DE2166809A1

DE2166809A1 - Lagermaterial

Info

Publication number: DE2166809A1
Application number: DE19712166809
Authority: DE
Inventors: Nobukazu Morisaki
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1970-10-27
Filing date: 1971-08-09
Publication date: 1975-12-11
Also published as: DE2139866B2; US3705450A; DE2139866A1; BE771035A; DE2166809B2; FR2104069A5; JPS5327419B1; GB1332714A; DE2166809C3

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assrnann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Hoizbauer - Dr. F. Zumstein Jun.

PATENTANWÄLTE TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 .. _{a mOnchen} ^ TELEX 529979 . BRAUHAUSSTRASSE 4/IB

TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 9t139 .

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BANKHAUS H. AUFHAUSER

5/Li

POS-25380 Metal '

BAIDO METAL COMPAHT LTD., Bagoya, Japan

lagermaterial. - i

Die vorliegende Erfindung "betrifft ein völlig ölfreies Trägermaterial, das einen niedrigen Reibungskoff izienten und einen ausgezeichneten Verschleißwiderstand hat.

iagermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfaSt einen -Stahlrücken, eine poröse Schicht au3 gesinterter Bronze, die auf der Oberfläche dieses Stahlrückens ausgebildet ist, und eine Schicht aus einer Mischung ύοώ._ Polytetrafluorethylen (im folgenden abgekürzt als PIES), Blei öder Bleioxyd und Graphit oder aus einer Mischung von P2ES, Bleifluorid (PbP₂) und Graphit, die auf die Oberfläche der po-, rösen Schicht in Porm einer Paste aufgebracht und dann darauf gesinert ist. Es ist offensichtlich, daß die herkömmlich benutzten, festen Gleitstoffe, wie Molybdändisulfid (MOS₂) oder Wolfraradisulf id -(¹HS₂), die allgemein mit guten Ergebnissen in verschiedenen Gebieten der Industrie ange-* wandt v;urden, anstelle von Graphit benutzt v/erden können, und daß reines Kupfer oder Kupferlegierungen in eineoi iageriaaterial anstelle von Bronze benutzt v/erden können.

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Der Aufbau und die Ergebnisse einer Prüfung der "Deistungs— fähigkeit eines Lagers gemäß einer beispielsweisen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung v/erden nun unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung sind ν -'■ - . .

Pig. 1 und 2 lOOmal vergrößerte, mikrophotographische Aufnahmen, die jeweils den Auf bau von Lagennaterial gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 3 und 4 sind graphische Darstellungen, die die jeweife JLigen Ergebnisse von Abriebprüfungen darstellen, die auf dem 3evieiligen Iiagermateriäl durchgeführt vjurden.

In Pig. 1 und 2 bezeichnet A eine Stahlrückenschicht (niedrig legierter Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,1$), B eine Kupferpiattierungsschicht, die auf der Oberfläche der Stahlrückenschicht ausgebildet ist, G eine poröse Schicht aus gesinterter Bronze, die auf der Schicht B liegt (in Praxis wird der Zwischenraum zwischen den weißen Bronzekugeln mit einem schwarz gefärbten Füllmaterial ausgefüllt, das eine Mischung aus 80 Vol.-$ PTFE und 20 ToI.-$ Jxraphit in Fig. 1 oder eine Mischung aus 80 VqI.-5£ PTFE,

_ 10 Vol.-# Bleifluorid und 10 Vol.-^ Graphit in Fig. 2 ist).

™ D bezeichnet eine Oberflächenschicht aus dem gleichen Material wie das oben genannte schwarz gefärbte Füllmaterial und E bezeichnet eine Harzschieht, die gewöhnlich bei der mikro- - photographischen Betrachtung von Metallstrukturen benutzt wird« Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Verschleißhöhe einerseits und der Graphit- und Bleikonzentration im Füllmaterial und in der Oberflächenschicht andererseits zeigt, deren Anteil am Gesamtvolumen des Füllmaterials und der Oberflächenschicht 20fä beträgt. Aus diesem Diagramm ist zu ersehen, daß der Verschleißwiderstand (Kurve B) und der Raibungskoeffiz-ient (Kurve A) mit wachsender Konzentration des Graphits verbessert werden, Die Ergebnisse einer Anzahl von Experimenten haben

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gezeigt, daß man das "beste Ergebnis erhält₃ wenn das Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus 3 bis 30$ Graphit, O bis 25$ Blei oder Bleioxyd und dem Best. PTPE besteht, wobei der Gesamtanteil an Graphit und Blei oder Bleioxyd bei 3 bis 40$ liegt. Alle Prozentangaben beziehen sieh auf Vol.-$. Es ist bestätigt worden, daß, wenn die Gesamtmenge dieser Bestandteile 40$ -übersteigt,. die Bindungsstärke zwischen Kupfer oder Kupferlegierung und dem füllmaterial ungenügend wird, und daher eine "Verminderung der Xeistungsfähigkeit des daraus hergestellten lagers eintritt.

4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Terschleißhöhe einerseits und der Graphit- und Bleifluoridkonzentration im Füllmaterial und in der Oberflächenschicht andererseits zeigt, die aus einer ISischung von PiDJ¹E, Bleifluorid und Gra- ■ -phit bestehen, wobei die Gesamthöhe des Graphit- und Blei— fluoridanteils bei 20$ liegt. Aus diesem Diagramm ist zu entnehmen, daß, wenn "das Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus einer Mischung von 80$ PiPi¹E, 10$ Bleifluorid und 10$ Graphit besteht, der Reibungskoeffizient (Kurve C) dieses JPüllmaterials und der Oberflächenschicht am geringsten ist, " und die Höhe des Verschleißes davon (Kurve D) dazu neigt, sieh gegenüber anderen Zusammensetzungen zu verringern, obwohl sie sich nicht wesentlich von der der anderen Zusammensetzungen unterscheidet. Auf der Grundlage der oben genannten escperinentellen Ergebnisse bekommt man das beste Ergebnis, wenn das Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus 3 bis 30$ Bleifluorid, 0 bis 30$ Graphit und dem Rest ΡΪΡΕ besteht, wobei die Gesanrchone des Graphit- und Bleifluoridanteils bei 3 bis AOp liegt. Es ist bestätigt worden, daß, wenn die Gesamtmenge dieser Bestandteile 40$ überschreitet, die Billdungsfestigkeit zwischen Kupfer oder Kupferlegierung und dem Füllmaterial ungenügend wird, und daher eine Verringerung dor

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fähigkeit des daraus hergestellten lagers eintritt.

Die Prüfungsbedingungen, unteaTvcTxe in Pig. 3 und 4 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden, sind folgende:

' Prüfer: , Suzuki's Abriebprüfer

Reihungsgeschwindig- .

keit: .. 0,036 m/min . - <·

angewandter Druck: 100 kg/cm

Prüfungsdauer: 60 Minuten

Gleitmittel: keines

!emperatur: Zimmertemperatur

Die Reinheit und die Korngröße (Gitterabstände) des benutzten Graphits liegen bei etwa 84$ und 600 Gitterabständen in· Pig.3bzw. bei etwa 95,5$ und 230 Gitterabständen bei Pig. 4. Die Stärke der Oberflächenschicht beträgt 0,05 mm in Pig. 3 und 0,02 bis 0,03 mm·bei Pig. 4-

Es ist daher verständlich, daß leichte Unterschiede in den experimentellen Ergebnissen auftreten können, die von der Qualität des Graphits und der Dicke der Oberflächenschicht abhängen. Während z.B. der Reibungskoeffizient der Oberflächenschicht aus dem Material gemäß Pig. 3, der durch die Eurve A repräsentiert wird, theoretisch an dem Punkt, v/o die konzentration des PTPE 80$ und die fies Graphites 20$ beträgt, der gleiche sein sollte wie der der Oberflächenschicht aus dem Material gemäß Pig. 4, äer durch die Kurve C repräsentiert wird, besteht in der Praxis ein leichter Unterschied zwischen beiden. Dieses mag hauptsächlich von dem Unterschied in der Dicke der Oberflächenschicht und besonders von dem Unterschied, in der Qualität des Graphites herrühren, obwohl, ein solcher Unterschied wahrscheinlich einen kleineren I-Jeßfelilsr enthält.

wie obsr. "beschrieben, stellt das Ifagermateri?.! dsr vorlie-

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genden Erfindung ein ausgezeichnetes, gänzlich ölfreies Trägermaterial dar, das sowohl einen niedrigen Reibungskoeffizienten als auch einen hohen Yerschleißwiderstand besitzt, was für die Leistungsfähigkeit der daraus hergestellten Lager von größter Wichtigkeit ist.

Das Iiagermaterial gemäß der vorliegenden. Erfindung enthält einen Stahlrücken, eine poröse Schicht aus gesintertem Kupfer oder einer Kupferlegierung, eine Schicht aus einer eingefüllten und gesinterten Mischung, die die Blasen in dieser porösen f Schicht füllt, und eine Oberflächenschicht des lagertnaterials "bildet. Die gesinterte Mischung besteht aus Polytetrafluorethylen, Blei oder Bleioxyd und Graphit oder aus PTEE, Bleifluor id und Graphit. ' .

Die Figur 4 zeigt, daß die Zusammensetzung mit 20 % PbF₂ und ohne Graphit keine so guten Eigenschaften hat wie die mit 10 % PbF₂ und 10% Graphit. Tatsächlich sind die Eigenschaften des Lagermaterials mit·PbF' ohne Graphit (rechtes Ende von. Figur 4) aber immer noch besser als die des.Material mit 20% Pb (linkes Ende von Figur 3). Der Abrieb ist nur ein Drittel.

Die Anmelderin hat Versuche durchgefiihrt und deren Ergebnisse " nachgereicht, um den Abrieb und auch die Reibung mit verschiedenen Gehalten an PbF₂ in dem gesinterten Gemisch mit PTFE festzustellen, und zwar mit 5, 10, 20 und 30 %, ohne Zusatz von Graphit, so daß der Rest aus 95, 90, 80 und 70 % PTFE besteht. ■Dabei wurden die in den beigefügten Figuren 5 und 6 eingetragenen Werte festgestellt. Sie zeigen, daß mit zunehmendem Gehalt an PbF₂ die Reibung steigt, aber der Abrieb sinkt.

In jede der beiden Figuren ist als kleines Dreieck der Wert der Reibung und der Abnutzung eingetragen, die bei einem Gemisch mit einem Gehalt von 20% an Pb entstehen. Die Werte zeigen deutlich, um wieviel günstiger PbFp ist als Pb.

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PTFE hat an sich einen geringen Reibungskoeffient, aber seiner geringen Härte wegen unzulässig hohen Abrieb. So stellt sich die Aufgabe, Zusätze zu finden, die den Abrieb vermindern, ohne den Reibungskoeffizienten übermäßig zu erhöhen. Figur 5 zeigt, daß man 30% PbF« zusetzen kann, ohne daß die Reibung höher wird als mit 20% Pb.

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Claims

Patentanspruch

Lagermaterial mit einer auf einen Stahlrücken aufgebrachten Kupfer enthaltenden, porösen Schicht in deren Hohlräumen und auf deren Oberfläche sich ein Polytetrafluorathylen und Blei enthaltendes Gemisch befindet, dadurch gekennzeichnet , daß das Gemisch gesintert ist und neben ä Polytetrafluorathylen aus 3 bis 30 Vol.--% Bleifluorid und 0 bis 30 Vol.-% Graphit besteht, wobei der Gesamtgehalt an Graphit und Bleifluorid 3 bis 40 Vol.-% beträgt.

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