DE1300460B - Wear-resistant sliding element for bearing constructions - Google Patents

Wear-resistant sliding element for bearing constructions

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DE1300460B
DE1300460B DEM63004A DEM0063004A DE1300460B DE 1300460 B DE1300460 B DE 1300460B DE M63004 A DEM63004 A DE M63004A DE M0063004 A DEM0063004 A DE M0063004A DE 1300460 B DE1300460 B DE 1300460B
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Description

Die Erfindung betrifft ein verschleißfestes Gleitelement für Lagerkonstruktionen mit einer verschleißfesten Zusammensetzung auf einer Unterlage, wobei die Zusammensetzung Nickeloxid und/oder Kobaltoxid und einen Zusatz, der gegebenenfalls Calciumfluorid sein kann, enthält.The invention relates to a wear-resistant sliding element for bearing structures with a wear-resistant composition on a base, the composition Nickel oxide and / or cobalt oxide and an additive, optionally calcium fluoride can be contains.

Die Verwendung von Nickeloxid und/oder Kobaltoxid in Lagerflächen zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen ist bekannt. Bei Temperaturen unter etwa 600°C erleiden jedoch aus ungeklärten Gründen das Nickel-oder Kobaltoxid einen übermäßigen Verschleiß, was einen erheblichen Nachteil darstellt, da dieser Temperaturbereich - selbst wenn die Temperaturen im Dauerbetrieb höher liegen - zwangläuflg beim Anfahren durchlaufen werden muß.The use of nickel oxide and / or cobalt oxide in storage areas to improve the sliding properties and wear resistance at high temperatures is known. At temperatures below about 600 ° C, however, suffer for unexplained reasons the nickel or cobalt oxide excessive wear, which is a significant disadvantage represents because this temperature range - even if the temperatures are in continuous operation higher - must necessarily be run through when starting up.

So ist ein für Gleitlager bei sehr hohen Temperaturen geeignetes Material aus etwa 25 °% Kobaltoxid und 75 % Calciumfluorid bekannt, wobei gesintertes Calciumfluorid als Gleitmittel verwendet und - wegen der schlechten Haftung an der Unterlage - mit Kobaltoxid als Bindemittel versetzt ist. Die Gleitmittelwirkung wird dem Calciumfluorid zugeschrieben.For example, a material suitable for sliding bearings at very high temperatures is known and consists of about 25% cobalt oxide and 75 % calcium fluoride, sintered calcium fluoride being used as a lubricant and - because of the poor adhesion to the substrate - cobalt oxide is added as a binding agent. The lubricant effect is attributed to calcium fluoride.

Es wäre nun zu erwarten, daß bei Erniedrigung der Menge an Calciumfluorid eine Verschlechterung der Lagereigenschaften resultieren würde.It would now be expected that when the amount of calcium fluoride is decreased a deterioration in the storage properties would result.

Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, daß es einen recht engen Bereich gibt, in dem gewisse Zusätze die Verschleißeigenschaften von Nickeloxid und/oder Kobaltoxid gerade bei Temperaturen unter 600°C in erstaunlicher Weise erhöhen.Surprisingly, however, it has been found that it is quite tight There is a range in which certain additives reduce the wear properties of nickel oxide and / or increase cobalt oxide in an astonishing way, especially at temperatures below 600 ° C.

Das verschleißfeste Gleitelement für Lagerkonstruktionen mit einer verschleißfesten Zusammensetzung auf einer Unterlage, wobei die Zusammensetzung Nickeloxid und/oder Kobaltoxid und einen Zusatz, der gegebenenfalls Calciumfluorid sein kann, enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz ein Fluorid, Phosphat oder Borat eines Metalls der Gruppe Ha des Periodischen Systems oder Bleimonoxid ist, und in einer Menge von 5 bis 25 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorliegt.The wear-resistant sliding element for bearing constructions with a Wear-resistant composition on a base, the composition Nickel oxide and / or cobalt oxide and an additive, optionally calcium fluoride can be, contains, is characterized in that the additive is a fluoride, phosphate or borate of a metal from group Ha of the periodic table or lead monoxide and is present in an amount of from 5 to 25 percent by weight of the composition.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz aus Magnesium- oder Calciumpyrophosphat, Calciumpyroborat oder Magnesium- oder Bariumfluorid besteht, der Zusatz in einer Menge von 8 bis 15 Gewicbtsprozent der Zusammensetzung vorliegt, die verschleißfeste Zusammensetzung zusätzlich ein Oxid enthält, das mit dem Nickel- und/oder Kobaltoxid eine eutektische Mischung bilden kann, das zusätzliche Oxid aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Stannioxid oder Titandioxid oder einem Gemisch davon besteht und daß die verschleißfeste Zusammensetzung durch Flammspritzen auf die Unterlagen aufgetragen ist.Preferred embodiments of the invention are characterized in that that the addition of magnesium or calcium pyrophosphate, calcium pyroborate or magnesium or barium fluoride, the additive in an amount of 8 to 15 percent by weight the composition is present, the wear-resistant composition is additionally one Contains oxide that forms a eutectic mixture with the nickel and / or cobalt oxide can form the additional oxide of aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, stannous oxide or titanium dioxide or a mixture thereof and that the wear-resistant composition is applied to the substrates by flame spraying.

Das verschleißfeste Material kann gemäß einer zweckmäßigen Arbeitsweise auch auf die Unterlage aufgesintert sein. Weiterhin ist die Bindung des Materials auf der Unterlage in einer Emaille möglich. Diese Arbeitsweisen sind dem Fachmann an sich bekannt.The wear-resistant material can according to a convenient procedure also be sintered onto the base. Furthermore, the binding of the material possible on the base in an enamel. These modes of operation are known to those skilled in the art known per se.

Der Schmelzpunkt der erfindungsgemäß vorliegenden und oben gezeigten Zusätze liegt über 700°C. Calciumfluorid wird besonders bevorzugt. Es wirkt bis zu Temperaturen von 900°C als gutes Gleitmittel und ist im Bereich von 200 bis 600°C besonders wirksam.The melting point of those present in the present invention and shown above Additions is above 700 ° C. Calcium fluoride is particularly preferred. It works up to temperatures of 900 ° C as a good lubricant and is in the range of 200 to 600 ° C particularly effective.

Die erfindungsgemäßen verschleißfesten Gleitelemente erniedrigen - wie eingangs schon ausgeführt -den Verschleiß bei Temperaturen unter 600'C in besonders starker Weise. So erniedrigen 10 % Calciumfluorid zusammen mit 90 % Nickeloxid den Abrieb bei 400°C auf ein Drittel des Abriebs, der mit reinem Nickeloxid, und auf ein Sechstel des Wertes, der mit 35 °/o Calciumfluorid erhalten wird.The wear-resistant sliding elements according to the invention lower - as already stated at the beginning - the wear at temperatures below 600 ° C. in a particularly strong manner. For example, 10 % calcium fluoride together with 90 % nickel oxide reduce the abrasion at 400 ° C. to one third of the abrasion that is obtained with pure nickel oxide and to one sixth of the value that is obtained with 35% calcium fluoride.

Gemäß einer Modifikation kann das Nickeloxid und/oder Kobaltoxid bei Einsatz des Gleitelements in oxydierender Atmosphäre teilweise durch das entsprechende Metall ersetzt werden, da das Metall allmählich in situ oxydiert wird. Es muß jedoch schon zu Anfang eine Oxidmenge vorliegen, die sicherstellt, daß das Element sofort bei Erreichen der hohen Temperatur die für Nickeloxid und/oder Kobaltoxid charakteristischen Gleiteigenschaften hat. Diese Oxidmenge beträgt im allgemeinen wenigstens 30 °/o der Lagerfläche. Die Oxydation des Metalls in situ muß ausreichen, um die Oxydschicht kontinuierlich in dem Maße zu ersetzen, wie sie abgerieben wird.According to a modification, the nickel oxide and / or cobalt oxide can be added Use of the sliding element in an oxidizing atmosphere partly through the corresponding Metal as the metal is gradually oxidized in situ. However, it must an amount of oxide is already present at the beginning which ensures that the element is immediately present when the high temperature is reached, the characteristic of nickel oxide and / or cobalt oxide Has sliding properties. This amount of oxide is generally at least 30% the storage area. The oxidation of the metal in situ must be sufficient to form the oxide layer to replace continuously as it is worn off.

Der für manche Zwecke wünschenswerte Zusatz weiterer Oxide, wofür als bevorzugte Beispiele Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Stannioxid oder Titandioxid oder Gemische davon gezeigt wurden, bewirkt durch Eutektikumsbildung mit dem gesamten Nickeloxid und/oder Kobaltoxid oder einem Teil davon eine Herabsetzung der Temperatur, die für die Sinterung oder andere Beschichtungsarbeitsweisen erforderlich ist.The addition of further oxides, which is desirable for some purposes, for which as preferred examples, aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, stannous oxide or Titanium dioxide or mixtures thereof have been shown to be caused by eutectic formation with all or part of the nickel oxide and / or cobalt oxide a reduction the temperature required for sintering or other coating operations is.

Zur Herstellung einer Mischung der verschiedenen Komponenten des Materials für die verschleißfesten Gleitelemente hat sich sowohl das Vermahlen in der Kugelmühle als auch das trockene Vermischen als geeignet erwiesen.To produce a mixture of the different components of the material For the wear-resistant sliding elements, both grinding in the ball mill has proven itself as well as dry blending have been found suitable.

Das Ausgangsmaterial kann in üblicher Weise zu verschleißfesten Gleitelementen für Lagerkonstruktionen geformt werden, wobei insbesondere das Flammspritzen, aber auch das Aufsintern oder Aufbringen in Form einer Emaille bevorzugt wird. Die Lagerflächen können direkt auf die Unterlagen aufgebracht werden, es kann jedoch auch eine Zwischenschicht unterlegt werden, wenn dies gewünscht wird.The starting material can be converted into wear-resistant sliding elements in the usual way for bearing structures, in particular flame spraying, but sintering on or application in the form of an enamel is also preferred. The storage areas can be applied directly to the substrate, but an intermediate layer can also be used underlaid if so desired.

Die für die Lager verwendeten Unterlagen können so ausgewählt werden, daß die optimalen mechanischen und sonstigen Eigenschaften erreicht werden. Soweit wie möglich sollte man dafür sorgen, daß der Ausdehnungskoeffizient der Unterlage und der der Lagerfläche im wesentlichen gleich sind.The documents used for the bearings can be selected in such a way that that the optimal mechanical and other properties are achieved. So far as possible one should ensure that the expansion coefficient of the base and that of the storage area are substantially the same.

Es wurde gefunden, daß erfindungsgemäße Gleitelemente für Lagerkonstruktionen über den ganzen Temperaturbereich von 20 bis 1000°C fast gleichmäßig wirksam sind.It has been found that sliding elements according to the invention for bearing structures are almost uniformly effective over the entire temperature range from 20 to 1000 ° C.

Die erfindungsgemäßen verschleißfesten Gleitelemente für Lagerkonstruktionen können vielfältige Anwendung finden, beispielsweise in den bekannten Cercor-Waben-Keramik-Wärmeaustauschern und in Drehkolben-Verbrennungs-Motoren des Wankel-Typs.The wear-resistant sliding elements according to the invention for bearing structures can be used in many ways, for example in the well-known Cercor honeycomb ceramic heat exchangers and in rotary piston internal combustion engines of the Wankel type.

Die Erfindung ist in den nachfolgenden Beispielen erläutert.The invention is illustrated in the following examples.

Beispiel 1 Es wird eine Mischung hergestellt aus: Grünem Nickeloxid ............... 900 g Calciumfluorid ................... 100 g Diese Mengen wurden ausgewogen und trocken 6 Stunden in einer mit Kautschuk ausgekleideten Kugelmühle von 25 cm Durchmesser bei 60 U/min mit 1 kg Mahlkörpern aus Tonerde von 2,5 cm gemahlen. Das gemahlene Material wurde dann durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 152 Mikron gegeben und in einen Mischer mit Z-förmigem Blatt übergeführt. Dann wurden etwa 200 g eines Bindemittels eingemischt, um eine verpreßbare Masse zu erzeugen. Als Bindemittel wurde das Handelsprodukt Cellofas verwendet. Dieses bindet während der Formgebung und Handhabung die Materialteilchen aneinander, zersetzt sich aber während des Brennens, so daß nur die ursprünglichen Komponenten verbleiben.Example 1 A mixture is produced from: Green nickel oxide ............... 900 g Calcium fluoride ................... 100 g These amounts were weighed out and ground dry for 6 hours in a rubber-lined ball mill 25 cm in diameter at 60 rpm with 1 kg of 2.5 cm clay grinding media. The milled material was then passed through a 152 micron mesh screen and transferred to a Z-blade blender. About 200 g of a binder were then mixed in to produce a compressible mass. The commercial product Cellofas was used as the binding agent. This binds the material particles to one another during shaping and handling, but decomposes during firing, so that only the original components remain.

Aus der wie oben hergestellten Zusammensetzung wurden Stäbe stranggepreßt, und diese wurden durch Brennen bei 1440°C an der Luft gesintert.Rods were extruded from the composition prepared as above, and these were sintered by firing at 1440 ° C in the air.

Überzüge des Materials wurden dann auf eine Unterlage aus rostfreiem Stahl mit einer Unterschicht aus einer Nickel-Chrom-Legierung durch Flammspritzen nach der aus der USA: Patentschrift 2 707 691 bekannten Arbeitsweise aufgebracht.Coatings of the material were then placed on a stainless steel backing Steel with an underlayer made of a nickel-chromium alloy by flame spraying applied according to the method known from the USA: Patent 2,707,691.

Nach diesem Verfahren erhaltene Lager wurden in einen Cercor-Wärmeaustauscher eingesetzt. Bei 600°C, 30,5 m/min, 4,5 kg Belastung wurden Verschleißgeschwindigkeiten von 0,76 Mikron pro Stunde gemessen.Bearings obtained by this procedure were placed in a Cercor heat exchanger used. At 600 ° C, 30.5 m / min, 4.5 kg load were wear rates measured at 0.76 microns per hour.

Beispiel 2 Eine Mischung wurde hergestellt aus: Grünem Nickeloxid ............... 750 g (Maschenweite 76 Mikron) Caleiumfluorid ................... 250 g (Maschenweite 53 Mikron) Die Pulver wurden durch trocknes Vermischen innig ineinandergearbeitet und dann auf eine in der normalen Weise gearbeitete Unterlage durch Flammspritzen aufgetragen.Example 2 A mixture was prepared from: Green nickel oxide ............... 750 g (Mesh size 76 microns) Calcium fluoride ................... 250 g (Mesh size 53 microns) The powders were intimately worked into one another by dry mixing and then applied by flame spraying to a support prepared in the normal way.

Anstatt die Pulver nach dem Vermischen direkt durch Flammspritzen aufzutragen, können sie auch zu Blöcken gepreßt und bei 1250°C gesintert werden. Im Anschluß an das Sintern werden sie zerkleinert und durch Siebe einer Maschenweite von 76 bis 53 Mikron gesiebt und anschließend wie oben durch Flammspritzen verarbeitet.Instead of using the powder directly after mixing it by flame spraying To apply, they can also be pressed into blocks and sintered at 1250 ° C. Following sintering, they are crushed and passed through sieves of one mesh size Sieved from 76 to 53 microns and then processed by flame spraying as above.

Beispiel 3 Eine weitere Mischung wurde hergestellt aus: Grünem Nickeloxid ............... 950 g (Maschenweite 76 Mikron) Bleioxid (Pb0) ................... 50 g (Maschenweite 53 Mikron) Die Pulver wurden trocken vermischt und wie im Beispiel 2 durch Flammspritzen auf eine Unterlage aufgebracht. In diesem Fall wurde die Sinterung bei 1500'C durchgeführt.Example 3 Another mixture was prepared from: Green nickel oxide ............... 950 g (Mesh size 76 microns) Lead oxide (Pb0) ................... 50 g (Mesh size 53 microns) The powders were mixed dry and, as in Example 2, applied to a base by flame spraying. In this case the sintering was carried out at 1500 ° C.

Lagerflächen aus dieser Mischung hatten über einen weiten Temperaturbereich gute Laufeigenschaften. Es zeigte sich ferner, daß sie einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten haben als die Mischung vom Beispiel 2.Storage surfaces made from this mixture had a wide temperature range good running properties. It was also found that it had a smaller coefficient of expansion than the mixture from example 2.

Beispiel 4 Die Abriebgeschwindigkeit von erfindungsgemäßen Lagern wurde gemessen, indem ein Kissen des Lagermaterials von 9,5 mm Durchmesser hergestellt und mit der unten beschriebenen stellitüberzogenen Oberfläche einer um eine vertikale Achse rotierenden Gegenfläche in Gleitkontakt gehalten wurde. Die Abriebgeschwindigkeit wurde bestimmt, indem beobachtet wurde, welchen Gewichtsverlust das Lagermaterial pro Stunde erleidet, und dieser Wert in die mittlere Dicke einer Materialschicht mit dem gleichen Gewicht umgerechnet wurde. Die Versuche wurden mit einem vorgegebenen Druck zwischen dem Lagermaterialkissen und der Gegenfläche durchgeführt, d. h. einer vorherbestimmten Lagerbelastung, und der Apparat wurde in einer Heizkammer gehalten. Die Ergebnisse dieser Versuche sind im nachstehenden zu einer Tabelle zusammengefaßt. Die Versuchstemperatur betrug 400°C, die Lagerbelastung 4,2 kg/cm2 und die Oberflächengeschwindigkeit 7,62 m/min. Beispiele 5 bis 9 Man ließ Lager der folgenden Zusammensetzung bei 700°C auf einer Welle aus rostfreiem Stahl EN54 bei einer Belastung von 14 kg/cm2 und einer linearen Geschwindigkeit von 1,5 m/min 20 Stunden laufen. Nach dieser Zeit ergab sich, daß in keinem Fall an dem Lager oder an der Welle ein wesentlicher Abrieb festzustellen war. Alle Prozentangaben in diesen Beispielen verstehen sich als Gewichtsprozent. Beispiel s NiO ............................. 50°/o Co0 ............................. 40°/o CaF2 ............................. 100/, Beispiel 6 NiO ............................. 90°/o Mg2P207 ......................... 10°/o Beispiel ? Co0 ............................. 85°/o Pb0 ............................. 15°/o Beispiel 8 Ni0 ............................. 90°/o CaB407 .......................... 10°/o Beispiel 9 Co0 ............................. 85°/o CaF2 ............................. 15°/o Example 4 The abrasion rate of bearings according to the invention was measured by producing a pad of the bearing material with a diameter of 9.5 mm and holding it in sliding contact with the stellite-coated surface described below of a counter surface rotating about a vertical axis. The abrasion rate was determined by observing the weight loss per hour of the bearing material and converting this value into the mean thickness of a material layer with the same weight. The tests were carried out with a predetermined pressure between the bearing material cushion and the counter surface, ie a predetermined bearing load, and the apparatus was held in a heating chamber. The results of these tests are summarized in a table below. The test temperature was 400 ° C, the bearing load was 4.2 kg / cm2 and the surface speed was 7.62 m / min. Examples 5 to 9 Bearings of the following composition were run at 700 ° C on an EN54 stainless steel shaft at a load of 14 kg / cm2 and a linear speed of 1.5 m / min for 20 hours. After this time it was found that in no case was there any significant abrasion to be found on the bearing or on the shaft. All percentages in these examples are per cent by weight. Example s NiO ............................. 50 ° / o Co0 ............................. 40 ° / o CaF2 ............................. 100 /, Example 6 NiO ............................. 90 ° / o Mg2P207 ......................... 10 ° / o Example ? Co0 ............................. 85 ° / o Pb0 ............................. 15 ° / o Example 8 Ni0 ............................. 90 ° / o CaB407 .......................... 10 ° / o Example 9 Co0 ............................. 85 ° / o CaF2 ............................. 15 ° / o

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Verschleißfestes Gleitelement für Lagerkonstruktionen mit einer verschleißfesten Zusammensetzung auf einer Unterlage, wobei die Zusammensetzung Nickeloxid und/oder Kobaltoxid und einen Zusatz, der gegebenenfalls Calciumfluorid sein kann, enthält, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Zusatz ein Fluorid, Phosphat oder Borat eines Metalls der Gruppe Il a des Periodischen Systems oder Bleimonoxid ist und in einer Menge von 5 bis 25 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorliegt. Claims: 1. Wear-resistant sliding element for bearing constructions with a wear-resistant composition on a pad, wherein the composition is nickel oxide and / or cobalt oxide and an additive, which optionally Calcium fluoride can be, contains, d u r c h e k e n n e i c h n e t that the addition of a fluoride, phosphate or borate of a metal from group II a of the periodic Systems or lead monoxide and in an amount of 5 to 25 percent by weight of the Composition is present. 2. Verschleißfestes Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz aus Magnesium- oder Calciumpyrophosphat, Calciumpyroborat oder Magnesium- oder Bariumfluorid besteht. 2. Wear-resistant sliding element according to claim 1, characterized characterized in that the addition of magnesium or calcium pyrophosphate, calcium pyroborate or magnesium or barium fluoride. 3. Verschleißfestes Gleitelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz in einer Menge von 8 bis 15 Gewichtsprozent der Zusammensetzung vorliegt. 3. Wear-resistant sliding element according to Claim 1 or 2, characterized in that the additive in an amount of 8 to 15 percent by weight of the composition is present. 4. Verschleißfestes Gleitelemen ,nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Zusammensetzung zusätzlich ein Oxid enthält, das mit dem Nickel- und/oder Kobaltoxid eine eutektische Mischung bilden kann. 4. Wear-resistant sliding element , according to claims 1 to 3, characterized in that the wear-resistant composition additionally contains an oxide that has a eutectic with the nickel and / or cobalt oxide Mixture can form. 5. Verschleißfestes Gleitelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Oxid aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Stannioxid oder Titandioxid oder einem Gemisch davon besteht. 5. Wear-resistant sliding element according to claim 4, characterized characterized in that the additional oxide of aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, Stannioxid or titanium dioxide or a mixture thereof. 6. Verschleißfestes Gleitelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Zusammensetzung durch Flammspritzen auf die Unterlage aufgetragen ist.6. Wear-resistant Sliding element according to one of the preceding claims, characterized in that the wear-resistant composition is applied to the substrate by flame spraying is.
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