DE1458487C - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmierender, Trocken schmiermittel enthaltender Werkstoffe - Google Patents
Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmierender, Trocken schmiermittel enthaltender WerkstoffeInfo
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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.
ί 458
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)
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-
5 6
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.
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