DE202020105508U1 - Metallic plain bearing composite - Google Patents

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Abstract

Metallischer Gleitlagerverbundwerkstoff (2) mit einer Stützschicht (4), insbesondere aus Stahl, und einer Lagermetallschicht (6) auf Aluminiumbasis mit Zinn, Silizium und Kupfer und/oder Nickel und mit einer Zwischenschicht (8) auf Aluminiumbasis als Haftvermittlungsschicht, welche in unmittelbarem Kontakt mit der Stützschicht (4) und mit der Lagermetallschicht (6) zwischen Stützschicht (4) und Lagermetallschicht (6) angeordnet ist, wobei bei der Lagermetallschicht (6)
der Zinngehalt 5 - 7 Gew.-% beträgt,
der Siliziumgehalt 1,5 - 5,0 Gew.-% beträgt,
ein Eisengehalt 0,1 - 0,4 Gew.-% beträgt,
der Gesamtgehalt an Kupfer und/oder Nickel 0,5 - 2 Gew.-% beträgt,
wobei die Lagermetallschicht (6) ein oder mehrere Veredelungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Strontium, Natrium, Kalium, Kalzium und Barium, enthält, und dass der Gesamtgehalt an diesen Veredelungsmitteln 0,01 - 0,1 Gew.-% beträgt,
wobei die Lagermetallschicht (6) eine oder mehrere Legierungskomponenten aus einer ersten Gruppe, bestehend aus Cobalt, Cer, Mangan und Molybdän, enthält, wobei deren Gesamtgehalt 0,1 - 0,3 Gew.% beträgt,
wobei die Lagermetallschicht (6) eine oder mehrere Legierungskomponenten aus einer zweiten Gruppe, bestehend aus Chrom, Vanadium und Zirconium, enthält, wobei deren Gesamtgehalt 0,15 - 0,4 Gew.% beträgt,
wobei der Rest der Lagermetallschicht (6) von Aluminium und verunreinigungsbedingten Bestandteilen gebildet ist, wobei letztere einzeln 0,05 Gew.-% und in der Summe 0,5 Gew.-% nicht übersteigen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagermetallschicht (6) auf Aluminiumbasis eine Dicke von 200 - 1200 µm, aufweist, und
dass die Zwischenschicht (8) auf Aluminiumbasis eine Dicke von wenigstens 15 µm bis höchstens ein Drittel, insbesondere bis höchstens ein Viertel der Dicke der Lagermetallschicht (6) aufweist und gebildet ist aus
1,5 - 1,9 Gew.-% Kupfer,
0,6 - 1,0 Gew.-% Mangan,
0,07 - 0,4 Gew.-% Eisen,
0,05 - 0,4 Gew.-% Silizium,
0,08 - 0,18 Gew.-% Kobalt,
0,08 - 0,18 Gew.-% Chrom,
0,03 - 0,10 Gew.-% Titan,
0,08 - 0,18 Gew.-% Zirconium, und
Rest Aluminium und verunreinigungsbedingte Bestandteile, wobei letztere einzeln 0,05 Gew.-% und in der Summe 0,5 Gew.-% nicht übersteigen.

Figure DE202020105508U1_0000
Metallic plain bearing composite material (2) with a support layer (4), in particular made of steel, and a bearing metal layer (6) based on aluminum with tin, silicon and copper and / or nickel and with an intermediate layer (8) based on aluminum as a bonding layer which is in direct contact is arranged with the support layer (4) and with the bearing metal layer (6) between the support layer (4) and the bearing metal layer (6), with the bearing metal layer (6)
the tin content is 5 - 7% by weight,
the silicon content is 1.5 - 5.0% by weight,
an iron content is 0.1-0.4% by weight,
the total copper and / or nickel content is 0.5-2% by weight,
wherein the bearing metal layer (6) contains one or more finishing agents from the group consisting of strontium, sodium, potassium, calcium and barium, and that the total content of these finishing agents is 0.01-0.1% by weight,
wherein the bearing metal layer (6) contains one or more alloy components from a first group consisting of cobalt, cerium, manganese and molybdenum, the total content of which is 0.1-0.3% by weight,
wherein the bearing metal layer (6) consists of one or more alloy components from a second group made of chromium, vanadium and zirconium, the total content of which is 0.15-0.4% by weight,
the remainder of the bearing metal layer (6) being formed by aluminum and constituents caused by contamination, the latter individually not exceeding 0.05% by weight and not exceeding 0.5% by weight in total,
characterized,
that the bearing metal layer (6) based on aluminum has a thickness of 200-1200 μm, and
that the aluminum-based intermediate layer (8) has a thickness of at least 15 μm to at most a third, in particular to at most a quarter of the thickness of the bearing metal layer (6) and is formed from
1.5-1.9% by weight copper,
0.6-1.0% by weight manganese,
0.07-0.4% by weight iron,
0.05-0.4% by weight silicon,
0.08-0.18% by weight cobalt,
0.08-0.18% by weight chromium,
0.03-0.10% by weight titanium,
0.08-0.18 wt% zirconium, and
The remainder is aluminum and components caused by contamination, the latter individually not exceeding 0.05% by weight and not exceeding 0.5% by weight in total.
Figure DE202020105508U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Gleitlagerverbundwerkstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiger Gleitlagerverbundwerkstoff ist bekannt aus EP 2 845 917 B1 der Anmelderin.The invention relates to a metallic sliding bearing composite material with the features of the preamble of claim 1. Such a sliding bearing composite material is known from EP 2 845 917 B1 of the applicant.

Typische Anwendungsgebiete finden sich im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, beispielsweise finden diese Gleitlagerverbundwerkstoffe bei der Herstellung von Kurbelwellenlagerschalen und Pleuellagerschalen Anwendung.Typical areas of application are in the field of automotive engineering, for example these plain bearing composite materials are used in the manufacture of crankshaft bearing shells and connecting rod bearing shells.

Bei diesem bekannten Gleitlagerverbundwerkstoff übernimmt die Stützschicht die mechanische Stabilität des Gleitlagerverbundwerkstoffs bzw. eines hieraus gebildeten Gleitlagerelements. Die Lagermetallschicht übt unmittelbar oder auch mittelbar über eine dünne Laufschicht oder Einlaufschicht die eigentliche Lagerungsfunktion für den Gleitpartner, zumeist eine Welle oder ein Wellenzapfen, aus.In this known plain bearing composite material, the support layer takes over the mechanical stability of the plain bearing composite material or a plain bearing element formed therefrom. The bearing metal layer performs the actual bearing function for the sliding partner, usually a shaft or a shaft journal, directly or indirectly via a thin running layer or running-in layer.

WO 2018/140997 A1 offenbart einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Stützschicht und einer darauf angebrachten Lagermetallschicht auf Aluminiumbasis. In einer ersten Ausführungsform steht die direkt auf die Stützschicht aufgebrachte Lagermetallschicht auf Aluminiumbasis in Gleitkontakt zu dem Gleitpartner. Sie umfasst 0 bis 7% Zinn, 1,1 bis 1,9 Gew.-% Kupfer, 0,4 bis 1,0 Gew.-% Mangan, 0,05 bis 0,18 Gew.-% Kobalt, 0,05 bis 0,18 Gew.-% Chrom, 0,03 bis 0,10 Gew.-% Titan, 0,08 bis 0,18 Gew.-% Zirkonium und 0 bis 0,4 Gew.-% Silizium und Rest Aluminium und Verunreinigungen. WO 2018/140997 A1 discloses a plain bearing composite material with a support layer and an aluminum-based bearing metal layer applied thereon. In a first embodiment, the aluminum-based bearing metal layer applied directly to the support layer is in sliding contact with the sliding partner. It comprises 0 to 7% tin, 1.1 to 1.9% by weight copper, 0.4 to 1.0% by weight manganese, 0.05 to 0.18% by weight cobalt, 0.05 up to 0.18% by weight of chromium, 0.03 to 0.10% by weight of titanium, 0.08 to 0.18% by weight of zirconium and 0 to 0.4% by weight of silicon and the remainder aluminum and Impurities.

In einer zweiten Ausführungsform umfasst die direkt auf die Stützschicht aufgebrachte Lagermetallschicht auf Aluminiumbasis 1,5 bis 1,9 Gew.-% Kupfer, 0,6 bis 1,0 Gew.-% Mangan, 0,08 bis 0,18 Gew.-% Kobalt, 0,08 bis 0,18 Gew.-% Chrom, 0,03 bis 0,10 Gew.-% Titan, 0,08 bis 0,18 Gew.-% Zirkonium und 0,2 bis 0,4 Gew.-% Silizium und Rest Aluminium und Verunreinigungen, wobei auf diese Lagermetallschicht eine weitere Schicht aus einer weiteren Aluminiumbasislegierung aufgebracht ist, die siliziumfrei ist. Diese weitere Schicht fungiert eher als dünne Laufschicht oder Einlaufschicht, da deren plötzlicher Ausfall oder zumindest partieller Verschleiß ausdrücklich als Betriebszustand angenommen wird.In a second embodiment, the aluminum-based bearing metal layer applied directly to the support layer comprises 1.5 to 1.9% by weight of copper, 0.6 to 1.0% by weight of manganese, 0.08 to 0.18% by weight. % Cobalt, 0.08 to 0.18% by weight of chromium, 0.03 to 0.10% by weight of titanium, 0.08 to 0.18% by weight of zirconium and 0.2 to 0.4% by weight .-% silicon and the remainder aluminum and impurities, a further layer made of a further aluminum-based alloy that is silicon-free is applied to this bearing metal layer. This further layer functions more as a thin running layer or running-in layer, since its sudden failure or at least partial wear is expressly assumed as an operating condition.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs genannten bekannten gattungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff die Aufgabe zugrunde, die Herstellbarkeit und die Gebrauchstauglichkeit des Gleitlagerverbundwerkstoffs und hieraus, insbesondere durch Roll-/Biegevorgänge gebildeter Gleitlagerelemente zu verbessern. Insbesondere soll eine gute Anhaftbarkeit der Schichten aneinander erreicht werden, wobei dies prozesstechnisch durch Walzplattieren realisiert werden können soll.The present invention is based on the above-mentioned known, generic plain bearing composite, the task of improving the manufacturability and usability of the plain bearing composite and, in particular, plain bearing elements formed therefrom by rolling / bending processes. In particular, good adhesion of the layers to one another is to be achieved, it being possible for this to be achieved in terms of process technology by roll cladding.

Im Zuge der zu der vorliegenden Erfindung führenden Entwicklungsmaßnahmen wurde erkannt, dass bei der Auswahl von Reinaluminium als Zwischenschicht und Haftvermittlungsschicht die Warmfestigkeit des Werkstoffs bei Temperaturen ab 160° bis 170° C Probleme bereiten kann. Um dem entgegenzuwirken, hatte man auch versucht, die Zwischenschichten noch dünner auszubilden, um dem Erfahrungssatz „dünne Schichten tragen besser“ Rechnung zu tragen. Doch auch dieser Maßnahme waren rasch Grenzen erreicht, da die Wirkung einer Haftvermittlungsschicht unterhalb von 20 µm Dicke ihrerseits wiederum abnimmt.In the course of the development measures leading to the present invention, it was recognized that when selecting pure aluminum as the intermediate layer and adhesion promoting layer, the high temperature strength of the material at temperatures from 160 ° to 170 ° C. can cause problems. To counteract this, attempts had also been made to make the intermediate layers even thinner, in order to take account of the empirical principle that “thin layers are better”. But even this measure quickly reached its limits, since the effect of an adhesion promoting layer below 20 µm thickness in turn decreases.

Zur Lösung der vorstehend formulierten Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Gleitlagerverbundwerkstoff erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Lagermetallschicht auf Aluminiumbasis eine Dicke von 200 - 1200 µm, aufweist, und dass die Zwischenschicht auf Aluminiumbasis eine Dicke von wenigstens 15 µm bis höchstens ein Drittel, insbesondere bis höchstens ein Viertel der Dicke der Lagermetallschicht aufweist und gebildet ist aus 1,5 - 1,9 Gew.-% Kupfer,

  • 0,6 - 1,0 Gew.-% Mangan,
  • 0,07 - 0,4 Gew.-% Eisen,
  • 0,05 - 0,4 Gew.-% Silizium,
  • 0,08 - 0,18 Gew.-% Kobalt,
  • 0,08 - 0,18 Gew.-% Chrom,
  • 0,03 - 0,10 Gew.-% Titan,
  • 0,08 - 0,18 Gew.-% Zirconium, und
  • Rest Aluminium und verunreinigungsbedingte Bestandteile, wobei letztere einzeln 0,05 Gew.-% und in der Summe 0,5 Gew.-% nicht übersteigen.
To solve the problem formulated above, based on the above-mentioned plain bearing composite material, the invention proposes that the aluminum-based bearing metal layer has a thickness of 200-1200 μm, and that the aluminum-based intermediate layer has a thickness of at least 15 μm to at most one third, in particular up to has a maximum of a quarter of the thickness of the bearing metal layer and is formed from 1.5-1.9% by weight copper,
  • 0.6-1.0% by weight manganese,
  • 0.07-0.4% by weight iron,
  • 0.05-0.4% by weight silicon,
  • 0.08-0.18% by weight cobalt,
  • 0.08-0.18% by weight chromium,
  • 0.03-0.10% by weight titanium,
  • 0.08-0.18 wt% zirconium, and
  • The remainder is aluminum and components caused by contamination, the latter individually not exceeding 0.05% by weight and not exceeding 0.5% by weight in total.

Durch diese Ausbildung der Zwischenschicht als dünner Haftvermittlungsschicht wurde ein im Hinblick auf die vorstehenden Aufgabenaspekte verbesserter Gleitlagerverbundwerkstoff geschaffen, der sich zudem in hervorragender Weise für ein Walzplattierverfahren eignet. Auch die Warmfestigkeit der Zwischenschicht und des Gleitlagerverbundwerkstoffs insgesamt ist noch im Bereich von 180° C betriebssicher. Die Lagermetallschicht, die Zwischenschicht und die Stützschicht der beanspruchten Zusammensetzung weisen auch dauerhaft eine gute Anhaftbarkeit miteinander auf. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass die Zwischenschicht zinnfrei ausgebildet ist und somit in der Anbindungsebene zur Stützschicht keine Zinnschlieren in der Bindeebene, insbesondere durch Bürsten der Zwischenschicht vor dem Walzplattieren, gebildet werden. Durch die beanspruchte Zusammensetzung der Zwischenschicht wird deren Festigkeit und insbesondere Warmfestigkeit erhöht, so dass man bei aus dem Gleitlagerverbundwerkstoff hergestellten Gleitlagerschalen oder -buchsen kein seitliches Herauspressen des Zwischenschichtmaterials mehr beobachtet.By designing the intermediate layer as a thin adhesion-promoting layer, a plain bearing composite material which is improved with regard to the above task aspects and which is also outstandingly suitable for a roll cladding process was created. The heat resistance of the intermediate layer and the composite plain bearing material is also still operationally reliable in the range of 180 ° C. The bearing metal layer, the intermediate layer and the support layer of the claimed composition also have good permanent adhesion to one another. This is due in particular to the fact that the intermediate layer is designed to be tin-free and therefore no tin streaks in the bonding plane in the connection plane to the support layer, in particular by brushing the Intermediate layer prior to roll cladding. The claimed composition of the intermediate layer increases its strength and, in particular, heat resistance, so that in the case of plain bearing shells or bushes made from the plain bearing composite material, no lateral pressing out of the intermediate layer material is observed.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Lagermetallschicht eine Dicke von wenigstens 250 µm, insbesondere von wenigstens 300 µm und insbesondere von höchstens 1100 µm, insbesondere von höchstens 1000 µm, insbesondere von höchstens 800 µm, insbesondere von höchstens 600 µm, insbesondere von höchstens 500 µm aufweist.It is also proposed that the bearing metal layer have a thickness of at least 250 μm, in particular at least 300 μm and in particular at most 1100 μm, in particular at most 1000 μm, in particular at most 800 μm, in particular at most 600 μm, in particular at most 500 μm having.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zwischenschicht auf Aluminiumbasis eine Dicke von wenigstens 20 µm, insbesondere von wenigstens 25 µm und insbesondere von höchstens ein Drittel, insbesondere höchstens ein Viertel der Dicke der Lagermetallschicht aufweist.It is further proposed that the aluminum-based intermediate layer have a thickness of at least 20 μm, in particular at least 25 μm and in particular at most a third, in particular at most a quarter of the thickness of the bearing metal layer.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Gleitlagerverbundwerkstoff dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht körnige Silizium-Ausscheidungen und Ausscheidungen intermetallischer Phasen enthält, welche jeweils vorzugsweise überwiegend knollig oder sphärisch ausgebildet sind und jeweils einen D95-Wert ihrer Partikelgröße von weniger als 6 µm aufweisen und einen D99-Wert ihrer Partikelgröße von weniger als 15 µm aufweisen. Ein Gleitlagerverbundwerkstoff, welcher eine Lagermetallschicht mit den genannten Eigenschaften umfasst, besitzt vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf Grund der feinverteilten und knollig oder sphärisch ausgebildeten Silizium-Ausscheidungen und Ausscheidungen von intermetallischen Phasen. Mit überwiegend knollig ist hierbei eine Form gemeint, die keine scharfen Kanten oder platten- oder nadelförmige Auswüchse aufweist. Die Form der Ausscheidungen kann als rund oder abgerundet beschrieben werden. Unter einem D95-Wert einer Partikelgröße wird hier ein Wert verstanden, der einem Partikeldurchmesser entspricht, bei welchem 95 % der gemessenen Partikeldurchmesser mit ihrer Größe unterhalb dieses Durchmessers, dem D95-Wert liegen. Entsprechend ist ein D99-Wert hier dahingehend definiert, dass 99 % der gemessenen Partikelgrößen unter dem Durchmesser, welcher dem D99-Wert entspricht, liegen.According to a preferred embodiment of the present invention, the plain bearing composite material is characterized in that the bearing metal layer contains granular silicon precipitates and precipitations of intermetallic phases, which are each preferably predominantly bulbous or spherical and each have a D95 value of their particle size of less than 6 μm and have a D99 value of their particle size of less than 15 µm. A plain bearing composite material which comprises a bearing metal layer with the properties mentioned has advantageous mechanical properties due to the finely distributed and lumpy or spherical silicon precipitates and precipitations of intermetallic phases. With predominantly bulbous here is meant a shape that has no sharp edges or plate or needle-shaped protrusions. The shape of the precipitates can be described as round or rounded. A D95 value of a particle size is understood here to mean a value which corresponds to a particle diameter at which 95% of the measured particle diameters are below this diameter, the D95 value. Accordingly, a D99 value is defined here to the effect that 99% of the measured particle sizes are below the diameter which corresponds to the D99 value.

Partikelgrößen werden hierbei mittels eines Schliffbilds gemessen. Hierbei spielt die Richtung des Schliffbilds, beispielsweise bezogen auf die Maschinenrichtung einer Bandfertigung, keine Rolle, das heißt, dass die Größenverteilung der partikelförmigen Ausscheidungen isotrop ist. Ein solches Schliffbild wird üblicherweise mittels einer mikroskopischen Aufnahme analysiert. In der mikroskopischen Aufnahme werden jeweils Kreise um die zu vermessenden Partikel gelegt, wobei der Kreisdurchmesser so angepasst wird, dass der Kreis der kleinstmögliche Kreis ist, der einen jeweiligen Partikel umschreibt. Der Durchmesser dieses kleinsten einen Partikel umschreibenden Kreises ist der Durchmesser des Partikels, welcher in der Größenverteilung zu berücksichtigen ist. Hierbei wird keine Korrektur dafür vorgenommen, dass ein gewisser Anteil der Partikel außerhalb ihrer maximalen Ausdehnung durch das Schliffbild geschnitten wird.Particle sizes are measured using a micrograph. The direction of the micrograph, for example in relation to the machine direction of a tape production, does not play a role, that is, the size distribution of the particulate precipitations is isotropic. Such a micrograph is usually analyzed by means of a microscopic photograph. In the microscopic image, circles are placed around the particles to be measured, the diameter of the circle being adjusted so that the circle is the smallest possible circle that circumscribes a respective particle. The diameter of this smallest circle circumscribing a particle is the diameter of the particle, which has to be taken into account in the size distribution. In this case, no correction is made for the fact that a certain proportion of the particles outside their maximum extent is cut through the micrograph.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Zinngehalt in der Lagermetallschicht 5,5 - 7 Gew.-%. Der genannte Zinngehalt bewirkt vorteilhafte tribologische Eigenschaften der Lagermetallschicht, da Zinn als Schmierstoff wirkt. Im Betrieb eines Gleitlagers kann es auch vorkommen, dass eine etwa zusätzlich vorgesehene Laufschicht lokal abgenutzt wird, in einem solchen Fall steht der Gleitpartner in Kontakt mit der Lagermetallschicht. Gute tribologische Eigenschaften der Lagermetallschicht verhindern in einem solchen Fall ein Fressen des Lagers. Ebenso kann, je nach Anwendung, bei guten Gleiteigenschaften der Lagermetallschicht auf eine Laufschicht ganz verzichtet werden oder lediglich eine sich schnell abnutzende, sogenannte Einlaufschicht aufgebracht werden.According to a preferred embodiment of the invention, the tin content in the bearing metal layer is 5.5-7% by weight. The tin content mentioned causes advantageous tribological properties of the bearing metal layer, since tin acts as a lubricant. During operation of a plain bearing, it can also happen that an additional running layer is worn out locally, in such a case the sliding partner is in contact with the bearing metal layer. In such a case, good tribological properties of the bearing metal layer prevent the bearing from seizing. Likewise, depending on the application, if the bearing metal layer has good sliding properties, a running layer can be dispensed with entirely or only a so-called run-in layer that wears off quickly can be applied.

Als vorteilhaft hat sich ebenso erwiesen, dass der Siliziumgehalt in der Lagermetallschicht 3,5 - 4,5 Gew.-% beträgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass ausreichend Silizium-Ausscheidungen in der Lagermetallschicht vorhanden sind, welche einen vorteilhaften Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Lagermetallschicht haben.It has also proven to be advantageous that the silicon content in the bearing metal layer is 3.5-4.5% by weight. This ensures that there are sufficient silicon precipitates in the bearing metal layer, which have an advantageous influence on the mechanical properties of the bearing metal layer.

Kupfer und Nickel, welche sich gegenseitig ersetzen können, haben einen vorteilhaften Einfluss auf die Festigkeit der Lagermetallschicht, wenn sie in den angegebenen Gehaltsbereichen zulegiert werden.Copper and nickel, which can replace each other, have an advantageous influence on the strength of the bearing metal layer if they are added in the specified content ranges.

Die Lagermetallschicht kann weiter von einer AlSn(5-7)Si(3,5-4,5)Cu(0,5-1,0)Fe(0,1-0,4)Cr(0,15 -0,4)Mn(0,1-0,25)-Legierung, insbesondere von einer AlSn(6)Si(4)Cu(0,7)Fe(0,2)Cr(0,25)Mn(0,15)-Legierung gebildet sein, die außerdem wenigstens eines der genannten Veredelungsmittel enthalten. Diese Legierung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Anlaufscheiben, also axial wirkenden Gleitlagerelementen.The bearing metal layer can further consist of an AlSn (5-7) Si (3.5-4.5) Cu (0.5-1.0) Fe (0.1-0.4) Cr (0.15-0, 4) Mn (0.1-0.25) alloy, in particular from an AlSn (6) Si (4) Cu (0.7) Fe (0.2) Cr (0.25) Mn (0.15) Alloy be formed, which also contain at least one of the said finishing agents. This alloy is particularly suitable for the production of thrust washers, i.e. axially acting slide bearing elements.

Die Lagermetallschicht kann weiter von einer AlSn(5-7)Si(1,5-3,0)Cu(0,5-1,5)Fe(0,1-0,4)Cr(0,2-0,4)Mn(0,1-0,25)-Legierung, insbesondere von einer AlSn(6)Si(2 )Cu(1)Fe(0,2)Cr(0,25)Mn(0,2)-Legierung gebildet sein, die außerdem wenigstens eines der genannten Veredelungsmittel enthält.The bearing metal layer can further consist of an AlSn (5-7) Si (1.5-3.0) Cu (0.5-1.5) Fe (0.1-0.4) Cr (0.2-0, 4) Mn (0.1-0.25) alloy, in particular from an AlSn (6) Si (2) Cu (1) Fe (0.2) Cr (0.25) Mn (0.2) alloy be formed, which also contains at least one of said finishing agents.

Wie schon angedeutet kann auf der einem Gleitpartner zugewandten Seite der Lagermetallschicht eine dünne Laufschicht oder Einlaufschicht vorgesehen sein, wobei sich hierfür eine Gleitlackschicht, insbesondere eine polymere Gleitlackschicht, als vorteilhaft erweisen kann.As already indicated, a thin running layer or running-in layer can be provided on the side of the bearing metal layer facing a sliding partner, a sliding lacquer layer, in particular a polymer sliding lacquer layer, proving to be advantageous for this.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Schutzansprüchen, der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffs.Further features, details and advantages of the invention emerge from the attached claims, the drawing and the following description of preferred embodiments of the sliding bearing composite material according to the invention.

In der Zeichnung zeigt

  • die Figur eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen metallischen Gleitlagerverbundwerkstoffs.
In the drawing shows
  • the figure shows a schematic sectional view of a metallic sliding bearing composite material according to the invention.

Die Figur zeigt einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht 4, insbesondere aus Stahl, und mit einer Lagermetallschicht 6 auf Aluminiumbasis der eingangs wiedergegebenen Zusammensetzung. Zwischen der Lagermetallschicht 6 und der Stützschicht 4 ist eine dünne Zwischenschicht 8 als Haftvermittlungsschicht zwischen der Lagermetallschicht 6 und der Stützschicht 4 angeordnet. Diese Zwischenschicht 8 hat die eingangs erläuterte Zusammensetzung. Herstellungstechnisch wird zunächst ein Walzplattierverbund aus der Lagermetallschicht 6 und der Zwischenschicht 8 hergestellt. Dieser Verbund wird dann in einem weiteren Walzplattiervorgang auf die Stützschicht 4 aufgebracht, weshalb eine hinreichende Bruchdehnung der verwandten Materialien erforderlich ist. Es zeigte sich, dass die wie beansprucht legierte Zwischenschicht 8 diesem Erfordernis gerecht wird und darüber hinaus eine hinreichend gute Warmfestigkeit aufweist, damit im Betrieb bei motorennahen Anwendungen, insbesondere als Gleitlagerschale oder Gleitlagerbuchse zur Lagerung einer Kurbelwelle oder von Pleueln, ein axiales Herauspressen der Zwischenschicht 8 nicht auftritt. Auch die Anhaftung der Aluminiumlegierung der Zwischenschicht 8 zur Stützschicht 4 hin ist gut. Vor dem Walzplattieren kann diese zinnfreie Aluminiumlegierung auch beispielsweise durch Bürsten aktiviert werden, ohne dass sich hierdurch schmierende Bestandteile in der Bindeebene ansammeln.The figure shows an overall with the reference number 2 designated plain bearing composite material with a metallic support layer 4th , in particular made of steel, and with a bearing metal layer 6th based on aluminum of the composition given at the outset. Between the bearing metal layer 6th and the support layer 4th is a thin intermediate layer 8th as a bonding layer between the bearing metal layer 6th and the support layer 4th arranged. This intermediate layer 8th has the composition explained at the beginning. In terms of production, a roll cladding composite is first made from the bearing metal layer 6th and the intermediate layer 8th produced. This composite is then applied to the support layer in a further roll cladding process 4th applied, which is why a sufficient elongation at break of the related materials is required. It was found that the intermediate layer alloyed as claimed 8th This requirement is met and also has a sufficiently good heat resistance, so that during operation in applications close to the engine, in particular as a plain bearing shell or plain bearing bush for mounting a crankshaft or connecting rods, an axial pressing out of the intermediate layer 8th does not occur. Also the adhesion of the aluminum alloy of the intermediate layer 8th to the support layer 4th is good. Before roll cladding, this tin-free aluminum alloy can also be activated, for example, by brushing, without lubricating components collecting in the bonding plane as a result.

Bevorzugte Zusammensetzungen, Schichtdicken und Ausbildungen der in der Figur angedeuteten Schichten sind in der Beschreibungseinleitung und in den Ansprüchen angegeben. Eine etwa noch vorhandene dünne Laufschicht oder Einlaufschicht würde sich an die dem Gleitpartner zugewandte Oberseite der Lagermetallschicht 6 anschließen; eine solche ist in der Figur aber nicht dargestellt und wird auch nicht als erforderlich angesehen.Preferred compositions, layer thicknesses and configurations of the layers indicated in the figure are given in the introduction to the description and in the claims. Any thin running layer or running-in layer that might still be present would adhere to the top of the bearing metal layer facing the sliding partner 6th connect; however, this is not shown in the figure and is also not considered to be necessary.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2845917 B1 [0001]EP 2845917 B1 [0001]
  • WO 2018/140997 A1 [0004]WO 2018/140997 A1 [0004]

Claims (12)

Metallischer Gleitlagerverbundwerkstoff (2) mit einer Stützschicht (4), insbesondere aus Stahl, und einer Lagermetallschicht (6) auf Aluminiumbasis mit Zinn, Silizium und Kupfer und/oder Nickel und mit einer Zwischenschicht (8) auf Aluminiumbasis als Haftvermittlungsschicht, welche in unmittelbarem Kontakt mit der Stützschicht (4) und mit der Lagermetallschicht (6) zwischen Stützschicht (4) und Lagermetallschicht (6) angeordnet ist, wobei bei der Lagermetallschicht (6) der Zinngehalt 5 - 7 Gew.-% beträgt, der Siliziumgehalt 1,5 - 5,0 Gew.-% beträgt, ein Eisengehalt 0,1 - 0,4 Gew.-% beträgt, der Gesamtgehalt an Kupfer und/oder Nickel 0,5 - 2 Gew.-% beträgt, wobei die Lagermetallschicht (6) ein oder mehrere Veredelungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Strontium, Natrium, Kalium, Kalzium und Barium, enthält, und dass der Gesamtgehalt an diesen Veredelungsmitteln 0,01 - 0,1 Gew.-% beträgt, wobei die Lagermetallschicht (6) eine oder mehrere Legierungskomponenten aus einer ersten Gruppe, bestehend aus Cobalt, Cer, Mangan und Molybdän, enthält, wobei deren Gesamtgehalt 0,1 - 0,3 Gew.% beträgt, wobei die Lagermetallschicht (6) eine oder mehrere Legierungskomponenten aus einer zweiten Gruppe, bestehend aus Chrom, Vanadium und Zirconium, enthält, wobei deren Gesamtgehalt 0,15 - 0,4 Gew.% beträgt, wobei der Rest der Lagermetallschicht (6) von Aluminium und verunreinigungsbedingten Bestandteilen gebildet ist, wobei letztere einzeln 0,05 Gew.-% und in der Summe 0,5 Gew.-% nicht übersteigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (6) auf Aluminiumbasis eine Dicke von 200 - 1200 µm, aufweist, und dass die Zwischenschicht (8) auf Aluminiumbasis eine Dicke von wenigstens 15 µm bis höchstens ein Drittel, insbesondere bis höchstens ein Viertel der Dicke der Lagermetallschicht (6) aufweist und gebildet ist aus 1,5 - 1,9 Gew.-% Kupfer, 0,6 - 1,0 Gew.-% Mangan, 0,07 - 0,4 Gew.-% Eisen, 0,05 - 0,4 Gew.-% Silizium, 0,08 - 0,18 Gew.-% Kobalt, 0,08 - 0,18 Gew.-% Chrom, 0,03 - 0,10 Gew.-% Titan, 0,08 - 0,18 Gew.-% Zirconium, und Rest Aluminium und verunreinigungsbedingte Bestandteile, wobei letztere einzeln 0,05 Gew.-% und in der Summe 0,5 Gew.-% nicht übersteigen.Metallic plain bearing composite material (2) with a support layer (4), in particular made of steel, and a bearing metal layer (6) based on aluminum with tin, silicon and copper and / or nickel and with an intermediate layer (8) based on aluminum as a bonding layer which is in direct contact with the support layer (4) and with the bearing metal layer (6) between the support layer (4) and the bearing metal layer (6), the tin content of the bearing metal layer (6) being 5 - 7% by weight, the silicon content 1.5 - 5.0% by weight, the iron content is 0.1-0.4% by weight, the total copper and / or nickel content is 0.5-2% by weight, the bearing metal layer (6) being a or more refining agents from the group consisting of strontium, sodium, potassium, calcium and barium, and that the total content of these refining agents is 0.01-0.1% by weight, the bearing metal layer (6) having one or more Alloy components from a first group, consisting of cobalt, cerium, manganese and molybdenum, the total content of which is 0.1-0.3% by weight, the bearing metal layer (6) having one or more alloy components from a second group consisting of chromium, vanadium and zirconium, contains, the total content of which is 0.15-0.4% by weight, the remainder of the bearing metal layer (6) being formed by aluminum and constituents caused by contamination, the latter being individually 0.05% by weight and a total of 0.5 % By weight, characterized in that the aluminum-based bearing metal layer (6) has a thickness of 200-1200 µm, and that the aluminum-based intermediate layer (8) has a thickness of at least 15 µm to at most one third, in particular up to at most a quarter of the thickness of the bearing metal layer (6) and is formed from 1.5-1.9% by weight copper, 0.6-1.0% by weight manganese, 0.07-0.4% by weight. -% iron, 0.05-0.4% by weight silicon, 0.08-0.18% by weight cobalt, 0.08-0.18% by weight chromium, 0.03 - 0.10% by weight titanium, 0.08-0.18% by weight zirconium, and the remainder aluminum and impurity-related components, the latter individually 0.05% by weight and a total of 0.5% by weight Do not exceed%. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (6) eine Dicke von wenigstens 250 µm, insbesondere von wenigstens 300 µm und insbesondere von höchstens 1100 µm, insbesondere von höchstens 1000 µm, insbesondere von höchstens 800 µm, insbesondere von höchstens 600 µm, insbesondere von höchstens 500 µm aufweist.Plain bearing composite material (2) according to Claim 1 , characterized in that the bearing metal layer (6) has a thickness of at least 250 µm, in particular at least 300 µm and in particular no more than 1100 µm, in particular no more than 1000 µm, in particular no more than 800 µm, in particular no more than 600 µm, in particular no more than 500 µm. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) auf Aluminiumbasis eine Dicke von wenigstens 20 µm, insbesondere von wenigstens 25 µm und insbesondere von höchstens ein Drittel, insbesondere von höchstens ein Viertel der Dicke der Lagermetallschicht aufweist.Plain bearing composite material (2) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the aluminum-based intermediate layer (8) has a thickness of at least 20 µm, in particular at least 25 µm and in particular at most a third, in particular at most a quarter of the thickness of the bearing metal layer. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (6) körnige Silizium-Ausscheidungen (10) und Ausscheidungen (12) intermetallischer Phasen enthält.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bearing metal layer (6) contains granular silicon precipitates (10) and precipitations (12) of intermetallic phases. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die körnigen Silizium-Ausscheidungen (10) überwiegend knollig oder sphärisch ausgebildet sind und vorzugsweise jeweils einen D95-Wert ihrer Partikelgröße von weniger als 6 µm aufweisen und einen D99-Wert ihrer Partikelgröße von weniger als 15 µm aufweisen.Plain bearing composite according to Claim 4 , characterized in that the granular silicon precipitates (10) are predominantly bulbous or spherical and preferably each have a D95 value of their particle size of less than 6 µm and a D99 value of their particle size of less than 15 µm. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinngehalt 5,5 - 7 Gew.-% beträgt.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the tin content is 5.5-7% by weight. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (6) von einer AlSn(5-7)Si(3,5-4,5)Cu(0,5-1,0)Fe(0,1-0,4)Cr(0,15 -0,4)Mn(0,1-0,25)-Legierung, insbesondere von einer AlSn(6)Si(4)Cu(0,7)Fe(0,2)Cr(0,25)Mn(0,15)-Legierung gebildet ist, die außerdem wenigstens eines der genannten Veredelungsmittel enthält.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bearing metal layer (6) consists of an AlSn (5-7) Si (3.5-4.5) Cu (0.5-1.0) Fe (0.1-0.4) Cr (0.15-0.4) Mn (0.1-0.25) alloy, in particular from an AlSn (6) Si (4) Cu (0.7) Fe (0.2) Cr (0.25) Mn (0.15) alloy is formed, which also contains at least one of the said finishing agents. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (6) von einer AlSn(5-7)Si(1,5-3,0)Cu(0,5-1,5)Fe(0,1-0,4)Cr(0,2-0,4)Mn(0,1-0,25)-Legierung, insbesondere von einer AlSn(6)Si(2)Cu(1)Fe(0,2)Cr(0,25)Mn(0,2)-Legierung gebildet ist, die außerdem wenigstens eines der genannten Veredelungsmittel enthält.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bearing metal layer (6) consists of an AlSn (5-7) Si (1.5-3.0) Cu (0.5-1.5) Fe (0.1-0.4) Cr (0.2-0.4) Mn (0.1-0.25) alloy, in particular from an AlSn (6) Si (2) Cu (1) Fe (0 , 2) Cr (0.25) Mn (0.2) alloy is formed, which also contains at least one of the said finishing agents. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtgehalt an Legierungskomponenten aus der ersten Gruppe 0,1 - 0,3 Gew.-%, insbesondere 0,1 - 0,2 Gew.-%, beträgt.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the total content of alloy components from the first group is 0.1-0.3% by weight, in particular 0.1-0.2% by weight . Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtgehalt an Legierungskomponenten aus der zweiten Gruppe 0,2 - 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,25 - 0,35 Gew.-%, beträgt.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the total content of alloy components from the second group 0, 2-0.5% by weight, in particular 0.25-0.35% by weight. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einem Gleitpartner zugewandten Seite der Lagermetallschicht (6) eine Gleitlackschicht, insbesondere eine polymere Gleitlackschicht, aufgebracht ist.Sliding bearing composite material (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that a sliding lacquer layer, in particular a polymer sliding lacquer layer, is applied to the side of the bearing metal layer (6) facing a sliding partner. Gleitlagerverbundwerkstoff (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlackschicht über eine zusätzliche haftvermittelnde Beschichtung mit der Lagermetallschicht (6) verbunden ist.Plain bearing composite material (2) according to Claim 11 , characterized in that the sliding lacquer layer is connected to the bearing metal layer (6) via an additional adhesion-promoting coating.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115505793A (en) * 2022-08-29 2022-12-23 四川双飞虹精密部件有限公司 Bearing bush composite material and preparation method thereof

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