DE2166809C3

DE2166809C3 - Lagermaterial

Info

Publication number: DE2166809C3
Application number: DE2166809A
Authority: DE
Inventors: Nobukazu Nisshincho Aichi Morisaki (Japan)
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1970-10-27
Filing date: 1971-08-09
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE2139866A1; FR2104069A5; JPS5327419B1; DE2166809B2; US3705450A; DE2139866B2; DE2166809A1; GB1332714A; BE771035A

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial mit einer auf einer Stahlanterlage aufgebrachten, Kupfer enthaltenden, porösen gesinterten Schicht, in deren Hohlräumen und auf deren Oberfläche sich ein zusammengesintertes Gemisch aus Polytetrafluorethylen, einer Bleiverbindu:ng und gegebenenfalls Graphit befindet.

Die guten Gleiteigenschaftep von Polytetrafluoräthylen sind an sich bekannt. Als Lagermaterial für hoch beanspruchte Laiger ist jedoch Polytetrafluoräthylen deshalb nur beschränkt geeignet, da es bei guten Gleiteigenschaften eine relativ geringe Festigkeit und damit ein^n relativ hohen Abrieb aufweist. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten in der Wärmeabführung aus dem Lager und in der Aufnahme der Lagerkräfte in dem Lagsrmaierial. Aus diesem J5 Grund ist es, wie oben erwähnt, bekannt (DE-OS 1494078), das Polytetrafluoräthylen in einer Mischung mit 2,5-40 Vol.% eines Phosphates und 2,5-40 Vol.% Blei und/oder Bleioxyd und/oder Graphit zu verwenden, wobei die Gesamtmasse dieser -to Füllstoffe 60 Vol.% der Lagermasse nicht übersteigt.

Es ist ferner bekannt (GB-PS 657 085), ein derartiges Lagermaterial mit einer porösen Metallstruktur, welche Polytetrafluoräthylen enthält, durch Sintern einer entsprechenden Mischung von Pulvern des synthetischen Anteils und eines entsprechenden Metalls oder Metallegierung herzustellen. Dabei wird diese Struktur auf eine relativ feste Unterlage, z. B. aus Stahl, aufgebracht.

Alle diese bekannten Lagerwerkstoffe haben je- so doch noch eine relativ hohe Reibung und einen relativ hohen Verschleiß. Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Lagermaterial der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß es einen noch niedrigeren Reibungskoeffizienten und einen noch höheren Verschleißwiderstand als die bekannten Werkstoffe besitzt.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das in den Hohlräumen und auf der Oberfläche der porösen, gesinterten, Kupfer enthaltenden Schicht μ enthaltende Gemisch neben Polytetrafluoräthylen aus 3-30 Vol.% Bleifluorid und 0-30 Vol.% Graphit besteht, wobei der Gesamtgehalt an Graphit und Bleifluorid 3-40 Vol.% beträgt.

Das Lagermaterial gemäß der Erfindung enthält also eine Stahlunterlage, eine poröse, Kupfer enthaltende Schicht und eine Schicht aus einer eingefüllten und gesinterten Mischung, die die Blasen dieser porösen Schicht füllt und eine Oberflächenschicht des Lagermaterials bildet.

Die Verwendung von Metallfluoriden für Lagerwerkstoffe ist zwar an sich bekannt. So ist durch die Literaturstelle VDI-Zeitschrift 1969, Seite 23, eine Mischung verschiedener Metallfluoride mit einem Binder ganz allgemein als auf eine Trägerkonstruktion aufzubringender Lagerwerkstoff für schwierige Betriebsbedingungen bekannt. Durch die Literaturstelle VDI-Zeitschrift 1962, Seiten 33-45, ist die Verwendung von Fluoriden für höhere Temperaturen als Schmiermittel bekannt. Diese bekannten Lagermaterialienschließen jedoch infolge ihrer bei dem Herstellungsverfahren bzw. bei der Benutzung auftretenden Betriebsbedingungen die Verwendung von Polytetrailuoräthylen aus. Die bekannten Anordnungen geben dem Fachmann daher keine Anregung zur Verwendung von Bleifluorid und Graphit in Verbindung mit Polytetrafluoräthylen gemäß der vorstehend erläuterten Lehre zum technischen Handeln gemäß der Erfindung.

Daserfindungsgcmäße Lagcrrnateria! ist ein ausgezeichneter, gänzlich ölfreier Lagerwerkstoff, der sowohl einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten als auch einen außerordentlich hohen Verschleißwiderstand besitzt, was für die Leistungsfähigkeit der daraus hergestellten Lager von größter Wichtigkeit ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Schliffbilder in 10Ofacher Vergrößerung, welche das Gefüge des Lagermaterials gemäß der Erfindung zeigen,

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der Abriebeigenschaften erfindungsgemäßer Lagermaterialien und

Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen der Abhängigkeit von Reibungskoeffizient und Abrieb vom PbF₂-Gehalt.

In Fig. 1 und 2 bezeichnet A vine Stahlunterlage aus niedrig legiertem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,1 %, B eine Kupferplattierungsschicht, die auf der Oberfläche der Stahlunterlage ausgebildet ist, und C eine poröse Schicht aus gesinterter Bronze, die auf der Schicht B liegt. Die Zwischenräume zwischen den weißen Bronzekugeln sind mit einem im Schliffbild schwarz gefärbten Füllmaterial ausgefüllt, das aus einem Gemisch aus 80 Vol.% PTFE (Polytetrafluoräthylen) und 20 VoI.% Graphit in Fig. 1 oder einem Gemisch aus 80 Vol.% PTFE, 10 Vol.% Bleifluorid und 10 Vol.% Graphit in Fig. 2 besteht. D bezeichnet eine Oberflächenschicht aus dem gleichen Material wie das obengenannte schwarz gefärbte Füllmaterial, und E bezeichnet eine Harzschicht, die gewöhnlich bei der mikrophotographischen Betrachtung von Metallgefiigen 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 20% beträgt. Aus diesem Diagramm ist zu ersehen, daß der Verschleißwiderstand (Kurve B) und der Reibungskoeffizient (Kurve A) mit wachsender Konzentration des Graphits verbessert werden. Das beste Ergebnis erhält man, wenn das Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus 3 bis

30% Graphit, 0 bis 25% Blei oder Bleioxyd und dem Rest PTFE besteht, wobei der Gesamtanteil an Graphit und Blei oder Blejoxyd bei 3 bis 40% liegt. Alle Prozentangaben beziehen sich auf Vol,%, Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Gesamtmenge dieser Bestandteile 40% übersteigt, die Bindung zwischen Kupfer oder Kupferlegierung und dem Füllmaterial ungenügend wird,

Fig. 4 ist eine graphisch= Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Verschleißhöhe einerseits und der Graphit- und Bleifluoridkonzentration im Füllmaterial und in der Oberflächenschicht andererseits zeigt, die aus einer Mischung von PTFE, Bleifluorid und Graphit bestehen, wobei der Graphit- und Bleifluoridanteil bei 20 % liegt. Aus diesem Diagramm ist zu entnehmen, daß, wenn das Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus einem Gemisch von 80% PTFE, 10% Bleifluorid und 10% Graphit besteht, der Reibungskoeffizient (Kurve C) dieses Füllmaterials und der Oberflächenschicht am geringsten ist, und der Verschleiß (Kurve D) gegenüber anderen Zusammensetzungen geringer wird.

Die Prüfungsbedingungen, unter denen die in Fi g. 3 und 4 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden, sind folgende:

Prüfgerät:

Reibungsgeschwindigkeit:

angewandter Druck:
Prüfungsdauer:
Gleitmittel:
Temperatur:

Suzuki's Abriebprüfer

0,036 m/min
100 kg/cm²
60 Minuten
keines
Zimmertemperatur

Die Reinheit und die Korngröße (Gitterabstände) des benutzten Graphits liegen bei etwa 84% und 600 Gitterabständen in Fig. 3 bzw. bei etwa 95,5% und 280 Gitterabständen bei Fig. 4. Die Stärke der Oberflächenschicht beträgt 0,05 mm in Fig. 3 und 0,02 bis 0,03 mm bei Fig. 4.

Es können leichte Unterschiede in den experimentellen Ergebnissen auftreten, die von der Qualität des Graphits und der Dicke der Oberflächenschicht abhängen. Während z. B. der Reibungskoeffizient der Oberflächenschicht aus dem Material gemäß Fig. 3, der durch die Kurve A repräsentiert wird, theoretisch an dem Punkt, wo die Konzentration des PTFE 80% und die des Graphits 20% beträgt, der gleiche sein sollte wie der der Oberflächenschicht aus dem MaterialgemäßFig. 4, der durch die Kurve C repräsentiert wird, besteht in der Praxis ein leichter Unterschied

Ό zwischen beiden. Dieses mag im wesentlichen von dem Unterschied in der Dicke der Oberflächenschicht und besonders von dem Unterschied in der Qualität des Graphits herrühren, obwohl ein solcher Unterschied wahrscheinlich einen kleineren Meßfehler enthält.

'S Die Fig. 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 PbF₂ ohne Graphit (rechtes Ende von Fig. 4) aber immer noch besser als die des Materials mit 20% Pb (linkes Ende von Fig. 3). Der Abrieb beträgt nur ein Drittel.

Es wurden Versuche durchgeführt, um den Abrieb und 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 Fi g. 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 PbF₂ ist als Pb.

PTFE hat an sich einen geringen Reibungskoeffizient, aber seiner geringen Härte wegen einen unzulässig hohen Abrieb. So stellt sich die Aufgabe, Zusätze zu finden, die den Abrieb vermindern, ohne den Reibungskoeffizienten übermäßig zu erhöhen. Fig. 5 zeigt, daß man 30% PbF₂ zusetzen kann, ohne daß die Reibung höher wird als mit 20% Pb.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Lagermaterial mit einer auf einer Stahlunterlage aufgebrachten, Kupfer enthaltenden, porösen gesinterten Schicht, in deren Hohlräumen und auf deren Oberfläche sich ein zusammengesintertes Geraisch aus Polytetrafluoräthylen, einer Bleiverbindung und gegebenenfalls Graphit befindet, d adurch gekennzeichnet, daß das Gemisch ne- '° ben Polytetrafluoräthylen 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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