DE3638521C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gleitwerkstoffen gemäß dem Oberbe­ griff des Hauptanspruches.

Gleitwerkstoffe müssen im wesentlichen zwei Funktio­ nen erfüllen: Zum einen muß der Gleitwerkstoff den normalen und tangentialen Belastungen sowie den thermischen Beanspruchungen standhalten. Zum anderen sollen im Gleitwerkstoff stets schmierwirksame Sub­ stanzen vorhanden sein, die ein Fressen der Gleit­ partner auch ohne Öle und Fette verhindern. Das be­ deutet aber, daß der Gleitwerkstoff in mehr oder weniger großen Mengen Festschmierstoffe in Form von Weichmetallen (z. B. Pb, Ag), Schichtschmierstoffen (z. B. MoS₂, WS, BN), weichen Keramiken (PbO, SnO₂) oder Kunststoffe (z. B. PTFE) enthält, die in einer mehr oder weniger festen Matrix gelöst oder einge­ bettet sind.

Nun hängt es wesentlich vom Herstellverfahren ab, welche Eigenschaften in einem Gleitwerkstoff kombi­ niert werden können. Übliche Gußlegierungen, wie z. B. die Gleitwerkstoffe nach DIN ISO 4381 bieten wegen der Entmischung in der flüssigen Phase prinzi­ piell nicht die Möglichkeit, Festschmierstoffe als Dispersionen zu enthalten. Das gleiche gilt auch für Bestandteile, wie z. B. PTFE, die bei der Schmelz­ temperatur der Gußlegierung nicht mehr stabil sind. Zudem bestehen bei diesen Legierungen begrenzte Mög­ lichkeiten, die Festigkeit zu steigern.

Ein größeres Spektrum von Kombinationsmöglichkeiten weisen die Sinterverfahren auf. Da hierbei nur weni­ ge oder keine Bestandteile aufgeschmolzen werden, besteht die Möglichkeit, völlig artfremde Partikel in den Gleitwerkstoff einzubringen (z. B. MoS₂). Mit größer werdendem Festschmierstoffanteil wird jedoch der Zusammenhalt des Sinterkörpers geringer, da es gerade die Aufgabe der eingebrachten Festschmier­ stoffpartikel ist, die Bindung zwischen Metallen zu verhindern. Das bedeutet, daß der Anteil an Fest­ schmierstoffen in gesinterten Körpern für viele An­ wendungsfälle, insbesondere im reinen Trockenlauf, nicht ausreichend sein kann; denn ein hoher Gehalt an Festschmierstoffen würde zwar die gewünschten Schmiereigenschaften bringen, könnte jedoch nicht im Sinterkörper realisiert werden. Ein niedriger Gehalt an solchen Festschmierstoffen läßt sich zwar sin­ tern, erfüllt aber nicht die Funktion im reinen Trockenlauf. Da der Sinterprozeß, auch wenn kein Be­ standteil aufgeschmolzen wird, bei höheren oder hohen Temperaturen verlaufen muß, sind auch hier ge­ wisse Einschränkungen bei der Kombination von Mate­ rialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten ge­ geben. Zudem können wegen der Sintertemperatur und der Prozeßdauer Diffusionsprozesse auftreten, die zum Beispiel zur völligen Auflösung von Kohlefasern führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bisher bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, mit dem Gleitwerkstoffe mit bisher nicht erreichbaren Eigen­ schaften erzielbar sind.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran­ sprüchen erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die bei den bisher bekannten Verfahren auftre­ tenden Schwierigkeiten vermieden werden und daß Mischungen aus Metall-, Keramik- oder Kunststoff­ pulvern und -partikeln mit Fasern beliebiger Art möglich sind. Dabei werden die Materialien, d. h. die Ausgangsmaterialien der Gleitwerkstoffe, je nach Bedarf und Anwendungsfall als Pulver- oder als Pul­ verfasergemisch zusammengestellt.

Diese Gemische werden im Vakuum oder in einer beson­ deren Atmosphäre entgast und konditioniert und dann als lose Mischung oder als vorgepreßte Masse in den Prozeß des Explosionsverdichtens einge­ bracht.

Die Parameter der Vorpressung, wie z. B. Temperatur, Druck, Dauer, Atmosphäre, richten sich ganz nach der Art und der Zusammensetzung des gewünschten Werk­ stoffes.

Die Charakteristika des Explosionsverdichtens

• - Einbringen hoher Aktivierungsenergie an die Kon­ taktstellen der Partikel
• - Aufbrechen von Oberflächenschichten durch die Druckwellen
• - Ablauf bei niedrigen Temperaturen

werden für die Herstellung von Gleitwerkstoffen voll genutzt:

• - Materialien mit völlig verschiedenen Schmelzpunk­ ten können kombiniert werden.
• - Wegen der niedrigen Verfahrenstemperatur sind Ver­ änderungen und Schäden durch Diffusion und che­ mische Reaktion nicht zu befürchten.
• - Das Aufbrechen der Oberflächenschichten erhöht die Anzahl und die Qualität der Bindungen zwischen den Partikeln.
• - Die hohe Aktivierungsenergie der Partikeloberflä­ chen ermöglicht Bindungen zwischen verschieden­ artigen Materialien, die auf rein thermischen We­ gen nicht zu realisieren sind.

An mehreren Mischungen für Gleitwerkstoffe ist das Explosionsverdichten mit Erfolg erprobt worden. Am Beispiel der folgenden Mischung werden die Möglich­ keiten des Verfahrens näher herausgestellt:

Diese Mischung ist in Luft hergestellt und weder konditioniert noch vorgepreßt worden. Die absor­ bierten Gase und das absorbierte Wasser, das wegen der geringen Partikelgrößen in großer Menge vor­ handen ist, sind vor dem Verdichtungsprozeß nicht entfernt worden. Die Chromoxid-Schichten der austenitischen Fasern sind ebenfalls nicht reduziert worden. Eine derartige Mischung ist mit herkömmli­ chen Verfahren, deren Temperaturführung wegen der niedrig schmelzenden Metalle und wegen der Zerset­ zungstemperatur des PTFE auf ca. 200°C begrenzt ist, nicht zu einem festen Körper mit technisch in­ teressanter Festigkeit zu verpressen oder zu sin­ tern.

Durch Explosionsverdichten ist eine Härte von ca. 40 HV_0,1 erreicht worden. Diese Härte liegt sogar noch über der erreichbaren Härte für die Basisle­ gierung (2. 3310, DIN 1703). Die Verbindung zwischen der austenitischen Faser und der Basislegierung ist ebenfalls erfolgt. Die Entfernung der Chromoxid­ schichten als Voraussetzung für eine Bindung tritt jedoch bei rein thermischen Verfahren erst oberhalb von 1200°C ein, so daß derartige Fasern mit niedrig schmelzenden Metallen oder mit Materialien, die sich bei niedrigen Temperaturen zersetzen, durch rein thermische Prozesse nicht zu verbinden sind.

Die Variationsbreite der durch Explosionsverdichten herstellbaren Gleitwerkstoffe läßt sich nur andeuten und ist in keinem Falle als vollständig anzusehen:

• - Kohlefasern in Verbindung mit Materialien, die bei Temperatur zur Aufnahme und zur Verbindung mit Kohlenstoff neigen
• - Kombination mit beliebigen Metallfasern
• - Kunststoffasern in Verbindung mit Metallen jegli­ cher Art, auch solchen mit hohem Schmelzpunkt
• - Nutzung der an den Partikeln absorbierten Wasser­ mengen zur in-situ-Erzeugung von Metalloxiden (z. B. die Umwandlung von Pb in PbO)
• - Erzeugung von Verbundkörpern, die z. B. elementa­ ren Schwefel oder Schwefelverbindungen sowie Molyb­ dän enthalten, so daß beim Verdichten oder bei spä­ teren Gebrauch MOS₂ in-situ erzeugt wird
• - Einbau von abbrasionsresistenten Hartstoffen (z. B. WC, Al₂O₃ etc.)
• - Bestimmung der bevorzugten Faserrichtung durch die Prozeßführung.

Die Explosionsverdichtung kann dabei grundsätzlich entweder unmittelbar erfolgen, d. h. die Explosions­ welle wirkt unmittelbar auf die Ausgangsmaterialien ein oder die Verdichtung erfolgt mittelbar, bei­ spielsweise unter Zwischenschaltung eines Drucküber­ tragers, so daß auch entsprechend kompliziertere Formen des aus dem Gleitwerkstoff bestehenden Kör­ pers herstellbar sind.

Der Einsatz eines Vakuums während des Verdichtens erhöht die Wirksamkeit der Explosionswerkstoffe und kann zu weiteren chemischen Reaktionen beitragen oder gewisse unerwünschte chemische Reaktionen ver­ hindern.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von aus Partikeln und/oder Pulvern und/oder Fasern als Aus­ gangsmaterialien bestehenden Gleitwerkstof­ fen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsmaterialien durch Explosionsverdichten miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Explosionswelle unmittelbar auf die zu verdichtenden Ausgangsmaterialien zur Einwirkung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Explosionswelle mittelbar auf die zu verdichtenden Ausgangsmaterialien zur Einwirkung gebracht wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gleitwerkstoffe beim Explosions­ verdichten bereits in die endgültige Ge­ brauchsform gebracht werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausrichtung der Fasern- und Par­ tikelstrukturen eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausgangsmaterialien als Gleit­ werkstoff auf ein Trägermaterial aufgebracht werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die an den Ausgangsmaterialien ab­ sorbierten Gase und Flüssigkeiten für chemi­ sche Reaktionen während des Explosionsver­ dichtens genutzt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vorgang des Explosionsverdich­ tens für chemische Reaktionen an den Par­ tikel- oder Pulver- oder Faseroberflächen genutzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Explosionsverdichtung unter Vakuum erfolgt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausgangsmaterialien als Gemische im Vakuum oder in einer besonderen Atmosphäre entgast und konditioniert werden und dann als lose Mischung oder als vorgepreßte Masse in den Prozeß des Explosionsverdichtens einge­ bracht werden.