DE2106918B2

DE2106918B2 - Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigem Lagermaterial

Info

Publication number: DE2106918B2
Application number: DE2106918A
Authority: DE
Inventors: Betty Lee Berdan; Betty Maud Luce; Milton Leonard Shaker Heights Selker
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1970-03-03
Filing date: 1971-02-13
Publication date: 1980-06-26
Also published as: DE2106918C3; GB1295997A; DE2106918A1; US3644105A; JPS5318660B1; CA932368A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigem trägermaterial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer galvanisch aufgebrachten, kupferhaltigen Zwischenschicht und einer galvanisch aufgebrachten Oberschicht aus 8 bis 10 Gew.-% Zinn, 1 bis 3 Gew.-% Kupfer, Rest Blei

Lager mit Oberschichten der vorgenannten Zusammensetzung und einer Trjigerscb^ht aus Stahl, die eine oder mehrere Zwischenschichten zwischen der Oberschicht und der Trägerschicht ?-fweisen, sind u.a. bekannt geworden aus den US-PS 24 59 172 und 34 03 010. In der US-PS 23 86 951 ist ein mehrschichtiges Lager beschrieben, bei dem zwischen der Trägerschicht aus Stahl und der eigentlichen Lagerlaufschicht eine Zwischenschicht aus Kupfer galvanisch aufgebracht ist. Außerdem kann dieses Lager eine galvanisch aufgebrachte bleihaltige Oberschicht aufweisen.

Molybdändisulfid wird bei der Lagerherstellung zv:r Verbesserung der Notlaufeigenschaften des Lagermaterials anstelle von oder zusätzlich zur Einlagerung von Graphit oder statt der Ausbildung von ölgetränkten Poren verwendet. Die DD-PS 20 063 behandelt beispielsweise ein Sintermaterial für Lager aus Kupfer, Zinn und 1 bis 3% Molybdändisulfid, wobei nach dem Sintervorgang die Teile mechanisch bearbeitet werden, um das in den Poren vorhandene Molybdändisulfid freizulegen und in die Lauffläche einzureiben, so daß eine molybdänisierte Lauffläche entsteht.

Verfahren und Vorrichtungen zum galvanischen Abscheiden von Metallen, in die im Elektrolyten unlösliche Teilchen eingelagert sind, behandeln die US-PS 30 61 525 und 31 68 457. Hiernach können in Metalle wie Nickel, Kupfer, Cadmium oder Silber, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Wolframcarbid, Zirkonoxid oder auch Molybdändisulfid eingelagert werden. Bei dem Verfahren nach der erstgenannten Patentschrift wird die Suspension aus Klektrolyt und den unlöslichen Teilchen so langsam an dem zu überziehenden (icgenstand vorbeigeführt, daß eine weitgehend laminare Strömung erhalten bleibt; gleich/eilig wird der Gegenstand langsam gedreht.

Der Erfindung liegt die F.rkennuns zugrunde, daß ein crmüdungsfestes und zugleich stark belastbares Lagermaterial erhalten werden kann, wenn die die Ermödungsbeständigkeit erhöhende Kupferschicht als Zwischenschicht unterhalb der eigentlichen Lagerlaufschicht angeordnet wird und in feiner gleichmäßiger Verteilung Molybdändisulfid enthält. Dabei kommt es für die Laufeigenschaften des Lagers nicht darauf an, daß das Molybdändisulfid, dessen Anwendung zur Trockenschmierung bekannt ist, unmittelbar in der Lagerlauffläche zur Einwirkung gelangt VielnHir kann

ίο sich die molybdändisulfidhaltige Kupferschicht als Zwischenschicht zwischen einer Trägerschicht aus Stahl und einer dünnen Oberschicht aus 8 bis 10 Gew.-% Zinn, 1 bis 3 Gew-% Kupfer, Rest Blei, befinden, die die eigentliche Lagerlaufschicht bildet

Für das Einbringen eines Pulvers, wie Molybdändisultid, in eine Matrix aus Metall bietet sich das Sinterverfahren an. Im vorliegenden Falle ist diese Arbeitsweise jedoch nicht anwendbar, weil das Molybdändisulfid unter Umständen bei den Arbeitstemperatu- ren mit Kupfer reagiert Diese Schwierigkeit würde vermieden werden, wenn Kupfer und Molybdändisulfid auf galvanischem Wege aufgebracht werden könnten. Das Verfahren gemäß der obengenannten US-PS 30 61 525 hat sich hierfür jedoch nicht als geeignet erwiesen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von mehrschichtigem Lagermaterial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer galvanisch aufgebrachten, kupferhaltigen Zwischen-

jo schicht und einer galvanisch aufgebrachten Oberschicht aus Zinn, Kupfer und Rest Blei anzugeben, bei dem eine Kupferzwischenschicht gewonnen wird, die durch die gleichmäßige Einlagerung von Molybdändisulfid nicht nur ermüdungsfest, sondern auch bei hohen Belastungen

J5 beständig gegen Festfressen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht aus einem Galvanisierbad aufgebracht wird, das neben Kupfer 5 bis 10 g/l Molybdändisulfid von einer Teilchengröße von 2 bis 10 μπι enthält und bei einer Stromdichte zwischen 0,11 und 0,26 A/cm² arbeitet, wobei wesentlich ist, daß zum Zwecke der gleichmäßigen Dispergierung des Molybdändisulfids im Kupfer das Bad kräftig gerührt wird. Zum Unterschied von der durch die US-PS 30 61 525 vermittelten Lehre ist gemäß Erfindung bei der Abscheidung des Molybdändisulfids und des Kupfers zu einer Zwischenschicht eine Turbulenz oder ein Abreißen der laminaren Strömung im Elektrolytbad ausgesprochen erwünscht.

'it Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Mehrschichtlager sind in den F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellt.

Nach den F i g. 1 und 2 besteht das Lager 10 aus der Trägerschicht 12 aus üblichem Stahl. Diese Träger-

">5 schicht ist sorgfältig plattiert mit einer Zwischenschicht 14. Die Zwischenschicht 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 Verwen-

M) dungszweck. Darüber befindet sich die Oberschicht 16. die in der Regel aus einer Legierung von Zinn und Blei mit 1 bis 3 Gew.-% Kupfer besteht. Die Oberschicht ist ebenfalls galvanisch auf die Zwischenschicht 14 aufgetragen und hat eine Dicke von etwa 13 Mikron.

''Ι Die Oberschicht dient dazu, dem Lager eine verbesserte Oberfläche zu geben und es jiner schlechteren Ausrichtung der Welle anzupassen. Sie besteht aus 8 bis 10% Zinn. I bis 3% Kupfer, Rest Blei.

Die F i g, 3 zeigt die Zwischenschicht 14, die aus einer Matrix 18 aus Kupfer besteht, in welcher kleine Teilchen 20 von Molybdänsulfid gleichmäßig dispergiert sind.

Das nachstehende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Es wurde eine Plattierlösung verwendet, die je Liter 200 g CuSCH · 5H₂O₁ 80 g H₂SO₄ und 0,025 g Chlorid, berechnet als HCl, enthielt In dieser Lösung waren 5 g/I Molybdändisulfid dispergiert Zum Plattieren wurde der Stahlträger de-» Lagers als Kathode verwendet Gearbeitet wurde bei einer Temperatur von 50 bis 55° C und einer Stromdichte von 0,11 A/cm².

Die Teilchen des Molybdändisulfids hatten Durchmesser von 2 bis 10 μπι, vorzugsweise von weniger als 5 μπι, was für 80% der Teilchen galt Vor und während des gemeinsamen Niederschlagen von Kupfer und Molybdändisulfid wurde die Lösung kräftig gerührt. Eine turbulente Massenbewegung, d.h. ein schnelles Umlaufen des Elektrolyten und der Teilchen, ist erforderlich, um bei hohen Stromdichten arbeiten zu können.

Die erhaltene Zwischenschicht mit einer Dicke von 25 bis 100 μπι war glatt und feinkörnig.

Tabelle I

10

15

20 Nach dem Spülen mit Wasser wurde der plattierte Träger in ein neues Plattierbad gebracht, aus dem galvanisch eine Oberflächenschicht aus 8 bis 10% Zinn. 1 bis 3% Kupfer, Rest Blei, mit einer Dicke von etwa 13 Mikron abgeschieden wurde.

Die Menge des Molybdändisulfids im Kupfer hängt ab von seiner Konzentration in dem Bad und von der Stromdichte. Bei Stromdichten von 0,11 A/cm² 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 mitabgeschiedenen Molybdändisulfids 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 Niolybdändisulfid in Plattierbädern, weiche die Zusammensetzung nach dem Beispiel hatten und bei einer Stromdichte von 0,11 A/cm² betrieben wurden. Der G.-öalt an Molybdänuisuifid in den Zwischenschichten win dr nach bekannten chemischen Verfahrep bestimmt

Konzentration des MoSj

g/I

Gehalt von MoSj in der Zwischenschicht Aussehen der Zwischenschicht

10

0,26
0,54
1,1
1,4

glatt, feinkörnig

dunkel gefärbt, stellenweise

knötchenförmige Rauhigkeiten

Auch die Stromdichten sind bedeutsam für die Mengen des Molybdändisulfids, das mit Kupfer zuramiren abgeschieden wird. DieTabelle Il zeigt die Abhängigkeiten, wobei ein Plattierbad nach dem Beispiel verwendet wurde.

Tabelle Ii

Stromdichte

A/cm*

Gehalt der Zwischenschicht an M0S2

Aussehen der Zwischenschicht

0,03
0,06
0,11
0,21
0,26

0,13

0,54

1,1

1,7

2,7

Bei Versuchen hat es sich gezeigt, daß Lager der beschriebenen Zusammensetzung 200 Stunden lang bei einer Belastung von 700 kg/cm² betrieben werden konnten, wobei nur ganz geringe Gewichtsverluste auftraten, sich jedoch keine Erscheinungen von Ermüdung oder Festfressen zeigten. An einem Lager, grau-rosa, glatt und matt
grau-rosa, glatt etwas kristallin
grau-rosa, glatt, etwas kristallin
grau-rosa, glatt, kristallin
grau-rosa, glatt, glänzend kristallin

bei dem eine Kup^ferschicht aus Molybdändisulfid die Lauffläche bildete — das also keine Oberschicht aus Zinn-Kupfer-Blei-Legierung aufwies —, wurden unter sonst gleichen Bedingungen nach 31 Stunden bereits erste Ermüdungsi isse festgestellt; nach 186 Stunden fraß das Lager fest.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigem Lagermaterial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer galvanisch aufgebrachten, kupferhaltigen Zwischenschicht und einer galvanisch aufgebrachten Oberschicht aus 8 bis 10 Gew.-% Zinn, 1 bis 3Gew-% Kupfer, Rest Blei, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem Galvanisierbad, das neben Kupfer 5 bis 10 g/l Molybdändisulfid einer Teilchengröße von 2 bis 10 μιη enthält, bei einer Stromdichte zwischen 0,11 und 0,26 A/cm² galvanisch niedergeschlagen wird, wobei das Bad zum Zwecke der gleichmäßigen Dispergierung des Molybdändisulfids im Kupfer kräftig gerührt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht in einer Stärke von 25 bis 100 μιη abgeschieden wird.