DE19610315C2

DE19610315C2 - Gleitflächenaufbau

Info

Publication number: DE19610315C2
Application number: DE19610315A
Authority: DE
Inventors: Kenji Dosaka; Yusuke Toyoda; Masamune Tabata; Takahiro Gunji; Kenji Hirose; Hiroshi Koinuma
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: GB9605545D0; FR2733017A1; FR2733017B1; GB2299381B; GB2299381A; GB2299381B8; GB2299381A8; DE19610315A1

Description

Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitflächenaufbau und insbesondere einen aus einem Aggregat von Metallkristallen gebildeten Gleitflächenaufbau.

Beschreibung des Stands der Technik

Es gibt herkömmlich bekannte Gleitflächenaufbaue. Typische Beispiele solcher bekannter Gleitflächenaufbaue sind: 1) eine Pb-Legierungs-plattierte Schicht, die auf der Innenumfangs fläche einer Walzstahl-Gegenbelegung eines Gleitlagers für eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist, welche Schicht zum Zwecke der Erhöhung der Freßbeständigkeit einer Rotationswelle gegenüber liegt; 2) verschiedene plattierte Schichten, vor gesehen auf einer Innenumfangsfläche einer aus Gußeisen herge stellten Zylinderbuchse in Kombination mit einem aus Alumini umlegierung hergestellten Kolben und solch eine Zylinderbuchse in einer Brennkraftmaschine zum Zwecke der Erhöhung der Gleit eigenschaft; und 3) eine Fe-plattierte Schicht, vorgesehen auf Außenumfangsflächen eines Stegabschnitts und eines Schürzen abschnitts eines aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Kolbenkörpers in einem Kolben für eine Brennkraftmaschine zum Zwecke der Erhöhung der Abnutzungsbeständigkeit.

Allerdings leiden die vorstehenden bekannten Gleitflächenauf baue unter einem Problem, nämlich daß unter den vorliegenden Umständen, bei denen Geschwindigkeit und Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine zum Steigen tendierten, der bekannte Gleit flächenaufbau nicht ausreichend in seiner Ölrückhalteeigen schaft ist, nämlich dem Ölrückhaltevermögen und aufgrund einer relativ glatten Gleitfläche von diesem unzureichend in seinem Freßwiderstand ist.

Es gibt auch einen herkömmlich bekannten Gleitflächenaufbau, der auf einer Eingriffsfläche eines Zahnrads in einer Getrie beeinheit durch Aufrauhen der Eingriffsfläche durch Maschinen bearbeitung oder dgl. gebildet ist, und wobei dann ein festes Schmiermittel, wie Molybdändisulfid, Graphit oder dgl., oder ein halbfestes Schmiermittel, wie Fett, auf die aufgerauhte Eingriffsfläche aufgebracht wird, so daß die letztere das Schmiermittel hält.

Jedoch ist die bekannte Eingriffsfläche hinsichtlich der Mi krostruktur einfach und weist insofern ein Problem auf, daß sie gering in dem Rückhaltevermögen für den festen Schmier stoff und dgl. ist und folglich unter hohem Belastungszustand unzureichend in der Freßbeständigkeit ist.

Deshalb hat die Anmelderin bereits früher einen Gleitflächen aufbau entwickelt, welcher auf einer Innenumfangsfläche einer Gegenbelegung, einer Innenumfangsfläche einer Zylinderbuchse, einer Außenumfangsfläche eines Kolbenkörpers, einer Eingriffs fläche eines Zahnrades und dgl. in einem Gleichstrom-Plattier verfahren gebildet ist, und welcher eine große Anzahl pyrami denförmiger Metallkristalle mit (hhh)-Orientierung in der Gleitfläche mit einem Gehalt von wenigstens 40% umfaßt (siehe die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-A-6-174089 (1994).

Wenn der Gleitflächenaufbau in der obigen Weise gebildet ist, greifen benachbarte pyramidenförmige Metallkristalle wechsel weise ineinander und infolgedessen nimmt die Gleitfläche eine komplizierte Morphologie an, welche eine große Anzahl von feinen Gipfeln, eine große Anzahl von zwischen den Gipfeln gebildeten Tälern und eine große Anzahl von aufgrund des wechselseitigen Ineinandergreifens der Gipfel gebildeten Sümpfe umfaßt. Deshalb ist der Gleitflächenaufbau im Ölrückhaltever mögen und im Rückhaltevermögen für den festen Schmierstoff und dgl. verbessert und hat daher eine gesteigerte Freßbeständig keit.

Ferner ist aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-A- 6-174087 (1994) ein Gleitflächenaufbau bekannt, der ein in einem Gleichstrom-Plattierverfahren gebildetes Aggregat von kubisch raumzentrierten Metallkristallen enthält, die jeweils eine bestimmte Orientierung zur Gleitfläche aufweisen. Dabei müssen gemäß der JP-A-6-174087 sowohl (hh0)-orientierte Metallkristalle als auch (2hhh)-orientierte Metallkristalle mit einem Gehalt von jeweils mindestens 20% im Gleitflächenaufbau vorgesehen sein.

Bei den oben beschriebenen Gleitlagern tauchte allerdings folgende Situation auf: Wenn zwei Bereiche, geeignet für verschiedene Gleitbedingungen, in einem Gleitflächenaufbau gebildet sind, so kann, selbst wenn einer der beiden Bereiche eine gute Gleiteigenschaft unter einer harten Gleitumgebung zeigt, nicht erwartet werden, daß der andere Bereich eine derartige gute Gleiteigenschaft zeigt, weil die Gleiteigen schaft des Gleitflächenaufbaus im wesentlichen konstant über seinen gesamten Bereich ist.

Aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-A-6-323110 (1994) ist es bekannt, verschiedene Bereiche einer Nockenober fläche, nämlich einen Betätigungsbereich, der zur Auslenkung eines Ventilkipphebels bestimmt ist, und einen neutralen Bereich, der mit dem Ventilkipphebel in dessen unbetätigtem Zustand in bloßem Gleiteingriff steht, mit unterschiedlichen Gleitflächen zu versehen, deren Härte aufgrund unterschiedli cher Orientierung von Kristallen in der jeweiligen Gleitfläche unterschiedlich ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleitflächen aufbau der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei dem es möglich ist, für zwei Bereiche, die für verschiedene Gleitbe dingungen geeignet sind, jeweils exzellente Gleiteigenschaften zu zeigen.

Um das obige Ziel zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Gleitflächenaufbau nach Anspruch 1 vorgesehen.

Im ersten Bereich werden die (2hhh)-orientierten Metallkristalle in Säulenform gewachsen, wobei ihre Spitzenenden von fischförmigen Metallkristallen, wie sardinenförmigen Metallkristallen, in der Gleitfläche gebildet werden. Wenn der Gehalt an (2hhh)-orientierten Metallkristallen in dem oben beschriebenen Bereich festgesetzt ist, nimmt die Gleitfläche eine sehr komplizierte Morphologie aufgrund der großen Anzahl von fischförmigen Metallkristallen an, die in der Gleitfläche existieren und die Gleitfläche weist deshalb ein gutes Ölrückhaltevermögen auf. Zudem bilden die (2hhh)-Ebenen der (2hhh)-orientierten Metallkristalle eine zweite Gleitfläche und besitzen somit eine große Härte und eine große Festigkeit.

Der erste Bereich ist äußerst geeignet zur Verwendung an einer Stelle mit einer harten Gleitbedingung.

Andererseits werden in dem zweiten Bereich die (hhh)- orientierten Metallkristalle in Säulenform gewachsen, wobei ihre Spitzenenden durch Sechsecks- oder Dreiecks pyramidenförmige Metallkristalle in der Gleitfläche gebildet werden. Wenn der Gehalt von (hhh)-orientierten Metallkristallen in dem oben beschriebenen Bereich festgesetzt wird, nimmt die Gleitfläche eine sehr komplizierte Morphologie aufgrund der großen Anzahl von Sechsecks- oder Dreiecks pyramidenförmigen Metallkristallen an, die in der Gleitfläche existieren, und sie weist deshalb ein gutes Ölrückhaltevermögen auf. Jedoch besitzen die (hhh)- orientierten Metallkristalle im Vergleich zu den (2hhh)- orientierten Metallkristallen eine geringe Härte.

Der zweite Bereich ist äußerst geeignet zur Verwendung an einer Stelle mit einer Gleitbedingung, in der eine Freßbeständigkeit vorzugsweise erfordert wird und die eher gemäßigt verglichen mit der des ersten Bereichs ist.

Auf diese Art ist es erfindungsgemäß möglich, einen Gleitflächenaufbau zu schaffen, in dem die zwei Bereiche, die für verschiedene Gleitbedingungen geeignet sind, exzellente Gleiteigenschaften zeigen können, dies jeweils durch die Tatsache, daß der Gleitflächenaufbau eine bestimmte Struktur, wie oben beschrieben, aufweist.

Wenn allerdings der Gehalt S_2hhh geringer als 25% ist oder wenn der Gehalt S_hhh geringer als 40% ist, können die oben beschriebene Funktion und die oben beschriebene Wirkung nicht erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Pleuelstange mit einem Gleitlager;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines durch den Pfeil 2 in Fig. 1 gekennzeichneten Bereich;

Fig. 3 ist eine Abwicklungsansicht einer Halbringhälfte des Gleitlagers;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs einer Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine kubisch (bcc) raumzentrierte Struktur und ihre (hhh)-Ebene und (2hhh)- Ebene zeigt;

Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Dreiecks pyramidenförmigen Metallkristalls;

Fig. 7 ist ein Schema, welches die Neigung einer (2hhh)- Ebene in der kubisch-raumzentrierten. Struktur zeigt;

Fig. 8 ist ein Schema, das die Neigung der (hhh)-Ebene in der kubisch raumzentrierten Struktur zeigt;

Fig. 9 ist ein Wellenformschema des Ausgangs von einer Stromquelle zum elektrolytischen Plattieren;

Fig. 10 ist ein Schema, das veranschaulicht, wie die Gleitfläche einer Röntgenstrahlung ausgesetzt wird;

Fig. 11 ist ein Röntgenstrahlbeugungsdiagramm für ein Beispiel 1a eines ersten Bereichs einer Gleitfläche;

Fig. 12 ist ein Röntgenstrahlbeugungsdiagramm für ein Beispiel 4a eines ersten Bereichs einer Gleitfläche;

Fig. 13 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche des Beispiels 1a zeigt;

Fig. 14 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche des Beispiels 4a zeigt;

Fig. 15 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche eines Beispiels 8a zeigt;

Fig. 16 ist ein Schema, das die Beziehung zwischen dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen und der Fressen erzeugenden Last veranschaulicht;

Fig. 17 ist ein Schema, das die Beziehung zwischen dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen und der Abnutzbeständigkeit veranschaulicht;

Fig. 18 ist ein Röntgenstrahlbeugungsdiagramm für ein Beispiel 1b eines zweiten Bereichs einer Gleitfläche;

Fig. 19 ist ein Röntgenstrahlbeugungsdiagramm für ein Beispiel 5b eines zweiten Bereichs einer Gleitfläche;

Fig. 20 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur einer Gleitfläche des Beispiels 1b zeigt;

Fig. 21 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche des Beispiels 5b zeigt;

Fig. 22 ist ein Schema, das die Beziehung zwischen dem Gehalt S₂₂₂ an {222}-orientierten Fe-Kristallen und der Fressen erzeugenden Last veranschaulicht;

Fig. 23A ist eine Vorderansicht eines Kolbens;

Fig. 23B ist eine Ansicht längs eines Pfeils 23B in Fig. 23A;

Fig. 24 ist ein Schema, das die Beziehung zwischen dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen und der Fressen erzeugenden Last veranschaulicht.

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Gleitlager 5 ist zwischen einem größeren Endloch 2 in einer Pleuelstange 1 einer Brennkraftmaschine und einem Kurbelzapfen 4 einer Kurbelwelle 3 angeordnet. Das Gleitflächenlager 5 wird von einem Paar Halbringhälften 6 gleichen Aufbaus gebildet.

In einer Gegenbelegung 7 jeder Halbringhälfte 6 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, ein lamellarer Gleitflächenaufbau 9 durch Plattierung gebildet, und zwar auf einer Innenumfangsfläche, die dem Kurbelzapfen 4 gegenüberliegt.

Fig. 3 zeigt die eben abgewickelte Halbringhälfte 6. Der Gleitflächenaufbau 9 umfaßt ein Paar schmale bandförmige erste Bereiche R₁, die sich über die ganze Länge der entgegengesetzten Enden des Kurbelzapfens in axialer Richtung a erstrecken, und ein breiterer bandartiger zweiter Bereich R₂ ist zwischen den zwei ersten Bereichen R₁ angeordnet. Die ersten Bereiche R₁ werden unter härtere Gleitbedingungen gesetzt als die, unter die der zweite Bereich R₂ gesetzt wird, dies aufgrund der Biegung des Kurbelzapfens 4. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist ein Ölloch 10 in einem zentralen Bereich der Halbringschale 6 gebildet. Eine Rinne 11 ist in einem Bereich des Öllochs 10 benachbart zum Gleitflächenaufbau 9 vorgesehen.

Wie am besten in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ist der Gleitflächenaufbau 9 aus einem Aggregat von Metallkristallen gebildet. Vorzugsweise (2hhh)-orientierte Metallkristalle 13 mit kubisch raumzentrierter (bcc) Struktur, wie in Fig. 5 gezeigt, mit ihren (2hhh)-Ebenen (in Miller-Indizes) hin zur Gleitfläche 12 orientiert, sind im ersten Bereich R₁ vorhanden. Der Gehalt (der die vorliegende Menge kennzeichnet) S_2hhh an (2hhh)-orientierten Metallkristallen ist in einem Bereich von 25% ≦ S_2hhh ≦ 100% in dem ersten Bereich R₁ festgesetzt.

Im zweiten Bereich R₂ existieren vorzugsweise (hhh)-orientierte Metallkristalle 14 mit kubisch raumzentrierter Struktur, wie in Fig. 5 gezeigt, mit ihren (hhh)-Ebenen (in Miller-Indizes) hin zu einer Gleitfläche 12 orientiert. Der Gehalt (welcher eine existierende Menge kennzeichnet) S_hhh an den (hhh)- orientierten Metallkristallen ist in einem Bereich von 40% ≦ S_hhh ≦ 100% in dem zweiten Bereich R₂ festgesetzt.

Im ersten Bereich R₁ werden die (2hhh)-orientierten Metallkristalle 13 in Säulenform von der Innenumfangsfläche 8 der Gegenbelegung 7 gewachsen, wobei Spitzenenden der (2hhh)- orientierten Metallkristalle 13 von fischförmigen Metallkristallen 15, wie sardinenförmigen Metallkristallen, in der Gleitfläche 12 gebildet werden. Falls der Gehalt S_2hhh an (2hhh)-orientierten Metallkristallen 13 im oben beschriebenen Bereich festgesetzt ist, nimmt die Gleitfläche 12 eine sehr komplizierte Morphologie aufgrund der großen Anzahl von fischförmigen Metallkristallen an, die in der Gleitfläche 12 existieren und besitzt deshalb ein gutes Ölrückhaltevermögen. Zudem sind die (2hhh)-Ebenen der (2hhh)-orientierten Metallkristalle 13 zweite Gleitflächen und aus diesem Grund besitzen die Kristalle 13 eine große Härte und eine große Festigkeit.

Ein derartiger erster Bereich R₁ weist eine hervorragende Freß- und Abnutzbeständigkeit auf und der erste Bereich R₁ kann, selbst wenn die Gleitbedingung hart ist, einer derartig harten Gleitbedingung widerstehen.

In dem zweiten Bereich R₂ sind die (hhh)-orientierten Metallkristalle 14 in Säulenform von der Innenumfangsfläche der Gegenbelegung 7 gewachsen, wobei Spitzenenden der (hhh)- orientierten Metallkristalle 14 in der Gleitfläche 12 gebildet sind und zwar von Sechsecks-pyramidenförmigen Metallkristallen 16, wie in Fig. 3 gezeigt, oder von Dreiecks-pyramidenförmigen Metallkristallen 17, wie in Fig. 6 gezeigt. Falls der Gehalt S_hhh von (hhh)-orientierten Metallkristallen 14 in dem oben beschriebenen Bereich festgesetzt wird, nimmt die Gleitfläche 12 eine sehr komplizierte Morphologie aufgrund der großen Anzahl von Sechsecks-pyramidenförmigen Metallkristallen 16 und/oder der großen Anzahl von Dreiecks-pyramidenförmigen Metallkristallen 17 an, welche in der Gleitfläche 12 existieren, und besitzt deshalb ein gutes Ölrückhaltevermögen. Allerdings besitzen die (hhh)-orientierten Metallkristalle 14 eine geringere Härte im Vergleich mit den (2hhh)-orientierten Metallkristallen 13.

Ein derartiger zweiter Bereich R₂ hat eine exzellente Freßbeständigkeit und ist deshalb äußerst geeignet zur Verwendung an einer Stelle, an der die Freßbeständigkeit vorzugsweise erfordert wird.

Wie es klar in Fig. 7 gezeigt ist, erscheint die Neigung der (2hhh)-Ebene bezüglich einer Phantomebene 18 längs der Gleitfläche 12 als die Neigung des fischförmigen Metallkristalls 15 und deshalb wird Einfluß auf das Ölrückhaltevermögen und die Abnutzbeständigkeit des ersten Bereichs R₁ ausgeübt. Der Neigungswinkel θ, der durch die (2hhh)-Ebene bezüglich der Phantomebene 18 gebildet ist, wird vorzugsweise in einem Bereich von 0° ≦ θ ≦ 15° festgesetzt. In diesem Fall ist die Neigungsrichtung der (2hhh)-Ebene nicht begrenzt. Wenn der Neigungswinkel θ größer als 15° ist, werden das Ölrückhaltevermögen und die Abnutzbeständigkeit des ersten Bereichs R₁ reduziert. Der bevorzugte Neigungswinkel liegt auch an der (hhh)-Ebene an, wie in Fig. 8 gezeigt.

Beispiele von den Metallkristallen mit bcc-Struktur sind solche von einfachen Metallen, wie Fe, Cr, Mo, W, Ta, Zr, Nb, V und dgl., oder solche von Legierungen davon.

Bei der Plattierbehandlung zum Bilden des ersten und zweiten Bereichs R₁ und R₂ des Gleitflächenaufbaus kann der Bereich von Plattierbadbedingungen zum Ausführen eines elektrolytischen Fe-Plattierens wie in Tabelle 1 gezeigt verwendet werden. In diesem Fall wird dann, wenn einer der Bereiche gebildet wird, ein dem anderen Bereich entsprechender Abschnitt bzw. der andere Bereich maskiert.

Tabelle 1

Die Einstellung des pH-Werts wird durch Verwendung von Ammoniakwasser durchgeführt.

Ein Pulsstromverfahren wird vorwiegend als eine Erregungsmethode verwendet. Bei dem Pulsstromverfahren wird der elektrische Strom I von einer Plattierstromquelle derart gesteuert, daß im Verlauf der Zeit T eine Pulswellenform beschrieben wird, bei der der Strom I von einem Minimumstromwert Imin gesteigert wird und einen Maximumstromwert Imax erreicht, und dann wie in Fig. 9 gezeigt auf den Minimumstromwert Imin fällt. In Fig. 9 ist T_ON eine Erregungszeit vom Beginn des Anstiegs des elektrischen Stroms ab, T_C ist eine Zykluszeit, wobei ein Zyklus vom Beginn eines früheren Anstiegs zum Beginn eines nachfolgenden Anstiegs reicht.

Tabelle 2

Tabelle 2 zeigt die Minimum- oder Maximumbedingungen zum Ausführen des Pulsstromverfahrens. In Tabelle 2 stellt CDmax eine Maximum-Kathodenstromdichte dar; CDm stellt eine mittlere Kathodenstromdichte dar; und T_ON/T_C stellt das Verhältnis der Erregungszeit T_ON zu der Zykluszeit T_C dar, d. h. ein Zeitverhältnis.

Wenn das Pulsstromverfahren verwendet wird, wird die Ionenkonzentration in der Nähe einer Kathode ausgeglichen aufgrund der Tatsache, daß elektrischer Strom im Plattierbad fließt oder nicht fließt. Daher kann die Zusammensetzung der ersten und zweiten Bereiche R₁ und R₂ stabilisiert werden.

Im oben beschriebenen elektrolytischen Fe-Plattierverfahren können die Ablagerung und der Gehalt an (2hhh)-orientierten Fe-Kristallen oder der (hhh)-orientierten Fe-Kristalle durch Veränderung der Plattierbadbedingungen und der Erregungsbedingungen wie unten beschrieben kontrolliert werden. Bei Verwendung des Pulsstromverfahrens ist diese Kontrolle einfach, und deshalb wird die Gleitfläche 12 einfach in eine gewünschte Gestalt gebracht.

Beispiel 1 (a) Gleiteigenschaften des ersten Bereichs R₁

Für jedes Testbeispiel wurde eine Gegenbelegung 7 vorbereitet, die aus einem Walzstahl (JIS SPCC) hergestellt ist und einen Außendurchmesser von 51 mm (52,3 mm im freien Zustand), eine Breite von 19,5 mm, eine Dicke von 1,485 mm und einen Ölloch(10)-Durchmesser von 3 mm aufweist. Diejenigen Abschnitte der Innenumfangsfläche 8 der Gegenbelegung 7, welche den zwei ersten Bereichen R₁ entsprechen, wurden einem elektrolytischen Fe-Plattieren unterzogen, um erste Bereiche R₁ aus einem Aggregat von Fe-Kristallen und mit einer Breite von 2 mm und einer Dicke von 15 µm zu bilden. In dieser Zeit wurde der Bereich der Gegenbelegung 7, der dem zweiten Bereich R₂ entspricht, unter Verwendung eines Stahlblechs als eine leitfähige Schablone maskiert.

Dann wurden die zwei ersten Bereiche R₁ in gleicher Weise maskiert wie oben beschrieben, und der Teil der Gegenbelegung 7, der dem zweiten Bereich R₂ entspricht, wurde dem elektrolytischen Fe-Plattieren unterzogen, um einen zweiten Bereich R₂ mit einer Dicke von 15 µm zu bilden.

Tabelle 3 zeigt die elektrolytischen Fe-Plattierbedingungen für Beispiele 1a bis 5a der ersten Bereiche, und Tabelle 4 zeigt elektrolytische Fe-Plattierbedingungen für Beispiele 6a bis 9a der ersten Bereiche.

Für die Plattierzeit wurden verschiedene Werte innerhalb des Bereichs von 5 bis 60 Minuten verwendet, um die Dicke der Beispiele 1a bis 9a auf 15 µm festzusetzen, wie oben beschrieben.

Die Tabellen 5 und 6 zeigen die Kristallform der Gleitfläche, den Gehalt an orientierten Fe-Kristallen und die Härte eines Abschnitts des Gleitflächenaufbaus für die Beispiele; Tabelle 5 entspricht den Beispielen 1a bis 5a, und Tabelle 6 entspricht den Beispielen 6a bis 9a.

Der Gehalt an orientierten Fe-Kristallen wurde unter Verwendung von unten beschriebenen Gleichungen sowie auf Grundlage der Röntgenstrahlbeugungsdiagramme für die Beispiele 1a bis 9a bestimmt. Wie in Fig. 10 gezeigt, wurde die Röntgenstrahlbeugung bei 0°-Position durchgeführt, wobei die Gleitfläche 12 unter rechten Winkeln der Röntgenstrahlung ausgesetzt wurde, und in einer Position, in der die Gleitfläche 12 in Anbetracht der Neigung der fischförmigen Metallkristalle und dgl. um einen Neigungswinkel α geneigt wurde. In diesem Fall wurde α auf 5°, 10° und 15° festgesetzt. Das Ergebnis der Messung in der 0°-Position und das Ergebnis der Messung in der 5°-, 10°- und 15°-Position ist im wesentlichen gleich und deshalb wurde das Röntgenstrahlbeugungsdiagramm der 0°-Position für die Berechnung des Gehalts verwendet. Die Fig. 11 und 12 zeigen die Röntgenstrahlbeugungsdiagramme für die Beispiele 1a und 4a in der 0°-Position. In den folgenden Gleichungen bedeutet beispielsweise der {110}-orientierte Fe-Kristalle einen Fe- Kristall mit seiner {110}-Ebene zur Gleitfläche hin orientiert
{110}-orientierte Fe-Kristalle : S₁₁₀ = {(I₁₁₀/IA₁₁₀)/T} × 100
{200}-orientierte Fe-Kristalle : S₂₀₀ = {(I₂₀₀/IA₂₀₀)/T} × 100
{211}-orientierte Fe-Kristalle : S₂₁₁ = {((I₂₁₁/IA₂₁₁)/T} × 100
{310}-orientierte Fe-Kristalle : S₃₁₀ = {(I₃₁₀/IA₃₁₀)/T} × 100
{222}-orientierte Fe-Kristalle : S₂₂₂ = {(I₂₂₂/IA₂₂₂)/T} × 100
I₁₁₀, I₂₀₀, I₃₁₀ und I₂₂₂ sind Messungen (Impulse/sec) einer von der jeweiligen Kristallebene reflektierten Röntgenstrahlungsintensität; IA₁₁₀, IA₂₀₀, IA₂₁₁, IA₃₁₀und IA₂₂₂ sind Intensitätsverhältnisse von reflektierter Röntgenstrahlung von Kristallebenen in einer ASTM-Karte (ASTM = American Society for Testing Materials), IA₁₁₀ = 100; IA₂₀₀ = 20; IA₂₁₁ = 30; IA₃₁₀ = 12 und IA₂₂₂ = 6. Ferner ist T = (I₁₁₀/IA₁₁₀) + (I₂₀₀/IA₂₀₀) + (I₂₁₁/IA₂₁₁) + (I₃₁₀/IA₃₁₀) + (I₂₂₂/IA₂₂₂).

Fig. 13 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche im Beispiel 1a zeigt. In Fig. 13 erkennt man eine große Anzahl von fischförmigen Fe-Kristallen. Der fischförmige Fe-Kristall ist ein {211}-orientierter Fe-Kristall mit seiner {211}-Ebene hin zur Gleitfläche orientiert. Der Gehalt S₂₁₁ (S_2hhh) an {211}-orientierten Fe-Kristallen ist gleich 91,3%, wie in Tabelle 5 und Fig. 11 gezeigt.

Fig. 14 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche in dem Beispiel 4a zeigt. In Fig. 14 erkennt man eine große Anzahl von fischförmigen Fe-Kristallen und eine große Anzahl von Sechsecks-pyramidenförmigen Fe-Kristallen. Der fischförmige Fe-Kristall ist ein {211}-orientierter Fe- Kristall mit seiner {211}-Ebene hin zur Gleitfläche orientiert. Der Gehalt S₂₁₁ der {211}-orientierten Fe-Kristalle ist gleich 47,9%, wie in Tabelle 5 und Fig. 12 gezeigt. Der Sechsecks-pyramidenförmige Fe-Kristall ist ein {222}- orientierter Fe-Kristall mit seiner (hhh)-Ebene, d. h. {222}- Ebene hin zur Gleitfläche orientiert. Der Gehalt S₂₂₂ (S_hhh) der {222}-orientierten Fe-Kristalle ist gleich 51,1%, wie in Tabelle 5 und Fig. 12 gezeigt.

Fig. 15 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche im Beispiel 8a zeigt. In Fig. 15 erkennt man eine große Anzahl von Sechsecks-pyramidenförmigen Fe-Kristallen und eine große Anzahl von körnigen Fe-Kristallen. Der Sechsecks pyramidenförmige Fe-Kristall ist gleichfalls ein {222}- orientierter Fe-Kristall mit seiner {222}-Ebene hin zur Gleitfläche orientiert. Der Gehalt S₂₂₂ an {222}-orientierten Fe-Kristallen ist gleich 80,5%, wie in Tabelle 6 gezeigt.

In den Tabellen 5 und 6 sind die Beispiele 1a bis 7a von großer Härte im Vergleich mit den Beispielen 8a, 9a. Dies ist dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen zuzurechnen, der gleich oder größer als 20% ist. In diesem Fall, wenn S₂₁₁ ≧ 25%, ist der Grad der Steigerung in der Härte beträchtlich.

Um einen Freßtest durchzuführen, wurde eine aus Kohlenstoffstahl (JIS S48C, ein weiches nitriertes Material) hergestellte Rotationswelle mit einem Durchmesser von 47,94 mm und einer Länge von 140 mm in eine Aufnahme (mit einem Spiel von 30 µm) einer Metallprüfeinrichtung gesetzt derart, daß sie durch ein Paar von Gleitlagern aus Halbringhälften mit Aufbauen der Beispiele 1a für den ersten Bereich geklemmt wurde. Dann wurde der Freßtest unter folgenden Bedingungen ausgeführt: Die Umlaufgeschwindigkeit der Rotationswelle war 6000 Umdrehungen/Minute und die Menge an zugeführtem Öl betrug 600 ml/Minute, die Methode zum Aufbringen einer Last auf die Gleitlager war derart, daß zunächst eine Last von 2000 N auf die Gleitlager gebracht wurde und für 2 Minuten gehalten wurde. Danach wurde die Last in Schritten von 2000 N erhöht, wobei sie nach der Erhöhung jeweils für 2 Minuten gehalten wurde. Dabei wurde die Temperatur von denjenigen Bereichen der Gegenbelegung des Gleitlagers gemessen, die den zwei ersten Bereichen entsprechen, und die Last zu der Zeit, wenn die Temperatur 180°C überschritten hat, wurde als Fressen erzeugende Last definiert. Ein ähnlicher Freßtest wurde für die Gleitlager durchgeführt, die ein Paar Halbringhälften mit Aufbauen der Beispiele 2a bis 9a für den ersten Bereich und des Beispiels 1b für den zweiten Bereich.

Dann wurden Chips mit den Beispielen 1a bis 9a hergestellt und einem Abnutztest in "Chip auf Scheibe"-Weise unter Schmierung unterzogen, um eine Abnutzmenge zu messen. Die Bedingungen für den Abnutztest waren wie folgt: Das Material für die Scheibe war ein Kohlenstoffstahl (JIS S48C, ein weiches nitriertes Material); die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe war 12,5 m/sec; die Menge an zugeführtem Öl war 5 ml/Minute; der Flächeninhalt der Gleitfläche des Chips war 1 cm²; die Drucklast auf dem Chip war 300 N; die Gleitzeit betrug 30 Minuten; und die Abnutzmenge war die Differenz zwischen der Dicke des Chips vor dem Test und der Dicke des Chips nach dem Test.

Tabelle 7 zeigt Ergebnisse des Freßtests und des Abnutztests für die Beispiele 1a bis 9a zusammen mit dem Verhältnis S₂₁₁/S₂₂₂ des Gehalts S₂₁₁ von den {211}-orientierten Fe-Kristallen zu dem Gehalt S₂₂₂ von den {222}-orientierten Fe-Kristallen.

Tabelle 7

Fig. 16 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen und der Fressen erzeugenden Last für die Beispiele 1a bis 9a. In Fig. 16, entsprechen die Punkte (1a) bis (9a) jeweils den Beispielen 1a bis 9a. Der Zusammenhang zwischen den Punkten und den Beispielen wird für später beschriebene Figuren verwendet.

Fig. 17 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen und der Abnutzmenge für die Beispiele 1a bis 9a.

In den Fig. 16 und 17 ist die Steigerung in der Freßbeständigkeit und in der Abnutzbeständigkeit bei den Beispielen 1a bis 6a verschieden vom Beispiel 7a. Daraus ist ersichtlich, daß der Gehalt S₂₁₁ im ersten Bereich R₁ in einem Bereich von S₂₁₁ ≧ 20% festgesetzt sein sollte. Vorzugsweise ist der Gehalt S₂₁₁ in einem Bereich von S₂₁₁ ≧ 25%.

Falls das Verhältnis S₂₁₁/S₂₂₂ in einem Bereich von S₂₁₁/S₂₂₂ ≧ 1 mit dem Gehalt S₂₁₁ gleich oder größer als 25% festgesetzt wird, werden die Beständigkeiten gegen Fressen und Abnutzung beträchtlich gesteigert wie in den Beispielen 1a bis 3a. Im Falle des Beispiels 4a ist der Gehalt S₂₁₁ relativ hoch, aber die Freßbeständigkeit ist äquivalent zu der des Beispiels 3a mit dem relativ geringen Gehalt S₂₁₁, und die Abnutzbeständigkeit ist äquivalent zu der des Beispiels 5a mit dem relativ geringen Gehalt S₂₁₁, weil das Verhältnis S₂₁₁/S₂₂₂ kleiner als 1 ist.

(b) Gleiteigenschaften des zweiten Bereichs R₂

Für jedes Testbeispiel wurde eine Gegenbelegung 7 vorbereitet, die aus einem Walzstahl (JIS SPCC) hergestellt wurde, einen Außendurchmesser von 51 mm (52,3 mm im freien Zustand), eine Breite von 19,5 mm, eine Dicke von 1,485 mm und einen Öllochdurchmesser von 3 mm hat. Derjenige Teil der Innenumfangsfläche 8 der Gegenbelegung 7, welcher den zweiten Bereichen R₂ entspricht, wurde zur Bildung eines zweiten Bereichs R₂ einem elektrolytischen Fe-Plattieren unterzogen, wobei der zweite Bereich aus einem Aggregat von Fe-Kristallen gebildet wurde und eine Breite von 15,5 mm und eine Dicke von 15 µm aufweist. Dabei wurden diejenigen Teile der Gegenbelegung 7, welche den zwei ersten Bereichen R₁ entsprechen, unter Verwendung eines Stahlbleches als eine leitfähige Schablone maskiert.

Dann wurde der zweite Bereich R₂ in gleicher Weise wie oben beschrieben maskiert, und diejenigen Teile der Gegenbelegung 7, welche den zwei ersten Bereichen R₁ entsprechen, wurden einem elektrolytischen Fe-Plattieren unterzogen, um zwei erste Bereiche R₁ mit einer Dicke von 15 µm zu bilden.

Tabelle 8 zeigt die elektrolytischen Fe-Plattierbedingungen für Beispiele 1b bis 5b des zweiten Bereichs und eines Beispiels 1a der ersten Bereiche R₁. Die Plattierzeit wurde in einem Bereich von 5 bis 60 Minuten variiert, um die Dicke der Beispiele 1b bis 5b sowie 1a auf 15 µm festzusetzen, wie oben beschrieben.

Tabelle 9 zeigt die Kristallform der Gleitfläche, den Gehalt an orientierten Fe-Kristallen und die Härte eines Abschnitts des Gleitflächenaufbaus für die Beispiele 1b bis 5b und 1a.

Der Gehalt an orientierten Fe-Kristallen wurde für die Beispiele 1b bis 5b und 1a in der gleichen Weise wie oben beschrieben bestimmt, basierend auf den Röntgenstrahlbeugungsdiagrammen.

Fig. 19 ist ein Röntgenstrahlbeugungsdiagramm in 0°-Position für das Beispiel 5b.

Fig. 20 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche im Beispiel 1b zeigt. In Fig. 20 erkennt man eine große Anzahl von Sechsecks-pyramidenförmigen Fe-Kristallen. Der Sechsecks-pyramidenförmige Fe-Kristall ist ein {222}- orientierter Fe-Kristall mit seiner (hhh)-Ebene, d. h. {222}- Ebene hin zur Gleitfläche orientiert. Der Gehalt S₂₂₂ (S_hhh) an {222}-orientierten Fe-Kristallen ist gleich 98,1%, wie in Tabelle 9 und Fig. 18 gezeigt.

Fig. 21 ist ein Mikrobild, das die Kristallstruktur der Gleitfläche im Beispiel 5b zeigt. In Fig. 21 erkennt man eine große Anzahl von körnigen Fe-Kristallen. In diesem Fall ist der Gehalt an unterschiedlich orientierten Fe-Kristallen ungefähr ausgeglichen oder gleich, wie in Tabelle 9 und Fig. 19 gezeigt.

Dann wurde ein Freßtest unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt, wobei ein Gleitlager verwendet wurde, das ein Paar von Halbringhälften mit den Aufbauen der Beispiele 1b und 1a für die zweiten bzw. ersten Bereiche umfaßt, und unter Verwendung der oben beschriebenen Metallprüfeinrichtung. Die Messung der Temperatur, die der Fressen erzeugenden Last entspricht, wurde für denjenigen Teil der Außenumfangsfläche der Gegenbelegung des Gleitlagers gemessen, welcher dem zweiten Bereich entspricht. Ein ähnlicher Freßtest wurde unter Verwendung eines Gleitlagers ausgeführt, welches ein Paar von Halbringhälften mit den Aufbauen von den Beispielen 2b bis 5b für den zweiten Bereich und 1a für den ersten Bereich umfaßte. Tabelle 10 zeigt Ergebnisse des Freßtests.

Tabelle 10

Fig. 22 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Gehalt S₂₂₂ an {222}-orientierten Fe-Kristallen und der Fressen erzeugenden Last für die Beispiele 1b bis 5b.

In Fig. 22 ist die Steigerung in der Freßbeständigkeit bei den Beispielen 1b, 2b und 3b verschieden von den Beispielen 4b und 5b. Daraus ist ersichtlich, daß der Gehalt S₂₂₂ im zweiten Bereich R₂ in einem Bereich von S₂₂₂ ≧ 40% festgesetzt werden sollte.

Beispiel 2

In Fig. 23A und 23B ist ein Kolben 19 für eine Brennkraftmaschine gezeigt, der aus einer Aluminiumlegierung (JIS AC8A, ein T7-behandeltes Material) gebildet ist. Ein lamellarer Gleitflächenaufbau 9 ist auf der ganzen Außenumfangsfläche eines Stegabschnitts 20 des Kolbens 19 sowie auf einem Teil einer Außenumfangsfläche eines Schürzenabschnitts 21 des Kolbens 19 gebildet.

In diesem Fall entspricht der Bereich an der ganzen Außenumfangsfläche des Stegabschnitts 20 und der Bereich an einem Teil des Schürzenabschnitts 21 ersten Bereichen R₁ des Gleitflächenaufbaus 9. Der Ausdruck "ein Teil" des Schürzenabschnitts 21 entspricht dem Teil, der erhalten wird, indem zwei Aussparungen 23 um zwei Kolbenbolzenlöcher 22 vom Schürzenabschnitt 21 ausgenommen werden, sowie zwei zentrale Abschnitte 24 ausgenommen werden, die durch eine Punkt-Strich- Linie zwischen beiden Aussparungen 23 umrundet sind. Abschnitte, die an den zwei durch die Punkt-Strich-Linie umrundeten zentralen Abschnitten gelegen sind, entsprechen zweiten Bereichen R₂ des Gleitflächenaufbaus 9.

Insbesondere werden die Abschnitte des Kolbens 19, die den zweiten Bereichen R₂ entsprechen (nämlich die zwei zentralen Abschnitte) und die zwei Aussparungen 23 mit den gleichen Mitteln, wie oben beschrieben, maskiert und Gleitflächenaufbaue der Beispiele 1a bis 9a des oben bei (a) beschriebenen ersten Bereichs R₁ werden auf den Abschnitten gebildet, die den ersten Bereichen R₁ entsprechen, und zwar durch ein elektrolytisches Fe-Plattierverfahren unter den gleichen Bedingungen, wie sie oben beschrieben wurden. Dann wurden die ersten Bereiche R₁ in gleicher Weise wie oben beschrieben maskiert und ein Aufbau des Beispiels 1b des zweiten Bereichs R₂ wie oben bei (a) beschrieben an jedem der zwei zentralen Teile 24 und den zwei Aussparungen 23 unter den gleichen Bedingungen durch ein elektrolytisches Fe- Plattierverfahren gebildet. In diesem Fall besitzen Oberflächenschichten, die an den zwei Aussparungen 23 gebildet sind und Sechsecks-pyramidenförmige Fe-Kristalle in einer Oberfläche davon aufweisen, eine Ölspeicherfunktion.

Dann wurden Chips mit den Beispielen 1a bis 9a hergestellt und einem Freßtest in "Chip auf Scheibe"-Weise unter Schmierung unterzogen, um die Fressen erzeugende Last zu messen, wobei erhaltene Ergebnisse in Tabelle 11 angegeben sind. Die Bedingungen für den Freßtest waren wie folgt: Das Material für die Scheibe war ein Gußeisen (JIS FC250); die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe war 12,5 m/sec; die zugeführte Ölmenge betrug 40 ml/min. der Flächeninhalt der Gleitfläche des Chips war 1 cm²; die Methode zum Aufbringen einer Last auf den Chip bestand darin, eine Last von 20 N auf den Chip aufzubringen und diese für 2 Minuten zu halten, anschließend wurde die Last in Schritten von 20 N erhöht, wobei sie für 2 Minuten gehalten wurde, immer wenn die Last vergrößert wurde.

Tabelle 11

Fig. 24 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Gehalt S₂₁₁ an {211}-orientierten Fe-Kristallen und der Fressen erzeugenden Last für die Beispiele 1a bis 9a.

In Fig. 24 ist die Steigerung in der Freßbeständigkeit für die Beispiele 1a bis 6a verschieden von den Beispielen 7a bis 9a. Daraus erkennt man, daß der Gehalt S₂₁₁ im ersten Bereich R₁ in einem Bereich von S₂₁₁ < 20% festgesetzt sein sollte. Vorzugsweise liegt der Gehalt S₂₁₁ in einem Bereich von S₂₁₁ ≧ 25 %.

Falls das Verhältnis S₂₁₁/S₂₂₂ in einem Bereich von S₂₁₁/S₂₂₂ ≧ 1 festgesetzt wird, falls der Gehalt S₂₁₁ gleich oder größer als 25% ist, wird die Freßbeständigkeit wie in den Beispielen 1a bis 3a beträchtlich erhöht. Im Falle des Beispiels 4a ist der Gehalt S₂₁₁ relativ hoch, aber die Freßbeständigkeit entspricht der der Beispiele 3a und 5a mit dem relativ geringen Gehalt Szll, weil das Verhältnis S₂₁₁/S₂₂₂ kleiner als 1 ist.

Claims

1. Gleitflächenaufbau mit einem ersten Gleitbereich (R₁) und einem zweiten Gleitbereich (R₂), die jeweils in einem elektrolytischen Pulsstrom-Abscheidungsprozeß als Aggregat von Fe-Kristallen gebildet sind und jeweils verschiedenen Gleitbedingungen unterliegen,
wobei der erste Gleitbereich (R₁) (2hhh)-orientierte Fe-Kristalle umfaßt, die eine kubisch raumzentrierte Struktur aufweisen und deren (2hhh)-Ebenen (in Miller-Indizes) in oder parallel zu einer Gleitfläche (18) angeordnet sind, wobei der Gehalt S_2hhh an (2hhh)-orientierten Fe-Kristallen in einem Bereich von 25% ≦ S_2hhh ≦ 100% festgesetzt ist,
wobei bei dem Pulsstromverfahren zum elektrolytischen Abscheiden des ersten Gleitbereichs (R₁) eine maximale Kathoden stromdichte CD_max von CD_max ≧ 25 A/dm², eine mittlere Kathoden stromdichte CD_m von CD_m ≧ 5 A/dm² und ein Verhältnis T_ON/T_C der Erregungszeit T_ON zur Zykluszeit T_C von T_ON/T_C ≦ 0,45 zum Einsatz kommt,
wobei der zweite Gleitbereich (R₂) (hhh)-orientierte Fe-Kristalle umfaßt, die eine kubisch raumzentrierte Struktur aufweisen und deren (hhh)-Ebenen (in Miller-Indizes) in oder parallel zu einer Gleitfläche (18) angeordnet sind, wobei der Gehalt S_hhh an (hhh)-orientierten Fe- Kristallen in einem Bereich von 40% ≦ S_hhh ≦ 100% festgesetzt ist, und
wobei bei dem Pulsstromverfahren zum elektrolytischen Abscheiden des zweiten Gleitbereichs (R₂) eine maximale Kathoden stromdichte CD_max von CD_max ≧ 15 A/dm², eine mittlere Kathoden stromdichte CD_m von CD_m ≧ 3 A/dm² und ein Verhältnis T_ON/T_C der Erregungszeit T_ON zur Zykluszeit T_C von T_ON/T_C ≦ 0,45 zum Einsatz kommt.

2. Gleitflächenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch in dem ersten Gleitbereich (R₁) (hhh)-orientierte Fe-Kristalle vorgesehen sind, wobei das Verhältnis S_2hhh/S_hhh des Gehalts S_2hhh der (2hhh)-orientierten Fe-Kristalle zu dem Gehalt S_hhh der (hhh)-orientierten Fe-Kristalle im ersten Gleitbereich (R₁) größer als 1 ist.