DE1155301B

DE1155301B - Process for the production of plain bearings, consisting of a steel base and a layer of a porous metal structure

Info

Publication number: DE1155301B
Application number: DEF31062A
Authority: DE
Inventors: Dr Hermann Franssen
Original assignee: HERMANN FRANSSEN DR
Current assignee: HERMANN FRANSSEN DR
Priority date: 1960-04-22
Filing date: 1960-04-22
Publication date: 1963-10-03

Description

Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern, bestehend aus einer Stahlunterlage und einer Schicht eines porösen Metallgefüges Es ist bekannt, daß Bleibronze, d. h. ein heterogenes, inniges Gemisch von Kupfer mit Blei, für Lagerzwecke gut geeignet ist. Weiterhin ist bekannt, daß solche Gemische nur dann nutzbringend verwendet werden können, wenn sie in nicht allzu dicker Schicht auf einer Trägerunterlage - meistens aus Stahl - zur Anwendung kommen. Diese Werkstoffe aus einer Stahlunterlage mit aufgebrachter Bleibronze werden nach verschiedenen Verfahren hergestellt. Eines dieser Verfahren besteht z. B. im Aufgießen der Blei-Kupfer-Mischung auf das vorerhitzte Stahlband mit einer anschließenden Abkühlung und Bearbeitung auf Maß. Eine andere Herstellungsart ist die des Aufsinterns eines Blei-Kupfer-Pulvergemisches auf den Stahlträger. Bei beiden Arten der Herstellung ist es erforderlich, nach dem Biegen der Schalen eine weitere Bearbeitung auf die Fertigmaße des Lagers vorzunehmen, da es mit Rücksicht auf die geringe Festigkeit der Blei-Kupfer-Legierung nicht möglich ist, diese in genau fertig bearbeitetem Zustand der Biegebeanspruchung zu unterwerfen. Es wird weiterhin gewünscht, daß diese Legierungen möglichst porenfrei und dicht sind, damit durch die beim Benutzen der Lager auftretende einseitige Druck- und Stoßbeanspruchung nicht vorzeitig eine Ermüdung und Zermürbung des Werkstoffes eintritt.Process for the production of plain bearings, consisting of a steel base and a layer of a porous metal structure. It is known that lead bronze, i.e. H. a heterogeneous, intimate mixture of copper and lead, well suited for storage purposes is. It is also known that such mixtures can only be used to good effect if they are in a not too thick layer on a backing pad - mostly made of steel - are used. These materials from a steel base with applied lead bronze are manufactured using various processes. One this method consists e.g. B. in pouring the lead-copper mixture on the preheated Steel strip with subsequent cooling and processing to size. Another The production method is the sintering of a lead-copper powder mixture on the Steel beam. Both types of production require after bending to carry out further processing of the shells to the finished dimensions of the bearing, because it is not possible with regard to the low strength of the lead-copper alloy is to subject them to bending stress in a precisely finished state. It is also desired that these alloys should be as pore-free and dense as possible are, so by the unilateral pressure and pressure that occurs when using the bearings Impact stress does not result in premature fatigue and attrition of the material.

Eine unangenehme Eigenschaft dieser Lager ist die, daß sie eine verhältnismäßig geringe Temperaturfestigkeit haben, da das an der Struktur mitbeteiligte Blei schon bei niedrigen - zum Teil Zimmertemperaturen - ein plastisches Verhalten zeigt, wodurch irreversible Formänderungen eintreten können.An unpleasant characteristic of these camps is that they are relatively have low temperature resistance, because the lead involved in the structure already at low - sometimes room temperatures - shows a plastic behavior, whereby irreversible changes in shape can occur.

Diese Überlegungen gelten sinngemäß auch für Kupfer-Zinn-Blei-Werkstoffe oder ähnliche für Gleitzwecke eingesetzte Legierungen.These considerations also apply mutatis mutandis to copper-tin-lead materials or similar alloys used for sliding purposes.

Dieser Mangel ist vermeidbar, wenn die Gleitwerkstoffschicht mit einem oder mehreren Stoffen, die bei hoher Temperatur plastisch sind, aufgefüllt wird, die ihr notwendige mechanische Versteifung geben, ohne daß dabei die günstigen Gleiteigenschaften verringert werden.This deficiency can be avoided if the sliding material layer with a or several substances that are plastic at high temperature are filled, give it the necessary mechanical stiffening without affecting the favorable sliding properties be reduced.

Es ist ein Gleitlager aus mindestens an der Oberfläche porösem Metall, das eine reibungsvermindernde Substanz enthält, bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 962 56l), wobei den Poren des zusammenhängenden Metallgefüges von vorzugsweise feiner Struktur Polytetrafluoräthylen einverleibt ist. Ein solches Gleitlager wird dadurch hergestellt, daß ein Gemisch aus pulverförmigem Polytetrafluoräthylen und einem Metall, wie Silber, das sich bei Temperaturen unter 400° C sintern läßt, oder einer entsprechenden Metallegierung gesintert wird. Dabei kann das Pulvergemisch zunächst kalt gepreßt und dann in einer Atmosphäre eines Schutzgases gesintert werden. Dieser gesinterte Körper wird alsdann, während er noch heiß ist, in die genaue, endgültige Form gepreßt. Nach einer anderen Ausführungsform kann zur Herstellung eines zusammengesetzten, dünnwandigen Lagers mit einer Stahl-, Bronze- oder anderen geeigneten Unterlage ein z. B. aus Stahl bestehender ebener Rohling auf seiner Oberfläche durch Elektroplattierung mit einer Kupferschicht und danach mit einer Silberschicht versehen werden, worauf auf diesen elektroplattierten Rohling eine Schicht des Pulvergemisches aus Polytetrafluoräthylen und Silber aufgebracht und unter Druckanwendung gesintert und gepreßt wird.It is a plain bearing made of metal that is at least on the surface porous, which contains a friction-reducing substance, became known (German patent 962 56l), the pores of the cohesive metal structure of preferably finer Structure polytetrafluoroethylene is incorporated. Such a plain bearing is thereby made that a mixture of powdered polytetrafluoroethylene and one Metal, such as silver, which can be sintered at temperatures below 400 ° C, or one corresponding metal alloy is sintered. The powder mixture can initially cold pressed and then sintered in an atmosphere of a protective gas. This sintered body is then, while it is still hot, into the exact, final Pressed shape. According to another embodiment, for the production of a composite, thin-walled bearing with a steel, bronze or other suitable base a z. B. flat blank made of steel on its surface by electroplating be provided with a copper layer and then with a silver layer, whereupon on this electroplated blank a layer of the powder mixture of polytetrafluoroethylene and silver is applied and sintered and pressed under the application of pressure.

Schließlich sind auch weitere Verfahren zur Herstellung solcher Gleitlager bekannt, die grundsätzlich auf dem Prinzip beruhen, einen porösen Metallkörper herzustellen und diesen mit geeigneten Gleit- oder Reibstoffen zu versehen. Im wesentlichen bedient man sich bei der Herstellung des porösen Trägerkörpers der Sinterung von Metallpulvern. So werden beispielsweise poröse Gleitlager aus Kupferpulver und geringen Mengen von Zinnpulver durch Sintern oberhalb des Schmelzpunktes von Zinn und anschließender Tränkung mit Schmieröl hergestellt.Finally, there are also other methods of manufacturing such plain bearings known, which are basically based on the principle of producing a porous metal body and to provide them with suitable lubricants or friction materials. Essentially served the sintering of metal powders is used in the production of the porous support body. For example, porous plain bearings are made from copper powder and small quantities of tin powder by sintering above the melting point of tin and then Impregnation made with lubricating oil.

Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung von Gleitlagern, die aus -einer Stahlunterlage und einer Schicht eines porösen Metallgefüges aufgebaut und dessen Poren mit einem Kunststoff ausgefüllt sind, in der Weise verfahren, daß die Stahlunterlage mit einer aus Metallpulvern und Zinnoxyd gebildeten, porösen Schicht versehen wird, indem das Gemisch von Metallpulvern und Zinnoxyd entweder in Pulverform oder in einem vorverdichteten Körper mit der Stahlunterlage durch gemeinsame Erhitzung unter Anwesenheit von Wasserstoff auf eine Temperatur oberhalb der Reduktionstemperatur von Zinnoxyd durch Wasserstoff fest verbunden wird, und die Poren der so auf der Unterlage befestigten porösen Schicht bis zur Bildung einer zusammenhängenden Oberfläche mit Polyoxymethylen aufgefüllt werden.According to the invention, for the production of plain bearings that consist of -A steel base and a layer of a porous metal structure and built up whose pores are filled with a plastic, proceed in such a way that the Steel base with one formed from metal powders and tin oxide, porous layer is provided by the mixture of metal powders and tin oxide either in powder form or in a pre-compressed body with the steel base by co-heating in the presence of hydrogen to a temperature solidly bound by hydrogen above the reduction temperature of tin oxide is, and the pores of the so attached to the base porous layer to Forming a cohesive surface to be filled with polyoxymethylene.

Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Kupferpulver oder komplexem Kupfer-Blei-Pulver und Zinnoxyd, insbesondere in Form von Metazinnsäure. erwiesen. Hierbei wird unter einem komplexen Pulver eine fertig gemischte Zusammensetzung von mindestens zwei Komponenten in jedem Einzelteilchen verstanden, im Gegensatz zu einem Gemisch, bei dem einzelne Teilchen nur aus der einen und andere Teilchen nur aus einer anderen Komponente bestehen. Im vorliegenden Zusammenhang liegt der Vorteil der Verwendung des komplexen Pulvers darin, daß bei einer etwaigen Beschädigung der Kunststoffoberfläche oder einer Unterbrechung in ihr die dann hervortretenden Metallteilchen aus einem lagergünstigeren Metallgemisch bestehen.The use of copper powder has proven to be particularly advantageous here or complex copper-lead powder and tin oxide, especially in the form of metazinic acid. proven. Here, under a complex powder, a ready-mixed composition is created understood by at least two components in each individual particle, in contrast to a mixture in which individual particles only consist of one and other particles consist of just one other component. In the present context is the The advantage of using the complex powder is that if it is damaged the plastic surface or an interruption in it which then emerges Metal particles consist of a metal mixture that is cheaper to store.

Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen durchgeführt werden: Ein Gemisch aus Blei-Kupfer-Komplexpulver mit Zinnoxyd, beispielsweise in einer Menge von 5 bis 8%, wird in eine geeignete Form gebracht, gegebenenfalls gepreßt oder gewalzt. Es wird dann auf einen Stahlgrundkörper, gegebenenfalls unter Verwendung einer die Bindung fördernden Zwischenschicht, aufgelegt und einer Temperaturbehandlung unter Schutzgas unterworfen. Dabei entsteht ein Körper aus einer Stahlunterlage und einer darauf befindlichen, fest angebundenen porösen Schicht aus Kupfer-Zinn-Blei, der je nach Behandlungstemperatur, z. B. oberhalb 800° C, eine größere mechanische Festigkeit aufweist. In diesem Zustand ist das Material bereits durch Pressen oder Walzen so weit verformbar, daß eine nennenswerte Änderung der Abmessungen möglich ist. Durch die Legierung zwischen Kupfer und Zinn ist dieser Körper auch bereits fester gegen Schlag-und Druckbeanspruchungen als ein Körper ohne Zugabe von Zinn. Durch Auffüllen seines Restporenvolumens mit dem volumenbeständigen Polyoxymethylen wird dann erreicht, daß er bei Walz-, Preß-oder Biegebehandlungen seine Festigkeit behält, ohne daß das Blei-Kupfer-Gemisch in seiner Struktur zermürbt wird. Auf diese Weise ist es möglich, zu Körpern zu kommen, die auf ein vorgegebenes Maß innerhalb sehr enger Toleranzen ausgewalzt oder gepreßt werden können, so daß sie nach der anschließenden Biegebehandlung zu Lagerschalen keiner weiteren Fertigbearbeitung mehr bedürfen. Verfahren, mit denen ein so genaues Biegen von Streifen zu Lagerschalen durchzuführen ist, daß nach dem Biegen keine weitere Bearbeitung erforderlich ist, sind bekannt.For example, the method according to the invention can be as follows be carried out: A mixture of lead-copper complex powder with tin oxide, for example in an amount of 5 to 8%, is brought into a suitable shape, optionally pressed or rolled. It is then placed on a steel body, optionally under Use of an intermediate layer that promotes bonding, applied and a temperature treatment subjected to inert gas. A body is created from a steel base and a firmly attached porous layer made of copper-tin-lead, depending on the treatment temperature, e.g. B. above 800 ° C, a larger mechanical Has strength. In this state the material is already through pressing or Rolls deformable to such an extent that a significant change in dimensions is possible is. Due to the alloy between copper and tin, this body is also already there more resistant to impact and pressure than a body without the addition of tin. By filling the remaining pore volume with the volume-stable polyoxymethylene it is then achieved that it retains its strength during rolling, pressing or bending treatments retains without the lead-copper mixture being worn down in its structure. To this Way it is possible to get to bodies that are within a given dimension very tight tolerances can be rolled out or pressed, so that they can after the subsequent bending treatment to form bearing shells, no further finishing need more. Process by which such an accurate bending of strips into bearing shells must be carried out so that no further processing is required after bending, are known.

Unterschiedlich von dem oben beschriebenen, bekannten Verfahren wird vorteilhaft gemäß der Erfindung als Kunststoff, mit dem der Porenraum des Metallskelettes ausgefüllt wird, Polyoxymethylen verwendet. Dieser Kunststoff ist in seinen Eigenschaften und damit auch in den bei seiner Verwendung als Gleit- oder Reibstoff auftretenden technischen Wirkungen vorteilhaft.It differs from the known method described above advantageously according to the invention as a plastic with which the pore space of the metal skeleton is filled in, polyoxymethylene is used. This plastic is in its properties and thus also in those occurring when it is used as a lubricant or friction material technical effects advantageous.

Bei der Verwendung von Polytetrafluoräthylen (im folgenden kurz »PTFE« genannt) wird zunächst eine Reibung von Metall auf Metall und damit eine Erwärmung erzeugt. Diese Erwärmung bewirkt ein Ausdehnen und damit Hervorquellen des »PTFE« aus den Poren des Skeletts. Das »PTFE« verteilt sich dann zwischen Lager und Welle und verschmiert dort, so daß seine Wirkungsweise vergleichsweise die eines Schmiermittels ist. Bei starker Lokalüberhitzung depolymerisiert das »PTFE« außerdem und repolymerisiert an kalten Stellen, so daß also im eigentlichen Sinne eine Stoffwanderung auftritt. Damit verbunden ist verständlicherweise eine Formunbeständigkeit, die sich darin äußert, daß ein mit »PTFE« versehenes Lager sich ausweitet und allgemein seine geometrische Form nicht beibehält. Die Einhaltung von Toleranzen ist deshalb bei solchen Lagern in einem nur geringen Maß möglich oder mit einer größeren Toleranzbreite als bei anderen Lagern. Die Wirkung des »PTFE« ist also mehr die eines Schmiermittels und nicht die eines Antifriktionswerkstoffes.When using polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as »PTFE« First of all, there is friction between metal and metal and thus heating generated. This heating causes the »PTFE« to expand and thus swell out. from the pores of the skeleton. The »PTFE« is then distributed between the bearing and the shaft and smeared there, so that its mode of action comparatively that of a lubricant is. In the event of strong local overheating, the »PTFE« also depolymerizes and repolymerizes in cold places, so that there is actually a migration of substances. Understandably connected with this is a form inconsistency that is contained in it expresses that a bearing provided with "PTFE" expands and, in general, its geometric shape Does not maintain shape. Compliance with tolerances is therefore essential for such bearings only possible to a small extent or with a greater tolerance range than for other camps. The effect of the »PTFE« is more like that of a lubricant and not that of an anti-friction material.

Demgegenüber tritt bei der Verwendung von Polyoxymethylen (im folgenden kurz »POM« genannt) keine Stoffwanderung ein, da das »POM«-Molekül ein sehr fest stabilisiertes Molekül ist, das vollständig abgesättigt ist und bei einer etwaigen Aufspaltung gleich vollständig zerfällt und nicht repolymerisierbar ist. Dementsprechend besitzt es eine wesentlich größere Festigkeit als das »PTFE« und damit größere Form- und Kantenbeständigkeit, die sich darin äußert, daß mit einem solchen Lager wesentlich engere Toleranzen eingehalten werden können. Die Reibung erfolgt auch nicht im Stoff selbst, sondern zwischen »POM« und Stahlwelle. Der Beweis hierfür ist einfach in folgender Weise zu erbringen: Während bei der Gleitung von »POM« auf »POM« der sogenannte »Stick-slip«-Effekt auftritt, fehlt er beim Gleiten von Stahl auf »POM«. Es hat sich erwiesen, daß Lager gemäß der Erfindung keinen »Stick-slip«-Effekt zeigen, so daß also die Gleitung sicher zwischen »POM« und Stahl auftritt. Das »POM« ist demnach also ein eigentliches Antifriktionsmaterial und verhält sich demnach ähnlich wie ein Lagermaterial, während das »PTFE« ein Schmiermittel darstellt. Durch das Austreten von »PTFE« aus den Poren des Metallskeletts verliert das Metallskelett an Festigkeit, wodurch die Formbeständigkeit weiter herabgesetzt wird.In contrast, when using polyoxymethylene (hereinafter called »POM« for short), because the »POM« molecule is very solid stabilized molecule that is completely saturated and at any Splitting immediately disintegrates completely and is not repolymerizable. Accordingly it has a much greater strength than the »PTFE« and therefore a larger shape and edge resistance, which manifests itself in being essential with such a bearing closer tolerances can be maintained. There is also no friction in the fabric itself, but between »POM« and steel shaft. The evidence for this is simple in to be provided in the following way: While the so-called If the “stick-slip” effect occurs, it is absent when steel slides on “POM”. It has it has been found that bearings according to the invention show no "stick-slip" effect, so that the sliding occurs safely between "POM" and steel. The "POM" is therefore an actual anti-friction material and therefore behaves similarly like a bearing material, while the "PTFE" is a lubricant. By the "PTFE" leaking out of the pores of the metal skeleton loses the metal skeleton in strength, whereby the dimensional stability is further reduced.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of plain bearings which are constructed from a steel base and a layer of a porous metal structure, the pores of which are filled with a plastic, characterized in that the steel base is provided with a porous layer formed from metal powders and tin oxide in that the mixture, either in powder form or in a pre-compressed body, is firmly bonded to the steel base by joint heating in the presence of hydrogen to a temperature above the reduction temperature of tin oxide by hydrogen and the pores of the porous layer are filled with polyoxymethylene until a cohesive surface is formed will.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a mixture of lead-copper complex powder is used to form the porous intermediate layer is used with tin oxide.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that the thickness tolerances contained in the metal layers by rolling the Polyoxymethylene layer can be balanced in the plastic state. Considered Publications: German Patent No. 962 561; German interpretative document no. 1065 182; British Patent No. 701690; U.S. Patent No. 2,691,814.