DE10360818A1 - Gleitlagerverbundwerkstoff - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus Stahl und einer darauf aufgebrachten Lagermetallschicht aus einer Kupfer-Zink-Lagerlegierung, zur Herstellung von Gleitlagerelementen, insbesondere Gleitlagerbuchsen und Gleitlagerschalen für motorische Anwendungen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kupfer-Zink-Lagerlegierung 28-33 Gew.-% Zink aufweist und dass unmittelbar direkt auf die Lagermetallschicht eine Gleitschicht der Zusammensetzung AlSn(15-30)Cu(0,7-2,8) aufgesputtert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus Stahl und einer darauf aufgebrachten Lagermetallschicht aus einer Kupfer-Zink-Lagerlegierung, zur Herstellung von Gleitlagerelementen, insbesondere Gleitlagerbuchsen und Gleitlagerschalen für motorische Anwendungen.
  • Wenn vorliegend von Gleitlagerbuchsen die Rede ist, so werden hierunter zwar grundsätzlich jegliche gerollten Gleitlagerbuchsen für an sich beliebige Gleitlageranwendungen verstanden. Der genannte Gleitlagerverbundwerkstoff eignet sich jedoch in besonderem Maße zur Herstellung von hochbelasteten Pleuellagerbuchsen, also Buchsen für die Lagerung des Kolbenbolzens im kleinen Pleuelauge eines Motorpleuels. Dort ist die Gleitlagerbuchse extremen Temperaturen und Belastungen, jedoch eher moderaten Gleitgeschwindigkeiten ausgesetzt. Derartige Gleitlagerbuchsen sind in der EP 0 681 114 B1 der Anmelderin beschrieben.
  • Wenn vorstehend von Gleitlagerschalen für motorische Anwendungen die Rede ist, so werden hierunter üblicherweise auf Halbkreisform gebogene Schalen für geteilte Lagerstellen verstanden, im besonderen für die Lagerung des Pleuels am Kurbelzapfen oder der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse bei einer Verbrennungskraftmaschine. Bei diesen Anwendungen sind die Betriebstemperaturen geringer als bei Pleuellagerbuchsen. Die Gleitgeschwindigkeiten sind dem gegenüber aber beträchtlich höher.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich von gattungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffen zu erweitern. Insbesondere soll der im Zusammenhang mit Gleitlagerbuchsen bekannte Gleitlagerverbundwerkstoff auch für höhere Gleitgeschwindigkeiten in vorteilhafter Weise verwendet werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gleitlagerverbundstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass die hervorragenden Festigkeitseigenschaften des im Zusammenhang mit Pleuellagerbuchsen bekannten Gleitlagerverbundwerkstoffs auch bei Anwendungen mit höheren Gleitgeschwindigkeiten, wie z.B. im Zusammenhang mit Pleuellagerschalen oder Kurbelwellenlagerschalen, weiter genutzt werden können, wenn auf die Lagermetallschicht aus Kupfer-Zink-Lagerlegierung eine Gleitschicht (Overlay-Schicht) der genannten Zusammensetzung aufgesputtert wird.
  • Aufgesputterte Gleitschichten dieser Zusammensetzung sind zwar als solche bekannt; sie wurden bislang aber nur bei Gleitschichten aus Blei-Bronze verwendet. Es stellte sich überraschenderweise heraus, dass die direkt auf die Lagermetallschicht aufgesputterte Gleitschicht des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffs auch bei Anwendung des Gleitlagerverbundwerkstoffs als Pleuellagerschale und Kurbelwellenlagerschale, also bei extremen Belastungen und extremen Gleitgeschwindigkeiten, eine so dauerhafte Anbindung an die Lagermetallschicht aufweist, dass sie die Tribologie dauerhaft positiv unterstützt. Die Festigkeit des Gleitlagerwerkstoffs und seine hieraus resultierende Belastbarkeit, welche die Eignung zur Verwendung beispielsweise als Pleuellagerschale erst möglich macht, resultiert jedoch aus dem Werkstoffverbund der Trägerschicht und der Lagermetallschicht aus Kupfer-Zink-Lagerlegierung.
  • Es wurde zwar in WO 03/023241 A2 offenbart, auf eine Lagermetallschicht aus Kupfer-Zink-Lagerlegierung mit höchstens 25 Gew.-% Zink eine Laufschicht aufzusputtern. Dies erforderte aber zwingend eine Zwischenschicht als Diffusionssperrschicht. Es wurde mit der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass bei einer Anhebung des Zink-Gehalts auf 28–33 Gew.-% die Gleitschicht direkt auf die Lagermetallschicht aufgesputtert werden kann, ohne dass es im Betrieb zu nachteiligen Diffusionen des Zinns in die Lagermetallschicht hinein kommt.
  • In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung enthält die Gleitschicht zusätzlich 0,2 bis 3 Gew.-% Silizium. Sie kann weiter vorteilhafterweise 0,2 bis 5 Gew.-% Zink enthalten.
  • Bei der Kupfer-Zink-Lagerlegierung der Lagermetallschicht kann es sich um eine im übrigen genormte Lagerlegierung gemäß DIN 17660 handeln. Vorzugsweise umfasst die Kupfer-Zink-Lagerlegierung 0,5–1,5 Gew.-% Silizium.
  • Die Lagermetallschicht aus Kupfer-Zink-Lagerlegierung kann auf die Trägerschicht aufplattiert, aufgegossen oder aufgesintert sein.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der aufgesputterten Gleitschicht um eine AlSn20Cu1 – Legierung oder um eine AlSn25Cu2,5 – Legierung.
    •

Claims (15)

  1. Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus Stahl und einer darauf aufgebrachten Lagermetallschicht aus einer Kupfer-Zink-Lagerlegierung, zur Herstellung von Gleitlagerelementen, insbesondere Gleitlagerbuchsen und Gleitlagerschalen für motorische Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zink-Lagerlegierung 28–33 Gew.-% Zink aufweist und dass unmittelbar direkt auf die Lagermetallschicht eine Gleitschicht der Zusammensetzung AlSn(15–30)Cu(0,7–2,8) aufgesputtert ist.
  2. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht aus einer AlSn(18–22)Cu(0,7–2,8) –, insbesondere aus einer AlSn(18–22)Cu(0,7–1,3) – Legierung gebildet ist.
  3. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht aus einer AlSn20Cu1 – Legierung gebildet ist.
  4. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht aus einer AlSn(23–25,5)Cu(2,3–2,8) – Legierung gebildet ist
  5. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht aus einer AlSn(23–25,5)Cu(2,3–2,8) – Legierung gebildet ist.
  6. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht aus einer AlSn25Cu2,5 – Legierung gebildet ist.
  7. Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht zusätzlich 0,2–3 Gew.-% Silizium enthält.
  8. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht zusätzlich 0,2–5 Gew.-% Zink enthält.
  9. Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zink-Lagerlegierung 0,5–1,5 Gew.-% Silizium enthält.
  10. Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zink-Lagerlegierung auf die Trägerschicht aufplattiert ist.
  11. Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zink-Lagerlegierung auf die Trägerschicht aufgegossen ist.
  12. Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Zink-Lagerlegierung auf die Trägerschicht aufgesintert ist.
  13. Gleitlagerschale, hergestellt aus einem Gleitlagerverbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  14. Verwendung einer Gleitlagerschale nach Anspruch 13 als Pleuellagerschale im großen Pleuellager eines Motorpleuels.
  15. Verwendung einer Gleitlagerschale nach Anspruch 13 als Kurbelwellenlagerschale im Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors.
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