DE3343697A1 - Gleit- und lagermaterial mit ueberlegener verschleissfestigkeit - Google Patents

Gleit- und lagermaterial mit ueberlegener verschleissfestigkeit

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DE3343697A1 DE19833343697 DE3343697A DE3343697A1 DE 3343697 A1 DE3343697 A1 DE 3343697A1 DE 19833343697 DE19833343697 DE 19833343697 DE 3343697 A DE3343697 A DE 3343697A DE 3343697 A1 DE3343697 A1 DE 3343697A1
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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Gleit- und Lagermaterial mit überlegener Abnutzungsbeständigkeit bzw. Verschleißfestigkeit.
In den folgenden Literaturstellen werden bekannte Gleit- und Lagermaterialien beschrieben, die mit den erfindungsgemäßen Materialien in Zusammenhang stehen:
(1) US-PS 2 995 462 (2) US-PS 4 312 772 (3) DE-OS 3 229 667 (4) US-PS 4 208 472.
Die in diesen Druckschriften beschriebenen Gleit- und Lagermaterialien besitzen jedoch keine ausreichende Verschleißfestigkeit. Die Verschleißfestigkeit ist eine wesentliche Forderung für Material, welches als Gleitlagermaterial (ebenes Lager) verwendet werden soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleit- und Lagermaterial zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Verschleißfestigkeit, verglichen mit den bekannten Lagermaterialien, die in den obigen Literaturstellen erwähnt werden, besitzt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Gleit- und Lagermaterial mit überlegener Verschleißfestigkeit bzw. Abnutzungsbeständigkeit, welches aus einem Stützmetall bzw. einer Metallunterlage; einer an die Metallunterlage grenzenden Zwischenschicht; einer an die Zwischenschicht grenzenden porösen Metallschicht; und einer Substanz besteht, mit welcher die poröse Schicht imprägniert und/oder beschichtet ist, wobei diese Substanz aus den folgenden Gemischen (A), (B) und (C) ausgewählt wird:
(A) einem ersten Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,1 bis 50 Vol.-% von mindestens einer Masse bzw. Verbindung aus der Gruppe Tetrafluorethylen-Ethylencopolymer-Harz (welches im folgenden als ETFE abgekürzt wird), Vinylidenfluoridharz (PVDF), Chlortrifluorethylenharz (PCTFE), Fluorethylenpropylenetherharz (EPE) und als Rest im wesentlichen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht, wobei der Gehalt an einer solchen Masse vorzugsweise 0,5 bis 45 Vol.-% beträgt;
(B) einem zweiten Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,1 bis 50 Vol.-% von mindestens zwei Massen aus der Gruppe Tetrafluorethylen-Hexapropylencopolymer-Harz (FEP), Tetrafluorethylenperfluoralkylvinylethercopolymerharz (PFA), ETFE, PVDF, PCTFE und EPE und als Rest im wesentlichen aus PTFE besteht, wobei der Gehalt an zwei derartigen Massen vorzugsweise 0,5 bis 45 Vol.-% beträgt; und
(C) einem dritten Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,1 bis 5 0 Vol.-% (bevorzugt 0,5 bis 40 Vol.-%) von mindestens einer Masse aus der Gruppe FEP, PFA, ETFE, PVDF, / PCTFE und EPE; 0,1 bis 35 Vol.-% (bevorzugt 0,5 bis 30 Vol.-%) von mindestens einer Masse aus der Gruppe feste Schmiermittel, wie Metallschmiermittel mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise Pb, Sn oder ihre Legierungen, Metalloxide, Metallsulfide, Metallfluoride, Graphit oder ähnliche, faserförmige Materialien, wie Kohlenstoffasern, und Keramika, wie SiC; und als Rest im wesentlichen PTFE besteht, wobei der Gesamtgehalt der Massen außer PTFE im Bereich zwischen 0,2 und 70 Vol.-% (vorzugsweise 0,5 bis 60 Vol.-%) liegt.
Das Stützmetall bzw. die Metallunterlage kann ein Stahlstreifen sein, wohingegen die Zwischenschicht eine mit Kupfer plattierte Schicht ist. Die poröse Metallschicht kann eine gesinterte Schicht aus einer Cu-Sn-Pb-Legierung oder aus anderen Legierungen auf Cu-Basis sein.
Im folgenden werden die Gründe erläutert, weshalb die Bestandteile der imprägnierten und/oder beschichteten Substanz in dem erfindungsgemäßen Gleit- und Lagermaterial begrenzt sind, d.h. die Gründe für die oberen und unteren Grenzen der Gehalte der Bestandteile der Substanz, wie auch die Vorteile, die durch diese Bestandteile erhalten werden.
Bei dem Gemisch (A) wird die Abnutzungsbeständiqkeit bzw. Verschleißfestigkeit des Gleit- und Lagermaterials sehr stark verringert, wenn der Gehalt an einer der Massen ETFE, PVDF, PCTFE und EPE unter 0,1 Vol.-% liegt. Wenn andererseits der Gehalt an einer der Massen ETFE, PVDF, PCTFE und EPE 50 Vol.-% übersteigt, ist eine solche Masse der Hauptbestandteil, so daß sich der Reibungskoeffizient und die Reibungstemperatur erhöhen, was unerwünscht ist, und die Gleit- und Lagereigenschaften verschlechtert werden, obgleich die Verschleißfestigkeit verbessert wird. Aus diesen Gründen wird der Gehalt an Gemisch (A) so ausgewählt, daß er im Bereich zwischen 0,1 und 50 Vol.-%, bevorzugt zwischen 0,5 und 45 Gew.-%, liegt.
Bei dem Gemisch (B) wird die Verschleißfestigkeit des Gleit- und Lagermaterials wesentlich verschlechtert, wenn die Gesamtmenge der Gehalte von mindestens zwei Massen, ausgewählt aus der Gruppe FEP, PFA, ETFE, PVDF, PCTFE und EPE, unter 0,1 Vol.-% liegt. Wenn andererseits die Gesamtsumme der Gehalte 50 Vol.-% übersteigt, verschlechtern sich die Lagereigenschaften, bedingt durch eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten und der Reibungstemperatur. Aus diesen Gründen wird die Gesamtmenge an Gehalten von diesen mindestens zwei Massen so ausgewählt, daß sie im Bereich zwischen 0,1 und 50 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 45 Vol.-%, liegt.
Bei dem Gemisch (C) sollte der Gehalt von mindestens einer Masse aus der Gruppe niedrigschmelzende Metallschmiermittel,
feste Schmiermittel, faserförmiges Material und Keramika enthält, 0,1 Vol.-% oder mehr betragen, da sonst die Wirkung der Zugabe dieser Masse nicht erkennbar ist. Wenn andererseits der Gehalt an mindestens einer dieser Massen 35 Vol.-% übersteigt, wird das Gleit- und Lagermaterial zu spröde, um praktisch verwendet werden zu können. Der Gehalt an mindestens einer dieser Massen sollte daher 0,1 bis 35 Vol.-%, bevorzugt 0,5 bis 30 Vol.-%, bezogen auf die gesamte Imprägnier- und Beschichtungssubstanz, betragen.
Wenn der Gesamtgehalt der Bestandteile des Gemisches (C) un-■ ter 0,2 Vol.^% liegt, ist die Wirkung bei der Zugabe dieser Bestandteile nicht erkennbar. Wenn andererseits der Gesamtgehalt dieser Bestandteile 70 Vol.-% übersteigt, wird das Gleit- und Lagermaterial zu spröde, um praktisch verwendet werden zu können, und die kombinierte Wirkung, die durch diese Bestandteile erzeugt wird, geht verloren, während einer Erhöhung im Reibungskoeffizienten und in der Reibungstemperatur erhalten wird und die Lagereigenschaften ver- schlechtert werden. Der Gesamtgehalt an diesen Bestandteilen sollte daher so ausgewählt werden, daß er innerhalb des Bereichs von 0,2 und 7 0 Vol.-%, bevorzugt 0,5 und 60 Vol.-%, liegt.
Beispiele für Metalloxide in dem Gemisch (C) sind PbO, Al3O3, SiO2, Pb3O4, TiO2/ CdO, Sb3O3 und so weiter, Beispiele für Metallsulfide in dem Gemisch (C) sind PbS, MoS2, WS3 und so weiter. In dem Gemisch (C) können als Metallfluoride PbF3, AlF3, CdF2 und BaF2 verwendet werden. Das faserförmige Material in dem Gemisch (C) kann aus Natur- oder Kunstfasern bestehen, wie Kohlenstoffasern, Glasfasern, Baumwolle (Cellulose) , Asbest, Fasern aus Kaliumtitanat und so weiter. Beispiele für Keramika, die als Keramika in dem Gemisch (C) verwendet werden können, sind SiC, TiC, TiN, B4C, BN und Si3N4.
_ 33Λ3697
Praktische Beispiele für das erfindungsgemäße Gleit- und Lagermaterial sind im folgenden angegeben.
BEISPIELE
Ein Stützmetall aus üblichem strukturellem, unlegiertem Stahl mit einer Dicke von etwa 1,24 mm wird mit Kupfer mit einer Dicke von etwa 5 μπι plattiert. Eine poröse Schicht, welche aus einer Gu-Ti-Pb-Legierung besteht, wird hergestellt, indem man auf die plattierte Schicht von jedem Stützmetall aufsintert. Nach dem Aufbringen der in Tabelle I aufgeführten Substanzen werden die Stützmetalle unter Verwendung von Walzen aufgewalzt, so daß die Poren der porösen Schicht aus Cu-Sn-Pb-Legierung mit diesen Substanzen gefüllt werden, und gleichzeitig wird die Oberfläche dieser Schicht mit diesen beschichtet mit dem Ergebnis, daß die Oberfläche solcher Substanzen, wie sie in Tabelle I aufgeführt werden, erzeugt wird. Die Stützmetalle mit der darauf aufgebrachten imprägnierten porösen Schicht werden dann bei einer Temperatur von 327 bis 4000C während 2 bis 5 min gebrannt und dann unter Verwendung von Walzen gewalzt, wobei man das erfindungsgemäße Gleit- und Lagermaterial mit einer Gesamtdicke von 1,50 mm erhält. Zum Vergleich werden bekannte Lagermaterialien nach dem gleichen Verfahren unter Verwendung der in Tabelle I aufgeführten bekannten Massen hergestellt. In der Tabelle I sind die Proben Nr. 1 bis 4 bekannte Lagermaterialien. Die Proben Nr. 5 bis 31 sind erfindungsgemäße Gleit- und Lagermaterialien. Diese Lagermaterialien werden dem Verschleißfestigkeitstest unterworfen, der bei den in Tabelle II angegebenen Bedingungen durchgeführt wird.
Tabelle I
Nr. Imprägnier- und Beschichtunqsmasse FEP PCTFE • ETFE EPE PVDF Pb
Bekannte
Materia
lien		 1
2
3		 PFA 20
4 20 20
5 20
6 20
7 20
8 20
9 0.5
10 0.5 20
11 20 15 15 15
12 0.5 0.5 0.5
13 4 4 4 4
14 4
Erfin
dung s ge
mäßes Ma
terial		 15
16
17		 20 20
6
18 20
20
30
19 40
20 45
21 10
22 10 6
23 5
24 0.5 5
25 0.5 20 20
26 20 20
27 20 20
28 20
29 10
30 10 0.5 0.5 0.5 0.5
31 15 5
20
Tabelle I (Fortsetzung)
PbP2 Al2O3 MoS 2 SiC !CF PTFE Menge der
Abnutzung
(μΐη)
Pb/Sn Rest 22
8 Rest 9
14 Rest 3.5
Rest 5.9
Rest 2.8
Rest 1.2
Rest 0.4
Rest 2.9
Rest 1.4
Rest 1.2
Rest 1.6
Rest 1.4
Rest 0.9
2.5 Rest 0.4
Rest 2.8
6 6 6 6 Rest 0.9
10 Rest 0.8
Rest 2.9
20 0.5 Rest 1.0
10 Rest 1.4
10 5 5 5 Rest 2.6
5 β 6 6 6 Rest 1.7
0.5 Rest 0.3
5 5 5 5 5 Rest 1.0
Rest 2.0
Rest 1.3
Rest 2.1
5 Rest 1.0
5 5 Rest 1.3
5 0.5 Rest 1.9
10 Rest 1.5
20
AA
Tabelle II
Testvorrichtung Reibungsabnutzungstestgerät des
Druckwaschtyps
Größe des Teststücks 40 mm lang, 40 mm breit und
1,5 mm dick
Belastung 200 kgF/cm2
Periphere Geschwin
digkeit 0,5 m/s
Testzeit 2 Stunden
Schmieröl Schmieröl für Schockabsorber
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Stützmetall kann ein anderes Metall als Stahl sein. Das Stützmetall kann ohne Plattierungsschicht verwendet werden, oder es kann mit einer anderen Legierung oder einem anderen Metall als Cu plattiert sein. Die auf dem Stützraetall gebildete poröse Schicht kann aus anderen Metallen oder Legierungen als Legierungen auf Kupferbasis, wie aus der zuvor erwähnten Cu-Sn-Pb-Legierung oder Bronze, hergestellt sein. In dem beschriebenen Beispiel ist die poröse Schicht sowohl mit den Substanzen imprägniert als auch beschichtet. Von der vorliegenden Erfindung wird auch der Fall umfaßt, bei dem die poröse Schicht nur imprägniert ist, ohne daß eine aufgetragene Schicht auf der Oberfläche vorhanden ist.
Erfindungsgemäß erhält man die folgenden Vorteile. Aus der Tabelle I folgt, daß die Teststücke (Proben 5 bis 31) aus dem erfindungsgemäßen Gleit- und Lagermaterial überlegene Beständigkeit gegenüber Abnutzung, verglichen mit den bekannten Materialien (Proben 1 bis 4), zeigen. Hieraus folgt, daß durch die Teststücke 5 bis 31 die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst wird.
Das erfindungsgemäße Gleit- und Lagermaterial findet verschiedene Anwendung, wie für Lager für Mechanismen, bei denen eine reziproke Gleitbewegung stattfindet, zum Beispiel hydraulischen Zylindern von Kraftfahrzeugstoßdämpfern, Lagern für Pumpen und anderen ölgeschmierten Lacrern.
Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Gleit- und Lagermaterial zur Verfügung gestellt, welches eine überlegene Abnutzungsbeständigkeit bzw. Verschleißfestigkeit aufweist und daher große praktische und wirtschaftliche Vorteile besitzt.

Claims (7)

  1. PATENTANWÄLTE
    UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT
    DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER· DR.-ING. AN N EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 ■ D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON Q89/79 7O77-79 7O78 · TELEX O5-212156 kpat d
    TELEGRAMM KRAUSPATENT
    4197 AW/an
    DAIDO METAL COMPANY LTD. Nagoya, Japan
    Gleit- und Lagermaterial mit überlegener Verschleißfestigkeit
    PATENTANSPRÜCHE
    1 .J Gleit- und Lagermaterial mit überlegener Abnutzungsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß es aus
    einer Metallunterlage;
    einer an die Metallunterlage gebundenen Zwischenschicht;
    einer an die Zwischenschicht gebundenen porösen Metallschicht; und
    einer Substanz besteht, mit der die poröse Schicht imprägniert oder imprägniert und beschichtet ist, und wobei die Substanz aus den folgenden Gemischen (A), (B) und (C) ausgewählt wird:
    (A) einem ersten Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,1 bis 50 Vol.-% von mindestens einer Masse, ausgewählt aus der Gruppe BTFE, PVDF, PCTFE und EPE, besteht, und wobei der Rest im wesentlichen PTFE ist;
    (B) einem zweiten Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,1 bis 50 Vol.-% von insgesamt mindestens zwei Massen aus der Gruppe FEP, PFA, ETFE, PVDF, PCTFE und EPE besteht, und wobei der Rest im wesentlichen PTFE ist; und
    (C) einem dritten Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,1 bis 50 Vol.-% von mindestens einer Masse aus der Gruppe FEP, PFA, ETFE, PVDF, PCTFE und EPE besteht; 0,1 bis 35 Vol.-% von mindestens einer Masse aus der Gruppe feste Schmiermittel, wie metallische Schmiermittel mit niedrigem Schmelzpunkt, wie Pb, Sn oder ihre Legierungen, Metalloxide, Metallsulfide, Metallfluoride, Graphit oder dergleichen, faserförmige Materialien, wie Kohlenstoffasern, und Keramika, wie SiC; und im Rest im wesentlichen aus PTFE besteht, wobei die Gesamtmenge der Gehalte der Massen, ausgenommen PTFE, im Bereich von 0,2 bis 70 Vol.-% liegt.
  2. 2. Gleit- und Lagermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallunterlage aus einem Stahlstreifen besteht, während die Zwischenschicht aus einer plattierten Kupferschicht besteht.
  3. 3. Gleit- und Lagermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die poröse Metallschicht aus einem gesinterten Körper aus einer Legierung auf Cu-Grundlage besteht.
  4. 4. Gleit- und Lagermaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf Cu-Grundlage eine Cu-Sn-Pb-Legierung ist.
  5. 5. Gleit- und Lagermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallunterlage keine Zwischenschicht aufweist.
  6. 6. Gleit- und Lagermaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallunterlage keine Zwischenschicht aufweist.
  7. 7. Gleit- und Lagermaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallunterlage keine Zwischenschicht aufweist.
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