DE2902682A1

DE2902682A1 - Diffusionssperrschicht fuer mehrschichten-gleitlager mit aufgegossenem weissmetall

Info

Publication number: DE2902682A1
Application number: DE19792902682
Authority: DE
Inventors: Harald Gernheuser; Ralf Dr Ing Laschimke
Original assignee: HOHENZOLLERN HUETTENVERWALT
Current assignee: HOHENZOLLERN HUETTENVERWALT
Priority date: 1979-01-24
Filing date: 1979-01-24
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2046850A

Description

DR. BERG DIPL.-INÜ. STAPF 290268z

DIPL-ING. SCilWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte 29 815 ? i|, JaD. 1979

Fürstlich Hohenzollernsche Hüttenverwaltung Laucherthal

Sigmaringen

Diffusionssperrschicht für Mehrschichten-Gleitlager mit aufgegossenem Weißmetall

r (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 7OO2OOI1) Swin Code: HYPO DK MM

98 82 74 V Ll fc> C h TELEX: Bayec Vereinsbank München 453100 (BLZ 7(X) 2(H 70)

983310 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

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Hochleistungs-Gleitlager werden schon seit langem als Mehrschichten-Verbundgleitlager ausgeführt, da die Anforderungen, die an ein hochbelastetes Gleitlager gestellt werden, sehr komplexer Natur sind und mit einem einzigen Material nicht befriedigt werden können. So muß eine gute Kombination von zum Teil Widerspruch liehen Eigenschaften, wie Tragfähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Anpassungsfähigkeit und Schmutz-Einbettfähigkeit erreicht werden. Eine zusätzliche Forderung an den Lagerwerkstoff besteht darin, daß im Falle eines starken Heißlaufens des Lagers die gelagerte Welle nicht bis zur Unbrauchbarkeit beschädigt werden soll.

Bezüglich Anpassungsfähigkeit, worunter das Anschmiegen der Lagerschale an die Welle verstanden wird, und bezüglich Einbettfähigkeit für im Schmiermittel enthaltene- Schmutzteilchen und Metallpartikel nehmen die als Weißmetalle bezeichneten Legierungen auf Zinn- oder Bleibasis eine hervorragende Stelle unter den Lagerwerkstoffen ein. Auch die Verträglichkeit der Weißmetalle mit der Welle, selbst mit einer ungehärteten Stahlwelle, ist besser als bei allen anderen metallischen Lagerwerkstoffen.

Der Nachteil der verhältnismäßig· weichen Weißmetalle liegt

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in ihrer geringen Belastbarkeit, insbesondere in ihrer geringen Ermüdungsbeständigkeit. Um hier eine Verbesserung herbeizuführen, ist man bemüht, Mehrschichten-Gleitlager mit einer möglichst dünnen Weißmetall-Laufschicht herzustellen, denn erfahrungsgemäß ist die Ermüdungsbeständigkeit einer solchen Schicht umso größer, je dünner diese ist.

Bei Zweischichtenlagern, die aus einer hochfesten Stützschale, z.B. aus Stahl, und einer meist im Schleudergußverfahren aufgegossenen Weißmetallschicht bestehen, kann man die Weißmetallauflage jedoch nicht beliebig dünn ausführen, da man vermeiden muß, daß im Falle eines örtlichen Verschleißes der Weißmetallschicht die Welle mit der Stahlstützschale in Berührung kommt, was einen katastrophalen Schaden zur Folge hätte. Diese Gefahr eines örtlichen Durchreibens einer dünneren Weißmetallschicht besteht insbesondere bei größeren Lagern, da beim Ausgießen der Stahlstützschale mit Weißmetall ein Formverzug auftreten kann, der zur Folge hat, daß die Schichtdicke des Ausgusses nach der spanabhebenden Bearbeitung ungleich ist und sehr dünne Stellen in der Weißmetallschicht auftreten .

Um die Weißmetallschicht trotz dieses Formverzuges hin-

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reichend dünn ausführen zu können, hat man Dreischichtenlager entwickelt, bei denen zwischen der Stahlstützschale und der Weißmetall-Laufschicht eine Zwischenschicht aus einem widerstandsfähigen Lagermetall auf Aluminium- oder Kupferbasis, insbesondere eine Schicht aus Bleibronze oder aus Aluminium-Zinn liegt. Bei einem Verschleift der Weißmetallschicht läuft die Welle auf der gute Gleiteigenschaften besitzenden Lagermetallzwischenschicht (Bleibronze oder Aluminium-Zinn) weiter, was in der Regel ohne Schaden für die Welle bis zur nächsten Lagerinspektion überstanden wird. Die Schichtdicke der Weißmetallauflage kann deshalb bei solchen Dreischichtenlagern bis auf etwa 0,2 mm herabgesetzt werden.

Ein Problem bei der Herstellung und dem Einsatz von Weißmetall-Dreischichtenlagern besteht nun aber darin, daß insbesondere Bleibronze oder Aluminium-Zinn während des Aufgießens des Weißmetalles an der Grenzfläche zum Weißmetall eine spröde intermetallische Phase bilden, oder aber es bildet sich eine solche Phase durch langsam ablaufende Diffusionsvorgänge während des Betriebes der Gleitlager, bei dem die Betriebstemperaturen bis auf 120° C ansteigen können.

Es ist bisher noch kein sicheres Mittel gefunden worden,

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um die Bildung solcher spröder intermetallischer Phasen zwischen dem hochkupferhaltigen Lagermetall der Zwischenschicht und dem Weißmetall zu verhindern. Kupfer bildet vor allem mit Zinn spröde Phasen der Zusammensetzung Cu,Sn und CugSnp., sodann aber auch mit dem in einigen Weißmetallen enthaltenen Kadmium, welches die Phasen Cu_ifCd, und CUp-Cdg bildet.

Bei Bleibronze besteht außerdem die Gefahr, daß sich bei kadmiumhaltigen Weißmetallen an der Bindungszone ein , schon bei ca. 150° C schmelzendes Blei-Zinn-Kadmium-Eutektikum bildet. ι

Analoges gilt für Weißmetall auf Aluminium-Zinn. Hier bildet sich mit dem in allen Weißmetallen enthaltenen Antimon sehr schnell die spröde intermetallische Phase AlSb.

Es ist bekannt, daß eine gewisse Abhilfe gegen die Bildung spröder intermetallischer Schichten durch eine vor dem Aufgießen des Weißmetalles galvanisch auf die Bleibronze bzw. auf das Aluminium-Zinn abgeschiedene Nickejlschicht erreicht wird. Es findet dann zwar während des Aufgießens selbst noch keine intensive Bildung intermetallischer Phasen statt, aber beim Einsatz solcher Lager

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bei Betriebstemperaturen von nur 80° oder mehr bilden sich im Laufe längerer Zeit derartige Phasen, die zur Ablösung der Weißmetallschicht führen können.

Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß bei den Dreischiehtenlagern der dargelegten Art eine ausgezeichnete und auch wärmeunempfindliche Bindung der Weißmetallschicht erreicht wird, wenn auf die auf die hochfeste Metallstützschale aufgegossene Bleibronze bzw. auf das auf die Metallstützschale aufgewalzte Aluminiumzinn eine dünne Eisenschicht galvanisch abgeschieden wird. Es genügt dabei eine Schichtdicke des Eisens von nur wenigen, z.B.3 ,Mikrometern. Die Bindung des Weißmetalles hat dann die gleiche oder eine noch bessere Güte wie bei einem Direktaufguß auf die Stützschale.

Zur Verbesserung der Haftung des galvanisch abgeschiedenen Eisens auf der Bleibronze ist es zweckmäßig, die Bleibronze zunächst galvanisch zu vernickeln oder zu verkupfern. Die Nickel- bzw. Kupferschicht braucht ebenfalls nur wenige Mikrometer dick zu sein.

Auch bei Aluminium-Zinn führt eine nach Vorvernickelunp; abgeschiedene Eisenschicht zu einer festeren und dauerhafteren, auch der Einwirkung der Betriebswärme des Gleitla-

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gers standhaltenden Bindung des Weißmetalles.

Wenn die auf die Bleibronze oder auf das Aluminium-Zinn galvanisch aufgebrachte Eisenschicht dünn, z.B. nur ca. 3 Mikrometer dick ist, besteht nicht die Gefahr, daß es bei einem örtlichen Verschleiß der Weißmetallschicht zu einer Schädigung der Welle kommt, wie dies bei Zweischichtenlagern Stahl/Weißmetall der Fall ist, da die extrem dünne Eisenschicht in kürzester Zeit von der Welle durchgerieben wird und letztere dann auf der Nickelschicht und, nach deren Verschleiß auf der Bleibronze läuft.

Die ausgezeichnete Diffusionssperrwirkung der Eisenschicht gegenüber den in Weißmetallen enthaltenen Legierungselementen zeigte sich eindrucksvoll durch einen Diffusionsversuch bei 170° C. Selbst nach einer Diffusions zeit von 500 Stunden hat sich dabei die Bindungsfestigkeit des Weißmetalles nicht verringert. Die extrem hohe Temperatur von 170° C tritt unter Betriebsverhältnissen nicht auf, jedoch wird diese Temperatur von einigen Motorenherstellern als Prüftemperatur für die Ermittlung der Temperaturbeständigkeit von Mehrschichten-Gleitlagern angewendet .

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Claims

Ansprüche

1.JGleitlager mit einer hochfesten Stützschale insbesondere aus Stahl, einer darauf befindlichen, widerstandsfähigen Lagermetallzwischenschicht.

. insbesondere aus Bleibronze oder

Aluminium-Zinn und einer hierauf aufgegossenen Weißmetallschicht, dadurch g. ekenn.zeich net, daß die Zwischenschicht gegen das Weißmetall durch eine galvanisch aufgebrachte, dünne Eisenschicht abgesperrt ist.

2. Lager nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Eisenschicht und der Zwischenschicht eine galvanische abgeschiedene, dünne Nickelschicht liegt.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eisenschicht und der Zwischenschicht eine galvanische abgeschiedene, dünne Kupfers chicht liegt.

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f (089) 988272 988273 988274 983310

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BERGSTAPFPATENT München TELEX: 0524560 BERG d

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