DE2715914C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist ein Gleitlagerelement mit Trägerschicht und thermokinetisch aufgebrachter und anschließend verdichteter Auflageschicht aus metallischer Suspensionslegierung, wobei gemäß dem Hauptpatent die Auflageschicht erhalten wird aus zur Entmischung neigender Aluminium-Blei-Legierung, die aus 75 bis 94 Gew.-% Aluminium und 6 bis 25 Gew.-% Blei besteht, die als Pulvergemisch oder vorlegiertes Pulver durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasmaspritzen auf einen Rauhgrund aus einem porösen Sintergerüst aufgetragen wird, das aus mindestens 80 Vol.-% kugelförmigen Teilchen und maximal 20 Vol.-% keulenförmiger oder spratziger Teilchen hergestellt wurde. Ferner ist Gegenstand des Hauptpatents ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen solcher Gleitlagerelemente.

Die gemäß dem Hauptpatent ausgebildeten und hergestellten Gleitlagerelemente zeichnen sich durch hohe Verbindungsfestigkeit der Auflageschicht mit der Trägerschicht und günstige Verformbarkeit aus. Allerdings bedingt der Rauhgrund relativ hohe Herstellungskosten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Weiterbildung und Verbesserung der Gleitlagerelemente und deren Herstellungsverfahren gemäß Hauptpatent 26 56 203 zu schaffen, dahingehend, daß solche Gleitlagerelemente unter Beibehaltung ihrer vollen funktionellen Vorteile wesentlich billiger herstellbar werden. Es soll ein besonders günstig, im kontinuierlichen Verfahren herstellbarer Schichtwerkstoff gebildet werden, der sich ohne zusätzliche thermische Behandlung, wie z. B. Sintern und mehrmalige Verdichtungsvorgänge durch Kaltformung in Gleitlagerelemente nach herkömmlichen Fertigungsmethoden verarbeiten läßt.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß anstelle eines Rauhgrundes die zur Entmischung neigende Aluminium-Blei-Legierung auf die durch Oberflächenaktivierung mit zerstörter Oxidhaut ausgebildete Oberfläche einer Trägerschicht aus mit Aluminium bzw. Aluminiumlegierung plattiertem Werkstoff oder einer Trägerschicht nur aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung aufgebracht ist, wobei das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung der Trägerschicht auch mit einer durch für die Oberflächenaktivierung vorgenommenes, kurzzeitiges Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 450°C und Schmelztemperatur erzeugten Gefügestruktur versehen ist.

Es ist zwar aus GB-PS 10 83 003 bereits bekannt, eine Trägerschicht aus Aluminium mit einer Auflageschicht aus Suspensionslegierung, insbesondere Aluminium/Blei-Legierung zu belegen. Dazu soll grundsätzlich die zu belegende Trägerschicht auf eine Temperatur von mindestens 150°C erwärmt werden, bevor das Metall aufgespritzt wird. Für eine Aluminiumträgerschicht oder eine mit Aluminium plattierte Trägerschicht bedeutet dieses vorherige Erwärmen auf 150°C, daß eine schon vorhandene Oxidhaut vor dem Aufspritzen des Metalls noch verstärkt wird, was wiederum dazu führt, daß die Bindung einer aufgespritzten Suspensionslegierung auf der verstärkten Aluminiumoxidschicht wesentlich verschlechtert, wenn nicht überhaupt unmöglich gemacht wird. Die ferner in GB-PS 10 83 003 vorgeschlagenen Varianten für das Aufspritzen der Suspensionslegierung sind außerdem nicht geeignet, eine ausreichende Bindungsfestigkeit zwischen der Trägerschicht und der Auflageschicht zu erreichen.

Ferner ist aus DE-AS 21 30 421 ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetallstreifens bekannt, bei dem einer Aluminiumschmelze geschmolzenes Blei von oben her in Form eines dünnen Fadens zugeführt wird, wobei dieser Bleifaden direkt in eine nach unten gerichtete Auslaufdüse geführt wird, um dort zusammen mit Aluminium auszutreten und unter Zuhilfenahme von Stickstoffstrahlen verteilt und als Aluminium-Blei-Suspensionslegierung die Oberfläche eines Unterlagestreifen verdüst werden soll. Die Oberfläche des Unterlagestreifens soll durch Reinigen und Ätzen oder durch Behandlung mit einem Sandstrahlgebläse vorbereitet werden. Das aus DE-AS 21 30 421 bekannte Verfahren führt - wie die Praxis ergeben hat - zu einem groben, ungleichmäßigen Gefüge der Auflageschicht. Die in der Aluminium-Matrix verteilten Bleiteilchen sind in ihrer Größe stark unterschiedlich und auch ungleichmäßig in der Aluminium-Matrix verteilt. Die Bindung der Auflageschicht an der Oberfläche des Unterlagestreifens hat sich als in hohem Maße mangelhaft erwiesen.

Gegenüber den bekannten Gleitlagerelementen und Verfahren zu ihrer Herstellung sowie gegenüber dem Gegenstand des Hauptpatents liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß man bei Trägerschichten aus Aluminium oder Aluminium-Legierung mittels einer geeigneten Oberflächenaktivierung durch Wärme und mittels günstiger thermischer Verhältnisse der Spritzbedingungen die Oxidhaut der Schicht aus Aluminium oder Aluminium-Legierung so weitgehend zerstören kann, daß ohne weitere Nachbehandlung, z. B. Diffusionsglühen, ein hervorragender Schichtwerkstoff herstellbar ist, der den geforderten Belastungen an einem Gleitlagerelement standhält. Die zur Oberflächenaktivierung notwendigen Temperaturen müssen mindestens kurzzeitig 450°C erreichen, können jedoch bis knapp unterhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums liegen, um die im Rahmen der Erfindung notwendige Zerstörung der Aluminiumoxidhaut zu erreichen.

Im Rahmen der Erfindung empfiehlt sich, eine Trägerschicht aus Reinaluminium, vorzugsweise aus A1 99,5. Die Dicke der Aluminiumplattierung einer aus mit Aluminium bzw. Aluminiumlegierung plattiertem Werkstoff bestehenden Trägerschicht kann bevorzugt im Bereich von 0,05 mm bis 0,3 mm, vorzugsweise bei 0,2 mm liegen.

Für die Herstellung solcher Gleitlagerelemente bietet die Erfindung ein Verfahren, das sich dadurch kennzeichnet, daß eine aluminiumhaltige Schicht, sei es als selbsttragende Trägerschicht oder als einseitig oder zweiseitig auf ein Stützwerkstoff plattierte Zwischenschicht, unter Schutzgas kurzzeitig auf eine Temperatur zwischen 450°C und Schmelztemperatur des Aluminium bzw. der Aluminiumlegierung unter Aktivierung ihrer Oberfläche bzw. Oberflächen durch Zerstören der dort befindlichen Oxidhaut im Durchlaufofen erhitzt wird und daß danach eine Aluminium-Blei-Legierung, die aus 75 bis 94 Gew.-% Aluminium und 6 bis 25 Gew.-% Blei besteht, durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasmaspritzen auf die aktivierte Oberfläche bzw. aktivierten Oberflächen aufgebracht wird, wobei das die Aluminium-Blei-Legierung bildende Metall als Pulvergemisch oder vorlegiertes Pulver in den Spritzstrahl eingeführt wird, und daß der so gebildete Schichtwerkstoff anschließend in gleichem Durchlauf nach vorheriger Abkühlung unter Anwendung von Druck unter Ausübung eines Verformungsgrades zwischen 5% und 20%, vorzugsweise zwischen 11% und 14%, mechanisch verdichtet wird.

Die Oberflächenaktivierung durch Wärme unter Schutzgasatmosphäre läßt sich mit jeglichen bekannten Durchlauföfen, insbesondere elektrisch oder mit Gas beheizten Durchlauföfen, ausführen. Durch die geeignete Einstellung der Spritzbedingungen - bevorzugt wird eine reduzierende Atmosphäre des C₂H₂/O₂-Brenngasge­ misches - wird durch die Oberflächenaktivierung aufgerissene Oxidhaut der Trägerschicht zerstört, so daß die im schmelzflüssigen Zustand auftreffenden Metalltröpfchen der Suspensionslegierung eine mit der vorgewärmten Trägerschicht hervorragende Bindung eingehen, die auch durch nachfolgende Verformung und bei Beanspruchung nicht mehr zerstört wird. Als durch das Brenngas hochplastifizierte bzw. schmelzflüssig gemachte, zur Entmischung neigende Suspensionslegierung kann bevorzugt eine Aluminium-Blei-Legierung mit 8 bis 10 Gew.-% Blei aufgebracht werden, wobei die Aluminiumkomponente als Pulver mit bevorzugt kugeliger Teilchenform und zumindest 90 Vol.-% in Korngröße zwischen 40 und 60 µm und die Bleikomponente als Pulver mit bevorzugt kugeliger Kornform und zumindest 90 Vol.-% in Korngröße zwischen 80 und 100 µm dem thermokinetischen Plattierverfahren zugeführt werden.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht nur auf diese Zusammensetzung beschränkt ist, sondern auch andere Mischungsverhältnisse umfaßt ohne daß dabei entsprechend geänderte Spritzbedingungen befürchtet werden müßten. Der Aufspritzvorgang kann mit bekannten Pulverspritzpistolen durchgeführt werden. Der Spritzabstand zwischen der Düse und der unter Schutzgas mit aktivierter Oberfläche versehenen Trägerschicht soll bevorzugt 170 mm + 10 mm betragen. Bereits geringfügige Abstandsabweichungen führen zu beachtlichen Änderungen der thermischen Verhältnisse.

Die Erfindung sichert eine optimale Bindung der Spritzschicht auf der unter Schutzgas vorgewärmten und zur Oberflächenaktivierung vorbehandelten Trägerschicht durch Zerstörung der Aluminiumoxidhaut aufgrund empirisch ermittelter Oberflächenaktivierung und optimaler Spritzbedingungen. Der Beschichtungsvorgang kann kontinuierlich an einem Trägerwerkstoff erfolgen, wobei anschließend an diesen Beschichtungsvorgang das Verdichten der AlPb-Beschichtung kontinuierlich erfolgen kann. Aus dem so kontinuierlich hergestellten Schichtwerkstoff können Gleitlagerelemente wie Lagerbuchsen, Lagerschalen und dergleichen, in herkömmlicher Weise hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden erläutert. In der Zeichung ist ein vergrößertes Schnittbild eines Schichtwerkstoffes gemäß der Erfindung mit aluminiumplattiertem Stahl als Trägerschicht und AlPb-Suspensionsdeckschicht dargestellt.

Beispiel I (Fig. 1)

Ein Stahlband 4 ist auf einer Seite mit Aluminium 3 walzplattiert. Auf der so geschaffenen Grundschicht ist nach vorheriger Ewärmung unter Schutzgas in einer Durchlaufofenanlage durch thermokinetisches Aufbringen, beispielsweise Flammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen oder Explosionsspritzen, eine Legierung aus Aluminium und Blei aufgebracht, wobei in der Zeichnung bei 1 im wesentlichen die Aluminiumteilchen und bei 2 die Bleiteilchen dargestellt sind. Das so gebildete Verbundmaterialband ist durch Walzen unter Dickenreduzierung von etwa 14% verdichtet worden. Als Trägerwerkstoff wurde ein Stahl nach DIN 1623 von 1,5 mm Dicke verwendet. Die walzplattierte Alu-Zwischenhaut aus A1 99,5 bzw. 99,0 hatte 0,2 mm Dicke. Das AlPb-Gemisch bestand aus 80 Gew.-% Aluminium und 20 Gew.-% Blei. Als Aluminiumkomponente wurde ein Pulver mit kugeliger Teilchenform mit einem Korngrößenbereich von 40 bis 60 µm und den Legierungsbestandteilen Si und Fe verwendet. Als zweiter Gemengebestandteil lag PbSn mit 1% Sn ebenfalls in kugeliger Teilchenform vor. Der Korngrößenbereich lag zu 100% zwischen 80 bis 100 µm.

Als Brenngas wurde H₂-Gemisch verwendet. Außerdem wurde eine Sprühdüseneinheit zur Flammkegelbegrenzung verwendet.

Bei einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit von 1 m/min. wurde das unter Schutzgas in einem Durchlaufofen vorgewärmte Band kontinuierlich an der mit dem AlPb-Gemenge gespeisten Spritzvorrichtung vorbeigeführt. Mit dem voreingestellten Spritzdaten wurde eine Dicke der AlPb-Gleitschicht von 0,4 mm erreicht. Anschließend an den Beschichtungsvorgang erfolgte nach vorheriger Kühlung im gleichen Durchlauf der Verdichtungsprozeß durch Walzen. Der Verformungsgrad betrug, bezogen auf eine Gesamtdicke von 2,1 mm, 14%, was einer Enddicke des fertigen Schichtwerkstoffes von 1,8 mm entspricht.

Beispiel II

Ein Band aus A1 99,0 in einer Dicke von 0,5 mm wurde unter ähnlichen Arbeitsbedingungen wie in Beispiel I beidseitig durch thermokinetisches Plattieren, beispielsweise Flammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen oder Explosionsspritzen, mit einer Suspensionslegierung von 80 Gewichtsteilen Aluminium und 20 Gewichtsteilen Blei beschichtet. Das zur Beschichtung bestimmte Material der Suspensionslegierung kann beispielsweise dem obigen Beispiel I ensprechen. Nach der thermokinetischen Plattierung wurde der Schichtwerkstoff unter Dickenreduzierung von etwa 14% verdichtet.

Claims (6)

1. Gleitlagerelement mit Trägerschicht und thermokinetisch aufgebrachter und anschließend verdichteter Auflageschicht aus metallischer Suspensionslegierung, wobei die Auflageschicht erhalten wird aus zur Entmischung neigender Aluminium-Blei-Legierung, die aus 75 bis 94 Gew.-% Aluminium und 6 bis 25 Gew.-% Blei besteht, die als Pulvergemisch oder vorlegiertes Pulver durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasmaspritzen auf einen Rauhgrund aus einem porösen Sintergerüst aufgetragen wird, das aus mindestens 80 Vol.-% kugelförmigen Teilchen und maximal 20 Vol.-% keulenförmiger oder spratziger Teilchen hergestellt wurde, nach Patent 26 56 203, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Rauhgrundes die zur Entmischung neigende Aluminium-Blei-Legierung auf die durch Oberflächenaktivierung mit zerstörter Oxidhaut ausgebildete Oberfläche einer Trägerschicht aus mit Aluminium bzw. Aluminiumlegierung plattiertem Werkstoff oder einer Trägerschicht nur aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung aufgebracht ist, wobei das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung der Trägerschicht auch mit einer durch für die Oberflächenaktivierung vorgenommenes, kurzzeitiges Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 450°C und Schmelztemperatur erzeugten Gefügestruktur versehen ist.

2. Gleitlagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus Reinaluminium, vorzugsweise aus A1 99,5, gebildet ist.

3. Gleitlagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminiumplattierung ein aus mit Aluminium bzw. Aluminiumlegierung plattiertem Werkstoff bestehende Trägerschicht im Bereich von 0,05 mm bis 0,3 mm, vorzugsweise bei 0,2 mm, liegt.

4. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Gleitlagerelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aluminiumhaltige Schicht, sei es als selbsttragende Trägerschicht oder als einseitig oder zweiseitig auf einen Stützwerkstoff plattierte Zwischenschicht unter Schutzgas kurzzeitig auf eine Temperatur zwischen 450°C und Schmelztemperatur des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung unter Aktivierung ihrer Oberfläche bzw. Oberflächen durch Zerstören der dort befindlichen Oxidhaut im Durchlaufofen erhitzt wird und daß danach eine Aluminium-Blei-Legierung, die aus 75 bis 94 Gew.-% Aluminium und 6 bis 25 Gew.-% Blei besteht, durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasmaspritzen auf die aktivierte Oberfläche bzw. aktivierten Oberflächen aufgebracht wird, wobei das die Aluminium-Blei-Legierung bildende Metall als Pulvergemisch oder vorlegiertes Pulver in den Spritzstrahl eingeführt wird, und daß der so gebildete Schichtwerkstoff anschließend in gleichem Durchlauf nach vorheriger Abkühlung unter Anwendung von Druck unter Ausübung eines Verformungsgrades zwischen 5% und 20%, vorzugsweise zwischen 11% und 14% mechanisch verdichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminium-Blei-Legierung mit 8 bis 10 Gew.-% Blei aufgebracht wird, wobei die Aluminiumkomponente als Pulver mit bevorzugt kugeliger Teilchenform und zumindest 90 Vol.-% in Korngröße zwischen 40 und 60 µm und die Bleikomponente als Pulver mit bevorzugt kugeliger Kornform und zumindest 90 Vol.-% in Korngröße zwischen 80 und 100 µm dem thermokinetischen Plattierverfahren zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schutzgas mit aktivierter Oberfläche versehene Trägerschicht in einem Abstand von 170 mm ± 10 mm von der Spritzdüse der Spritzvorrichtung gehalten wird.