DE2106918A1

DE2106918A1 - Mehrschichtiges Lagermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2106918A1
Application number: DE19712106918
Authority: DE
Inventors: Milton Leonard Shaker Heights; Berdan Betty Lee; Luce Betty Maud; Willowick; Ohio Selker (V.St.A.). P
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1970-03-03
Filing date: 1971-02-13
Publication date: 1971-09-23
Also published as: DE2106918C3; JPS5318660B1; GB1295997A; DE2106918B2; US3644105A; CA932368A

Description

11. Februar Gzy/hk

CLEVITE CORPORATION, Cleveland, Ohio, U.S.A,

Mehrschichtiges Lagermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial, das bei hoher Belastung verwendet werden kann. Das erfindungsgemaße Lager- i material ist gekennzeichnet durch eine neue Zwischenschicht aus Kupfer und Molybdendisulfid.

Zur Verwendung in Dieselmotoren und Ottomotoren unter hohen Belastungen muß das Lagermaterial beständig sein gegen Ermüdung und Anfressen, und muß außerdem billig sein. Lagermaterial dieser Art hat in der Regel eine Oberschicht mit einem hohen Gehalt an Blei und Zinn, um die Korrosion zu verhindern und um das Lager einer schlecht ausgerichteten Welle anzupassen. Um die Beständigkeit gegen Ermüdung zu erhöhen, hat man in der Regel eine Zwischenschicht aus Kupfer oder einer bleihaltigen Bronze vorgesehen. Derartige Lager sind beständig gegen Ermüdung·, sie werden aber bei hoher Belastung leicht angefressen. *

Das erfindungsgemäße Lagermaterial vermeidet diese Nachteile dadurch, daß es eine Zwischenschicht enthält, welche beständig ist gegen Anfressen und gegen Ermüdung.

Lager mit einer Zwischenschicht aus Kupfer haben, wie schon gesagt, eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung, sie werden aber beim Betrieb unter hohen Belastungen leicht angefresse.

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Um dieses Anfressen zu verringern oder zu verhindern, enthält die erfindungsgemäße Zwischenschicht aus Kupfer Molybdändisulfid. Es ist bekannt, daß Molybdändisulfid ein Schmiermittel ist. Bei der TrockenschmJerung ist es in Pulverform verwendet worden, wobei es mit Hilfe von Harzen, Sirup oder Leimen an einer besonders vorbereiteten Oberfläche befestigt ist. Molybdändisulfid ist ferner als Zusatz zu Schmierölen und Fetten verwendet worden.

Das Einverleiben eines Pulvers in eine Matrix aus Metall kann durch Sintern oder durch galvanisches Piatieren durchgeführt werden. Beim Einbringen von Molybdändisulfid in eine Kupferschicht, die als Zwischenschicht in Lagern dienen soll, kann das Sinterverfahren nicht gut angewendet werden, weil das Molybdändisulfid mit Kupfer reagiert. Daher würde ein gemeinsames Niederschlagen von Kupfer und Molybdänsulfid den Vorteil mit sich bringen, daß die Umsetzung dieser beiden Stoffe vermieden wird, und daß die Dicke und die Oberfläche dieser Schicht so eingestellt werden können, daß sie nachträglich nicht mehr mechanisch bearbeitet zu werden braucht. In den USA-Patentschriften Nr. 3 061 525 und 3 168 457 ist ein Verfahren beschrieben, nach welchem teilchenförmige Stoffe galvanisch in eine Matrix aus Metall eingebettet werden können. In der USA-Patentschrift Nr. 3 061 525 ist als ein solcher teilchenförmiger Stoff auch Molybändisulfid genannt. Das dort beschriebene Verfahren ist aber für die Herstellung von Lagermaterial nicht gut geeignet.

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Das wesentliche Ziel der Erfindung ist ein mehrschichtiges Lagermaterial mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Anfressen und Ermüdung bei hohen Belastungen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagermaterials durch galvanisches Niederschlagen»

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtstoffes für Lager.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein aus drei Schichten bestehendes Lager, das billig ist und bei einer hohen Belastung verwendet werden kann.

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise eine AusfÜhrungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt perpektivisch ein erfindungsgemäßes Lager.

Figur 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie II - II nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab.

Figur 3 zeigt in noch vergrößert.erem Maßstabe einen Schnitt durch die Zwischenschicht und die Oberschicht.

Nach den Figuren 1 und 2 besteht das Lager 10 aus der Trägerschicht 12 aus üblichem Stahl. Diese Trägerschicht ist sorgfältig plattiert mit einer Zwischenschicht 14. Di* Zwischer schicht hat eine Dicke von 25 bis 100 Mikron und besteht im wesentlichen aus Kupfer mit einem Gehalt von 1 bis 3 Gew.-# Molybdändisulfid. Die Dicke ist abhängig von dem vorgesehenen

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Verwendungszweck« Darüber befindet sich die Oberschicht 16, die in der Regel aus einer Legierung von Zinn und Blei besteht. Die Oberschicht ist ebenfalls galvanisch auf die Zwischenschicht 14 aufgetragen und hat eine Dicke von etwa 13 Mikron. Die Oberschicht dient dazu, dem Lager eine verbesserte Oberfläche zu geben und es einer schlechten Ausrichtung der Welle anzupassen. Vorzugsweise besteht die Oberschicht aus 8 bis 1O# Zinn, 1 bis 3% Kupfer, Rest Blei.

Die Figur 3 zeigt die Zwischenschicht 14, die aus einer Matrix 18 aus Kupfer besteht, in welcher kleine Teilchen 20 von Molybdänsulfid gleichmäßg dispergiert sind.

Erfindungsgemäße Lager haben eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Anfressen und Ermüdung unter hoher Belastung.

Beispiel 1

Es wurde eine Platierlösung verwendet, die Je Liter 200 g CuS04 5H₂O, 80 g H₂SO^ und 0,025 g Chlorid, berechnet als HCl, enthielt. In dieser Lösung waren 5 g/Liter Molybdändisulfid dispergiert. Zum Plattieren wurde der Sttahlträger des Lagers als Kathode verwendet. Gearbeitet wurde bei einer Temperatur von 50 bis 55⁰C und einer Stromdichte von 0,11 Amp. je cm?

Die Teilchen des Molbdändisulfide hatten Durchmesser von 2 bis 10 Mikron, vorzugsweise von weniger als 5 Mikron. Nach diesem Beispiel hatten 8OJ6 der Teilchen Durchmesser von weniger als 5 Mikron. Vor und während des gemeinsamen Niederschiagens von Kupfer und Molybdändisulfid wurde die Lösung kräftig geruht. Eine turbulente Massenbewegung, d. h. ein schnelles

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Umlaufen des Elektrolyten und der Teilchen, ist erforderlich, μπι bei hohen Stromdichten arbeiten zu können. Dadurch kann man bei größeren Produktionen Kosten sparen.

Durch das galvanische Piatieren wird auf den Stahlträger eine Zwischenschicht mit einer Dicke von 25 bis 100 Mikron aufgebracht. Die Zwischschicht ist glatt und feinkörnig.

Dann spülte man mit Wasser und brachte den plattieren Träger J in ein neues Plattierbad, um aus diesem galvanisch eine Oberflächenschicht aus 8 bis 10% Zinn, 1 bis 3% Kupfer, Rest Blei, mit einer Dicke von etwa 13 Mikron aufzubringen.

Das beschriebene Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren nach der USA-Patentschrift Nr. 3 061 525 dadurch, daß man das Molybdändisulfid nicht absetzen läßt. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren hat es sich erwiesen, daß ein kräftiges Rühren erforderlich ist, um eine gleichmäßige Dispergierung des Molybdändisulfids im Kupfer zu erreichen.

Die Menge des Molybdändisulfids im Kupfer hängt ab von seiner Konzentration in dem Bade und von der Stromdichte. (

Bei Stromdichten von 0.11 Amp. je cm nimmt die Menge des abgeschiedenen Molybdändisulfids mit seiner Konzentration bis zu einer Menge von etwa 12%, bezogen auf das Kupfer, zu. Höhere Konzentrationen von Molybdändisulfid in der Plattierlösung erhöhen den Gehalt des mit abgeschiedenen Molybdärdisulfides nicht wesentlich. Bei Konzentrationen von 20% erhält man Niederschläge, die dunkler sind und eine rauhere Oberfläche haben, als Niederschläge aus Bädern mit geringeren Konzentrationen. Die Tabelle I zeigt die Wirkung der Konzentration von Molybdändisulfid in Plattierbädern, welche die Zusammensetzung nach Beispiel I hatten und bei einer Stromdichte von

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0,11 Amp. je cm betrieben wurden. Der Gehalt an Molybdändisulfid in den Zwischenschichten wurde nach bekannten chemischen Verfahren bestimmt.

Tabelle I

Konzentration des Mos« g/l	Gehalt von MoS₂ in der Zwischenschicht
1	0,26
2	0,54
5	1,1
10	1,4

Aussehen der Zwischenschicht

glatt, feinkörnig

glatt, feinkö mi g

dunkel gefärbt, stellenweise knötchenförmige Rauhigkeiten

Auch die Stromdichten sind bedeutsam für die Mengen des Molybdändi sulfide, das mit Kupfer zusammen abgeschieden wird. JDie Tabelle II zeigt diese Abhängigkeiten, wobei ein Plattierbad nach Beispiel I verwendet wurde.

Tabelle II

Stromdichten A/cm2

Gehalt der Zwischen- Aussehen der Zwischen

0,03 0,06

schicht an MoS, 0,13

0,54 109839/1062

schicht

grau-rosa, glatt und tt

grau-rosa, glatt, etwas kristallin

0,11 1,1 grau-rosa, §latt, etwas

- .'/-':..·'. Γ-'-- kristallin

0,21 1,7 grau-rosa, glatt,

kristallin

0,26 2,7 grau-rosa, glatt,glänzen!

kristallin

Bei Versuchen hat es sich gezeigt, daß Lager der beschriebenen Zusammensetzung 200 Stunden lang bei einer Belastung % von 700 kg/cm betrieben werden konnten, wobei nur ganz geringe Gewichtsverluste auftraten.

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Claims

Patentansprüche

Ulm IWHn I !■MllllllillllllllllWIIIIIIIIMmilMIIHIiMI *—Μ —I

1,1 Gegen EnsüdUing und Anfressen beständigem mehrschichtiges L-sgeramttrial, dadurch g®ksniiE©ichnet, daß es »us ®Insr Trägerschicht-aus Stahl» einer ZwischenscSiieht aus Kypfsr und Molybdändiaulfid und einer bleihaltigen Oberschicht besteht*

2, Lfegeriiiat§*\isX nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dtS di« 2«i selenschicht 1 bie 3M Molybdöndisulfld enthält,,

3* Lagtra&t" "/i ;il ciic^ Anspruch i oder 2, dadurch gekenn-

chMT)seidvht eine Dicke von 2? IUs

ej: .-, ··:..,,·: A-■·■..■'i:";i-.& 1 bis 3* o s«'£t^fi-l£'=5©t, dsS di* Cfcs^v- .;·■;_■' ins B bis *S% 5.S- iCupfeii, Hest Blei, i»Wi...:..-.νΚΐ,

5. If-.-· ^rt ~Λ' : ' nfsl #isi@ffi der Aiifprilch« 1 bis 4» dflur.uro §f s. ri . ' ^-.r drP di« Obereohieht tine Dick« vor et^Ä 13 ^^f^\ J₁*-

6, ?s~ £&*,; . ^{T n}Erstellung von Lagematerial nach einem der Ii ^i ^ ' ί -· \ r a £_f dadurch gekennzeichnet, da0 die

auf die Trägerschicht aufge

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