DE19500703A1 - Pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pulvermetallurgisch herge­ stelltes Bauteil mit wenigstens einer tribologisch beanspruchbaren Fläche. Derartige Sinterformteile können z. B. als Kolben oder Führungsteile für Stoß­ dämpfer, Gleitlager oder Gewindebuchsen für Ventile oder dgl. ausgeführt sein.

Die Erfindung betrifft insbesondere geschlossenporige und niedrigporöse Sinterbauteile mit einer Porosität von weniger als 30%. Derartige Sinterbauteile werden in nahezu allen Bereichen des Maschinenbaus als ver­ schleiß- und temperaturbeständige sowie hochbelast­ bare Bauteile verwendet.

Bei Sinterwerkstoffen, die Gleitbeanspruchung ausge­ setzt werden, wie dies z. B. bei speziellen Gleitla­ gerwerkstoffen der Fall ist, stellt die Werkstoffe­ stigkeit ein Problem dar. Sintergleitlager bestehen aus einem porösen Werkstoff, der mit Schmierstoff getränkt ist. Dadurch ist eine ständige Schmierung des Lagers gewährleistet, jedoch ist die Festigkeit eines solchen Lagerwerkstoffs reduziert. Aus der DE 33 45 930 ist ein Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Gleitwerkstoffs bekannt, der Molybdändi­ sulfid als Festschmierstoff enthält. Ein derartiger Gleitwerkstoff weist verbesserte Festigkeitseigen­ schaften auf. Dennoch ist die Festigkeit eines sol­ chen Werkstoffs nicht mit der Festigkeit eines Werk­ stoffs für nichttribologische Anwendungen zu verglei­ chen. Um gute Gleiteigenschaften und hohe Material­ festigkeit zu kombinieren, werden herkömmliche Gleit­ lagerbuchsen in Sinterformteile, die hohe Festigkeit aufweisen, eingepreßt. Dies bedeutet aber einen zu­ sätzlichen Arbeitsaufwand bei der Fertigstellung der Bauteile, wodurch hohe Kosten verursacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Sintermetall­ bauteil zu schaffen, welches hohe Materialfestigkeit und gute Gleiteigenschaften in sich vereint und ein­ fach herzustellen ist.

Die Aufgabe wird durch ein pulvermetallurgisch herge­ stelltes Bauteil der eingangs genannten Art gelöst, das zumindest im Bereich der tribologisch beanspruch­ ten Flächen mit einer reibungsvermindernden Beschich­ tung versehen ist, die im wesentlichen aus einer als Haftvermittler dienenden Matrix mit zumindest einem in der Matrix verteilten feinstkörnigen reibungsver­ mindernden Stoff besteht.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich gerade Sinterformteile bzw. pulvermetallurgisch hergestellte Bauteile hervorragend zur Aufnahme einer derartigen Beschichtung eignen. Es ist weder eine Vorbehandlung der Bauteile vor dem Aufbringen der Schicht erforder­ lich, noch ist es erforderlich, zwischen dem Bauteil und der Beschichtung eine Zwischenschicht vorzusehen. Bei nichtgesinterten metallischen Bauteilen muß eine Vorbehandlung, z. B. Wärmebehandlung, erfolgen oder es muß eine Zwischenschicht vorgesehen sein, um die Haftung der Beschichtung zu gewährleisten. Aus Korro­ sionsschutzgründen beschichtete Bauteile aus nichtge­ sintertem Werkstoff werden zu diesem Zwecke üblicher­ weise geätzt oder geglüht.

Überraschenderweise bietet die feinporöse Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten Bauteilen eine hervorragend geeignete Haftfläche für eine Beschich­ tung. Ein Ätzen des Werkstoffs ist nicht erforderlich. Die oberflächigen Poren des Sinterbauteils werden durch die Beschichtung verschlossen. Die Oberflächen­ struktur des Sinterbauteils ermöglichen die Aufbrin­ gung einer extrem dünnen und glatten Beschichtung. Das Eindringen der Beschichtung in die Poren an der Oberfläche des Bauteils bewirkt eine mechanische Ver­ ankerung der Beschichtung mit dem Bauteil.

Aufgrund der schlechten Haftung einer Beschichtung auf einem nicht vorbehandelten und nicht gesinterten Bau­ teil bestanden zunächst Bedenken hinsichtlich der Fe­ stigkeit einer solchen Beschichtung gegen Scherbean­ spruchung. Gerade wenn eine Zwischenschicht erforder­ lich ist, kann sich die Beschichtung bei Scherbean­ spruchung ablösen. Diese Bedenken erwiesen sich bei beschichteten Sinterbauteilen als völlig unbegründet. Dadurch, daß die Beschichtung in die oberflächennahen Poren des Sinterbauteils eindringt und die Schicht­ dicke extrem klein ist, nimmt die Beschichtung keine nennenswerten Scherkräfte auf. Scherkräfte werden di­ rekt in das Bauteil selbst eingeleitet. Die Beschich­ tung erzeugt eine hervorragende Glättung der Bauteil­ oberfläche und erweist sich als ausgezeichneter Korro­ sionsschutz. Die sonst übliche Tränkung der Sinterme­ tallteile mit Rostschutzmitteln oder eine Behandlung mit überhitztem Wasserdampf entfällt.

Vorzugsweise ist als reibungsvermindernder Stoff ein Fluorcarbon vorgesehen. Fluorcarbone weisen eine von anderen Kunststoffen kaum erreichbare weite untere und obere Grenze ihres Anwendungstemperaturbereichs sowie extreme Korrosions- und Lösungsmittelbeständig­ keit auf. Außerdem ermöglichen sie eine starke Redu­ zierung der Gleitreibung.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn als reibungsvermin­ dernder Stoff Polytetrafluorethylen (PTFE) vorgesehen ist. PTFE, auch unter dem Handelsnamen Teflon® bekannt, weist besonders herausragende tribologische Eigenschaf­ ten auf. Dadurch wird eine derartige Reibungsverminde­ rung erzielt, daß das beschichtete Bauteil an allen Gleitflächen Lagereigenschaften aufweist. Gleitlager­ flächen können bei der Herstellung des Sinterformteils in dem Bauteil von vorn herein vorgesehen sein. Das Einpressen von Buchsen aus speziellem Gleitlagerwerk­ stoff ist nicht erforderlich. Bei einem Sinterbauteil, welches z. B. als Kolben ausgebildet ist, können die üblichen Hinterschneidungen zur Aufnahme von O-Ring- Dichtungen oder sonstigen Dichtringen weggelassen wer­ den, da die Kolbenwandung durch die PTFE-Beschichtung gleichzeitig als Gleit- und Dichtfläche ausgebildet ist. Bekanntlich müssen sonst Hinterschneidungen bei Sinterformteilen durch spanende Nachbearbeitung er­ stellt werden. Dieser zusätzliche Arbeitsgang kann eingespart werden.

Vorzugsweise besteht die Matrix aus einem aushärtbaren Kunststoff.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beschich­ tung eine Dicke von 3-30 µm aufweist. Eine solche Schichtdicke liegt für den überwiegenden Teil der her­ zustellenden Bauteile unterhalb der Toleranzgrenze. Dies hat den Vorteil, daß auch nach der Beschichtung die Maßhaltigkeit der Bauteile gewährleistet ist.

Zweckmäßigerweise ist die Beschichtung durch Eintau­ chen des Bauteils in eine Suspension aufgetragen. Ein Tauchen der Bauteile ist relativ einfach zu bewerk­ stelligen. Anschließend können die Bauteile, z. B. durch Zentrifugieren, von überschüssiger Flüssigkeit befreit werden.

Wenn nur bestimmte Bereiche eines Formteils beschich­ tet werden sollen, kann die Beschichtung durch Auf­ sprühen einer Suspension erfolgen. Nichtzubeschichten­ de Bereiche des Bauteils können dabei mit einem Trenn­ mittel, z. B. Silikonöl, behandelt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Sinterbauteil,

Fig. 2 ein reales Gefügebild eines beschich­ teten Sinterwerkstoffs als Schliffbild und

Fig. 3 ein weiteres Gefügebild eines beschich­ teten Sinterwerkstoff s, bei welchem die Gleitfläche kalibriert wurde.

Das Sinterbauteil 1 gemäß Fig. 1 stellt eine gesinterte Stangenführung für die Kolbenstange eines hydraulischen Stoßdämpfers dar. Die Stoßdämpferstange wird von einer zylindrischen Führungsfläche 2 des Sinterbauteils 1 auf­ genommen. Zwischen der zylindrischen Führungsfläche 2 und der nicht dargestellten Stoßdämpferstange ist eine eng tolerierte Passung vorgesehen. Das gesamte Sinter­ bauteil 1 ist mit einer PTFE-haltigen Beschichtung ver­ sehen. Die Beschichtung wird als Suspension aus einem aushärtbaren Kunststoff mit feinstkörnigem PTFE-Pulver aufgebracht. Das Auftragen kann durch Tauchen oder Be­ sprühen des Sinterbauteils 1 erfolgen. Bei einer an­ schließenden Trocknung des Sinterbauteils 1 bei einer Temperatur von ca. 200°C härtet der Kunststoff aus. Nach dem Aushärten des Kunststoffs wird die zylindrische Führungsfläche 2 kalibriert, d. h., mit einem Kalibrier­ dorn durchstoßen, um die Oberfläche der zylindrischen Führungsfläche zu glätten und um die Maßhaltigkeit des Bauteils zu gewährleisten. Die Nachbehandlung durch Kalibrieren wäre auch ohne die Beschichtung erforder­ lich, da beim Sinterprozeß geringe Maßveränderungen an dem Preßkörpern auftreten. Gewöhnlich ist für den Kalibrierungsvorgang die Verwendung eines speziellen Kalibrieröls erforderlich. Aufgrund der tribologischen Eigenschaften der PTFE-haltigen Beschichtung ist die Verwendung von Kalibrieröl nicht mehr erforderlich.

Fig. 2 zeigt ein reales Schliffbild durch ein Sinter­ bauteil mit einer PTFE-haltigen Beschichtung 3 im Be­ reich einer Gleitfläche vor dem Kalibrieren. Wie aus dem Schliffbild deutlich zu erkennen ist, ist die PTFE- haltige Beschichtung 3 an der Oberfläche eines Sinter­ gefüges 4 in dieses eingedrungen und in diesem veran­ kert. Das Schliffbild zeigt eine zweihundertfache Ver­ größerung, wobei 50 µm einem cm entsprechen. Das Schliffbild vermittelt daher eine gute Vorstellung von der Dicke der PTFE-haltigen Beschichtung 3.

Fig. 3 zeigt das Sintergefüge 4 mit der PTFE-haltigen Beschichtung nach dem Kalibrieren. Die Abbildung zeigt anschaulich eine deutliche Glättung der PTFE-haltigen Beschichtung 3 nach dem Kalibrieren.

Claims (7)

1. Pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil mit we­ nigstens einer tribologisch beanspruchbaren Fläche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Bauteil (1) zumindest im Bereich der tribologisch beanspruchbaren Fläche mit einer reibungsvermindernden Beschichtung (3) versehen ist, die im wesentlichen aus einer als Haftvermittler dienenden Matrix mit zumindest einem in der Matrix verteilten feinstkörnigen reibungsvermindernden Stoff besteht.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reibungsvermindernder Stoff ein Fluorcarbon vorge­ sehen ist.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als reibungsvermindernder Stoff Polytetrafluorethylen vor­ gesehen ist.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Matrix aus aushärtbarem Kunststoff besteht.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtung (3) eine Dicke von 3-30 µm aufweist.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtung (3) durch Eintauchen des Bauteils in eine Suspension aufgetragen ist.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtung (3) durch Aufsprühen einer Suspension aufgetragen ist.