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Mehrschichtenlager Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrschichtenlager
mit einem Stützkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einer Laufschicht
aus einer Kupfer-Blei-Legierung.
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Leichtmetalle, wie Aluminium und dessen Legierungen, können überall
dort mit Vorteil angewendet werden, wo große Widerstandsfähigkeit und Festigkeit
je Gewichtseinheit gefordert werden. Dieses ist besonders bei der Herstellung von
Werkstücken im Flugzeugwesen der Fall, und zwar beispielsweise bei Lagern und Pumpenbuchsen.
Es ist weiter bekannt, daß Aluminium und dessen Legierungen zwar gute Lagerflächen
bilden, daß jedoch andererseits Kupfer-Blei-Legierungen bessere Lagereigenschaften
aufweisen und daß sich Schwierigkeiten ergeben, wenn man Aluminium und dessen Legierungen
mit diesen Kupfer-Blei-Legierungen verbinden will, da kaum eine starke und duktile
Haftung erreicht wird. Es wurde bereits ein Verfahren beschrieben, um eine Verbindung
zwischen Aluminium und dessen Legierungen mit einer Kupfer-Blei-Legierung herzustellen,
welche eine überaus starke und duktile Haftung ergibt. Gemäß dem bekannten Verfahren
verwendet man Zinn oder hauptsächlich aus Zinn bestehende Legierungen als Bindemittel,
um die Teile endgültig zu verbinden. Auf Grund der verhältnismäßig niedrigen Schmelztemperatur
des Bindemittels können jedoch derartig zusammengesetzte Mehrschichtenlager nur
bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen und keinesfalls bei Temperaturen über
150° C benutzt werden.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Mehrschichtenlager mit einem
Stützkörper aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung und einer Laufschicht aus
einer Kupfer-Blei-Legierung in Vorschlag gebracht, das eine hochwertige und beständige
Bindung beispielsweise bis zu Temperaturen von 260° C ergibt und das dadurch gekennzeichnet
ist, daß zwischen dem Stützkörper und der Laufschicht eine Zwischenschicht aus .einer
Bleilegierung mit geringen Gehalten an Silber und Zinn angeordnet ist. Dadurch wird
eine äußerst stabile und duktileHaftung erreicht, die auch bei hohen Temperaturen
erhalten bleibt. Besonders vorteilhaft verwendet man eine Bleilegierung, die aus
95°/o Blei, 1,5 bis 2,5°/o Silber und Rest Zinn besteht. Es ist zweckmäßig,
zwischen dem Stützkörper und der Bleilegierung eine Schicht aus einer Kupfer-Zinn-Legierung
anzuordnen und gegebenenfalls noch zwischen dem Stützkörper und der Schicht derKupfer-Zinn-Legierung
zusätzlich eine Kupferschicht aufzudampfen. Dabei besteht die Kupfer-Zinn-Legierung
vorteilhaft aus 80 bis 85 % Kupfer und Rest Zinn und wird in einer Schichtdicke
von mindestens 0,025 bis 0,05 mm, vorzugsweise von 0,127 mm, angeordnet. Ein solches
Mehrschichtenlager nach der Erfindung wird durch Verbinden der Schichten mit der
Bleilegierungsschicht in einem Temperaturbereich zwischen 340 und 440° C hergestellt.
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Die Mehrschichtenlager nach der Erfindung lassen sich besonders vorteilhaft
als Pumpenlagerbuchsen einsetzen, welche eine Bronzelagerfläche aufweisen und bei
verhältnismäßig hohen Temperaturen zu verwenden sind.
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Beispielsweise Ausführungsformen des Mehrschichtenlagers nach der
Erfindung sind in der Abbildung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch
ein Lagerteil und Gehäuse, Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Lagers,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Pumpenlagerbuchse, Fig. 4 ein Außenlager gemäß der
Erfindung während der Herstellung.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein mit Futter versehenes Lager wiedergegeben,
welches aus einem Gehäuse oder einer Hülse 10 aus Aluminium oder einer hauptsächlich
aus Aluminium bestehenden Legierung, einem Lagerfutter oder einer Buchse 11 aus
einer Kupfer-Blei-Legierung, einem Überzug 12 aus Kupfer und einem Überzug 13 aus
einer Kupfer-Zinn-Legierung auf dem Gehäuse und einem Bindemitte114 aus einer Blei-Silber-Zinn-Legierung
besteht, welche das Gehäuse mit dem Futter verbindet. Eine zweckmäßige Kupfer-Blei-Legierung
kann aus 80% Kupfer und 20% Blei bestehen, während eine zweckmäßige Aluminiumlegierung
aus 2,51/o Kupfer, 0,5 % Magnesium, 0,5 % Mangan und restlichem Aluminium besteht.
Selbstverständlich können auch andere Legierungen mit zweckmäßigen Zusammensetzungen
verwendet
werden. Die Kupfer-Zinn-Legierung, welche den Überzug 13 bildet, besteht aus 80
bis 85 % Kupfer, während der Rest Zinn ist; das Bindemittel 14 ist eine Legierung,
die aus 95% Blei, 11/2 bis 21/2% Silber und Rest Zinn besteht.
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Zur Herstellung des Mehrschichtenlagers werden die Metallteile zunächst
maschinell roh vorgeformt und dann wie folgt vorbehandelt: Vorbereitung der Aluminiumlegierung
1. Entfettung zur Entfernung von Schneidölen.
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2. Abätzen in 10o/oiger Natrönlauge bei Zimmertemperatur für die Dauer
von 10 Minuten.
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3. Abspülen in Wasser von 60° C.
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4. 5 bis 10 Sekunden eintauchen in konzentrierte Salpetersäure oder
so lange, bis alle Flecken entfernt sind.
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5. Abspülen in kaltem Wasser.
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6. Tauchen in einem Zinkatbad für die Dauer von 15 bis 45 Sekunden.
Das Werkstück soll gleichförmiggrauwerden. Falls sich Flecken bilden, werden die
Verfahrensschritte 4, 5 und 6 wiederholt. 7. Abspülen in kaltem Wasser.
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B. Verkupfern durch Hämmern oder Aufdampfen. 9. Abspülen in kaltem
Wasser.
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10. Überziehen mit einer Kupfer-Zinn-Legierung von mindestens 0,025
bis 0,05 mm.
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11. Abspülen in kaltem Wasser. 12. Abspülen in heißem Wasser. 13.
Trocknen.
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14. Aufbringen eines zweckentsprechenden Flußmittels auf das Metall
und dann Aufbringung einer Blei-Silber-Zinn-Legierung bei einer Temperatur von 340
bis 440° C.
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Vorbereitung des Kupfer-Blei-Futters 1. Säubern und Abätzen.
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2. Aufbringen eines zweckmäßigen Flußmittels auf das Metall. Dann
Aufbringung eines Überzuges aus einer Blei-Silber-Zinn-Legierung bei 340 bis 440°
C.
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Der Kupferüberzug, der durch Hämmern oder Aufdampfen erzeugt wird,
und der Überzug aus einer Kupfer-Zinn-Legierung auf das betreffende Werkstück bezweckt
die Schaffung einer Oberfläche, auf welcher das Bindemittel besser anhaften kann.
Das Bindemittel haftet schwerer direkt auf dem Aluminium, da sich auf diesem bei
Zutritt von Luft ein Aluminiumoxydfilm bilden kann. Das Kupfer wird wegen der guten
Haftfähigkeit auf das Aluminium aufgedampft. Die Kupfer-Zinn-Legierung wird darüber
angeordnet, und zwar in einer Dicke von mindestens 0,025 bis 0,05 mm. Die vorteilhafte
Dicke des zuletzt erwähnten Überzuges beträgt 0,127 mm. Die Kupfer-Zinn-Legierung
wird benutzt, da sie eine gute Fläche zum Anhaften des Bindemittels bildet.
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Als übliches Flußmittel wird eine sehr aktive und angreifende saure
Halogenverbindung benutzt. Natürlich können auch andere Flußmittel bei dem vorliegenden
Verfahren verwendet werden.
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Die zur Herstellung der Verbindung benutzten Temperaturen liegen in
dem Bereich von 340 bis 440° C. Somit ist ersichtlich, daß eine verhältnismäßig
hohe Verbindungstemperatur bei diesem Verfahren benutzt wird.
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Fig. 3 zeigt eine Pumpenbuchse, wie sie bei Druckpumpen Verwendung
finden. Die Buchse besteht aus einem Buchsenteil 15 aus Aluminium oder einer Aluminium.le@gierung,
einer Lagerfläche 16 aus einer Kupfer-Blei-Legierung, einem aufgedampften Kupferüberzug
17, einem Kupfer-Zinn-Überzug 18 und der Bindeschicht 19 aus einer Blei-Silber-Zinn-Legierung.
Die Teile werden. auf die gleiche Weise vorbereitet und zusammengesetzt, wie es
in bezug auf die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführung beschrieben worden ist,
es können auch die gleichen Legierungen benutzt werden. Natürlich kann dieses Verbinden
auch unter Druck ausgeführt werden, um einen einheitlichen Körper zu erhalten. Selbstverständlich
kann der rohrförmige Teil mit einer inneren oder äußeren aufgebrachten Lagerfläche
versehen sein, falls es notwendig oder erwünscht ist.
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In Fig. 4 ist mit 20 das Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierung
und mit 21 das Kupfer-Blei-Werkstück bezeichnet. 22 ist die aufgedampfte Kupferschicht
und 23 ist der Kupfer-Zinn-Überzug auf dem Werkstück aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
der Haftüberzug ist mit 24 bezeichnet. In dieser Figur ist eine Schicht 25 aus geschmolzenem
Bindemetall vorgesehen. Im übrigen ist die Vorbereitung der Metalle und die Durchführung
des Verfahrens die gleiche wie in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.
Die vorliegende Ausführung ergibt ein Außenlager.
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Bei jeder der oben beschriebenen Abwandlungen wurde festgestellt,
daß die so hergestellten Werkstücke auf ihre Endmaße weiterbearbeitet werden können,
ohne daß die Bindung leidet.