DE2857283C1

DE2857283C1 - Mehrstofflagermaterial

Info

Publication number: DE2857283C1
Application number: DE2857283A
Authority: DE
Inventors: Sanae Nagoya Mori
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1983-06-30
Also published as: JPS6143572B2; GB2036194B; GB2036194A; JPS5486041A; WO1979000388A1; US4312772A

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrstofflagermaterial, das eine Metallstützschicht, darauf eine poröse Metallschicht mit Porenfüllung und eine Oberflächenschicht umfaßt, deren Material auch die Poren ausfüllt und aus einem Gemisch besteht, das in einer Grundmasse aus Polytetrafluoräthylen. 1 bis 25 Vol,-%lBleifluorid enthält. Das Material ist insbesondere für Dämpfer bzw. Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuge vorgesehen.

In der DE-OS 21 39 866 wird ein solches Lagermaterial beschrieben, das aus einem Stahlrücken, einer porösen Metallschicht und einer Oberflächen- und Füllschicht aus einer gesinterten Mischung besteht. Das Gemisch, das zum Sintern verwendet wird, enthält Graphit, gegebenenfalls Blei oder Bleioxid und Polytetrafluoräthylen. Aus dieser Literaturstelle geht hervor, daß das Material, das zum Imprägnieren verwendet werden muß, unbedingt Graphit enthalten muß.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Vorschläge für diese Art von Gleitmaterialien gemacht. Beispielsweise wird in den JP-OS'en 2452/56 und 16 950/64 ein Lagermaterial beschrieben, das selbstschmierende Eigenschaften aufweist und das eine poröse Schicht besitzt, die mit Polytetrafluoräthylen (das im folgenden als PTEE bezeichnet wird) oder mit einem Imprägniergemisch, das PTEE, Blei und/oder Bleioxid enthält, imprägniert ist.

Ein weiteres Lagermaterial mit einer Oberflächen- und Füllschicht aus Polytrifluoräthylen, Zink und Aluminiumoxid wird in der JP, A, 50—43 005 beschrieben. All die bekannten Lagermaterialien sind jedoch technisch nicht ausreichend. Insbesondere sind die Antifriktionseigenschaften ungenügend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannte Schwierigkeit zu überwinden und ein Lagermaterial, das trotz erhöhter Belastung verbesserte Gleiteigenschaften und geringe Abnutzung

aufweist, zur Verfügung zu stellen.

Die Anmelderin hat überraschenderweise gefunden, daß man bei der Verwendung von Zusatzstoffen die Abnutzbeständigkeit von Lagermaterial verbessern kann, wenn man die Zusatzstoffe zu dem bekannten Imprägniergemisch zugibt. Solche Zusatzstoffe werden in zwei Gruppen geteilt, die Gruppe A allein und eine Kombination aus einem Stoff der Gruppe A und die Gruppe B. Die Gruppe A umfaßt Bleifluorid, eine Blei-Zinn-Legierung und Blei. Die Gruppe B umfaßt ein Metallsulfid, wie Molybdändisulfid, Wolframdisulfid usw., ein Metalloxid, wie Cadmiumoxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Titanoxid usw., ein Metallfluorid, wie Calciumfluorid, Lithiumfluorid, ferner Bleijodid, Graphit, Glasfasern, Kohlenstoffasern und ein Phosphat. Zusätzlich zu einem oder einer Vielzahl der Zusatzstoffe der Gruppe A können einer oder mehrere Zusatzstoffe der Gruppe B (irgendwelche zwei oder mehr können die gleichen Funktionen und Wirkungen zeigen) zu dem bekannten Imprägniergemisch zugegeben werden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Mehrstofflagermaterial, das eine Metallstützschicht, darauf eine poröse Metallschicht mit Porenfüllung und eine Oberflächenschicht umfaßt, deren Material auch die Poren ausfüllt und aus einem Gemisch besteht, das in einer Grundmasse aus Polytetrafluoräthylen 1 bis 25 Vol.-% B'^ifluorid enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gemisch neben dem Bleifluorid 1 bis 30 Vol.-% von mindestens einem der metallischen Zusatzstoffe Blei und einer Blei-Zinn-Legierung mit 3 bis 30 Gew.-% Zinn, Rest Blei, aufweist, wobei der Rest entweder ausschließlich aus Polytetrafluoräthylen besteht und die Gesamtmenge an Bleifluorid und Blei und/oder Blei-Zinn-Legierung 2 bis 35 Vol.-°/o beträgt, oder der Rest aus Polytetrafluoräthylen zuzüglich weiterer Zusatzstoffe aus der Gruppe Metallsulfide, wie Molybdändisulfid, Wolframdisulfid usw., Metalloxide, wie Cadmiumoxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Titanoxid usw., Metallfluoride, wie Calciumfluorid, Lithiumfluorid usw., ferner Graphit, Bleijodid, Glasfasern, Kohlefasern und ein Phosphat in einer Menge von insgesamt 0,1 bis 5 VoI.-% besteht und die Gesamtmenge an Bleifluorid und Blei und/oder Blei-Zinn-Legierung nebst weiteren Zusatzstoffen 2,1 bis 35 Vol.-°/o beträgt.

Die zulässigen Bereiche der verschiedenen Bestandteilsel r ate der Zusammensetzung in der erfindungsgemäßen Imprägniermischung und die dabei erreichten Wirkungen werden im folgenden angegeben:

so (1) 1 bis 30 Vol.-% Blei-Zinn-Legierung

und/oder Blei

(a) Blei reagiert mit öl in dem Schmiermittel unter Bildung einer Metallseife, wodurch die Oberflächeneigenschaften des Lagers verbessert werden. Blei kann jedoch, wenn es allein verwendet wird, ein Korrosionsproblem ergeben, so daß, wenn die Korrosionsbeständigkeit die erste Bedeutung besitzt, Zinn in Form einer Zinn-Blei-Legierung zugegeben wird, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Imprägniergemisches verbessert wird.

PTFE wird nicht direkt auf die Achse bzw. Welle bzw. Spindel bzw. den Schaft bzw. das Achslager bzw. das Wellenlager (der Einfachheit halber wird im folgenden der Ausdruck »Welle« verwendet) übertragen und dort abgeschieden, sondern es wird zuerst ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (Blei oder Zinn) geschmolzen und auf der Welle abgeschieden. Das PTFE, das im

ORIGINAL INSPECTED

wesentlichen nicht leicht auf der Welle abgeschieden wird, wird dann auf der Oberfläche des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, das auf der Welle abgebrhieden wurde, abgelagert werden. Als Folge dieser Übertragung und der Abscheidung von PTFE findet eine Gleitbewegung bzw. Schiebebewegung zwischen dem PTFE, das auf die Welle übertragen und dort abgelagert wurde, und dem PTFE an dem Lager statt, nämlich zwischen den Teilen aus gleichem Material mit niedriger Reibung (niedrige Scherung). Somit werden bei der Grenzreibung niedrige Reibungs-, niedrige Abriebs- und lange Gebrauchsdauereigenschaften erhalten.

(b) Eine Blei-Zinn-Legierung ergibt ebenfalls eine Metallseife durch Umsetzung mit dem öl in dem Schmiermittel, wie es auch bei dem Blei, wie oben beschrieben, der Fall ist; dadurch werden die Oberflächeneigenschaften des Lagers verbessert. Hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit ist die Blei-Zinn-Legierung wesentlich besser als Blei, wie es auch vom Zurichten der reinen Metallager für Kraftfahrzeuge und Schiffe bekannt ist. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Legierungselemente der Blei-Zinn-Legierung wird die Korrosionsbeständigkeit der Legierung im Hinblick auf das Schmiermittel verschlechtert, wenn das Zinn in einer Menge unter 3 Gew.-% vorhanden ist, und der Schmelzpunkt würde stark erniedrigt werden, wenn der Zinngehalt über 30 Gew.-% läge. Der Zusammensetzungsbereich des Zinns in der Blei-Zinn-Legierung wird somit bei 3 bis 30 Gew.-% eingestellt.

Als Ergebnis von Versuchen, die die Anmelderin durchgeführt hatte, wurde sichergestellt, daß das Zinn die gleiche Rolle wie Blei spielt und erlaubt, daß PTFE auf die Welle übertragen und dort abgeschieden wird (durch einen Überzug aus Metall mit niedrigem Schmelzpunkt), wie oben beschrieben, selbst bei keiner Schmierung.

(c) Wenn der Gehalt an Blei-Zinn-Legierung und/ oder Blei, wie bei (a) und (b) oben beschrieben, über 30 Vol.-% liegt, würde dadurch im Zusammenhang mit dem Gehalt an zugegebenem Bleifluorid die Bindefestigkeit der Legierungsoberflächenschicht verschlechtert werden, und die Menge an Eigenabnutzung würde sich erhöhen. Wenn der Gehalt unter 1 VoI.-% liegt, würden sich die Oberflächeneigenschaften (die Verschleißbeständigkeit, die Übertragungs- und Abscheidungswirkung von PTFE in nichtgeschmiertem Zustand und die Bildung von Metallseifen bei Grenzschmierung) wesentlich verschlechtern.

(2) 1 bis 25 Vol.-% Bleifluorid

(3) 2 bis 35 Vol.-°/o insgesamt an
Blei-Zinn-Legierung und/oder Blei und Bleifluorid
(Zusatzstoffe der Gruppe A)

Wenn der Anteil der Zusatzstoffe der Gruppe A insgesamt über 35 VoI,-% liegt, verschlechtert sich die Binde- bzw. Klebefestigkeit der Oberflächenschicht. Wenn der Anteil unter 2 VoI.-°/o liegt, verschlechtern sich die Verschleißbeständigkeit, die Zähigkeit und die BeIastungstragefähigkeit der Oberflächenschicht, wodurch die Leistung des Lagers verschlechtert wird.

(4) Insgesamt 0,1 bis 5 Vol.-% von einem oder mehreren als zwei Zusatzstoffen aus der Gruppe Metallsulfid, Metalloxid, Metallfluorid, Graphit, Bleijodid, Glasfasern, Kohlenstoffasern und Phosphat (Zusatzstoffe der Gruppe B).

Es ist das Bleifluorid, das hauptsächlich dafür verantwortlich ist, daß die Oberflächenschicht verschleißfest wird. Die Zugabe in geringen Mengen eines Metallsulfids, Metalloxids u. ä. besitzt eine synergistische Wirkung und eine geeignete Läpp- bzw. Feinschleifwirkung, so daß die Verschleißfestigkeit der Oberflächenschicht weiter erhöht wird.
Wenn der Anteil der Zusatzstoffe der Gruppe B insgesamt unter 0,1 VoI.-% liegt, besitzen die Zusatzstoffe der Gruppe B natürlich keine Wirkung. Wenn ihr Anteil jedoch über 5 VoI.-°/o liegt, würden die Zusatzstoffe der Gruppe B als Fremdmaterial für das Lage» wirken und Streifen oder Grieß würden als Folge des Abriebs ge'jildet werden, was ein Brechen der Abdichtung und eine Abnutzung oder ein Brechen der Welle und des Lagers selbst mit sich bringen würde. Der wirksame Anteilsbereich der Zusatzstoffe der Gruppe B beträgt somit 0,1 bis5Vol.-%

Das erfindungsgemäße Lagermaterial kann als Dämpfer bzw. Stoßdämpfer in Fahrzeugen od. ä. verwendet werden, die sich in reziproker Gleitbewegung unter variierenden Belastungen bewegen.
Es kann insbesondere in mechanischen Teilen oder Elementen verwendet werden, die so ausgebildet sind, daß sie sich in gleitender bzw. schiebender Bewegung befinden, insbesondere bei einer reziproken Gleitbewegung unter variierender Belastung. Das erfindungsgemäße Lagermaterial ist besonders für die Verwendung in Dämpfern von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, Stabführungen bzw. Gleitschienen hydraulischer Zylinder und Zahnradpumpen, geeignet.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

50

(a) Die Anmelderin hat gefunden, daß, wenn Bleifluorid in diesem Bereich mit dem PTFE vermischt wird, die Abnutzungs- bzw. Verschleißbeständigkeit der Oberflächenschicht als Ganzes verbessert wird. Diese Wirkung kann der Tatsache zuzuschreiben sein, daß diese Teilchen der Verbindung eine Mohs-Härtezahl von 4 aufweisen und ausreichend hart sind, um eine Belastung zu tragen, so daß die Verbindung im wesentlichen als festes Schmiermittel bei der Trockenreibung wirkt. Bevorzugt beträgt die Teilchengröße des Bleifluorids etwa 5 Mikron, so daß die Teilchen einheitlich in die PTFE verteilt sind.

(b) Wenn der Anteil an Bleifluorid über 25 VoL-% beträgt, entwickeln sich Streifen und Schlieren. Wenn der Anteil unter 1 VoI.-% liegt, ist es unmöglich, eine Oberflächenschicht mit geeigneten Abnutzungsbeständigkeitseigenschaften herzustellen.

Beispiel

Ein pulverförmiges Metall auf Kupfergrundlage wird auf einen Stahlstreifen als Unterlage, die darauf plattiert eine Kupferschicht enthält, gebildet. Man erhält so eine poröse Metallschicht auf dem Metallstreifen als Unterlage. Die poröse Metallschicht wird mit Material, dessen Zusammensetzung in Tabelle 2 angegeben ist, imprägniert. Die poröse Metallschicht wird dann zusammen mit der Stahlstreifenunterlage durch Walzen geleitet, wodurch die Poren der porösen Metallschicht auf Kupfergrundlage mit dem Imprägniermaterial imprägniert werden und seine Oberfläche mit dem Imprägniermaterial bedeckt wird. Die so imprägnierte Metallschicht auf Kupfergrundlage wird dann bei einer Temperatur im Bereich von 327 bis 400⁰C gebacken bzw. gebrannt und dann erneut durch die Walze geleitet, so daß man eine einheitliche Dicke in der Metallschicht auf Kupfergrundlage erhält. Auf diese Art werden bekannte Pro-

ben (Probe Nr. 1) und erfindungsgemäße Proben (Proben Nr. 2 bis 9) hergestellt.

Diese Proben werden bei den Versuchsbedingungen, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, geprüft. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 2 angegeben. Die Versuche, die mit den Bestandteilselementen des Imprägniermaterials durchgeführt werden, die zur Gruppe B und ihren Kombinationen gehören, zeigen ähnliche Ergebnisse. Die Zusatzstoffe der Gruppe B werden daher als äquivalent zueinander in ihrer Wirkung angesehen, und auf die Beschreibung der verschiedenen Zusatzstoffe der

Tabelle 1

Gruppe B wird verzichtet. Die Blei-Zinn-Legierung, die in diesem Beispiel verwendet wird, besitzt die folgende Zusammensetzung: 7% Zinn und als Rest Blei.

Auf. den Beispielen und den Ergebnissen der Versuche fo; jt, daß die erfindungsgemäßen Lagermaterialien (Proben Nr. 2 bis 9), insbesondere das Lagermaterial der Probe Nr. 8, das mindestens einen Zusatzstoff der Gruppe B enthält, eine wesentlich höhere Verschleißbeständigkeit unter hoher Belastung besitzt als das bekannte Lagermaterial (Probe Nr. 1).

Testbedingungen

Maximale Belastung Maximale Gleitge- Anzahl der Zyklen Breite der

schwindigkeit Anzahl der Gleitbewegung

Wiederholungen

(kg) (m/s) (lOOOOmal) (mm)

Schmieröl

Proben Nr. 1-9

230

vgL Tabelle 2 50

im Handel erhältliches
Schmiermittel
für Dämpfer

(1) Testvorrichtung:

Testvorrichtung des Gleittyps (Vorrichtung, in der der Dämpfer eines Kraftfahrzeugs simuliert wird);

(2) geprüfte Proben:

Zylindrisches Lagermaterial [22 mm Innendurchmesser und 20 mm Länge (Breite)].

Tabelle 2

Probe Nr.	Bestandteile des Imprägniermaterials (VoL-⁰Za)	Zusatzstoffe der Gruppe A	Blei-	Blei-	Zusatzstoffe	Ergebnisse dep Versuche	(Mikron)	Verschleiß	0,114
	PTFE	Blei	Zinn-	fluorid	der Gruppe B	ZaMder		koeffizient,	0,107
			Leg.		einer oder	Zyklen-		Mikron	0,050
					mehrere			10⁴ Zyklen

bekannt		20			_		100	0,250
1	80					400 x 10⁴
erfind.			5	5
gemäß		—	14	7,5	—		95	036
2	90		14	10	_	385 χ i0*	75	0,105-
3	78,5	—	14	20	—	710 x 10*	SB	0,085
4	74		—	7,5	—	7QQ χ 10*		Streifen in der Welle
5	66	14	7	7,5	—	600 x. 10*	sa-
6	78,5	7	14	7,5	—	70σ χ ΙΟ⁴	75
7	78,5	—			AIiO₃	700 χ 10*	35
8	77,5			1,0	700s χ 10*

67,5

25

7,5

400 χ 10*

0,225

Claims

Patentanspruch:

Mehrstofflagermaterial, das eine Metallstützschicht, darauf eine poröse Metallschicht mit Porenfüllung und eine Oberflächenschicht umfaßt, deren Material auch die Poren ausfüllt und aus einem Gemisch besteht, das in einer Grundmasse aus Polytetrafluorethylen 1 bis 25 VoI.-% Bleifluorid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch neben dem Bleifluorid 1 bis 30 VoL-% von mindestens einem der metallischen Zusatzstoffe Blei und einer Blei-Zinn-Legierung mit 3 bis 30 Gew.-% Zinn, Rest Blei, aufweist, wobei der Rest entweder ausschließlich aus Polytetrafluoräthylen besteht und die Gesamtmenge an Bleifluorid und Blei und/oder Blei-Zinn-Legierung 2 bis 35 Vol.-% beträgt, oder der Rest aus Polytetrafluoräthylen zuzüglich weiterer Zusatzstoffe aus der Gruppe Metallsulfide, wie Molybdändisulfid, Wolframdisulfid usw., Metalloxide, wie Cadmiumoxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Titanoxid usw., Metallfluoride, wie Calciumchlorid, Lithiumfluorid usw., ferner Graphit, Bleijodid, Glasfasern, Kohlefasern und ein Phosphat in einer Menge von insgesamt 0,1 bis 5 Vol.-% besteht und die Gesamtmenge an Bleifluorid und Blei und/oder Blei-Zinn-Legierung nebst weiteren Zusatzstoffen 2,1 bis 35 Vol.-°/o beträgt.