DE2840425C3 - Process for the production of workpieces subject to friction, such as slide bearings, with an adaptation layer suitable for exposure to relatively high surface pressure and / or friction or wear and / or high temperature - Google Patents

Process for the production of workpieces subject to friction, such as slide bearings, with an adaptation layer suitable for exposure to relatively high surface pressure and / or friction or wear and / or high temperature

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von auf Reibung beanspruchte Werkstücke, wie Gleitlager, mit für Beanspruchung mit relativ hohem Flächendruck und bzw. oder Reibung bzw. Verschleiß und bzw. oder hoher Temperatur geeigneter Anpassungsschicht. The invention relates to a method for producing workpieces subject to friction, like plain bearings, with for loads with relatively high surface pressure and / or friction or wear and / or high temperature suitable adaptation layer.

Die grundsätzliche Bedeutung der Erfindung sei im folgenden an Hand des Beispiels von Gleitlagerelementen dargestellt.The basic meaning of the invention is given below using the example of plain bearing elements shown.

Bei jedem Starten oder Abschalten einer hydrodynamisch geschmierten Lagerstelle wird normalerweise die Zone der Mischreibung durchschritten. Hierbei kommt es zu direktem partiellen Kontakt zwischen Gleitlagerwerkstoff und Wellenwerkstoff. Dadurch entsteht in Abhängigkeit der Belastung ein mehr oder minder starker Verschleiß der Paarungspartner. Bei Gleitlagern ist gewöhnlich ein Anpassungsvorgang notwendig, um bei neuen jungfräulichen Lagerpaarungen eine Angleichung der Mikrogeometrien zwischen Welle und Lager herbeizuführen, d.h. die bei der Bearbeitung in den Grenzflächen entstandenen Rauheitsspitzen oder die geometrischen Ungenauigkeiten durch programmierten Verschleiß zu glätten, und somit den Traganteil desEvery time a hydrodynamically lubricated bearing is started or switched off, the Crossed zone of mixed friction. This leads to direct partial contact between the plain bearing material and shaft material. This creates a more or less depending on the load heavy wear and tear on the mating partners. In the case of plain bearings, an adjustment process is usually necessary in order to In the case of new, virgin bearing pairings, the micro-geometries between the shaft and the bearing are aligned to bring about, i.e. the roughness peaks or the to smooth geometric inaccuracies through programmed wear, and thus the contact area of the

ίο Gleitelementes und damit die zulässige mechanische Belastungsgrenze zu erhöhen. Hierbei ist die für diesen Vorgang benötigte Zeit bisher vorwiegend von den Eigenschaften des Tribosystems Gleitlagerwerkstoff/ Wellenwerkstoff/Schmierstoff abhängig.ίο sliding element and thus the permissible mechanical Increase load limit. Here, the time required for this process has so far mainly been from the Properties of the tribological system plain bearing material / shaft material / lubricant dependent.

In der GB-PS 14 09 477 wird ein Drehkolben beschrieben, der mit einer Oberflächenschicht aus FeO durch Plasmaspritzen belegt ist. Diese durch Plasmaspritzen hergestellte Schicht soll bis zu 5 mm dick aufgetragen werden. Diese durch thermisches Spritzen aufgebrachte Schicht besitzt eine relativ geringere Härte als die des Drehkolbengehäuses, was somit zu einer Verminderung von Verschleiß und Freßneigung führt Jedoch sind solche Gleitschichten für Gleitlager nicht anwendbar die im Betrieb partielle Druck- und Temperaturspitzen aufweisen.In GB-PS 14 09 477 a rotary piston is described, which with a surface layer of FeO is occupied by plasma spraying. This layer produced by plasma spraying should be up to 5 mm thick be applied. This layer, applied by thermal spraying, has a relatively smaller one Hardness than that of the rotary lobe housing, which thus leads to a reduction in wear and tear and the tendency to seize However, such sliding layers for plain bearings are not applicable to the partial pressure and during operation Have temperature peaks.

Durch den Einsatz galvanischer Überzüge für hochzubelastende, einbaufertige Lagerschalen für Verbrennungckraftmaschinen, sogenannte Dreistofflager, sind vorbeugende Anpassungsvorgänge, z. B. für PkW-Motoren praktisch entfallen, während bei Dieselmotoren im Bereich von 370 bis 1580 KW die Anpassungszeit von 20 bis; 30 auf 2 bis 5 Stunden herabgesetzt werden konnte. Bei Dreistofflagern wird in der Regel auf einer Basiüschicht des grundlegenden Gleitlagerwerkstoffes, bestehend z. B. aus Kupfer- oder Aluminiumlegierungswerkstoffen, ein duktiler galvanischer Überzug mit einer Schichtdicke von 0,015 bis 0,040mm üblicher Weise maßgalvanisch, d.h. ohne nochmalige nachträgliche mechanische Bearbeitung, aufgebrachtThrough the use of galvanic coatings for heavy-duty, ready-to-install bearing shells for internal combustion engines, so-called three-substance bearings are preventive adjustment processes, e.g. B. for car engines practically omitted, while with diesel engines in the range from 370 to 1580 KW the adjustment time from 20 to; 30 to 2 to 5 hours could be reduced. In the case of three-substance bearings, a basic layer of the basic Plain bearing material, consisting, for. B. made of copper or aluminum alloy materials, a ductile galvanic Coating with a layer thickness of 0.015 to 0.040mm is usually custom-made by electroplating, i.e. without repeated subsequent mechanical processing applied

Die Anpassungsfähigkeit der relativ weichen, duktilen Galvanikschicht begünstigt den Anpassungsvorgang und erhöht sowohl die Widerstandsfähigkeit des Gleitlagers gegen Verschweißen mit der Welle als auch die Benetzbarkeit mit Schmiermitteln. Die galvanischen Überzüge bestehen entweder aus Blei-Indium, Blei-Zinn oder auch aus Blei-Zinn-Kupfer. Bei den !etzteren sind neuerdings Legierungen mit erhöhten Kupfergehalten bis zu 10% Massenanteil bekannt Die erhobenen Forderungen seitens der Motorhersteller nach erhöhter Belastbarkeit sowie Ermüdungsfestigkeit als auch Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit haben zu diesen neueren galvanischen Schichten geführt, die jedoch aufgrund ihre höheren Härte die Bedingungen zur Wirksamkeit des Anpassungsvorganges nicht mehr vollständig zufriedenstellend erfüllen. Dem versucht man durch Zugabe von EP-Zusätzen zum Schmieröl näher zu kommen, wobei das Abtragen von Rauheitsspitzen durch einen verknüpften chemisch-mechanischen Vorgang bewirkt wird. Durch partielle Berührung während des Anpassungsvorganges entstehen gewissermaßen Druckspitzen und Temperaturspitzen, die zu einer chemischen Reaktion der aggressiv werdenden Wirkstoffe der Additive mit den Werkstoffe fen der Lagerstelle unter Bildung von z. B. Metallsulfiden, -Chloriden, -phosphaten führen wobei verstärkt im Gebiet der Mischreibung der Lagerstelle die Vorgänge des mechanischen und chemischen Abtragens derThe adaptability of the relatively soft, ductile electroplated layer favors the adaptation process and increases both the resistance of the sliding bearing to welding to the shaft as well the wettability with lubricants. The galvanic coatings consist of either lead-indium or lead-tin or made of lead-tin-copper. In the case of the latter, alloys with increased copper contents have recently been added Up to 10% mass fraction known The demands made by the engine manufacturers for increased Have resilience and fatigue resistance as well as wear resistance and corrosion resistance led to these newer galvanic layers, which, however, due to their higher hardness, the conditions for the effectiveness of the adjustment process no longer fully satisfactory. That tried to get closer to the lubricating oil by adding EP additives, with the removal of Roughness peaks are caused by a linked chemical-mechanical process. By partial Touching during the adjustment process creates pressure peaks and temperature peaks, so to speak, which lead to a chemical reaction of the aggressive active ingredients of the additives with the materials fen the bearing with the formation of z. B. metal sulfides, chlorides, phosphates lead to increased im Area of mixed friction of the bearing point the processes of mechanical and chemical removal of the

Grenzflächen nebeneinander ablaufen. Es hat sich gezeigt, daß nach Ablauf längerer Zeit bei Belastung, insbesondere im Gebiet der Mischreibung, Lagerwerkstoff und Wellenwerkstoff durch nichtmetallische Isolierschichten getrennt sind, womit eine zur Verschweißung führende Bildung von Adhäsionsbrücken und somit eine Materialermüdung durch hohe Scherkräfte vermieden wird. Es wurde beobachtet, daß die Reaktionsumwandlung der Gleitwerkstoffoberflächen, insbesondere der aus Pb—Sn-Cu bestehenden Galvanikschichteii, während der Anpassungsphase — je nach Art und Größe der Rauheiten und der Betriebsbedingungen der Motore (Langstrecken- oder Kurzstreckenfahrt und entsprechende Temperaturen) — sehr ungleichmäßig verteilt über die Lagermetalloberfläche erfolgt und auch im zeitlichen Ablauf unkontrolliert abläuft, was naturgemäß zu Betriebsstörungen Anlaß geben kann. Bedingt durch den betrieblichen Einsatz solcher Additive bzw. Inhibitoren im Schmiermittel werden nur lockere Schichten ausgebildet, die in den Ein- und Auslaufphasen des Betriebes immer wieder durchgerieben werden, so daß es eigentlich nie zur Ausbildung einer homogenen und zusammenhängenden nichtmetallischen Gleitschicht kommen kann. Vielmehr stellen die durch solche Additive und Inhibitoren im Schmiermittel erzeugten Schichten nur einen Notbehelf und einen gewissen Schutz während des Betriebsablaufs dar.Boundaries run side by side. It has been shown that after a long period of time under stress, especially in the field of mixed friction, bearing material and shaft material through non-metallic Isolation layers are separated, which leads to the welding formation of adhesion bridges and thus material fatigue due to high shear forces is avoided. It was observed that the Reaction transformation of the sliding material surfaces, in particular the electroplated layer consisting of Pb — Sn-Cu, during the adjustment phase - depending on the type and size of the roughness and the operating conditions of the engines (long or short distance driving and corresponding temperatures) - very Unevenly distributed over the bearing metal surface and also uncontrolled over time expires, which can naturally give rise to operational disruptions. Due to operational use Such additives or inhibitors in the lubricant are only formed in loose layers that are in the Run-in and run-out phases of the company are rubbed through again and again, so that it actually never comes to Formation of a homogeneous and cohesive non-metallic sliding layer can occur. Much more the layers created in the lubricant by such additives and inhibitors are only a stopgap measure and provide some protection during operation.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zu entwickeln mit dem verbesserte Anpassungsschichten für z. B. auf Reibung beanspruchte Elemente, insbesondere auch herkömmliche Mehrschichtleitelemente, außerhalb des betrieblichen Einsatzes geschaffen werden.The object of the invention is therefore to develop a method with the improved matching layers for z. B. elements subject to friction, in particular also conventional multilayer guide elements, created outside of operational use will.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Werkstücke in einem Schmiermittelbad mit mindestens einem solcher verschleiß- und korrosionshemmenden Hochdruckzusätze, wie sie an sich als im betrieblichen Einsatz unter Einwirkung von erhöhtem Druck und Temperatur partiell wirksam werdende Additive bzw. Inhibitoren in natürlichen sowie synhetischen Schmiermitteln bzw. Emulsionen zur Verminderung von Reibung, Verschleiß, Temperatur bzw. Korrosion bekannt sind, durch chemische Umwandlung der Werkstückoberfläche vorbeugend mit einer geschlossenen, durchgehenden, zwischen 0,0Cl mm und 0,005 mm vorzugsweise 0,002 mm dicken Reaktionsschicht auf der Basis von trockene Reibung und Verschleißen von Metallflächen verhindernden Metallsalzen als Anpassungsschicht belegt werden.The object of the invention is achieved in that the workpieces in a lubricant bath with at least one such anti-wear and anti-corrosion High-pressure additives, as they are per se as in operational use under the influence of increased Pressure and temperature partially effective additives or inhibitors in natural and synthetic Lubricants or emulsions to reduce friction, wear, temperature or Corrosion are known, through chemical conversion of the workpiece surface preventively with a closed, continuous, between 0.0Cl mm and 0.005 mm, preferably 0.002 mm thick reaction layer based on dry friction and Metal salts that prevent wear and tear of metal surfaces can be used as an adaptation layer.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäße, im Schmiermittelbad erzeugte Anpassungsschicht, wesentlich bessere Eigenschaft aufweist, als die im betrieblichen Einsatz solcher Additive bzw. Inhibitoren im Schmiermittel erreichbar sind. Versuche haben ergeben, daß die gemäß der Erfindung aufgebaute Anpassungsschicht an Gleitlagern bis zu 50% höhere Druckbelastbarkeit erzielen läßt als dies mit dem betrieblichen Einsatz derselben Additive bzw. Inhibitoren im Schmiermittel möglich ist. Durch diese Erhöhung der Druckbelastbarkeit von z. B. Gleitlagern ist es möglich die Baulänge von Verbrennungskraftmaschmen, bedingt durch Gleitlager in schmaler Ausführung bei gleichzeitiger hoher Tragfähigkeit, wesentlich zu vermindern.Surprisingly, it has been found that the adaptation layer according to the invention, produced in the lubricant bath, has significantly better properties than those in the operational use of such additives or inhibitors in the lubricant can be achieved. Tests have shown that according to the invention The built-up adaptation layer on slide bearings can achieve up to 50% higher compressive strength than this is possible with the operational use of the same additives or inhibitors in the lubricant. Through this Increasing the pressure resistance of z. B. plain bearings, it is possible the overall length of internal combustion engines, due to the slim design of the plain bearings with a high load-bearing capacity at the same time, essential to diminish.

Hochdrucksätze sind zu Schmiermitteln zulegierte bzw. gelöste, erst bei hohem Druck und hoher Temperatur wirksam werdende Stoffe (sogenannte Additive: Phosphor-, Chlor-, Schwefel- oder andere Verbindungen) zu paraffinbasischen, naphthenbasischen oder gemischtbasischen Grundölen und ergeben sogenannte legierte Schmiermittel. Sie bilden nach Reaktion mit den Metallen eine druckfeste, nichtmetallische, die gleitende Flächen gut trennende Oberflächenschicht von höherer Scherfestigkeit in Form von Metallchloriden, -phosphaten, -sulfiden, eine chemische Grenzschicht in Form von Metallsalzen, die trockene ReibungHigh pressure kits are added or dissolved to lubricants, only at high pressure and high Substances that take effect at temperature (so-called additives: phosphorus, chlorine, sulfur or others Compounds) to paraffinic, naphthenic or mixed base oils and result in so-called alloyed lubricants. They form upon reaction with the metals a pressure-resistant, non-metallic surface layer that separates the sliding surfaces well of higher shear strength in the form of metal chlorides, metal phosphates, metal sulfides, a chemical boundary layer in the form of metal salts, the dry friction

ίο und Verschweißen von Metailflächen verhindert daher auch korrosive oder Feststoff-Schmierung genannt Von der Art der löslichen Verbindung und der Temperaturbeanspruchung ist die verschleißmindernde Wirkung abhängig. Daher sind legierte Schmiermittel erst von einer bestimmten Belastung und Temperatur an einzusetzen. Ferner ist das Aufbringen von kristallinen Phosphatschichten für die Kaltformung von Stahl sowie Zink, Zinklegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen beim Ziehen von Drähten, Rohren und Profilen, Tiefziehen, Kaltformen, Fließpressen zwecks Ausschaltung des metallischen Kontaktes zwischen Werkstück und Werkzeug als Trennmittel und als guter Schmiermittelträger und zugleich als Gleitmittel sowie zur Verbesserung der Oberfläche und deren Korrosionsbeständigkeit bekannt Besonders bewährt haben sich Bonderschichten, wo die Phosphatschicht mit dem Grundmetai; chemisch verwachsen ist, im Gegensatz zu dem üblichen Schmiermittelträger. Der Arbeitsaufwand zur Herstellung von Phosphat- bzw. Bonderschichten ist aber beachtlich und somit kostenspielig.ίο and welding of metal surfaces is therefore prevented also called corrosive or solid lubrication. On the type of soluble compound and the temperature stress the wear-reducing effect depends. Therefore, alloyed lubricants are only from a certain load and temperature to use. Furthermore, the application of crystalline Phosphate coatings for cold forming of steel as well as zinc, zinc alloys, aluminum and aluminum alloys when drawing wires, tubes and profiles, deep drawing, cold forming, extrusion for the purpose of elimination the metallic contact between workpiece and tool as a separating agent and as a good lubricant carrier and at the same time as a lubricant and to improve the surface and its corrosion resistance known Bonder layers where the phosphate layer with the Basic metal; is chemically fused, in contrast to the usual lubricant carrier. The amount of work required to produce phosphate or bond layers is but considerable and therefore expensive.

Es ist schon seit langem bekannt daß z. B. EP-Zusätze in Schmiermitteln bei hohem Druck und bei hoher Temperatur wirksam werden. Doch es war für den durchschnittlichen Fachmann nicht auf der Hand liegend, EP-Zusätze nur unter Einwirkung einer vorbestimmten Temperatur und während einer bestimmten Zeit vorteilhaft gezielt zum Einsatz zu bringen zwecks Herstellung von verbesserten, vorbeugenden Anpassungsschichten zur Verringerung des Verschleißes und der Temperatur, insbesondere im Gebiet der Mischreibung, für auf Reibung beanspruchte Elemente, z. B. für hochbelastende Mehrschichtgleitlager.It has long been known that e.g. B. EP additives in lubricants at high pressure and at high Temperature take effect. Yet it was not at hand to the average professional lying, EP additives only under the action of a predetermined temperature and during a certain To bring time to advantage in a targeted manner for the purpose of producing improved, preventive Adaptation layers to reduce wear and temperature, especially in the area of Mixed friction, for elements subject to friction, e.g. B. for highly stressed multilayer plain bearings.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von verbesserten, vorbeugenden Anpassungsschichten wird z. B. ein Gleitlagerelement geschaffen, das den herkömmlichen und als optimale technische Lösung angesehenen Dreistofflagern, insbesondere hinsichtlich Verringerung des Verschleißes und der Temperatur als auch Erhöhung der ErmüdungsfestigkeitBy this method according to the invention for the production of improved, preventive adjustment layers is z. B. created a plain bearing element that the conventional and as optimal technical Solution regarded three-substance bearings, especially with regard to reducing wear and tear Temperature as well as an increase in fatigue strength

so sowie Korrosionsbeständigkeit weit überlegen ist.so as well as corrosion resistance is far superior.

Systematische Reihenunterschungen an Gleitlagern haben u. a. gezeigt, daß bei erfindunsgemäßer Reaktionsbehandlung von herkömmlichen Dreistoffgleitlagern in mit EP-Zusätzen angereicherten flüssigen Schmiermitteln die Dauerbelastbarkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit sich überraschenderweise positiv beeinflussen lassen.Systematic row underruns on plain bearings have, among other things, shown that with inventive reaction treatment of conventional three-material plain bearings in liquid enriched with EP additives Lubricants, the durability and corrosion resistance are surprisingly positive be influenced.

In vorteilhafter Weise kann die Umwandlung in einem flüssigen Schmiermittelbad bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und !700C mit 1% bis 5% Massenanteil Thiophosphorsäure-O.O.O-Triphenylester in einer Zeit zwischen 0,1 und 10 Stunden insbesondere 2 Stunden durchgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise kann die UmwandlungAdvantageously, the conversion can be carried out in a liquid lubricant bath at a temperature between room temperature and 70 ° C. with 1% to 5% mass fraction of thiophosphoric acid-OOO-triphenyl ester in a time between 0.1 and 10 hours, in particular 2 hours. In a particularly advantageous manner, the conversion

b5 bei 1500C mit 2% Massenanteil Thiophosphorsäure-Ο,Ο,Ο-Triphenylester durchgeführt werden. Die Anpassungsschicht kann auch durch Umwandlung aus einer 0,001 bis 0,005 mm dicken PbSn- oder Sn- oder PbCu-b5 are carried out at 150 0 C with 2% mass fraction of thiophosphoric acid Ο, Ο, Ο-triphenyl ester. The adaptation layer can also be converted from a 0.001 to 0.005 mm thick PbSn or Sn or PbCu

oder PbSnCu-Schicht hergestellt werden.or PbSnCu layer can be produced.

Obwohl sich das nachfolgende Beispiel in erster Linie auf ein ausgewähltes herkömmliches, mehrschichtiges Gleitlagerelement bezieht, ist es selbstverständlich, daß auch andere Ausführungsformen für Gleitlagerelemente in Bezug auf die Herstellung von Verschleiß-, Temperatur-, und korn isionshemmende Schichten, als auch noch für andere auf Reibung hochzubelastende, metallische Elemente als die beschriebenen Gleitlager nach der einfachen und kostengünstigen Behandlungsmethode im Rahmen der Erfindung möglich sind, wie z. B. Auflagerzapfen, Kolben, Zylinderwandungen, Führungen, Walzenkörper, Werkzeugoberflächen, Zahnflanken von Zahnrädern, Ventilführungen, Kolbenringe, Rollen- und Zahnketten usw.Although the following example focuses primarily on a selected conventional, multilayer Relates sliding bearing element, it goes without saying that other embodiments for sliding bearing elements with regard to the production of wear, temperature, and grain-inhibiting layers, as well for other metallic elements that are to be subjected to high friction loads than the plain bearings described in accordance with simple and inexpensive treatment method within the scope of the invention are possible, such. B. Support journals, pistons, cylinder walls, guides, roller bodies, tool surfaces, tooth flanks of gear wheels, valve guides, piston rings, Roller and inverted tooth chains, etc.

Dreistofflager eines herkömmlichen Schichtaufbaues bestehen aus:Three-substance bearing with a conventional layer structure consist of:

Stahlstützkörper, aufgegossene 0,3 mm dicke Kupfer-Blei-Legierung — CuPb 22 Sn — als Basisschicht, galvanisch aufgebrachter 1,5 μίτι dicker Nickeldamm als Sperrschicht mit einer etwa 22 μπι dicken ternären Gleit- und Anpassungsschicht als PbSnIOCu, allseits versehen mit einer 2 μπι dicken Blei-Zinn-Deckschicht, behandelt beispielsweise über 2 Stunden bei einer ermittelten Temperatur von 1500C in einem HD-Öl 20 W/20, in dem 2% Massenanteile Thiophosphorsäure-Ο,Ο,Ο-triphenylester (TPPT) gelöst sind. Auf der Oberfläche bildet sich ein geschlossener, tiefschwarzer Reaktionsbelag.Steel support body, cast 0.3 mm thick copper-lead alloy - CuPb 22 Sn - as the base layer, galvanically applied 1.5 μm thick nickel dam as a barrier layer with an approximately 22 μm thick ternary sliding and adaptation layer as PbSnIOCu, provided on all sides with a 2 μπι thick lead-tin top layer, treated for example over 2 hours at a determined temperature of 150 0 C in a HD oil 20 W / 20, in which 2% by mass of thiophosphoric acid Ο, Ο, Ο-triphenyl ester (TPPT) are dissolved . A closed, deep black reaction coating forms on the surface.

Die erfindungsgemäß behandelten Gleitlager wurden auf einem Gleitlagerprüfstand einem Test unterzogen. Für diese Versuche werden jeweils einzelne die zu testenden Gleitlagerhälften im Unterteil der Lageraufnahme montiert. Im Oberteil der Lageraufnahme wird jeweils eine herkömmliche Gleitlagerschale ohne erfinderische Nachbehandlung eingebaut. Zur Einstellung der Prüfbedingungen (Drehzahl, Schmiermitteltemperatur, spezifische Gleitlagerbelastung) wird nur die obere unbehandelte Gleitlagerhälfte statisch belastet Durch ein größeres Lagerspiel in der zu testenden Gleitlagerhälfte wird zusätzlich sichergestellt, daß beim Anlassen der Zapfen nicht mit der Testschale in mechanischer Berührung kommt Nach Einstellung der Testbedingungen wird durch Wechsel der Lastrichtung über einen Hebelarm an der Lageraufnahme die zu testende Gleitlagerhälfte mittels eines stufenlos einstellbaren Hydraulikzylinder statisch belastet Der Hebelarm ist auf Spitzen gelagert und wirkt dadurch gleichzeitig als Reibungswaage. Die Reibungszahl wird mittels einer Druckmeßdose ermittelt:The plain bearings treated according to the invention were subjected to a test on a plain bearing test stand. For these tests, each of the plain bearing halves to be tested are mounted in the lower part of the bearing receptacle. In the upper part of the bearing mount is each built a conventional plain bearing shell without inventive aftertreatment. To set the test conditions (speed, lubricant temperature, specific plain bearing load) only the upper untreated plain bearing half is statically loaded due to a larger bearing clearance in the one to be tested In addition, it is ensured that the journal does not get in contact with the test shell when the bearing half is started mechanical contact comes after setting the test conditions by changing the load direction The sliding bearing half to be tested is statically loaded by means of a continuously adjustable hydraulic cylinder via a lever arm on the bearing receptacle. The lever arm is mounted on tips and acts as a result at the same time as a friction balance. The coefficient of friction is determined using a pressure cell:

TestdatenTest data

Schmiermittellubricant SchmiermitteleinlaßLubricant inlet

temperaturtemperature

Schmiermitteleinlaßdruck Lageraufnahme Zapfenwerkstoff Zapfenrauheit Zapfendurchmesser Gleitlagerbreite DrehzahlLubricant inlet pressure Stock taking Tenon material Tenon roughness Journal diameter Plain bearing width rotational speed

SAE 30 (HD)SAE 30 (HD)

1200C120 0 C

5 bar5 bar

0 58,6 mm0 58.6 mm

Ck 45 HRC 55Ck 45 HRC 55

Ra 0,14—0,18 μπιRa 0.14-0.18 μm

5433 mm5433 mm

22 mm22 mm

2000 min.-'=5,75 m/s2000 min .- '= 5.75 m / s

Thiophosphorsäure-O,O,O-triphenylester löst sich in Mineralölen und sj-nthetischen ölen. Die maximale Löslichkeit in paraifinischen ölen ist ungefähr 5%, während sie für naphthenbasische öle und Esteröle mehr als 10% beträgtThiophosphoric acid O, O, O-triphenyl ester dissolves in Mineral oils and synthetic oils. The maximal Solubility in paraffinic oils is about 5%, while it is for naphthenic base oils and ester oils is more than 10%

Thiophosphorsäure-O.O.O-Triphenylester wird alsThiophosphoric acid O.O.O-triphenyl ester is used as

EP-Zusatz in natürlichen und synthetischen Schmiermitteln, hydraulischen ölen und Schneidflüssigkeiten verwendet.EP additive in natural and synthetic lubricants, hydraulic oils and cutting fluids used.

Der Einsatz von Triarylphosphaten, z. B. Tritolylphosphat (TTP), als EP-Additive ist ebenso bekannt Die Wirksamkeit dieser Mittel führt man auf die Bildung von Metall-Phosphaten an der metallischen Oberfläche zurück, sie haben aber einen begrenzten EP-Effekt, da schwere Belastungen nicht aufgenommen werdenThe use of triaryl phosphates, e.g. B. tritolyl phosphate (TTP), as EP additives is also known Effectiveness of these agents leads one to the formation of metal phosphates on the metallic surface back, but they have limited XP since heavy loads are not absorbed

iu können. Produkte mit bessseren lasttragenden Eigenschaften wie z. B. Zinkdialkyldithiophosphat (ZDTP), geschwefelte öle, Fette, Chlorparaffine usw. werden oft vorgezogen wirken jedoch korrosiver und besitzen eine geringere Temperaturbeständigkeit ZDTP-Zusätzeiu can. Products with better load-bearing properties such as B. zinc dialkyldithiophosphate (ZDTP), Sulphurized oils, fats, chlorinated paraffins, etc. are often preferred but are more corrosive and have a lower temperature resistance ZDTP additives sind aschebildend, was von erheblichem Nachteil ist Thiophosphorsäure-O.O.O-Triphenylester ist ein aschefreies EP-Additiv, das in seinen Eigenschaften ZDTP entspricht und mit bestimmten Zusätzen noch außerdem korrosionshemmend wirkt (GB-PS 10 18 307).are ash-forming, which is a significant disadvantage Thiophosphoric acid O.O.O-triphenyl ester is an ashless EP additive, which in its properties ZDTP and also has a corrosion-inhibiting effect with certain additives (GB-PS 10 18 307).

μ Obwohl im dargestellten Beispiel das TPPT-EP-Additiv als besonders geeignet hervorgehoben wird, ist es durchaus möglich, auch andere schwefel- und/oder phosphorhaltige Produkte zur Erzeugung von verbesserten Anpassungsschichten einzusetzen. Ebenso kön-μ Although the TPPT-EP additive is highlighted as being particularly suitable in the example shown, it is It is entirely possible to use other sulfur- and / or phosphorus-containing products to create improved adaptation layers. Likewise, nen oxidische Schichten für Teile mit einem bestimmten Verwendungszweck erfolgreich eingesetzt werden, wie systematische Untersuchungen gezeigt haben.oxide layers can be used successfully for parts with a specific purpose, such as systematic studies have shown.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Abbildungen gezeigt:An embodiment of the invention is shown on the basis of the figures:

F i g. 1 eine Gleitlagerhälfte gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung;F i g. 1 is a perspective view of a plain bearing half according to the invention;

F i g. 2 Ein Ausschnitt A-B in bevorzugter Ausführungsforrn der Gleitlagerhälfte nach Fig. 1, vergrößert und im Schnitt;F i g. 2 A detail AB in a preferred embodiment of the sliding bearing half according to FIG. 1, enlarged and in section;

Fig.3 schematische Darstellung der Wanddickenminderung für unbehandelte -a- und erfindungsgemäß behandelte -b- Gleitlagerhälften in Abhängigkeit der statischen Belastung; Fig.4 Schaubild der Temperaturkennlinien für3 shows a schematic representation of the wall thickness reduction for untreated -a- and -b- plain bearing halves treated according to the invention as a function of the static load; Fig. 4 Diagram of the temperature characteristics for

-ίο unbehandelte -a- und erfindungsgemäß behandelte-ίο untreated -a- and treated according to the invention -b- Gleitlager in Abhängigkeit der statischen-b- plain bearings depending on the static

Belastung, jeweils gemessen am Lagerrücken nach 15Load, each measured on the back of the bearing after 15 Minuten Betriebsdauer undMinutes of operating time and Fig.5 Gegenüberstellung der ReibungskennlinienFig. 5 Comparison of the friction characteristics

ebenso für -a- und -b- in Abhängigkeit der statischen Belastung gemesssen erstens — 1 — in jungfräulichem Zustand sofort nach Zuschaltung der Belastung und zweitens -2- nach 15 Minuten Anpassungszeitalso for -a- and -b- depending on the static load measured firstly - 1 - in virginal condition immediately after switching on the load and secondly -2- after 15 minutes Adjustment time

so Im Beispiel der F i g. 1 und 2 ist auf einen Stahlstützkörper 5 eine Basisschicht 4 aus einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung CuPb22Sn mit einer Schichtdicke von etwa 0,2 πϊϊΰ bis 0,7 nun aufgebracht Auf dieser Basisschicht 4 ist eine extrem dünne Schicht 3So in the example of FIG. 1 and 2 is a base layer 4 of a steel support body 5 Copper-lead-tin alloy CuPb22Sn with a layer thickness of about 0.2 πϊϊΰ to 0.7 now applied On this base layer 4 is an extremely thin layer 3 (Dicke 0,001 bis 0,002 mm) aus Nickel die bei herkömmlichen Dreistofflagern als Diffusionssperre dient Ober der Diffusionssperrschicht 3 ist z. B. eine etwa 0,022 mm dicke ternäre Gleit- und Anpassungsschicht 2 aus PbSnIOCuZ Auf der Gleitschicht 2 und(Thickness 0.001 to 0.002 mm) made of nickel the at conventional three-substance bearings serves as a diffusion barrier. Above the diffusion barrier layer 3 is z. Legs about 0.022 mm thick ternary sliding and adaptation layer 2 made of PbSnIOCuZ on the sliding layer 2 and ebenfalls auf dem Stahlstützkörper 5 ist zunächst einealso on the steel support body 5 is initially a 0,001 mm bis 0,005 mm, bevorzugt 0,002 mm dicke0.001 mm to 0.005 mm, preferably 0.002 mm thick

Blei-Zinn-Deckschicht 1, welche nachträglich derLead-tin top layer 1, which is subsequently the

erfinderische Reaktionsbehandlung unterzogen wird.inventive reaction treatment is subjected.

Die F i g. 3,4 und 5 geben die Gegenüberstelhmg derThe F i g. 3, 4 and 5 give the opposite

Kennlinien für Wanddickenänderung sowie Temperatur- und Reibungsverhalten der unbehandelten —a— und behandelten — b— Gleitlagerschalen bei veränderlichen Lagerdrücken unter ruhender Belastung wieder.Characteristic curves for wall thickness changes as well as temperature and friction behavior of the untreated —a— and treated - b - plain bearing shells with variable bearing pressures under static load.

Die Diagramme zeigen eindeutig die Überlegenheit der erfindungsgemäß behandelten — b— Gleitlager in Bezug auf Höchstbelastbarkeit unter oben genannten Testbedingungen. Die unbehandelten — a— Gleitlager versagen bei einem Lagerdruck von 42 N/mm2 im Gegensatz zu den erfindungsgemäß behandelten Gleitlagern, welche erst bei einem Lagerdruck von etwa 80 N/mm2 aussetzen.The diagrams clearly show the superiority of the - b - plain bearings treated according to the invention in terms of maximum load capacity under the test conditions mentioned above. The untreated - a - plain bearings fail at a bearing pressure of 42 N / mm 2 in contrast to the plain bearings treated according to the invention, which only expose at a bearing pressure of about 80 N / mm 2.

Spätere Untersuchungen bei praxisnahem Einbauverhaltnissen unter erschwerten Testbedingungen, z.B. unter wechselnden Belastungen, Drehzahlen, Schmiermitteltemperaturen, Schmiermittelmengen bzw. Schmiermitteldruck u.dgl., zeigen einwandfrei den Vorteil der erfindungsgemäß behandelten sog. Dreis'.offiager gegenüber der serienmäßig unbehandelten. Ausführung. Anschließende Erprobungen in hochtourigen Rennmotoren mit Turboaufladung und Brennstoffeinspritzung erfolgten — im Gegensatz zu unbehandelten Dreistofflagern — ohne jede Schwierigkeit.Subsequent investigations with practical installation conditions under difficult test conditions, e.g. under changing loads, speeds, lubricant temperatures, lubricant quantities or Lubricant pressure and the like clearly show the advantage of the so-called Dreis'.offiager treated according to the invention over the standard untreated ones. Execution. Subsequent tests in high-speed racing engines with turbocharging and fuel injection took place - in contrast to untreated three-fuel bearings - without any difficulty.

Nachträglicher Ausbau zeigte unverkennbar den Vorsprung der vorbeugenden erfinderischen Reaktionsbehandlung der Anpassungsschicht in Bezug auf Oberflächenbeschaffenheit, Maßhaltigkeit, Reibung sowie Belastbarkeit im Vergleich mit einem gebräuchlichen Schichtaufbau. Nicht nur Gleitlager gleich in Massiv- und/oder Schichtausführung, auch andere metallische Elemente, welche hoher Reibung bzw. Verschleiß unterliegen, lassen sich einer ähnlichen einfachen, kostengünstigen, prophylaktischen Reaktionsbehandlung der Oberflächenschicht unterwerfen, damit eine verschleißhemmende bzw. hochdruckfeste und reibungsarme Schicht mit Trockenschmiereigenschaften gebildet wird. Bei relativ kleinen Teilen wird die Reaktionsbehandlung zu hunderten oder tausenden Stück in einem Durchgang durchgeführt.Subsequent expansion unmistakably showed the advantage of the preventive inventive reaction treatment of the adaptation layer in relation to Surface quality, dimensional accuracy, friction and resilience in comparison with a conventional layer structure. Not just plain bearings right in Solid and / or layered design, also other metallic elements, which have high friction or Subject to wear, can be subjected to a similar simple, inexpensive, prophylactic reaction treatment of the surface layer, so that a wear-resistant or high-pressure-resistant and low-friction layer with dry lubrication properties is formed. With relatively small parts the reaction treatment is carried out in hundreds or thousands in one pass.

Anstelle des oben in Verbindung mit F i g. 1 und 2 erläuterten Aufbaus von Gleitlagerelementen kommen auch Gleitlagerelemente mit anderem Aufbau der Gleitschicht zur Ausstattung mit einer erfindungsgemäßen Anpassungsschicht in Betracht. So kann beispielsweise die Gleitschicht eines Gleitlagerelementes ausInstead of the above in connection with FIG. 1 and 2 explained structure of sliding bearing elements come sliding bearing elements with a different structure of the sliding layer for equipping with an adaptation layer according to the invention are also considered. For example, the sliding layer of a sliding bearing element can be made from einer zur Entmischung neigenden Suspensionslegierung bestehen, die beispielsweise thermokinetisch oder auch durch Auftragen aufgebracht und zusammen mit der Trägerschicht mechanisch verdichtet ist. Diese Suspen-consist of a suspension alloy that tends to separate, for example thermokinetically or also applied by application and mechanically compacted together with the carrier layer. This suspen-

sionslegierung kann bevorzugt eine Aluminium-Blei-Suspension sein. Auf die Oberfläche einer solchen Gleitschicht und in die Oberfläche hinein kann die Anpassungsschicht in der erfindungsgemäßen Weise gebildet sein.Sion alloy can preferably be an aluminum-lead suspension. On the surface of a Such a sliding layer and into the surface can be the adaptation layer in the manner according to the invention be educated.

ι» Eine andere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Anpassungsschicht findet sich auch bei Gleitlagerelementen deren Gleitschicht durch eine Weißmetall-Legierung gebildet ist, die als ternäre Legierung 10% bis 20% Zinn, 6 bis 10% Kupfer, RestAnother possible application of the adaptation layer according to the invention can also be found in Plain bearing elements whose sliding layer is formed by a white metal alloy, which is called a ternary Alloy 10% to 20% tin, 6 to 10% copper, the rest

r> Blei, insbesondere 16% Zinn, 8% Kupfer, Rest Blei enthält, wobei das Zinn stets um 6 bis 8% größeren Massebestandteil als das Kupfer darstellen soll. Auch in eine solche Gleitschicht oder einer darüber gelegten dünnen Einlaufschicht kann die erfindungsgemäßer> lead, especially 16% tin, 8% copper, the remainder lead contains, whereby the tin should always represent 6 to 8% greater mass constituent than the copper. Also in such a sliding layer or a thin running-in layer placed over it can be the inventive

.'Ii Anpassungsschicht gebildet werden..'Ii adaptation layer are formed.

Eine weitere Möglichkeit der Anwendung der erfindungsgemäßen Anpassungsschicht ist bei harten, dünnen Schichten gegeben, beispielsweise bei solchen Lagerelementen mit dünner Schicht aus einer hartenAnother possibility of using the adaptation layer according to the invention is for hard, given thin layers, for example in such bearing elements with a thin layer of a hard one

."> Zinn enthaltenden Legierung, die mit einer Schicht aus weicherem metallischen Werkstoff unterlegt ist. In solchem Fall kann die Schicht aus einer Nickel-Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt zwischen etwa 30 und 90 Gew.-% besteht und eine Dicke von maximal etwa. "> Tin-containing alloy covered with a layer of is underlaid with softer metallic material. In such a case, the layer can be made of a nickel-tin alloy with a tin content between about 30 and 90 Wt .-% and a maximum thickness of about

in 0,01 mm, vorzugsweise etwa 0,005 bis 0,01 mm aufweisen und mit einer maximal 0,05 mm, vorzugsweise 0,005 bis 0,015 mm dicken Gleitschicht aus Lagerwerkstoff von einer Brinellhärte zwischen etwa 4 und 30 kp/mm2 überdeckt sein. Auch in diesem Fall kannin 0.01 mm, preferably about 0.005 to 0.01 mm and covered with a maximum 0.05 mm, preferably 0.005 to 0.015 mm thick sliding layer made of bearing material with a Brinell hardness between about 4 and 30 kp / mm 2 . In this case, too, can

r> über und in der Schicht und Gleitschicht die erfindungsgemäße Anpassungsschicht gebildet sein.r> above and in the layer and sliding layer the adaptation layer according to the invention be formed.

Außer diesen Beispielen ist die erfindungsgemäße Anpassungsschicht und deren Herstellungsweise auch auf praktisch allen bekannten Schichten von Gleit- undIn addition to these examples, the adaptation layer according to the invention and its method of manufacture are also on practically all known layers of sliding and

ad Lagerelementen denkbar. ad bearing elements conceivable.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von auf Reibung beanspruchten Werkstücken, wie Gleitlager, mit für Beanspruchung mit relativ hohem Flächendruck und bzw. oder Reibung bzw. Verschleiß und bzw. oder hoher Temperatur geeigneter Anpassungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke in einem Schmiermittelbad mit mindestens einem solcher verschleiß- und korrosionshemmenden Hochdruckzusätze, wie sie an sich als im betrieblichen Einsatz unter Einwirkung von erhöhtem Druck und Temperatur partiell wirksam werdende Additive bzw. Inhibitoren in natürlichen sowie synthetischen Schmiermitteln bzw. Emulsionen zur Verminderung von Reibung, Verschleiß, Temperatur bzw. Korrosion bekannt sind, durch chemische Umwandlung der Werkstückoberfläche vorbeugend mit einer geschlossenen, durchgehenden, zwischen 0,001 mm und 0,005 mm dicken Reaktionsschicht auf der Basis von trockene Reibung und Verschleißen von Metallflächen verhindernden Metallsalzen als Anpassungsschicht belegt werden.1. Process for the production of workpieces subject to friction, such as plain bearings, with for Load with relatively high surface pressure and / or friction or wear and / or or high temperature suitable adaptation layer, characterized in that the workpieces in a lubricant bath with at least one such anti-wear and anti-corrosion agent High-pressure additives, as they are per se as in operational use under the influence of increased Pressure and temperature partially effective additives or inhibitors in natural as well as synthetic lubricants or emulsions to reduce friction, wear, Temperature or corrosion are known through chemical conversion of the workpiece surface preventively with a closed, continuous, between 0.001 mm and 0.005 mm thick Reaction layer based on dry friction and preventing wear and tear of metal surfaces Metal salts are used as an adaptation layer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung in einem flüssigen Schmiermittelbad bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 17O0C mit 1% bis 5% Massenanteil Thiophosphorsäure-OAO-triphenylester in einer Zeit zwischen 0,1 und 10 Stunden durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the conversion in a liquid lubricant bath at a temperature between room temperature and 17O 0 C with 1% to 5% mass fraction of thiophosphoric acid-OAO-triphenyl ester is carried out in a time between 0.1 and 10 hours . 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung bei 15O0C durchgeführt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the conversion is carried out at 15O 0 C. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung mit 2% Massenanteil Thiophosphorsäure-O.O.O-triphenylester durchgeführt wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the conversion with 2% Mass fraction of thiophosphoric acid O.O.O-triphenyl ester is carried out. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung in einer Zeit von 2 Stunden durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the conversion into carried out over a period of 2 hours. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschicht in einer Dicke von 0,002 mm ausgebildet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the adaptation layer is formed to a thickness of 0.002 mm. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschicht durch Umwandlung aus einer 0,001 bis 0,005 mm dicken PbSn- oder Sn- oder PbCu- oder PbSnCu-Schicht hergestellt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the adaptation layer by conversion from a 0.001 to 0.005 mm thick PbSn or Sn or PbCu or PbSnCu layer will be produced.
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