DE2106918C3

DE2106918C3 - Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigem Lagermaterial

Info

Publication number: DE2106918C3
Application number: DE2106918A
Authority: DE
Inventors: Betty Lee Willowick Ohio Berdan; Betty Maud Willowick Ohio Luce; Milton Leonard Shaker Heights Ohio Selker
Original assignee: CLEVITE CORP CLEVELAND OHIO US
Current assignee: CLEVITE CORP CLEVELAND OHIO US
Priority date: 1970-03-03
Filing date: 1971-02-13
Publication date: 1981-03-26
Also published as: GB1295997A; CA932368A; JPS5318660B1; DE2106918B2; DE2106918A1; US3644105A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hersteilung von mehrschichtigem Lagermate rial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer galvanisch aufgebrachten, kupferhaltigen Zwischenschicht und einer galvanisch aufgebrachten Oberschicht aus 8 bis 10 Gew.-°/o Zinn, 1 bis 3 Gew.-% Kupfer, Rest BIeL

Lager mit OLerschichten der vorgenannten Zusammensetzung und einer Tr?.gersch-;ht aus Stahl, die eine oder mehrere Zwischenschichten zwischen der Oberschicht und der Trägerschicht '-^weisen, 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 z*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 20063 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, Zirkonox id oder auch Molybdändisulfid eingelagert werden. Bei dem Verfahren nach der erstgenannten Patentschrift wird die Suspension aus Elektrolyt und den unlöslichen Teilchen so langsam an dem zu überziehenden Gegenstand vorbeigeführt, daß eine weitgehend laminare Strömung erhalten bleibt; gleichzeitig wird der Gegenstand langsam gedreht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein ermüdungsfestes und zugleich stark belastbares Lagermaterial erhalten werden kann, wenn die die Ermüdungsbeständigkeit 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 Vielmehr 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 3Gew.-% Kupfer, Rest Blei, befinden, die die eigentliche Lagerlaufschicht bildet

ι: Für das Einbringen eines Pulvers, wie Molybdändisulfid, 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 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 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 ΙΟμπι 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.

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

b5 Die Oberschicht dient dazu, dem Lager eine verbesserte Oberfläche ?.u geben und es einer schlechteren Ausrichtung der Welle anzupassen. Sie besteht aus 8 bis 10% Zinn, 1 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 CuSO4 · 5H₃O, 80 g H₂SO₊ und 0,025 g Chlorid, berechnet als HCI, enthielt In dieser Lösung waren 5 g/l Molybdändisulfid dispergiert Zum Plattieren wurde der Stahlträger des Lagers als !Cathode 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 μπτ, vorzugsweise von weniger als 5 μπι, was für 80% der Teilchen galt Vor und während des gemeinsamen Niederschiagens 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 D>-:ke vcn 25 bis 100 μπι war glatt und feinkörnig.

20 Nach dem Spülen mit Wasser wurde der plattierte Träger in ein neues Plattierbad gebracht aus dem galvanisch eine Oberflächenschicht aus 8 bis 10% Zir.n, 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/cm³ 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 1 zeigt die Wirkung der Konzentration von Molybdändisulfid in Plattierbädern, welche die Zusammensetzung nach dem Beispiel natten und bei einer Stromdichte von 0,11 A/cm² betrieben wurden. Der Ctihalt an Molybdändisulfid in den Zwischenschichten wurc^ nach bekannten chemischen Verfahren bestimmt

Tabelle I	Gehalt von M0S2 in der	Aussehen der Zwischenschicht
Konzentration des MoS,	Zwischenschicht
	%
g/l	0,26	glatt feinkörnig
1	0,54	glatt, feinkörnig
2	1,1	glatt, feinkörnig
5	1,4	dunkel gefärbt, stellenweise
10		knötchenförmige Rauhigkeiten

Auch die Stromdichten sind bedeutsam fur die Mengen des Molybdändisulfids, das mit Kupfer zusammen abgeschieden wird. Die Tabelle II zeigt die Abhängigkeiten, wobei ein Plattierbad nach dem Beispie! verwendet wurde.

Tabelle II	Gehalt der Zwischenschicht	Aussehen der Zwischenschicht
Stromdichte	an M0S2
	%
A/cm²	0,13	grau-rosa, glatt und matt
0,03	0,54	grau-rosa, glatt etwas kristallin
0,06	1,1	grau-rosa, giatt, etwas kristallin
0,11	1,7	grau-rosa. glatt, kristallin
0,21	2,7	ftrau-rosa, glatt, glänzend kristallin
0,26

Bei Versuchen hat es sich gezeigt, daß Lager der beschriebenen Zusammensetzung 200 Stunden lang bei tiner Belastung von 700 kg/cm² betrieben werden konnten, wobei nur ganz geringe Gewichtsverluste luftraten, sich jedoch keine Erscheinungen von Ermüdung oder Festfressen zeigten. An einem Lager, bei dem eine Kupferschicht aus Molybdändisulfid die Lauffläche bildete — das also keine Oberschicht aus Zinn-Kupfer-Bloi-Legierung aufwies —, wurden unter sonst gleichen Bedingungen nach 31 Stunden bereits erste Ermüdungsrisse festgestellt; nach 186 Stunden fraß das Lager fest.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. 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 (im 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 μίτι abgeschieden wird.