DE1458487C - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmierender, Trocken schmiermittel enthaltender Werkstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmierender, Trockenschmiermittel, wie z. B. Metallsulfide, Metalloxyde oder Graphit, enthaltender Werkstoffe für Lager und gleitende Teile.

Die Verwendung von Trockenschmiermitteln zur Verminderung des Reibungskoeffizienten zwischen gleitenden Flächen, bei denen Schmieröle oder Fette nicht verwendet werden können oder wo Notlaufeigenschaften erwünscht sind, ist bekannt. Als Trockenschmiermittel werden dabei vorzugsweise Stoffe verwendet, die gleitfähige Kristallgitterebenen haben. Vor allem werden Stoffe, wie Metalldisulfide, verwendet, bei denen eine Bindung an das Metall der Gleitflächen durch die Nebenvalenzen der Schwefelatome erzielt wird.

Die Auftragung von solchen festen Schmiermitteln auf die Gleitflächen, ζ. B. Lager, Zapfen oder Zahnflanken, hat nur eine beschränkte Wirkung, da die so gebildeten Gleitmittelfilme laufend abgetragen und ao zerstört werden. Man hat daher versucht, die Trokkenschmiermittel in die die gleitenden Flächen darstellenden Werkstoffe in Form von Depots bildenden Nestern einzubauen, aus denen der Gleitmittelfilm laufend ergänzt werden soll. Diese Depots werden angeschliffen, wenn durch Aufreißen des Gleitfilms ein Abtragen des die Gleitflächen bildenden Materials eintritt.

Die Schwierigkeit besteht darin, diese Schmiermitteldepots in ein Material einzubauen, das den Ansprüchen an mechanische Festigkeit, z. B. an mit wachsenden Motorleistungen immer mehr ansteigendem Lagerdruck, und an Warmfestigkeit genügt. Andererseits muß das Trockenschmiermittel in das umgebende Material so eingebaut werden, daß es den Depots sparsam und immer nur in dem Maße entnommen wird, in dem der Gleitfilm ergänzt werden muß.

Diese Aufgaben konnten bisher nur unvollständig gelöst werden. Verwendet man ein Material, das den Ansprüchen an Druck- und Warmfestigkeit genügt, wie durch Versintern hergestellte Metallskelette, in deren Poren oder Öffnungen die festen Schmiermittel beim Verpressen öder nachträglich eingebracht werden, so ist eine ausreichende Fixierung der Schmiermittel in dem umgebenden tragenden Skelett nicht möglich. Beim Anschleifen derartiger Depots treten sie daher zunächst in zu kurzer Zeit und in zu großer Menge aus, was zu einem Zerreiben von Schmicrmitlelpartikeln zwischen den gleitenden Fläclicn und damit zu einem übermäßigen, nutzlosen Verbrauch des Gleitmaterials führt. In der darauf folgenden Phase setzt nämlich die Nachlieferung des Schmiermittels'aus, da die Depots durch vorzeitiges Herausfallen der Schmiermittel bereits entleert sind. ILs kommt also zu einem erneuten vorzeitigen Abtragen des Mctallskelettes bis zum Aufschließen liefer liegender Schmiermittelnester,. worauf sich dann der beschriebene Vorgang wiederholt. Dieses Verfuhren führt also zu einem zu hohen Verbrauch an Trockenschmiermittel, ohne das Ziel einer Dauer- ^ schmierung erreichen zu können.

Man hat auch versucht, eine Fixierung der Sehmiermittel in den Poren des Metallskelettes dadurch zu erreichen, daß man sie in nichtmetallische Stoffe, /. IJ. Polyamid oder Polytetrafluoräthylen, einbaute und die so gebundenen Schmiermittel zusammen mit

.,:: .Unfein Trägerstoff in die Poren oder Höhlungen des Metallträgers einbrachte. Auch dadurch kann aber keine ausreichende Biriduhg der festen Schmiermittel an das tragende Skelett erzielt werden und es ergibt sich ein zusätzlicher Nachteil durch die begrenzte Warmfestigkeit der nichtmetallischen Stoffe.

Auch die Einlagerung von Trockenschmiermitteln allein in nichtmetallische Werkstoffe, wie z.B. Polytetrafluoräthylen oder Polyamid, führt zu denselben Nachteilen. Zu der zu geringen Warmfestigkeit dieser Stoffe kommt hinzu, daß bei ihnen die Widerstandsfähigkeit gegen höhere mechanische Beanspruchung, z. B. Lagerdruck und dergleichen, fehlt. Entsprechendes gilt für die Beimengung von Trockenschmiermitteln zu sogenannten Gleitlacken.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine feste Verankerung der Trockenschmiermittelteilchen zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß Trockenschmiermittelteilchen, deren größte Dimension wenige Mikron bis weniger als 1 Mikron beträgt, durch direkte Abscheidung von Metallatomen auf ihrer Oberfläche mittels thermischer Zersetzung einer Metallverbindung mit einer kohärenten, festhaftenden Metallkapsel umhüllt werden und daß anschließend diese umhüllten Teilchen, gegebenenfalls unter Zusatz von i organischen und/oder anorganischen Füllstoffen, miteinander zu einem kompakten Werkstoff verbunden werden.

Die bei der thermischen Zersetzung der Metallverbindung freiwerdenden Metallatome formen sich erst an der Oberfläche der Schmiermittelteilchen zu Kristallgittern, wodurch eine kohärente, d. h. fest zusammenhängende Kapsel um jedes Schmiermittelteilchen gebildet wird, die je nach dem verwendeten Metall eine Festigkeit von 200 kp/mm² (Ni) bis zu 800kp/mm² (Fe+ C) haben kann. Durch diese Metallkapsel wird jedes Schmiermittelteilchen so fest gehalten, daß es nicht aus dem Verband herausgebrochen werden kann, sondern entsprechend der Abnutzung der Gleitfläche abgetragen wird. Ein weiterer überraschender Vorteil besteht darin, daß bei der Verbindung der metallumhüUten Schmiermittelteilchert durch einen Sintervorgang das Sintern bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur als normal durchgeführt werden kann, was auf den außerordentlich feinkörnigen Aufbau der Metallkapsel zurückzuführen ist. Diese niedrige Sintertemperalur ermöglicht es, als Trockenschmiermittel auch Molybdändisulfid zu verwenden, das sich bei der üblichen Sintertemperatur von Nickel oder Eisen, die bei 900 bis 1000°C liegt, chemisch bereits umwandeln und keine Schmiereigenschaften mehr aufweisen würde.

Das erfindiingsgemäße Verfahren ist nicht mit bekannten Verfahren zu vergleichen, bei denen Graphitteilchen durch Einbringen in eine Kupfersulfatlösung mit einem dünnen Kupferfilm überzogen werden und die überzogenen Graphitpartikel dann mit flüssigem Lagermetall· gemischt werden, so daß eine feine Verteilung iles Graphits in dem fertigen Werkstoff vorhanden ist. Der auf diese Weise erzeugte Kupferfilm besteht aus einer Aggregation von Einzelkristallen, die nur eine nicht fest zusammenhängende Umhüllung ergibt, da die Kristalle lediglich durch Adhäsionskräfte zusammengehalten werden. Ein solcher Film kann daher das Ausbrechen der Graphitteilchen aus dem umgebenden Material nicht verhindern.

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Schließlich ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Gleitkörpern aus Metallen oder Legierungen mit nichtmetallischen Zusatzstoffen, z. B. Graphit, bekannt, bei dem in einen Behälter ein Metall eingebracht und durch eine dicke Schicht des Zusatzstoffes bedeckt wird. Dann wird das Metall so stark erhitzt, daß es verdampft. Die sich bildenden Metalldämpfe werden auf dem Zusatzstoff niedergeschlagen und sofien auch in alle Unebenheiten der Zusatzstoffteilchen eindringen und die einzelnen Teilchen Ίο umhüllen. Dieses Verfahren hat den grundsätzlichen Nachteil, daß die hohe Verdampfungstemperatur aller Metalle die Verwendung von Molybdändisulfid als einem der wichtigsten Trockenschmiermittel unmöglich macht, da dieser Stoff bei diesen Temperaturen bereits chemisch reagiert und dann keinerlei Sclimierwirkung mehr aufweist. Das Metall scheidet sich auf den Teilchen auch in Form von sehr großen Kristaliten ab, wodurch die Festigkeit der Metallhülle und die Bindung des. Metalls an den Teilchen beeinträchtigt wird. Schließlich erfordern die hohen, zur Metallverdampfung erforderlichen Temperaturen komplizierte und kostspielige Apparaturen.

Die Verbindung der eingekapselten Schmiermittelteilchen miteinander erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch Sintern, gegebenenfalls unter Zugabe von Metallpulver, wobei die niedrigere Sintertemperatur die Verwendung von Eisen oder Nickel bei Molybdändisulfid ermöglicht. Wie Versuche ergeben haben, kann eine Sinterung von mit einer Nickel- oder Eisenschicht umhüllten Molybdändisulfid-Kristallen bereits bei einer Temperatur unter 650° C, vorzugsweise durch Heißpressen, durchgeführt werden, so daß keine Gefahr einer thermischen Zersetzung des Molybdändisulfids besteht.

Die metallisch umhüllten Schmiermittelteilchen können auch unter Fortführung der thermischen Zersetzung der Metallverbindung infolge Metallabscheidung in ihren Zwischenräumen oder mit Hilfe organischer Klebstoffe, z. B. Epoxyharz, miteinander verbunden werden.

Ein nach dem ernndungsgemäßen Verfahren hergestellter Werkstoff unterscheidet sich von den bekannten, aus Kunstharzen mit eingelagerten Schmierstoffen bestehenden Lagerwerkstoifen dadurch, daß auf Grund der Verwendung von metallumhüllten Schmiermittelteilchen eine feste Bindung zwischen dem Schmiermittel und dem Metall einerseits und mit dem Metall und dem Kunstharz andererseits erreicht wird, die ein Ausbrechen der Schmierrnittelteilchen mit den vorher geschilderten nachteiligen Folgen vermeidet. ^

Die Trockenschmiermittelteilchen können in Form von Blättchen oder Körnern verwendet, werden, wobei auf Grund ihrer geringen Größe die bei der Reibung auf die einzelnen Teilchen ausgeübten Scherkräfte ebenfalls gering sind.

Zur Erhöhung der Widerstandskraft gegen mechanische Beanspruchung und gegen Verschleiß sowie zur besseren Wärmeableitung können in den erfindungsgemäßen Werkstoff Metallverstärkungen oder -skelette eingebaut werden, z.B. in Form von sehr feinen Drähten, Netzen oder Gittern. Zur Erhöhung der Festigkeit kann dem Werkstoff Eisen, zur besseren Wärmeableitung Silber bis zu I °/o jeweils in feinster Verteilung zugegeben werden.

Ferner kann es vorteilhaft sein, in den erfinrJuhgsgemäßen Werkstoff Weichmetalle, wie Zinn oder Blei, oder Weichmetallverbindungen einzubauen, die die Eigenschaft haben, öl zu binden bzw. infolge ihrer geringen Härte die Fähigkeit besitzen, Abschliff zu binden. Diese Stoffe können in einzelnen Nestern eingebaut werden, gegebenenfalls auch nach vorheriger Umhüllung mit anderen Metallen höherer Festigkeit.

Die ernndungsgemäßen Werkstoffe können entweder schon bei der Herstellung die für ihre Verwendung gewünschte Form erhalten oder sie können nachträglich durch Verpressen oder im spanabhebenden Verfahren zu den gewünschten Formen verarbeitet werden. Sie können für alle Zwecke verwendet werden, wo entweder Notlaufeigenschaften erwünscht sind oder wo sich die Verwendung von Schmierölen oder Fetten verbietet, wie z. B. für Textil- oder Büromaschinen, ferner für Lager und Gleitflächen, bei denen der Reibungskoeffizient für ruhende und gleitende Reibung möglichst gleich sein soll. Ein besonderer Verwendungszweck sind Käfigteile von Wälzlagern u. ä. Von besonderem Vorteil ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Werkstoffe bei Selbstschmierung erfordernden Dichtteilen, wie Kolbenringen oder Dichtleisten und insbesondere da, wo es auf Warmfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung ankommt und wo Kohle oder Kunststoffe nicht mehr genügen.

Des weiteren kann der erfindungsgemäße Werkstoff in dünnen biegsamen Schichten, Filmen oder Bändern dadurch hergestellt werden, daß die Schmiermittelteilchen in einem Fadengerüst, z.B. einem dünnen Bronzegitter, angeordnet und durch Metallisierung mit diesem verbunden werden. Der so geformte Werkstoff kann dann in Form von Bändern zu Rollen aufgewickelt werden, deren einzelne Lagen wieder mit den genannten Verfahren, wie Versintern, Verkleben oder metallkeramisch untereinander zu festen Körpern verbunden werden können. Solche Rollen lassen sich wie Verbundmetall-Lager zum Einbau in Lagerschalen, gegebenenfalls nach entsprechender formgebender Verarbeitung, verwenden.

Ferner können solche Schichten zur Herstellung von Gleitflächen durch Aufkleben auf feste Unterlagen Verwendung finden. Für solche Zwecke sind gegebenenfalls sehr geringe Schichtstärken zweckmäßig, die z. B. durch Auswalzen bis herunter zu 0,05 mm hergestellt werden können, ohne daß die Eigenschaften des Werkstoffes beeinträchtigt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermetalliirgischen Herstellung selbstschmierender, Trockenschmiermittel enthaltender Werkstoffe für Lager und gleitende Teile, dadurch' gekennzeichnet, daß Trockenschmiermittelteilchen, deren größte Dimension wenige Mikron bis weniger als I Mikron beträgt, durch direkte Abscheidung von Metallatomen auf ihrer Oberfläche mittels t'iermischer Zersetzung einer Metallverbindung" mit einer kohärenten festhaftenden Mctailkapscl umhüllt werden und daß anschließend diese umhüllten Teilchen, gegebenenfalls unter Zusatz von organischen und/oder anorganischen Füllstoffen^ miteinander zu einem kompakten Werkstoff verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die metallisch umhüllten

3. Abänderung des Verfahrens nach An-

Schmiermittelteilchen unter Fortführung der ther- sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die me-

mischen Zersetzung der Metallverbindung infolge tallisch umhüllten Schmiermittelteilchen mit

Metallabscheidung in ihren Zwischenräumen mit- Hilfe organischer Klebstoffe miteinander verbun-

einander verbunden werden. 5 den werden.