DE3727591A1

DE3727591A1 - Verfahren zur herstellung eines mehrschicht-gleitelementes und solchermassen hergestelltes mehrschicht-gleitelement

Info

Publication number: DE3727591A1
Application number: DE19873727591
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Chem Dr Erdelen
Original assignee: GLYCO METALL WERKE; Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: Glyco AG
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1989-03-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitelementes das aus einem Stützkörper, einer Gleitschicht und gegebenenfalls weiteren zwischen dem Stützkör per und der Gleitschicht liegenden Schichten besteht.

Bei derartigen Gleitelementen handelt es sich beispielsweise um Gleitlager oder Buchsen die bekanntermaßen aus einem Schicht verbundwerkstoff bestehen. Bei sogenannten Dreistofflagern be stehen derartige Gleitelemente aus einem Stützkörper, wie bei spielsweise aus Stahl, einer Zwischenschicht beispielsweise aus einer Kupfer- oder einer Aluminiumlegierung, gegebenenfalls ei ner Bindungs- oder Sperrschicht, wie beispielsweise aus Nickel oder Kupfer-Zinn, sowie einer Gleitschicht, die das Gleiten des bewegten Teils auf dem Gleitlager erleichtert, eventuell zwi schen dem Gleitlager und dem bewegten Teil vorhandene Schmutz partikel, wie Metallteilchen, einbetten und eine Mikroanpassung an das bewegte Teil, wie eine Welle in einem Gleitlager, bewir ken soll.

Bei sogenannten Zweistofflagern wird die Gleitschicht unmittel bar auf den Stützkörper aufgebracht und hat gewöhnlich eine größere Dicke als bei Dreistofflagern.

Beispielsweise aus der DE-PS 27 22 144 ist es bekannt, Gleit schichten aus einem Weißmetall aus Blei, Zinn und Kupfer aus wäßrigen Lösungen von Salzen dieser Elemente galvanisch aufzu bringen. Die Schichtdicken solcher galvanisch abgeschiedenen Gleitschichten liegen zwischen 0,005 und 0,100 mm. Weiterhin ist es bekannt, Aluminiumgleitschichten gießtechnisch, durch Walzplattieren, Sintern oder Plasmatechnik, auf einem Stütz körper aufzubringen, da bekanntermaßen Aluminiumlegierungen ei ne größere Belastbarkeit als beispielsweise Bleilegierungen ha ben. Die Schichtdicken solcher Gleitschichten liegen zwischen 1/10 und 1 mm.

Weiterhin ist bekannt daß Aluminiumgleitschichten mit geringe rer Dicke höher belastbar als solche mit größerer Dicke sind. Man hat daher bereits auch schon Gleitschichten aus Aluminium legierungen im PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition-Sput tern) hergestellt. Derartige Gleitschichten haben gegenüber elektrolytisch abgeschiedenen Blei- und/oder Zinnlegierungen oder gießtechnisch, durch Walzplattieren oder Sintern aufge brachten Aluminiumlegierungen erhöhte thermische und mechanische Belastbarkeit. Die Aufbringungsmethode ist jedoch aufwendig, wie beispielsweise durch die notwendige Verwendung von Hochva kuum.

Beispielsweise aus der DE-PS 30 44 975 ist auch bereits bekannt, für andere Anwendungszwecke Reinaluminium galvanisch aus einem aprotischen Lösungsmittel abzuscheiden. Reinaluminium aber ist als Gleitschicht von Gleitelementen unbrauchbar.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, ein Verfahren zu bekommen, mit dem in einfacherer und weniger aufwendiger Weise dünne Schichten von als Lagermetall geeigne ten Aluminiumlegierungen auf Gleitelementen aufzubringen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Her stellung eines Mehrschicht-Gleitelementes, bestehend aus einem Stützkörper, einer Gleitschicht und gegebenenfalls weiteren zwischen Stützkörper und Gleitschicht liegenden Schichten, durch Aufbringung einer Schicht einer Alumiumlegierung als Gleit schicht gelöst. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Gleitschicht eine Aluminiumlegie rung mit 1 bis 50 Gew.-% Sn und/oder 1 bis 25 Gew.-% Pb, Sb und/oder In und/oder 0,1 bis 5 Gew.-% Bi, Ag, Ni, Zn und/oder Cu und gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei die Gesamt menge dieser Legierungselemente 1 bis 55 Gew.-% der Aluminium legierung beträgt, in einer Schichtdicke von 5 bis 50 µm aus einer aprotischen Lösung galvanisch abscheidet.

Die Galvanisierlösungen enthalten ein aprotisches oder nichtwäß riges organisches Lösungsmittel, das beispielsweise aus einem Ether, wie Tetrahydrofuran oder Diethylenglycoldimethylether, oder einem Aromaten, wie Toluol, Benzol oder Xylol, bestehen. Selbstverständlich sind die aprotischen Lösungsmittel der galva nischen Bäder nicht auf diese Verbindungen beschränkt, und es können auch Gemische verschiedener aprotischer organischer Flüs sigkeiten verwendet werden, um die erforderliche Löslichkeit der Metallverbindungen zu bekommen.

Die in den Galvanisierlösungen gelösten Metallverbindungen kön nen Salze, wie wasserfreies Aluminiumchlorid oder Aluminiumbro mid, Hydride, wie Aluminiumhydrid, metallorganische Verbindungen, wie Aluminiumtriethyl, und andere lösliche Metallverbindungen sein. Die Auswahl der jeweiligen Verbindungen hängt von deren Löslichkeit und der sich ergebenden Badlebensdauer ab, wobei beides auch von dem verwendeten aprotischen Lösungsmittel abhän gig ist. Die metallorganischen Verbindungen dürften derzeit den größten Vorteil für die galvanischen Bäder bieten, da sie in or ganischen Lösungsmitteln gut löslich sind und die Galvanisier bäder hohe Lebensdauer haben. Auch von den Legierungselementen der Aluminiumlegierungen sind metallorganische Verbindungen be kannt, wie Zinndiethyl. Selbstverständlich können bei entspre chender Löslichkeit auch Gemische metallorganischer Verbindungen mit Metallsalzen in den Galvanisierbädern verwendet werden.

Bezüglich der Ausführung des Galvanisierens wird auf die Lite raturstelle "METALL", 36. Jahrgang, Heft 6, Juni 1982, Seiten 673 bis 679 hingewiesen. Die Abscheidetemperatur liegt zweckmä ßig im Bereich von 60 bis 140°C, die Stromdichte im Bereich von 0,5 bis 2 A/dm² und die Abscheidungsspannung im Bereich von 5 bis 30 V. Für den Galvanisierfachmann bedarf es nur weniger Reihenversuche, um die optimalen Bedingungen für bestimmte Le gierungszusammensetzungen und Lösungsmittel der Galvanisierbä der zu ermitteln.

Durch die Aufbringungsmethode bekommt man eine sehr feine Vertei lung der Legierungselemente in der Alumiummatrix, was sich vor teilhaft für die Gleiteigenschaften des Lagermetalles auswirkt.

Außer den genannten Legierungsmetallen können in die Gleit schicht der Aluminiumlegierung auch nichtmetallische Teilchen aus Metalloxiden, -nitriden, -carbiden, -boriden oder -carboni triden oder auch Kohlenstoff in feinverteilter Form eingelagert werden, um die mechanischen Eigenschaften und Gleiteigenschaf ten zu verbessern. Solchermaßen können auch gegebenenfalls orga nische Polymerprodukte, wie Polytetrafluorethylen feiner Vertei lung in der Gleitschicht durch Abscheidung aus dem Galvanisier bad eingelagert werden, um die Eigenschaften der Gleitschicht, wie die Gleiteigenschaft selbst oder die Fähigkeit, Schmutzpar tikel einzubetten, zu modifieren.

Zweckmäßig wird die Gleitschicht in einer Dicke von 10 bis 25 µm abgeschieden.

Bevorzugte Bereiche für die Legierungselemente in der Gleit schicht sind folgende: 5 bis 30, besonders 8 bis 25 Gew.-% Zinn, 4 bis 20, besonders 6 bis 15 Gew.-% Blei, Antimon und/oder Indi um; 0,3 bis 3, besonders 0,5 bis 2 Gew.-% Wismut, Silber, Nik kel, Zink und/oder Kupfer. Die Gesamtmenge der Legierungsele mente in der abgeschiedenen Aluminiumlegierung liegt vorzugs weise bei 3 bis 30, besonders bei 5 bis 25 Gew.-%.

Die erfindungsgemäße Gleitschicht kann unter Herstellung soge nannter Zweistofflager direkt auf dem Stützkörper abgeschieden werden. Bevorzugt wird sie jedoch in sogenannten Dreistoffla gern auf einer Zwischenschicht über dem Stützkörper abgeschie den, wobei die Zwischenschicht übliche Zusammensetzung haben kann und beispielsweise aus einer Kupferlegierung, beispiels weise CuPb22Sn2 oder einer Aluminiumlegierung, beispielsweise AlZn5Si2 oder AlSn6, bestehen kann und durch Aufgießen, Walz plattieren oder Aufsintern oder nach einem anderen Beschich tungsverfahren, wie nach dem PVD- oder CVD-Verfahren auf dem Stützkörper, meist Stahlstützkörper, aufgebracht worden sein kann.

Die Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsbeispiele wei ter erläutert:

Beispiel 1
Stahlstützschale
Kupferlegierung CuPb 22 Sn
0,3 bis 0,5 mm
Nickelschicht	1 bis 4 µm
galvanisch aus aprotischer Lösung abgeschiedene Gleitschicht AlSn 20	10 bis 20 µm

Beispiel 2
Stahlstützschale
Kupferlegierungsschicht CuPb 17 Sn 5
0,3 bis 0,5 mm
CuSn-Schicht	1 bis 4 µm
galvanisch aus aprotischer Lösung abgeschiedene Gleitschicht AlPb 10 Ni 2	10 bis 20 µm

Beispiel 3
Stahlstützschale
Aluminiumlegierungsschicht AlZn 5 SiCuPbMg
0,3 bis 0,5 mm
Nickelschicht	1 bis 4 µm
galvanisch aus aprotischer Lösung abgeschiedene Gleitschicht AlSn 20 Sb	10 bis 20 µm

Beispiel 4
Stahlstützschale
Aluminiumlegierungsschicht AlSn 6 CuNi
0,3 bis 0,5 mm
Nickelschicht	1 bis 4 µm
galvanisch aus aprotischer Lösung abgeschiedene Gleitschicht AlPb 8	10 bis 15 µm

Gleitelemente oder Gleitlager der vorbeschriebenen beispielhaf ten Ausführungsformen können einen allseitigen galvanischen Überzug aus beispielsweise Sn, PbSn, SnZn als zusätzlich äußere Korrosionsschutz- und Anpassungsschicht erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitelementes, bestehend aus einem Stützkörper, einer Gleitschicht und ge gebenenfalls weiteren zwischen Stützkörper und Gleitschicht liegenden Schichten, durch Aufbringung einer Schicht einer Aluminiumlegierung als Gleitschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gleitschicht eine Aluminiumlegierung mit jeweils 1 bis 50 Gew.-% Sn und/oder jeweils 1 bis 25 Gew.-% Pb, Sb und/oder In und/oder 0,1 bis 5 Gew.-% Bi, Ag, Ni, Zn und/ oder Cu und gegebenenfalls üblichen Verunreinigungen, wobei die Gesamtmenge dieser Legierungselemente 1 bis 55 Gew.-% der Aluminiumlegierung beträgt, in einer Schichtdicke von 5 bis 50 µm aus einer aprotischen Lösung galvanisch abschei det.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gleitschicht in einer Dicke von 10 bis 25 µm abscheidet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gleitschicht eine Aluminiumlegierung abscheidet, die 5 bis 30, besonders 8 bis 25 Gew.-% Zinn enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Gleitschicht eine Aluminiumlegierung abscheidet, die jeweils 4 bis 20, besonders 6 bis 15 Gew.-% Pb, Sb und/oder In enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Gleitschicht eine Aluminiumlegierung abscheidet, die jeweils 0,3 bis 3, besonders 0,5 bis 2 Gew. % Bi, Ag, Ni, Zn und/oder Cu enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Gleitschicht eine Aluminiumlegierung aufbringt, die insgesamt 3 bis 30, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-% der Legierungselemente enthält.

7. Mehrschicht-Gleitelement, bestehend aus einem Stützkörper, einer Gleitschicht und gegebenenfalls weiteren zwischen Stützkörper und Gleitschicht liegenden Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht aus einer Aluminiumle gierung mit 1 bis 50 Gew.-% Sn und/oder jeweils 1 bis 25 Gew.-% Pb, Sb und/oder In und/oder jeweils 0,1 bis 5 Gew.-% Bi, Ag, Ni, Zn und/oder Cu und gegebenenfalls üblichen Ver unreinigungen besteht, wobei die Gesamtmenge dieser Legie rungselemente 1 bis 55 Gew.-% der Aluminiumlegierung beträgt, die Schichtdichte der Gleitschicht 5 bis 50 µm ist und die Gleitschicht aus einer aprotischen Lösung galvanisch abge schieden wurde.

8. Gleitelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß seine Gleitschicht eine Dicke von 10 bis 25 µm hat.

9. Gleitelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß seine Gleitschicht 5 bis 30, besonders 8 bis 25 Gew.-% Zinn enthält.

10. Gleitelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß seine Gleitschicht jeweils 4 bis 20, be sonders 6 bis 15 Gew.-% Blei, Antimon und/oder Indium ent hält.

11. Gleitelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß seine Gleitschicht jeweils 0,3 bis 3, be sonders 0,5 bis 2 Gew.-% Wismut, Silber, Nickel, Zink und/ oder Kupfer enthält.

12. Gleitelement nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß seine Gleitschicht insgesamt 3 bis 30, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-% der Legierungselemente enthält.

13. Gleitelement nach einem der Ansprüche 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht nichtmetallische Teil chen aus Metalloxiden, -nitriden, -carbiden-, -boriden oder -carbonitriden und/oder Kohlenstoffteilchen enthält.

14. Gleitelement nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht fein verteilte organi sche Polymere, vorzugsweise Polytetrafluorethylenteilchen, enthält.