältnis in dem Beobachtungsfeld zu erhalten. Falls das Seitenverhältnis kleiner als 2,5 ist, gilt die Zwischenschicht als in erster Linie durch kubische kristalline Partikel aufgebaut und wird in 3 als „kubisch” angegeben. Falls das Seitenverhältnis 2,5 oder großer ist, gilt die Zwischenschicht als in erster Linie durch säulenförmige kristalline Partikel aufgebaut und wird in 3 als „säulenförmig” angegeben. Anders ausgedrückt hat eine Probe, die in 3 als „kubisch” eingeteilt wird, eine Zwischenschicht, bei der die Hälfte oder mehr ihrer Komponentenpartikel durch kubische kristalline Partikel besetzt ist, was bedeutet, dass die restliche andere Hälfte oder weniger durch säulenförmige kristalline Partikel besetzt ist. Andererseits hat eine Probe, die in 3 als „säulenförmig” angegeben wird, eine Zwischenschicht, in der die Hälfte oder mehr ihrer Komponentenpartikel durch säulenförmige kristalline Partikel besetzt ist, was bedeutet, dass die restliche andere Hälfte oder weniger durch kubische kristalline Partikel besetzt ist.
Die auf diese Weise erhaltenen Proben wurden unter den in 4 angegebenen Bedingungen auf ihre Ermüdungsschutzeigenschaften getestet. Einige der Proben wurden unter den gleichen Bedingungen getestet, nachdem sie eine gewisse Zeitspanne lang wärmebehandelt worden waren, um den Einfluss der Diffusion von Sn in dem Sn-basierten Überzug auf die Ermüdungsschutzeigenschaften zu überprüfen. 3 gibt die Testergebnisse für die Proben, die nicht wärmebehandelt wurden, unter der Spalte „ohne Wärmebehandlung” ebenso wie die Testergebnisse für die Proben, die 3000 Stunden lang bei 130 Grad Celsius wärmebehandelt wurden, unter der Spalte „nach 3000 Stunden” an. Wie später detaillierter diskutiert wird, wird Sn in dem Sn-basierten Überzug in den geheizten Proben anfälliger für die Diffusion in die Zwischenschicht, in diesem Fall die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht.
Nachstehend ist eine Analyse der Ermüdungsschutztestergebnisse.
Der Vergleich der Beispiele 1 bis 12 mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 zeigt, dass die Beispiele 1 bis 12 mit oder ohne Wärmebehandlung hervorragende Ermüdungsschutzeigenschaften haben, weil die Zwischenschicht dünner als 4 μm ist und B Massen-% oder mehr Cu in dem Sn-basierten Überzug enthält. Ferner offenbarten die Beobachtungen der Querschnitte der wärmebehandelten Proben, dass die Zwischenschicht der Beispiele 1 bis 12 Ni oder Co hatte, die in der ursprünglich vorhandenen Form verbleiben waren, während die Zwischenschicht der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 kein Ni oder Co in der ursprünglich vorhandenen Form übrig hatte. Die Vergleichsbeispiele 4 bis 8 zeigen aufgrund der dicken Zwischenschicht mit oder ohne Wärmebehandlung unterlegene Ermüdungsschutzeigenschaften.
Es kann ferner durch Vergleichen der Beispiele 1 bis 9 nachvollzogen werden, dass die Beispiele 1 bis 3 ebenso wie 7 bis 9 selbst nach einer Wärmebehandlung herausragende Festfressschutzeigenschaften aufweisen, da die Zwischenschicht dicker als 3 μm ist.
Noch weiter zeigt der Vergleich der Beispiele 1 bis 4 mit 10 bis 12, dass die Beispiele 1 bis 4 selbst nach einer Wärmebehandlung herausragende Festfressschutzeigenschaften haben, weil die Struktur der Zwischenschicht „kubisch” ist.
Wenngleich nicht gezeigt, zeigten Experimente basierend auf den Beispielen 1 bis 12 mit einer Zwischenschicht, die anstelle von Ni/Co Ni-Legierung/Co-Legierung enthielt, im Wesentlichen die gleichen Ermüdungsschutzeigenschaften wie die der Ni-Zwischenschicht.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann wie folgt nach Bedarf modifiziert werden.
Die Cu-basierte Lagerlegierungsschicht, die Zwischenschicht, der Sn-basierte Oberzug und die Metallunterlage können unvermeidliche Unreinheiten enthalten. Ferner kann jede der vorstehend beschriebenen Schichten harte Partikel, wie etwa Oxide und Karbide, ebenso wie feste Schmiermittel, wie etwa Sulfide und Graphit, enthalten.
Die vorangehende Beschreibung und die Zeichnungen sind lediglich veranschaulichend für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung und sollen in keinem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Vielfältige Änderungen und Modifikationen werden für Leute mit gewöhnlichen Kenntnissen der Technik offensichtlich. Alle derartigen Änderungen und Modifikationen sind als in den Bereich der Erfindung fallend zu sehen, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-501898 A [0003, 0003, 0004, 0005]

Claims

Gleitelement, das umfasst: eine Cu-basierte Lagerlegierungsschicht; eine Zwischenschicht, die über der Cu-basierten Lagerlegierungsschicht bereitgestellt ist; und einen Sn-basierten Überzug, der über der Zwischenschicht bereitgestellt ist; wobei die Zwischenschicht aus einem oder mehreren Materialien besteht, die aus einer Gruppe aus Ni, Ni-Legierung, Co und Co-Legierung ausgewählt wird und dünner als 4 μm ist; und wobei der Sn-basierte Überzug Sn und 6 Massen-% oder mehr Cu enthält.
Gleitelement gemäß Anspruch 1, wobei der Cu-Gehalt in dem Sn-basierten Überzug 12 Massen-% oder weniger ist.
Gleitelement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht dicker als 3 μm ist.
Gleitelement gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zwischenschicht aus kubischen kristallinen Partikeln und säulenförmigen kristallinen Partikeln besteht und die Zwischenschicht in einem Beobachtungsfeld im Vergleich zu den säulenförmigen kristallinen Partikeln eine höhere Anzahl der kubischen kristallinen Partikel enthält.