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Verfahren zur galvanischen Herstellung eines Mehrschichten-Gleitlagers
Das Hauptpatent 960 400 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichten-Gleitlagers
aus einem Stahlstützkörper, einer mit diesem verbundenen Bleibronzeschicht als Zwischenschicht
und einer Blei-Zinn-Legierung oder einer entsprechenden Blei- und Zinnschicht als
Laufschicht. Um zu verhindern, daß durch aus der Lauffläche abwanderndes Zinn an
der Oberfläche der Zwischenschicht eine versprödete Zinn-Kupfer-Zone sich bildet
und in der Lauffläche eine unerwünschte Zinnverarmung eintritt, sieht es für die
Zwischenschicht 40 bis 50 Bleianteile vor, um auf diese Weise eine Oberflächenstruktur
des Kupfers in der Bleibronze zu erzielen, bei welcher es zur Bildung einer solchen
spröden Zone nicht kommt. Weiter soll auf diesem Wege ein stetiger als Korrosionsschutz
ausreichender, in der Laufschicht verbleibender Zinngehalt in der Weise gewährleistet
werden, daß nach Abwanderung der zur Sättigung des Bleis der Bleibronze erforderlichen
Zinnteile aus der Laufschicht in die Zwischenschicht ein Gleichgewichtszustand im
Zinnverhältnis der beiden Schichten zueinander sich einstellt.
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Diese Vorteile, welche das Hauptpatent im wesentlichen durch die dort
angegebene Ausgestaltung der Zwischenschicht mit einer besonders bleireichen Bleibronze
und einer sich dabei ergebenden oberflächenmäßig zusammenhanglosen Einlagerung der
Kupferanteile in einem Bleibett in Verbindung mit einer entsprechenden Laufschicht
verfolgt, lassen sich, wenn man bei der Zwischenschicht an der üblichen härteren
Bleibronze mit 70 bis 80 Kupfer- und 20 bis 30 Bleianteilen festhalten will, auch
in folgender Weise erreichen.
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Auf eine solche härtere Zwischenschicht wird eine Laufschicht in einem
zweischichtigen Aufbau nacheinander in zwei getrennten Ei ektrolyten_von
unterschiedlicher Zusammensetzung niedergeschlagen, wobei der untere Abschnitt in
Anlehnung an die grundsätzlichen Gedanken des Hauptpatents auf die Aufgaben ausgerichtet
ist, welche dort der besonders bleireichen Bleibronze-Zwischenschicht mit entsprechender
Oberflächenstruktur für die Gestaltung der Laufschicht zufällt, während die Ausbildung
des darauf gelegten oberen Abschnitts in erster Linie auf gutes Einlaufverhalten
abgestellt ist. Diese beiden Abschnitte der Laufschicht sollen in ihrem Diffusionsverhalten
ein Gleichgewichtsverhältnis im Zinngehalt herbeiführen, also als Ausgleichsschichten
wirken, und infolge Eintretens eines Gleichgewichtszustandes zueinander ein weiteres
Abdiffündieren von in den unteren Abschnitt der Laufschicht gelangten Zinns auf
die Oberfläche der Zwischenschicht hintanhalten.
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Zur besseren Veranschaulichung sei beispielsweise angenommen, daß
die Laufschicht eine Stärke von 0,025 mm, gleich 25/100o mm, haben soll. Diese Laufschicht
wird in zwei Abschnitten auf die maßgerecht geräumte Bleibronze-Zwischenschicht
der Lagerhalbschale galvanisch aufgetragen. Der erste Abschnitt wird dabei in einer
Schichtstärke von etwa 20/100o mm vorgesehen und aus einer gleichzeitig niederzuschlagenden
Blei-Kupfer-Legierung mit insgesamt etwa 10 bis 15 Kupferanteilen gebildet. Der
zweite Abschnitt in der Schichtstärke von etwa 5/iooo mm besteht aus einem galvanischen
Niederschlag von Zinn, an dessen Stelle auch Indium oder eine Legierung von beiden
verwandt werden kann.
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Die Ausbildung des unteren Abschnitts der Laufschicht in der gedachten
Schichtstärke von 20/iooo mm erfolgt in einem einheitlichen Elektrolyten derart,
daß, von der Zwischenschicht ausgehend, in deren Nähe, also im unteren Teil des
ersten Abschnitts der Laufschicht, das Blei mit reicheren, etwa 15 bis 20 Kupferanteilen,
niedergeschlagen wird, dagegen der vorgesehene Kupfergehalt nach oben hin allmählich
abnimmt und sich so in einem von unten nach oben verlaufenden Gefälle einstellt.
Die nunmehr in einem besonderen Elektrolyten auf diese kupferhaltige Bleischicht
niedergeschlagene Zinnschicht in der unterstellten Stärke von 5/iooo mm trifft an
ihrer Auflagefläche auf eine nur wenige zusammenhanglos angeordnete Kupferanteile
enthaltende Bleifläche. Bei einem durch besondere Wärmebehandlung oder durch die
Betriebswärme eintretenden Eindiffundieren des Zinns in die kupferhaltige Bleischicht
der Laufschicht geht ein Teil des Zinns in dieser Bleischicht in Lösung und macht
diese hierdurch korrosionsfest. Ein weiterer Teil lagert sich an die in der Bleischicht
gleichmäßig oder vorzugsweise in abnehmendem Gefälle, jedenfalls aber zusammenhanglos
abgeschiedenen
Kupferteile an und bildet dort mit diesen harte Kupfer-Zinn-Mischkristalle.
Diese wirken sich als eine Verbesserung der Laufschicht im Sinne einer erwünschten
Steigerung der Warmhärte und Ermüdungsfestigkeit aus, während eine die Zwischenschicht
gefährdende Ablagerung von Zinn an deren Oberfläche nicht mehr feststellbar ist.
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Die praktische Durchführung des oben gedachten Aufbaus der Laufschicht
ist in folgender Weise zu erzielen, wobei im wesentlichen von an sich bekannten
Elektrolyten und Anwendungsweisen ausgegangen wird.
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Soweit es sich darum handelt, eine Bleischicht mit durchschnittlich
10 bis 15 Kupferanteilen galvanisch niederzuschlagen, bieten sich die dafür bekannten
Fluoborat- oder Fluosilikatbäder an. Die Gehaltsdichte der mit dem Blei gleichzeitig
niederzuschlagenden Kupferanteile kann durch eine entsprechende Konzentration der
Kupferionen im Verhältnis zum Blei im Elektrolyten, durch die Stromdichte und durch
die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit welcher das zu bearbeitende Werkstück
als Kathode bewegt wird oder der Elektrolyt strömt. Höhere Geschwindigkeiten fördern
die Kupferabscheidung, während bei geringeren Geschwindigkeiten bis zu einer stillstehenden
Kathode oder einem ruhenden Bad die Kupferabscheidung bis auf Null herabgesenkt
werden kann. Andererseits scheidet sich bei Stromdichten unter einem bestimmten
Wert nur Kupfer ab, während bei Steigerung der Dichte über diesen Wert hinaus die
gleichzeitige Bleiabscheidung beginnt und gesteigert werden kann.
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Diese an sich bekannten Zusammenhänge eröffnen die Möglichkeit, den
Aufbau des ersten Abschnitts der Laufschicht im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung
des vorgesehenen Kupfergehalts oder vorzugsweise in einem von unten nach oben sich
mindernden Gehaltsgefälle zu gestalten.
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Statt in Form einer reinen Zinngalvanik kann die obere Lage der Laufschicht
auch mit einem Zusatz von Zink in einem einheitlichen Elektrolyten in an sich bekannter
Weise niedergeschlagen werden. Ein Zinkgehalt von etwa 20 Anteilen, auf den Zinngehalt
bezogen, wirkt sich, wie Laufversuche ergeben haben, als eine beachtliche Verbesserung
der Oberfläche der Laufschicht aus, in welcher das Zinn einen Teil des Zinks legierungsähnlich
bindet. Weiter fördert der Zinkzusatz den erstrebten Gleichgewichtszustand im Zinnverhältnis
der beiden Lagen der Laufschicht, so daß in der Berührungszone der Bleibronze-Zwischenschicht
mit der unteren Lage der Laufschicht eine freie Zinnanlagerung und eine als deren
Folge dort auftretende unerwünschte Versprödung mit Sicherheit vermieden wird.