DE3917694A1

DE3917694A1 - Gleit- bzw. schiebelager

Info

Publication number: DE3917694A1
Application number: DE3917694A
Authority: DE
Inventors: Sanae Mori; Masaaki Sakamoto; Hideo Ishikawa; Yoji Nagai
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1989-12-07
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: DE3917694C2; KR920006923B1; GB2220993A; GB8912734D0; JPH0814287B2; JPH01307512A; KR900000608A; US5116692A; GB2220993B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lager, die zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, Schiffen, landwirtschaftlichen Maschi nen und ähnlichem geeignet sind, und insbesondere auf ein Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminium legierung, das sich durch seine Eigenschaften der Bestän digkeit gegenüber dem Sich-Festfressen, der Ermüdung und der Abnutzung durch Reibung auszeichnet.

Es war bisher allgemeine Praxis, Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung in Benzinmotoren oder in Motoren für kleine Kraftfahrzeuge zu verwenden, wobei die Oberflä chen des Gleit- bzw. Schiebelagers nicht mit einem Überzug beschichtet waren. Andererseits wurden Lager aus Aluminium legierung mit einer Ni-Plattierungs-Zwischenschicht und einem Überzug, bestehend im wesentlichen aus einer Pb-Legierung auf dem Gebiet der Gleit- bzw. Schiebelager eingesetzt, die hauptsächlich bei speziellen Arten von Motoren, wie Hochlast-Motoren oder Diesel-Motoren für mittlere Geschwin digkeit, Verwendung finden. Ein weiteres Beispiel des Stan des der Technik ist bekannt, bei dem Sn oder eine Sn-Legie rung als Überzug aufgebracht wird auf ein Lager aus Cu-Pb- Legierung oder Pb-Bronze-Legierung, die ausschließlich für Motoren zur Verwendung in speziellen Arten von Schiffen mittlerer oder geringer Geschwindigkeit vorgesehen sind. Bei diesem Stand der Technik wird Gebrauch gemacht von den Eigenschaften von Sn-Legierungen, die im Vergleich mit Pb- Legierungen hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Abrieb festigkeit aufweisen. Das Aufbringen eines Sn-Überzugs auf eine Aluminiumlegierung ist aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 61-1 53 286 bekannt, in der ein Lagerteil beschrieben wird, bei dem eine Lagerschicht aus Aluminiumlegierung direkt mit Sn plattiert wird, ohne eine Ni-Zwischenschicht.

Die Möglichkeiten für den Einsatz von Benzin- oder Diesel- Motoren zum Gebrauch in kleinen Kraftfahrzeugen, wie hoch tourig laufende Personen-Kraftfahrzeuge, haben vor allem in jüng ster Zeit zugenommen. In diese Situation war es wünschens wert, in großem Ausmaß die Beständigkeit bzw. den Wider stand gegen das Festfressen, die Abriebbeständigkeit, die Ermüdungsbeständigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen die Abnutzung durch Reibung (Abrieb beständigkeit) von Motorlagern zu verbessern.

Bekanntlich ist eine gebräuchliche Art von Lagern aus Cu-Pb- oder Pb-Bronze-Legierung, versehen mit einem Überzug aus Pb-Legierung nachteilig, hinsichtlich der Korrosionsbestän digkeit. Außerdem wurde vor kurzem festgestellt, daß die Eigenschaften von Schmieröl schnell und stark verschlechtert werden während dessen Gebrauch, vor allem aufgrund einer Verlängerung der Lebensdauer von Motorlagern und einem An stieg der Öltemperatur infolge einer Zunahme der Umdrehungs geschwindigkeit der Motoren. Insbesondere ist eine organi sche Säure, die beim Abbau von Schmieröl entsteht, in der Lage, die Cu-Pb-Legierung oder die Cu-Bronze-Legierung in großem Ausmaß zu korrodieren. Weiterhin werden, um die Her stellungskosten von Motoren zu senken, in vielen Fällen Kurbelwellen aus duktilem Gußeisen hergestellt. Die Verwen dung von duktilem Gußeisen verursacht jedoch häufig schnel len Abrieb oder schnelles Fressen bei den oben beschriebe nen gebräuchlichen Lagern vom Dreischichten-Typ.

Im Hinblick auf die Probleme wurden in jüngerer Zeit Lager aus Aluminiumlegierung verwendet, anstelle der Dreischich ten-Lager vom Cu-Pb-Typ. Aluminiumlegierungen sind allge mein kompatibel bzw. verträglich in ihrer Beschaffenheit mit Wellen aus duktilem Eisen und weisen eine zufriedenstel lende Eigenschaft der Korrosionsbeständigkeit auf. Wird jedoch ein Lager, hergestellt aus solch einer Aluminiumle gierung, ohne einen Überzug verwendet, so kann partielles Auf- bzw. Anschlagen oder Fehlfluchtung bzw. Fehlausrich tung auftreten. Da weiterhin Staub nicht leicht von Alumi niumlegierungen entfernt werden kann, kann die Erscheinung des Festfressens früh während der Nutzungszeit oder Stand zeit des Lagers auftreten, wenn die Anwendungsbedingungen nicht zufriedenstellend sind. Wird ein Überzug, bestehend im wesentlichen aus einer gebräuchlichen Cu-Legierung, auf einem solchen Lager aus Aluminiumlegierung aufgebracht, wie in der japanischen nicht geprüften Patentveröffent lichung Nr. 62-1 10 021 gezeigt, so treten erneut die Probleme der Korrosionsbeständigkeit und der Abriebfestigkeit auf. Um diese Probleme zu überwinden, wird in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung Nr. 60-36 641 angege ben, daß anstelle einer Pb-Legierung eine Sn-Legierung als Überzug verwendet werden soll. Die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 61-1 53 286 beschreibt ein Lager teil, bei dem die Lagerschicht aus Aluminiumlegierung direkt mit Sn, ohne eine Ni-Zwischenschicht, plattiert wird.

Bei diesen gebräuchlichen Methoden der Verwendung von Über zügen treten jedoch folgende Probleme auf. In den Fällen, in denen ein Überzug auf einer Aluminiumlegierung mittels Elektroplattieren aufgebracht wird, ist es üblich, eine Zwischenschicht aus Ni, Co, Fe oder ähnlichem vorzusehen, um die Haftung des Überzugs sicherzustellen. Eine solche Zwischenschicht ist jedoch außerordentlich hart und wenn der Überzug abgenutzt ist, so daß die Oberfläche der Zwi schenschicht exponiert wird, kommt die Zwischenschicht in Reibungskontakt mit der Welle und dies verursacht Fressen oder Abnutzung durch Reibung. Verschiedene Nachteile, die durch die Bereitstellung der Zwischenschicht auftraten, sind angegeben worden, vor allem in den letzten Jahren. Es gibt zwar eine Methode des direkten Aufbringens eines Überzugs, ohne Bildung der Zwischenschicht; die Bindungs festigkeit des Überzugs, der durch diese Methode erzeugt worden ist, ist jedoch extrem gering, verglichen mit der Bindungsfestigkeit eines Überzugs, der mit einer Zwischen schicht kombiniert ist (die gemäß dem Stand der Technik typischerweise eine Stärke von 0,5 bis 3,0 µm aufweist). Diese Art von Überzug, der direkt aufgebracht wird, weist eine gute Anfangskompatibilität auf, aber eine schlechte Dauerhaftigkeit und weiterhin den Nachteil, daß laminarer Abrieb oder Abblättern des Überzugs auftreten kann. Aus diesem Grunde ist dieser Überzug lediglich als eine auf zugebende oder aufzuopfernde Schicht aufgebracht worden.

Außerdem hat der jüngere Trend zu Verringerungen der Größe und des Gewichtes von Motoren, zu einer Abnahme der Steifig keit bzw. Starrheit des Motorgehäuses geführt, so daß die Erscheinung der Abnutzung durch Reibung (Erscheinung des Abriebs, der zwischen zwei sich berührenden Flächen statt findet, die einer relativen Bewegung kleiner Amplitude aus gesetzt sind), der auf der Rückseite des Lagers auftritt, ein ernsthaftes Problem geworden ist, das gelöst werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminium legierung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereit zustellen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik verbessert bzw. behoben sind. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung sowie ein Verfahren zu dessen Her stellung bereitzustellen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik verbessert und vor allem auf der Rückseite des Lagers der Verschleiß durch Abrieb auf ein Minimum zurück gedrängt ist.

Ein Gegenstand der Erfindung ist gemäß einer ersten Aus führungsform ein Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebe lager aus Aluminiumlegierung mit einer Unterlagenschicht aus Stahl, einer Lagerschicht aus Aluminiumlegierung, ge bunden an die Unterlagenschicht und einem Überzug, gebunden an die Lagerschicht aus Aluminiumlegierung. Der Überzug besteht im wesentlichen, bezogen auf das Gewicht, aus 0 bis 15% Cu, 0 bis 20% Sb, Rest Sn und zufällige Verunrei nigungen. Eine Mischungs- oder Gemengeschicht in einer Stärke von nicht mehr als 0,5 µm ist zwischen der Lagerschicht aus Aluminiumlegierung und dem Überzug vorgesehen und an sowohl die Lagerschicht als auch den Überzug gebunden; die Mischungsschicht besteht aus einem Gemisch aus dem Überzug und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe.

Ein Gegenstand der Erfindung, entsprechend einer zweiten Ausführungsform, ist ein Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung mit einer Unterlagen schicht aus Stahl, einer Lagerschicht aus Aluminiumlegierung gebunden an die Innenseite der Unterlagenschicht, einem Überzug, gebunden an die Lagerschicht aus Aluminiumlegierung und einer rückseitigen Plattierungsschicht, gebunden an die Außenfläche der Unterlagenschicht aus Stahl und be stehend aus Komponenten, die die gleichen sind, wie die jenigen des Überzugs. Der Überzug besteht im wesentlichen aus, bezogen auf das Gewicht, 0 bis 15% Cu, 0 bis 20% Sb, Rest Sn und zufällige Verunreinigungen. Weiterhin ist eine Mischungsschicht in einer Stärke von nicht mehr als 0,5 µm zwischen der Lagerschicht aus Aluminiumlegierung und dem Überzug angeordnet und sowohl an die Lagerschicht als auch den Überzug gebunden; die Mischungsschicht besteht aus einem Gemisch aus dem Überzug und einem Element, ausge wählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe.

Vorzugsweise weist die rückseitige Plattierungsschicht eine Stärke von 0,1 bis 5 µm auf. Ist die Stärke geringer als 0,1 µm, so ist es unmöglich, den Effekt der Verhinderung des Verschleißes durch Abrieb zu erzielen, selbst wenn die rückseitige Plattierungsschicht vorhanden ist. Macht hin gegen die Stärke mehr als 5 µm aus, so kann die Erscheinung der Wanderung auftreten (d.h. eine Erscheinung, bei der Fremdmaterial, abgebautes Material oder Pulver bzw. Staub aufgrund des Abriebs gesammelt und zwischen zwei sich be rührenden Flächen akkumuliert werden, aufgrund kleiner re lativer Bewegungen).

Die Stärke der Mischungsschicht macht vorzugsweise 0,05 bis 0,3 µm aus.

Der Überzug besteht vorzugsweise, bezogen auf das Gewicht, aus nicht mehr als 5% Cu, 0,5 bis 10% Sb, Rest Sn.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelagers aus Aluminiumlegierung nach der Erfin dung umfaßt folgende Stufen: Bereitstellung eines halbzylin drischen oder zylindrischen Lagerteils, hergestellt aus einer Unterlagenschicht aus Stahl, und einer Aluminiumlegie rung, gebunden an die Unterlagenschicht; Bereitstellung einer Schicht, mittels stromlosem Plattieren, auf einer Seite der Unterlagenschicht aus Aluminiumlegierung, wobei die Schicht eine Stärke von weniger als 0,5 µm aufweist und aus einer Art von Element(en) besteht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe; elektrolytisches Aufbringen eines Überzugs, der, bezogen auf das Gewicht, aus 0 bis 15% Cu, 0 bis 20% Sb, Rest Sn und zufällige Verunreinigungen, besteht, auf die Schicht eines der Ele mente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe.

Die Erfinder haben gefunden, daß, wenn eine Mischungsschicht in einer Stärke von nicht mehr als 0,5 µm aufgebracht wird, die aus einem Gemisch der Komponenten des Überzugs und ei nem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe, besteht, zwischen der Lagerschicht aus Aluminium legierung und dem Überzug eines Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelagers angeordnet wird, es möglich ist, alle vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu verbessern bzw. zu überwinden; d.h., der bei Lagern aus Aluminiumlegierung ohne Über züge angetroffene Nachteil, der beim Stand der Technik beim Aufbringen eines Überzugs ohne eine Zwischenschicht auf tretende Nachteil und der Nachteil, der beim Stand der Tech nik beim Aufbringen eines Überzugs mit einer Zwischenschicht auftritt. Kurz gesagt: die Mischungsschicht in einer Stärke von nicht mehr als 0,5 µm dient dazu, die Bindungsfestig keit zwischen dem Überzug und der Lagerschicht aus Alumi niumlegierung zu verstärken und auf diese Weise den lami naren Abrieb oder das Abblättern des Überzugs zu verhindern. Weiterhin ist es selbst nach Verlust des Überzugs aufgrund von Abrieb möglich, die Abnutzung durch Abrieb zwischen Welle und Lager vollständig zu verhindern.

Macht die Stärke der Mischungsschicht mehr als 0,5 µm aus, so kann nach Verlust des Überzugs aufgrund von Abrieb zwi schen Welle und Lager Festfressen und Abnutzung durch Rei bung auftreten.

Cu und Sb haben die Wirkung, daß sie die Dauerhaftigkeit des Überzugs verstärken bzw. verbessern, ohne die Sn, das eine primäre bzw. erste Komponente des Überzugs ist, in härente bzw. innewohnende Kompatibilität oder Verträglich keit zu verschlechtern. Macht jedoch der Cu-Gehalt mehr als 10% und/oder der Sb-Gehalt mehr als 20% aus, so wird die den Überzug bildende Legierung spröde und es können leicht Ermüdungsrisse auftreten, aufgrund von Stoßbelastung bzw. -beanspruchung. Weiterhin nimmt die Härte dieser, den Überzug bildenden Legierung zu und verschlechtert die im Überzug erforderliche Kompatibilität.

Weiterhin ist es gemäß der Erfindung möglich, das Auftreten der Abnutzung durch Reibung zu unterdrücken, indem auf der rückseitigen Oberfläche der Unterlagenschicht des Lagers eine Plattierungsschicht aufgebracht wird, die aus den glei chen Komponenten besteht, wie der auf die Innenfläche der Lagerschicht aufgebrachte Überzug. Die Stärke dieser Plattie rungsschicht, die auf der Rückseite des Lagers aufgebracht wird, macht 0,1 bis 5 µm, vorzugsweise 0,5 bis 5 µm aus. Ist die Stärke geringer als 0,1 µm, so wird der Effekt der Plattierungsschicht gering und der Rost verhindernde Effekt der Unterlagenschicht wird daher geringer. Macht anderer seits die Stärke mehr als 5 µm aus, so kann die oben er wähnte Wanderung auftreten und die Leistung des Lagers wird infolgedessen verschlechtert. Außerdem können Schwankungen in der Stärke der Plattierungsschicht während deren Herstel lung auftreten. Aus diesem Grunde sind Stärken von mehr als 5 µm nicht erwünscht. Zur Vereinfachung des Herstel lungsverfahrens wird es bevorzugt, diese Plattierungsschicht auf der Oberfläche der Unterlagenschicht anzuordnen, die sich auf der Rückseite des Lagers befindet, durch Elektro plattieren zur gleichen Zeit, wenn der Überzug auf die In nenfläche der Lagerschicht aufgebracht wird, die sich auf der Innenseite des Lagers befindet. Es ist jedoch möglich, eine rückseitige Plattierungsschicht aufzubringen, die aus anderen Komponenten besteht als der Überzug; es ist weiter hin möglich, die rückseitige Plattierungsschicht in einer Verfahrensstufe aufzubringen, die getrennt ist von der Ver fahrensstufe, in der der Überzug aufgebracht wird.

Im Falle von Lagern zur Verwendung auf Gebieten, bei denen keine Anti-Abnutzung durch Reibungs-Eigenschaften erfor derlich sind, braucht die Plattierungsschicht auf der rückseitigen Fläche der Unterlagenschicht des Lagers nicht aufgebracht zu werden.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Querschnitts struktur bzw. einen Querschnitt eines Gleit- bzw. Schiebelagers gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 2a zeigt eine schematische Ansicht der Querschnitts- Mikrostruktur eines gebräuchlichen Gleit- bzw. Schiebelagers mit einem Überzug, der mit einer Zwischenschicht versehen ist;

Fig. 2a-1 ist eine schematische Ansicht, die die Oberflä chenanalyse der Zwischenschicht von Fig. 2a zeigt, unter Verwendung eines Elektronensonden- Mikroanalysators (nachfolgend als "EPMA" be zeichnet);

Fig. 2b zeigt die schematische Ansicht einer Quer schnitts-Mikrostruktur eines gebräuchlichen Gleit- bzw. Schiebelagers mit einem Überzug ohne eine Zwischenschicht;

Fig. 2b-1 zeigt eine schematische Ansicht der Ober flächenanalyse unter Anwendung von EPMA von jeder in Fig. 2a geprägten Schicht;

Fig. 2c ist die schematische Ansicht der Querschnitts- Mikrostruktur des in Fig. 1 gezeigten Gleit- bzw. Schiebelagers nach der Erfindung;

Fig. 2c-1 ist eine schematische Ansicht, die die Ober flächenanalyse unter Anwendung von EPMA der in Fig. 2c gezeigten Mischungsschicht zeigt; und

Fig. 3 ist die schematische Ansicht der Querschnitts- Struktur eines Gleit- bzw. Schiebelagers, ent sprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun im einzelnen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher er läutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Mehrschich ten-Gleit- bzw. -Schiebelagers aus Aluminiumlegierung nit einem Überzug 1, einer Mischungsschicht 3, einem Gleit- bzw. Schiebelager 4 aus Aluminiumlegierung und einer Unter lagenschicht 5 aus Stahl. Der Überzug 1 ist an eine Seite der Gleitschicht 4 aus Aluminiumlegierung gebunden, wobei zwischen diesen die Mischungsschicht 3 angeordnet ist; und die andere Seite der Gleitschicht 4 aus Aluminiumlegierung ist an die Unterlagenschicht 5 gebunden. Der Überzug 1 be steht im wesentlichen, bezogen auf das Gewicht, aus 0 bis 15% Cu, 0 bis 20% Sb, Rest Sn und zufällige Verunreini gungen. Die Mischungsschicht 3, die eine Stärke von nicht mehr als 0,5 µm aufweist, ist zwischen dem Überzug 1 und der Unterlagenschicht 4 aus Aluminiumlegierung so ausge bildet, daß sie sowohl an den Überzug 3 als auch die Gleit schicht 4 gebunden ist. Die Mischungsschicht 3 besteht aus einem Gemisch aus den Komponenten des Überzugs 1 und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Mehrfach schichten-Gleit- bzw. -Schiebelagers aus Aluminiumlegierung nach der Erfindung. Das im Bild gezeigte Mehrfachschichten- Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung weist eine rückseitige Plattierungsschicht 6 zusätzlich zum Überzug 1, der Mischungsschicht 3, der Gleitschicht 4 aus Alumi niumlegierung und der Unterlagenschicht 5 aus Stahl, die in Fig. 1 gezeigt sind, auf. Die Gleitschicht 4 aus Alu miniumlegierung ist an die Innenseite (obere Seite, wie in Fig. 3 gezeigt) der Unterlagenschicht 5 gebunden, und der Überzug 1 ist an die Gleitschicht 4 aus Aluminiumlegierung mit dazwischen angeordneter Mischungsschicht 3 in gleicher Weise gebunden, wie in Fig. 1 gezeigt. Die rückseitige Plattierungsschicht 6 ist an die Außenseite (untere Seite, wie in Fig. 3 gezeigt) der Unterlagenschicht 6 aus Stahl gebunden und besteht aus Komponenten, die die gleichen sind, wie diejenigen des Überzugs 1. Der Überzug 1 besteht im wesentlichen, bezogen auf das Gewicht, aus 0 bis 15% Cu, 0 bis 20% Sb, Rest Sn und zufällige Verunreinigungen bzw. Begleitstoffe. Die Mischungsschicht 3, die eine Stärke von nicht mehr als 0,5 µm aufweist, ist zwischen der Lager schicht 4 aus Aluminiumlegierung und dem Überzug 1 so aus gebildet, daß sie an sowohl den Überzug 1 als auch die La gerschicht 4 gebunden ist. Die Mischungsschicht 3 besteht aus einem Gemisch der Komponenten des Überzugs und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe; und die rückseitige Plattierungsschicht 6 hat vor zugsweise eine Stärke von 0,1 bis 5 µm.

Die erste und die zweite Ausführungsform werden nachfolgend mit Bezug auf Beispiele dafür im einzelnen erläutert.

a) Um ein Metallblech für eine Lagerschicht aus Aluminium legierung herzustellen, wurde ein Blech aus Aluminium legierung, bestehend aus 12 Gew.-% Sn, 2,5 Gew.-% Si, 1,7 Gew.-% Pb, 1 Gew.-% Cu, 0,3 Gew.-% Sb, Rest Al, durch Aufpressen mittels Walzen gebunden an ein Unter lagenmetall aus Stahl in einer Stärke von 1,20 mm, das die gleiche Konfiguration wie das Blech aus Aluminium legierung aufwies. Dann wurde dieses Metallblech bzw. Verbundblech vier Stunden auf 350°C erhitzt, um einen Bimetallstreifen (1,65 mm stark und 110 mm breit) als Material für ein Gleit- bzw. Schiebelager zu erhalten. Dieser Bimetallstreifen wurde zu einem halbzylindri schen Gleit- bzw. Schiebelagerteil in geeigneter Größe für Ausführungsversuche preßgeformt, dann mechanisch zu einer vorbestimmten Größe verarbeitet (56 mm Außendurch messer, 17 mm lang und 1,5 mm stark) und dann mit einem Lösungsmittel entfettet. Darauf wurde das Lagerteil einem Anätzen mit Alkali in einer wäßrigen Lösung von wasserfreiem Natriumcarbonat, Natriumphosphat und Na triumhydroxid bei einer Temperatur von 50°C während etwa 60 Sekunden unterworfen. Das Alkali-geätzte Lager teil wurde dann einer Säurebehandlung unterworfen und anschließend einer Zinkatbehandlung (die Behandlung sieht vor, daß Zinkoxid in einer wäßrigen Lösung, die im wesentlichen Natriumhydroxid enthält, gelöst, das Lagerteil in diese wäßrige Lösung bei 20°C während etwa 20 Sekunden eingetaucht und Zink auf der Oberfläche des Lagerteils ausgefällt wird). Das so behandelte La gerteil wurde dann einer stromlosen Plattierung mit Ni unterworfen (dessen Flüssig-Konzentration so einge stellt wurde, daß eine Plattierungsschicht in einer Stärke von 0,05 bis 0,2 µm erzeugt werden konnte durch Eintauchen des Lagerteils in eine wäßrige Lösung, die im wesentlichen Nickelsulfat enthielt, bei 50°C während etwa 15 bis 60 Sekunden, vorzugsweise während 30 Sekun den). Das so behandelte Metall wurde schließlich elek troplattiert, um einen Überzug zu erzeugen und gleich zeitig elektroplattiert, um eine rückseitige elektro plattierte Schicht zu erzeugen. In jeder dieser Elek troplattierungsstufen wurden die Flüssig-Konzentration bzw. Konzentrationen der Flüssigkeit und die Stärke des elektrischen Stroms so festgelegt, daß eine Plat tierungsschicht in einer Stärke von etwa 0,8 µm erzeugt werden konnte durch Energieaufwand während etwa 60 Se kunden. Auf diese Weise wurde ein fertiggestelltes La gerteil bzw. Lagerprodukt hergestellt. Bei jedem fertig gestellten Lagerteil entsprechend dieser Ausführungs form war der innenseitige Überzug 8 µm stark, die Ni- Überzug-Mischungsschicht 0,1 µm stark, die Lagerschicht aus Aluminiumlegierung 0,3 mm stark, die Unterlagen schicht aus Stahl 1,2 mm stark und die rückseitige Plattierungsschicht 1,5 mm stark.

Um dieses fertiggestellte Lagerteil nach der Erfindung mit gebräuchlichen Produkten zu vergleichen, wurden die gleichen Materialien, Abmessungen und Herstellungs verfahren, wie beim obigen Ausführungsbeispiel ange wandt, um drei Arten von Vergleichsprodukten entspre chend dem Stand der Technik herzustellen. Die eine Art war ein Lager ohne Überzug; eine andere Art war ein Lager nit einem Überzug, der direkt auf einer Lager schicht aus Aluminiumlegierung aufgebracht war; die dritte Art war ein Lager einschließlich einer Ni-Zwi schenschicht (2 µm stark), die auf einer Lagerschicht aus Aluminiumlegierung aufgebracht war, und mit einem Überzug, der auf dieser Zwischenschicht aufgebracht war. Weiterhin wurden der Sb-Gehalt und der Cu-Gehalt in der Legierung auf Sn-Basis, aus der der Überzug be stand, verändert, um die sich daraus ergebenden Unter schiede in den Eigenschaften des Überzugs des obigen Lagers entsprechend dieser Ausführungsform zu unter suchen. Weiterhin wurde, um den verbesserten Effekt der Verbesserung der Abnutzung durch Abrieb zu bestäti gen, ein Lager bzw. Lagerteil hergestellt, das das gleiche war wie das oben beschriebene fertiggestellte Lagerteil nach der Erfindung, mit der Ausnahme oder Abwandlung, daß eine rückseitige Plattierungsschicht in einer Stärke von 8 µm zusätzlich aufgebracht wurde; dieses Lagerteil wurde ebenfalls den vergleichenden Versuchen unterworfen.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Bindungsstärke bzw. Verbindungskraft zwischen Überzug und Lagerschicht aus Aluminiumlegierung, die maximale Ermüdungsbelastung und die maximale Belastung bis zum Anfressen bzw. Freßlast angegeben, die in den mit den Lager teilen durchgeführten Versuchen erzielt wurden.

Tabelle 1

In Tabelle 1 ist die maximale Ermüdungsbelastung die jenige Last oder Belastung, innerhalb derer keine Er müdung auftritt, als Ergebnis eines 20 Stunden langen kontinuierlichen Laufs mit einer Umdrehungsgeschwin digkeit von 3250 UpM, unter Verwendung eines auf 100°C vorerhitzten Schmieröls SAE 20. Die maximale Freßlast wird so bestimmt, daß nach einem 1stündigen kontinuier lichen lastfreien Lauf bei einer Umdrehungsgeschwindig keit von 3600 UpM mit einem auf 100°C vorerhitzten Schmieröl SAE 20 die Last bzw. Belastung kumulativ bis zu 0,49 MPa (50 kgf/cm²) nach jeweils zehn Minuten er höht wurde und angenommen wurde, daß Fressen auftrat, wenn die Temperatur der Rückseite des Lagers über 220°C anstieg oder wenn der Wert für den elektrischen Strom zum Antrieb der Welle während des Versuchs 20 Ampere überstieg.

Bezüglich der Bindungsstärke des Überzugs gegenüber der Lagerschicht aus Aluminiumlegierung zeigt Tabelle 1, daß der Überzug, der direkt auf die Lagerschicht aus Aluminiumlegierung ohne Verwendung einer Bindungs schicht aufgebracht worden war, leicht abgeblättert wurde in einem Abblätterungstest, unter Verwendung eines Haftstreifens. In den beiden Fällen, Lagerteil nach der Erfindung mit einer Mischungsschicht und Lager teil gemäß dem Stand der Technik mit einer 2 µm starken Ni-Zwischenschicht, zeigte der Überzug ausreichende Bindungsstärke.

Die maximale Ermüdungsbelastung jeder Lagerprobe war wie folgt. Die maximalen Ermüdungsbelastungen des La gers ohne Überzug und des Lagers mit einem Überzug ge ringer Bindungsstärke waren kleine Werte. Das Lager mit der 2 µm starken Zwischenschicht aus Ni verursachte Fressen, bevor die maximale Ermüdungsbelastung erreicht war. Im Falle dieses Lagers wurde Ni freigelegt, auf grund des partiellen Abriebs des Überzugs und es wird infolgedessen angenommen, daß das Fressen durch den Ni-exponierten Bereich verursacht wurde. Die Lager, die jeweils eine Mischungsschicht aufwiesen, bestehend aus einem Gemisch aus Ni und Überzug, zeigten ein aus reichend hohes Niveau der maximalen Ermüdungsbelastung, unabhängig davon, ob sie Lager nach der Erfindung oder Vergleichsprodukte waren.

Die maximale Belastung bis zum Fressen jeder Lagerprobe war wie folgt: Die maximale Belastung oder Last bis zum Fressen des Lagers ohne Überzug war ein kleiner Wert. Im Falle des Lagers, das einen Überzug unmittel bar aufgebracht auf der Lagerschicht aus Aluminiumle gierung aufwies, stieg die Temperatur der Rückseite des Lagers auf über 220°C an, wenn die Last/Belastung auf 9,32 MPa (950 kgf/cm²) erhöht wurde, und zu diesem Zeitpunkt blätterte der Überzug des Lagers ab. Das La ger mit der 2 µm starken Ni-Zwischenschicht verursachte Fressen, wenn die Last 9,32 MPa (950 kgf/cm²) erreichte; in diesem Falle wurde die Freisetzung der Ni-Plat tierungsschicht auf der Oberfläche des Lagers beob achtet. Die maximale Belastung bis zum Fressen für die Lager, die jeweils eine Mischungsschicht, bestehend aus einem Gemisch aus Ni und Überzug aufwiesen, war ein relativ kleiner Wert, wenn der Sb-Gehalt und der Cu-Gehalt hoch waren. Es wird angenommen, daß sich dies aus der Tatsache ergibt, daß die Härte des Überzugs durch den hohen Sb- oder Cu-Spiegel bzw. -Gehalt sehr stark erhöht wird und damit die Kompatibilität des Über zugs verschlechtert wird.

b) Es wurden dann andere Lager hergestellt, unter Anwen dung der gleichen Herstellungsbedingungen und Materiali en bzw. Stoffe, wie bei den in Tabelle 1 gezeigten Aus führungsformen, mit der Abwandlung, daß Al - 17%Sn - 1,7%Pb - 0,9%Cu - 0,3%Sb (Al-Sn-Legierung), Al - 12%Pb - 5%Sn - 4%Si - 1%Cu (Al-Zn-Legierung), und Al - 3,5%Zn - 3%Si - 1%Pb - 1%Cu (Al-Zn-Legierung) für die jeweili gen Lagerschichten aus Aluminiumlegierung verwendet wurden. Diese Lager wurden den gleichen Tests unterwor fen, wie sie in Verbindung mit Tabelle 1 erläutert wor den sind. Die Ergebnisse zeigten in diesem Falle glei che Neigungen wie die Ergebnisse in Tabelle 1.
c) Es wurden noch andere Lager hergestellt, unter Anwen dung der gleichen Herstellungsbedingungen und Materi alien, wie bei den in Tabelle 1 gezeigten Ausführungs formen, mit der Abwandlung, daß die jeweiligen Mi schungsschichten eine Mischungsschicht darstellten, bestehend aus Co und Überzug sowie eine Mischungs schicht, bestehend aus Fe und Überzug. Diese Lager wur den wiederum den gleichen Tests wie in Verbindung mit Tabelle 1 erläutert, unterworfen. Die Ergebnisse zeig ten gleiche Tendenzen wie die Ergebnisse in Tabelle 1.

Abnutzung durch Reibung tritt im Falle der beschrie benen Testlager nicht leicht auf. Aus diesem Grunde wurden erste und zweite Lager in einem Motor montiert; das erste Lager war das gleiche, wie das in Tabelle 1 gezeigte Lager mit dem Sn-2%Cu-6%Sb-Überzug mit der Abwandlung, daß die rückseitige Plattierungsschicht 0,5 µm stark war; das zweite Lager war das gleiche, wie das erste Lager, mit der Ausnahme, daß die rück seitige Plattierungsschicht 0,8 µm stark war. Beide Lager, das erste und das zweite, wurden in einen 1500 cm³ 4-Zylinder-Diesel-Motor vom Inline-Typ, ver sehen mit einem Turbolader, montiert und das Auftreten oder Nichtauftreten von Abnutzung durch Abrieb visuell untersucht. Es wurde bestätigt, daß keine Abnutzung durch Abrieb beim ersten Lager oder beim zweiten Lager auftrat, jedoch wurde beim zweiten Lager bei der visu ellen Inspektion Wanderung beobachtet.

Wie oben beschrieben, wird, in Übereinstimmung mit ei nem ersten Aspekt der Erfindung ein Mehrfachschichten- Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung be reitgestellt, das eine Mischungsschicht aufweist, die aus einem Gemisch aus den Komponenten des Überzugs und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe besteht, wobei die Mischungsschicht zwischen der Gleitschicht aus Aluminiumlegierung und den Überzug angeordnet ist. Da dieses erste Mehrfach schichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegie rung hinsichtlich der maximalen Ermüdungsbelastung und der maximalen Belastung bis zum Fressen, den Mehrfach schichten-Gleit- bzw. -Schiebelagern aus Aluminiumle gierung nach dem Stand der Technik überlegen ist, ist es frei von den oben geschilderten Nachteilen des Stan des der Technik. Dementsprechend ist das erste Mehr fachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminium legierung besonders geeignet zur Verwendung in sehr schnell bzw. hochtourig laufenden Diesel-Motoren oder in einem Motor mit einem Turbolader, der unter Hoch geschwindigkeits- und Hochlast-Bedingungen betrieben wird.

Das Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung, entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine rückseitige Plattierungs schicht, zusätzlich zu dem Aufbau des oben beschrie benen Mehrschichten-Gleit- bzw. -Schiebelagers aus Alu miniumlegierung, auf. Das zweite Mehrfachschichten- Gleit- bzw. -Schiebelager aus Aluminiumlegierung ist hinsichtlich der maximalen Ermüdungslast und der maxi malen Belastung bis zum Fressen den Mehrfachschichten- Gleit- bzw. -Schiebelagern aus Aluminiumlegierung nach dem Stand der Technik überlegen und ist auch bezüglich der Abnutzung durch Abrieb verbessert. Dementsprechend ist es möglich, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu eliminieren.

Claims

1. Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Alu miniumlegierung mit einer Unterlagenschicht (5) aus Stahl, einer Lagerschicht (4) aus Aluminiumlegierung, gebunden an die Unterlagenschicht und einem Überzug (1), dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine Mischungs schicht (3) in einer Stärke von nicht mehr als 0,5 µm zwi schen der Unterlagenschicht und dem Überzug in einem Bin dungsverhältnis zu sowohl Unterlage als auch Überzug auf weist, diese Mischungsschicht aus dem Gemisch aus Überzug und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe, besteht und der Überzug aus 0 bis 15 Gew.-% Cu, 0 bis 20 Gew.-% Sb, Rest Sn und zufällige Ver unreinigungen, besteht.

2. Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Alu miniumlegierung mit einer Unterlagenschicht (5) aus Stahl, versehen auf einer Seite mit einer Rückseiten-Plattierungs schicht (6), die auf der Rückseite davon aufgebracht ist, einer Lagerschicht (4) aus Aluminiumlegierung, gebunden an die andere Seite der Unterlagenschicht und einem Überzug (1), dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine Mischungsschicht (3) in einer Stärke von nicht mehr als 0,5 µm zwischen der Unterlagenschicht und dem Überzug in einem Bindungsverhältnis zu sowohl Unterlage als auch Überzug aufweist, diese Mischungsschicht aus dem Gemisch aus Überzug und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe, besteht und der Überzug von 0 bis 15 Gew.-% Cu, 0 bis 20 Gew.-% Sb, Rest Sn und zufällige Verunreinigungen, besteht.

3. Mehrfachschichten-Gleit- bzw. -Schiebelager aus Alu miniumlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rückseiten-Plattierungsschicht (6) aus den gleichen Bestandteilen wie der Überzug besteht und ihre Stärke im Bereich von 0,1 bis 5 µm liegt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachschichten- Gleit- bzw. -Schiebelagers aus Aluminiumlegierung, das fol gende Stufen umfaßt: Bereitstellung eines halbzylindrischen oder zylindrischen Lagerteils, hergestellt aus einer Alu miniumlegierung, wobei das Lagerteil auf eine Unterlagen schicht aus Stahl gebunden ist, und elektrolytisches Auf bringen eines Überzugs auf die Innenseite des Lagerteils, wobei der Überzug aus 0 bis 15 Gew.-% Cu, 0 bis 20 Gew.-% Sb, Rest Sn und zufällige Verunreinigungen, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in einer weiteren Stufe eine Mischungsschicht in einer Stärke von nicht mehr als 5 µm zwischen dem Überzug und der Lagerschicht aus Aluminium legierung aufgebracht wird, durch eine Kombination einer stromlosen Substitutionsmethode und einer Überzug-Elektro plattierungsmethode, wobei die Mischungsschicht aus einem Gemisch der Bestandteile des Überzugs und einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Co und Fe, besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachschichten- Gleit- bzw. -Schiebelagers aus Aluminiumlegierung nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des elektrolytischen Aufbringens des Überzugs auf die Innenseite des Lagerteils weiterhin einschließt die Stufe des elektrolyti schen Aufbringens auf der Rückseite des Lagers einer Plattie rungsschicht, die eine Stärke von 0,1 bis 5 µm aufweist und aus den gleichen Bestandteilen wie der Überzug besteht.