DE2421504C3

DE2421504C3 - Gesinterter Metall-Glas-Reibwerkstoff

Info

Publication number: DE2421504C3
Application number: DE19742421504
Authority: DE
Inventors: Shigeru;Kato Taketoshi; Itou Toshikuni; Sasaki Hiroo; Nagoya Aichi Seki (Japan)
Original assignee: Ishizuka Garasu KK
Current assignee: Ishizuka Garasu KK
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1974-05-03
Publication date: 1976-09-30

Description

Bei einer Matrix auf Aluminiumbasis sind vorzugsweise 2 bis 62 % und bei einer Matrix auf Kupfer- oder Eisenbasis 2 bis 50% Glas-Keramikteilchen enthalten, «id jedes Glas-Keramikteilchen weist an der Obergjche eine Überzugsschicht aus Kupfer und/oder Silber auf.

Die Teilchengröße der Glas-Keramikteilchen mit der metallischen Überzugsschicht beträgt 1 bis 400 μπι. [»ie Glas-Keramikteilchen können die Gestalt von Kugeln, von Pulver oder pulverisierten Fasern besitzen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erörtert.

Bei diesen Beispielen werden bekannte gesinterte Metall-Glas-Reibwerkstoffe als Vergleichsstoffe gezeigt Insbesondere werden ein Werkstoff irü> einer Matrix auf Eisenbasis und ein Werkstoff mil einer Matrix auf Aluminiumbasis erörtert.

Glas-Keramikteilchen einer Größe von ungefähr 20 u.m wurden auf oben beschriebene Weise aus einem Glas hergestellt, das aus 60,5% SiO₂, 21,8% Al₈O₃, 36% UA ²>⁷% ZrO₂₅ 4,6% F, 0,8% B₂O₃ und 6,0% CuO besteht.

Prüfkörper wurden einer Reibungsprüfung unterzogen, bei weicher der Koeffizient der kinetischen Reibung, der Betrag der Reibung und die während des Versuchs erreichte maximale Temperatur gemessen wurden.
5

Beispiel 1

Mischungen entsprechend den Zusammensetzungen in Tabelle I wurden bei einem Preßdruck von 5 t/cm² geformt und 1 Std. lang bei 770⁰C und 5 kp/cm* in einer Atmosphäre von zersetztem Ammoniakgas gesintert.

Die Proben Nr. 1 und 2 sind Vergleichsbeispiele; die Proben Nr. 3 bis Nr. 8 sind Werkstoffe gemäß der Erfindung.

Jede dieser Proben wurden einer Reibungsprüfung unterworfen, die unter den folgenden Bedingungen ausgeführt wurde; die dabei erzielten gemessenen Werte sind in Tabelle II angegeben.

ao Umfangsgeschwindigkeit 50 m/sec

Belastung 25 kp/cm*

Reibscheibe Ni-Cr-Mo-Gußeisen

Stetig aufgebrachte Reibung während 5 Minuten.

Tabelle I

Probe Nr.

Zusammensetzung (%)
Cu Pb

Siliciumdioxid Metallüberzogene Glas-Keramikteilchen

Sn C

(max. 150 μπι) (max. 150 μπι) (ΐ™χ150μπι) (max. 100 μπι) (180 bis 40 μπι) (180 bis 40 μπι)

73 14

*) Vergleichsbeispiel.

7 7 7 7 7 7 7 7

5
5
5
5

5 5

15 15 50 50

Tabelle II

Probe Nr.

Koeffizient der Betrag Erreichte Zustand

kinetischen Reibung der Reibung Maximaltemperatur

(· 10-'cm'/kg-m) (⁰C)

1*)	·)	0,51	32,5	bW
2·)	0,42	16,3	583
3	0,42	2,1	355
4	0,40	2,0	351
5	0,42	1,9	343
6	0,41	1,8	340
7	0,43	2,0	329
8	0,44	2,1	325
Vergleichsbeispiel.

große angeschmolzene Bereiche; Reibungskoeffizient sehr instabil einige angeschmolzene Bereiche; Reibungskoeffizient instabil keine angeschmolzenen Bereiche; Reibungskoeffizient stabil desgl.
desgl.
desgl.
desgl.
desgl.

Beispiel 2

Mischungen, entsprechend den 2™°™*%*% in TabeUe III, wurden bei einem Iteßdruck von 5t/cm geformt und 90 Minuten lan? bei 100°C und 7 kp/crn^ in einer Atmosphäre von Sauerstoff gesintert. U Proben Nr. 9 und 10 sind Vergleichsbeispiele; die Proben Nr. 11 bis 16 sind Werkstoffe gemäß der Erfindung.

Jede dieser Proben wurde unter den folgenden i einer Reibungsprufung unterzogen; die

erte sind in TabeUe IV zusammengefaßt.

Umfangsgeschwindigkeit 50m/sec

Belastung 25 kp/cm*

Reibscheibe Ni-CrMo^

Stetig aufgebrachte Reibung wahrend 5 Minuten.

Tabelle III Probe Nr. Zusammensetzung (%)

Fe Cu

Pb Siliziumdioxid Metallüberzogene Glas-Keramikteilchen

(180 bis 40 μπι) (18ObJs^₁Im)

9*) 10*) 11 12 13 14 15 16

75 75 75 75 75 75 75 75

12 12 12 12 12 12 12 12

*) Vergleichsbeispiel.

Tabelle IV

Probe Nr.

9*) 10*) 11 12 13 14 15 16

Koeffizient der Reibung

0,33 0,37 0,40 0,43 0,42 0,40 0,41 0,45

6 6 6 6 6 6 6 6

Betrag

der Reibung

18,5 6,8 2,0 1,9 1.8 1,7 1,9 1,9 7 7 7 7 7 7 7 7

15 15 15 15

Erreichte Zustand Maximaltemperatur

(· 10-' cm/kg-m) (⁰Q 5 5

10 10 30 30

598

490

373

362

360

344

352

359 Reibungskoeffizient instabil

desgl. Reibungskoeffizient stabil

desgl. desgl. desgl. desgl. desgl.

·) Vergleichsbeispiel.

6o

Beispiel 3

Mischungen entsprechend den Zusammensetzungen in Tabelle V wurden unter einem Preßdruck von Stjcm² geformt, und 60 Min. lang bei 620⁰C und 3 kp/cm² in einer Atmosphäre von Wasserstoff gesintert. Die Proben Nr. 17 und 18 sind Vergleichsbeispiele; die Proben Nr. 19 bis 26 sind Werkstoffe gemäß der Erfindung.

Jede dieser Proben wurde unter den folgenden Bedingungen einer Reibungsprüfung unterzogen; die gemessenen Werte sind in Tabelle VI zusammengefaßt. Umfangsgeschwindigkeit 30 m/sec

Belastung 5 kp/cm²

Reibscheibe Ni-Cr-Mo-Gußeisen

Stetig aufgebrachte Reibung während 10 Minuten.

Tabelle V

Probe Nr.	Zusammensetzung (%)	Koeffizient	Cu	Si	Betrag	Pb	C	Maximaltemperatur	Metallüberzogene Glas-
	Al	der Reibung			der Reibung			(⁰C)	Keramikteilchen
			(max.	150 μΐη) (max.	(■ 10-' cm/kg-m)	44 μηι) (max.	150 μΐη) (max. 105 μπι)		(180 bis 40 μΐη)
	(max. 150 μΐη)	3	10		2			_
17*)	85	3	10	—	2	—
18*)	85	3	10	2	—	5
19	85	3	10	—	2	5
20	85	3	10	2	—	10
21	85	3	10	—	2	10
22	85	3	10	2	—	30
23	85	3	10	—	2	30
24	85	3	10	2	—	60
25	85	3	10	2	—	120
26	85
*) Vergleichsbeispiel.
Tabelle VI		Erreichte	Zustand
Probe Nr.

17*)	0,37	6,6	188	Reibungskoeffizient instabil
18*)	0,31	6,3	180	desgl.
19	0,36	5,0	179	Reibungskoeffizient stabil
20	0,30	4,7	181	desgl.
21	0,35	2,1	177	desgl.
22	0,29	1,9	172	desgl.
23	0,34	1,2	146	desgl.
24	0,29	1,1	143	desgl.
25	0,33	1,0	150	desgl.
26	0,34	1,3	165	desgl.
*)	Vergleichsbeispiel.

Wie aus den Ergebnissen der Beispiele 1 bis 3 zu 45
entnehmen ist, weist der gesinterte Metall-Glas-Reibwerkstoff gemäß der Erfindung stabile Reibungskoeffizienten auf; nur wenn die Reibungsbedingungen
sich ändern, schwankt der Reibungskoeffizient innerhalb des Bereichs von ±5%. Der Werkstoff gemäß so

dsr Erfindung zeigt eine geringere Reibung als dii entsprechenden Vergleichsstoffe; die Temperatur, di< bei der Reibung entsteht, ist ebenfalls geringer Weiterhin wird gezeigt, daß nicht alle Glas-Keramik teilchen aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff aus brechen.

Claims

Gemäß der GB-PS 9 44 571 ist es bekannt. Glas-Patentansprüche: Keramikteilchen mi* einer metallischen Überzugsschicht aus Kupfer und/oder Silber herzustellen. Ein

1. Gesinterter Metall-Glas-Reibwerkstoff für solches Glas-Keramikteilchen mit metallischer Überhohe Belastungen mit Aluminium, Kupfer oder 5 zugsschicht entsteht aus wärmebehandelbarem Glas Eisen oder Legierungen dieser Metalle als Matrix, mittels kontrollierter Entglasung, wobei eine in dem dadurch gekennzeichnet, daß wenig- Glas enthaltene metallische Verbindung in reduzierenstens 1% Glas-Keramikteilchen in einer Matrix der Atmosphäre reduziert worden ist, und das gebildete auf Metallbasis enthalten sind, die eine in an Metall während einer Wärmebehandlung infolge von sich bekannter Weise durch Reduktion einer im io Diffusion an die Oberfläche des Glas-Keraniikteilchens Glas enthaltenen Metallveibindung und Diffusion wandert und dort eine metallische Uberzugsschicht des reduzierten Metalls an die Oberfläche jedes bildet Da die metallische Überzugsschicht mit dem einzelnen Glas-Keramikteilchens entstandene Über- Glas-Keramikteilchen durch die dazwischenliegende zugsschicht aus Metall aufweisen. Zwischenschicht gebunden ist, ist ihre Haftfestigkeit

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 äußerst stark. Die Haftfestigkeit ist wesentlich größer zeichnet, daß 2 bis 65% Glas-Keramikteilchen in als jene einer metallischen Uberzugsschicht, die auf einer Matrix auf Aluminiumbasis bzw. 2 bis 50% der Oberfläche eines Glasteilchens von außen aufgein einer Matrix auf Kupfer- oder Eisenbasis ent- bracht wird, wie z. B. durch Aufdampfen in Vakuum halten sind und daß de metallische Überzugs- oder durch stromloses Herstellen eines galvanischen schicht jedes einzelnen Keramikteilchens aus ao Überzugs. Vorzugsweise enthält das Glas zum Her-Kupfer und/oder Silber besteht. stellen solcher Glas-Keramikteilchen Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Lithiumoxid, Siliziumdioxid-Aluminiumdioxid-Lithiumoxid-Magnesia, Siliziumdioxid-

Aluminiumoxid-Zinkoxid, Siliziumdioxid-Aluminium-

»5 oxid-Magnesia, Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Calciumoxid oder Siliziumdioxid-Lithium. Um zu verhindern, daß die metallischen Uberzugsschichten bei

Die Erfindung betrifft einen gesinterten Metall- der Herstellung solcher Glas-Keramikteilchen anein-Glas-Reibwerkstoff für hohe Belastungen mit Alu- anderhaften, werden vorzugsweise Anteile eines hitzeminium, Kupfer, Eisen oder Legierungen dieser 30 beständigen Minerals beigemischt. Nach der Her-Metalle als Matrix. stellung können die Glas-Keramikteilchen von dem

Es ist bekannt, gesinterte Metallwerkstofle herzu- hitzebeständigen Mineral z. B. durch Reinigen, stellen. Diese Werkstoffe werden als Maschinen- Wassersieden oder Flotation bzw. schwingende Graelemente, wie z. B. Bremsen von Fahrzeugen, Lager vitationsaufbereitung getrennt werden. Als hitze- oder hitzebeständige Filter, elektrische Bauteile, wie 35 beständige Minerale sind beispielsweise Aluminiumz. B. elektrische Kontakte oder Kollektorbürsten, oxid, Siliziumdioxid, Magnesia, Zirkonium, Zirkonverwendet. Solche Sinterwerkstoffe ergeben auch erde, Beryllerde, Siliziumcarbid, Mullit oder Porzellan harte oder wärmebeständige Legierungen. Als typisches geeignet.

Beispiel sei die Herstellung einer Sinterlegierung Gemäß der DT-AS 14 58 461 und der US-PS

aufgeführt, die gleichmäßig verteilt Teilchen aus Blei, 40 30 47 383 sind Metall-Glas-Verbundwerkstoffe bekannt. Graphit, Siliziumoxid, Aluminiumoxid usw. in einer Ein solcher Verbundwerkstoff weist eine hohe Festig-Metallmatrix enthält. Als Matrix können Kupfer, keit auf und enthält beispielsweise Aluminium, Eisen, Aluminium, Silber oder Legierungen dieser Kupfer oder Eisen als Matrix. Bei dem Werkstoff, der Metalle vorgesehen sein; die entsprechende Mischung in der US-PS 30 47 383 beschrieben ist, werden mit wird unter Druck geformt. Anschließend wird der 45 einer metallischen Überzugsschicht versehene Glas-Preßkörper im Vakuum oder in beispielsweise Wasser- fasern eingezogen. Bei keinem dieser Werkstoffe tritt stoff oöer zersetztem Ammoniakgas (25% N, und 75% eine hohe Abriebfestigkeit bei hoher Belastung auf. H₂) oder einem Kohlenwasserstoffgas erwärmt. Die Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Zusätze an Blei und Graphit ermöglichen eine Schmier- gesinterten Metall-Glas-Reibwerkstoff zu schaffen, fähigkeit und einen störungsfreien Betrieb bei der 50 der zur Verwendung bei hohen Belastungen geeignet Verwendung eines solchen Sinterwerkstoffes. Anderer- ist, bei dem die in die Metallmatrix eingelagerten seits sind Siliziumdioxid und Aluminiumoxid harte Glasteilchen mit der Matrix so fest verbunden sind, Stoffe, die Abriebfestigkeit und Reibungswiderstand daß sie sich aus dem Verbund nicht lösen können, verleihen. Um diese erforderlichen Eigenschaften Insbesondere soll der erfindungsgemäße gesinterte vollständig beibehalten zu können, ist es nötig, daß 55 Metall-Glas-Reibwerkstoff sowohl zufriedenstellende die Siliziumdioxid- oder Aluminiumoxidteilchen nicht Bremseigenschaften als auch eine entsprechende leicht an der Oberfläche des Sinterwerkstoffes abge- Abriebfestigkeit sicherstellen, die beispielsweise bei tragen werden können. Wenn jedoch ein solcher Bremsen von Flugzeugen oder bei Bremsen von Werkstoff bei hoher Belastung der Reibung ausgesetzt Schienenfahrzeugen, die über eine lange Zeitdauer wird, neigen die Siliziumdioxid- oder Aluminiumoxid- 60 hinweg bei entsprechend hohen Geschwindigkeiten teilchen dazu, auszubrechen. Als harte Teilchen eingesetzt werden, erforderlich sind,
können beispielsweise auch Siliziumcarbid, ein SiIi- Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß in

ciumdioxid-Aluminiumoxid-Komplex oder Spinell an einer Matrix auf Metallbasis wenigstens 1 % Glas-Stelle von Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid vorge- Keramikteilchen enthalten sind, die eine durch Resehen sein. Da jedoch die Bindung zwischen diesen 65 duktion einer im Glas enthaltenen Metallverbindung Teilchen und der Matrix nicht ausreichend fest ist, und Diffusion des reduzierten Metalls an die Oberkann das Ausbrechen dieser Teilchen bei Belastung fläche jedes einzelnen Glas-Keramikteilchens entnicht verhindert werden. standene metallische Überzugsschicht aufweisen.