DE4103116A1 - Gleitelement mit hochverschleissfester gleitschicht mit verbesserten gleiteigenschaften und herstellungsverfahren hierzu - Google Patents
Gleitelement mit hochverschleissfester gleitschicht mit verbesserten gleiteigenschaften und herstellungsverfahren hierzuInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gleitelement mit einer
10 µm bis 100 µm dicken Gleitschicht aus
ternärer oder binärer Legierung von Metallen mit
guten Gleiteigenschaften aus einer Gruppe von Blei,
Zinn, Antimon, Indium, Thallium, Kupfer, Cadmium,
Arsen, wobei sich die Legierungszusammensetzung der
Gleitschicht von ihrer die Gleitfläche bildenden
Oberfläche nach dem Schichtinneren ändert.
Wesentliche Anforderungen an ein modernes Gleitlager
sind hohe thermo-mechanische Belastbarkeit und gute
Gleiteigenschaften. Das erstgenannte Merkmal
verlangt einen Werkstoff hoher Wärmebeständigkeit
und Festigkeit, während für gute Gleiteigenschaften
im Bereich von Gleitgeschwindigkeiten ab ca. 15 m/s
und darüber weiche Werkstoffe einzusetzen sind.
Diese Forderungen werden insbesondere von
Mehrschichtlagern, die eine weiche Gleitschicht und
eine hochfeste Lagermetallschicht aus Bronze- oder
Aluminiumwerkstoffen haben, erfüllt. Die
Gleitschicht, die besonders gute Gleiteigenschaften
besitzt, besteht je nach Ausführung meist aus Blei
mit 8+20 Gew.-% Zinn und 2-6 Gew.-% Kupfer, wobei
vereinzelt auch bis zu 10 Gew.-% Kupfer und weitere
Metalle eingesetzt werden können. Auch andere
Gleitschichten sind bekannt, wie z.B. SnSb7- oder
PbIn6-Legierungen.
Derartige Gleitlagerlegierungen sind auch als
Weißmetall-Legierungen bekannt.
Ein solches Gleitlager, dessen Gleitschicht aus
Weißmetall-Lagerlegierung gebildet ist, wird in
DE-A-27 22 144 beschrieben. Die Gleitschicht der
dort beschriebenen Lager ist auf Bleibasis mit
10-20 Gew.-% Zinn und bis zu 10 Gew.-% Kupfer. Es
wurde festgestellt, daß sich mit höherem Kupfer- und
Zinngehalt die Dauerbelastbarkeit des Gleitlagers
erhöhen läßt.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Gleitschicht
nur schwer durch elektro-chemische Abscheidung
herstellbar ist, da hoch Sn-haltige
Elektrolytlösungen sehr instabil sind, und daß mit
einer Erhöhung der Dauerbelastbarkeit auch ein
Anstieg der Härte erfolgt, so daß ein erhöhter
Abrieb an der Welle eintreten kann. Es ist daher
wünschenswert, den Zinngehalt in einer Gleitschicht
zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Gleitelement, insbesondere Mehrschichtgleitlager zur
Verfügung zu stellen, dessen Gleitschicht einerseits
hoch verschleißfest ist und andererseits verbesserte
Gleiteigenschaften aufweisen soll. Die verbesserten
Gleiteigenschaften sollen möglichst über die gesamte
Lebensdauer der Gleitschicht vorliegen und sich vor
allem in der Einlaufzeit des Gleitlagers besonders
günstig auswirken. Außerdem soll die neue
Gleitschicht einfach und mit herkömmlichen Methoden,
wie z.B. durch elektro-chemische Abscheidung
herstellbar sein. Aufgabe der Erfindung ist auch ein
Verfahren zur Herstellung einer solchen Gleitschicht.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Gleitschicht
dadurch gelöst, daß sich die
Legierungszusammensetzung hinsichtlich eines oder
mehrerer in die ternäre oder binäre Legierung der
Gleitschicht eindiffundierbaren
Legierungsbestandteile aus weichem Metall der
Untergruppe Zinn, Antimon, Indium, Thallium,
kontinuierlich mit einem Konzentrationsgradienten
senkrecht zur Gleitfläche ändert, und zwar ausgehend
von einer dem reinen eindiffundierbaren Metall
entsprechender Maximalkonzentration exponentiell
abfallend bis zur asymptotischen Annäherung einer
vorher festgelegten Mindestkonzentration dieses
Legierungsbestandteiles in einem vorher festgelegten
Tiefenbereich innerhalb der Gleitschicht.
In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe dadurch
gelöst, daß eine auf eine Trägerschicht aufgebrachte
Schicht aus binärer oder ternärer Basislegierung von
Metallen mit guten Gleiteigenschaften aus einer
Gruppe von Blei, Zinn, Antimon, Indium, Thallium
sowie Kupfer, Cadmium, Arsen an ihrer freien
Oberfläche mit einer weiteren Schicht aus in die
Schicht aus Basislegierung eindiffundierbarem
zusätzlichen Legierungsbestandteil aus weichem
Metall der Gruppe Zinn, Antimon, Indium, Thallium
belegt wird und daß dieser zusätzliche
Legierungsbestandteil durch zeitlich gesteuerte
Temperaturbehandlung in die Schicht aus
Basislegierung zumindest teilweise eindiffuniert
wird, derart, daß die Konzentration des
eindiffundierten Legierungsbestandteiles von der
belegten Oberfläche der ersten Schicht nach ihrem
Inneren von reinem Metall der Belegungsschicht auf
eine vorher festgelegte Mindestkonzentration abnimmt
und ein Konzentrationsgradient eingestellt wird, der
von der Konzentration des reinen Belegungsmetalles
exponentiell mit asymptotischer Annäherung der
Konzentration des Belegungsmetalles in der
Basislegierung abfällt.
Als weiche Komponente kommen legierbare Stoffe zum
Einsatz, die gute Gleiteigenschaften haben, wie z.B.
Zinn, Antimon, ferner auch Blei, Indium, Thallium
etc.
Es ist bekannt, daß in modernen Gleitlagern,
insbesondere Mehrschichtlagern, die Gleitschicht,
die besonders gute Gleiteigenschaften besitzt,
vorzugsweise nur bis zu 20 µm dick sein soll, da
mit zunehmender Schichtdicke die relative dynamische
Belastbarkeit (Ermüdungsfestigkeit) der Gleitschicht
abnimmt. Eine typische Gleitschicht dieser bekannten
Art ist eine Bleilegierung mit etwa 8-12% Zinn und
2-6% Kupfer. Die Mikrohärte einer solchen Schicht
von HV 12-20 (bei 20°C) ist extrem weich, infolge
der geringen Schichtdicke vermag die Gleitschicht
jedoch sehr hohe spezifische Wechsellasten
aufzunehmen.
Erfindungsgemäß erhält nun eine Gleitschicht einen
zur wirksamen Oberfläche der Gleitschicht hin
zunehmenden Konzentrationsgradienten einer weichen
Komponente, die die gute Gleiteigenschaft hat, in
obigem Fall Zinn. Der Konzentrationsgradient kann so
gewählt sein, daß der Zinngehalt über die gesamte
Schichtdicke von normalerweise 10 bis 25 µm zur
wirksamen Oberfläche (Gleitfläche) hin
kontinuierlich zunimmt und dabei im Mittel der
gesamten Schicht ca. 12-16 Gew.-% beträgt. Durch
diesen Konzentrationsgradienten wird erreicht, daß
die Gleitschicht an der Gleitfläche eine geringere
Mikrohärte, dafür aber noch bessere
Gleiteigenschaften aufweist, so daß die
Lagereigenschaften gegenüber einer Gleitschicht ohne
Konzentrationsgradient nochmals verbessert sind,
ohne dabei eine zu niedrige Ermüdungsfestigkeit zu
erhalten. Dies wird dadurch erreicht, daß der extrem
weiche Schichtdickenbereich der Gleitschicht
besonders dünn ist.
Auch insgesamt dickere Gleitschichten mit
Konzentrationsgradienten sind möglich. Je nach Dicke
der Gleitschicht braucht der Konzentrationsgradient
nicht durch die ganze Schicht zu gehen. Wesentlich
bei Gleitlageranwendungen ist nur, daß die weiche
Gleitschicht verhältnismäßig dünn ist.
Es hat sich gezeigt, daß das Einlaufverhalten von
Motoren durch den Konzentrationsgradienten der
weichen Komponente in der Gleitschicht verbessert
wird. Außerdem hat es sich als besonders günstig
erwiesen, daß der erfindungsgemäße
Konzentrationsgradient der die Gleiteigenschaften
bestimmenden weichen Komponente noch wärend der
Einlaufphase des Lagers sich günstig auswirkt, so
daß hier an der Gleitfläche der Gleitschicht eine
höhere Konzentration der gut gleitenden Komponente
vorliegt. Von Vorteil ist hierbei, daß der
Diffussionsvorgang unter der Betriebstemperatur in
der Einlaufphase fortschreitet und dabei die Region
erhöhter Konzentration der die Gleiteigenschaften
bestimmenden weichen Komponente in die gesamte
Gleitschicht eindiffundiert. Die weiche Komponente
wandert somit vor der Verschleißfront in die
Gleitschicht und bildet hierdurch eine besonders
gute Gleitfläche.
Diesen Vorteil weisen bekannte Gleitschichten, die
mit einem dünnen Zinnflash ausgerüstet sind, nicht
auf. Dieser bekannte Zinnflash, der eine nur wenige
µm dicke Schutzschicht auf Gleitlagern ist, dient
bei den bekannten Gleitlagern als Oberflächenschutz
gegen Oxidation und verbessert das optische Aussehen
der Gleitfläche. Der Zinnflash wird bei der ersten
Inbetriebnahme der Gleitlager von der Welle
abgetragen, da er zu weich ist. Eine gewisse
Verbesserung des Einlaufsverhaltens kann durch den
Zinnflash erreicht werden, die eigentliche
Einlaufschicht ist jedoch die unter dem Zinnflash
liegende Gleitschicht, meist eine Ternärschicht
(Legierung aus 3 Metallen), die die geometrische
Anpassung der Reibpartner ermöglicht. Der Vorteil,
daß praktisch über die gesamte Laufzeit des
Gleitlagers eine deutlich erhöhte Konzentration der
weichen Komkonente in der Gleitschicht vorliegt,
kann mit einem Zinnflash nicht erreicht werden, da
er bei der Inbetriebnahme des Gleitlagers abgerieben
wird.
Die erfindungsgemäße Gleitschicht kann so
ausgebildet sein, daß die auf die Basis-Legierung
aufgebrachte weiche Komponente, bevorzugt Zinn,
nicht vollständig eindiffundiert ist, so daß auch
hier ein Zinnflash (mit den gleichen Eigenschaften
wie oben beschrieben) auf der Oberfäche der
Gleitschicht zurückbleibt. Vorzugsweise soll die auf
die Basis-Legierung aufgebrachte weiche Komponente
vollständig eindiffundieren, hier kann jedoch auch
nachträglich (nach der Thermodiffussion) noch ein
Zinnflash aufgetragen werden.
Als Gleitschicht werden bevorzugt
Blei-Zinn-Kupfer-Legierungen eingesetzt, die zur
wirksamen Oberfläche der Gleitschicht hin eine
ansteigende Zinn-Konzentration aufweisen. Auch
Blei-Indium-Legierungen sind möglich, in denen die
Indium-Konzentration zur Gleitfläche hin ansteigt.
Diese Legierungen haben schon ohne den
Konzentrationsgradienten der weichen Komponente gute
Lagereigenschaften und lassen sich, insbesondere die
Blei-Zinn-Kupfer-Legierung, auf bekannte Weise auf
galvanischem Wege herstellen.
Die Anwendung der Erfindung ist bei
Zweischichtlagern, z.B. mit einer PbIn-Gleitschicht,
denkbar, besonders günstig ist aber der Einsatz in
Mehrschichtgleitlagern, wobei dann die Gleitschicht
getrennt durch eine Zwischenschicht über einer
Lagermetallschicht aufgebracht ist, die auf einer
Stützschale liegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein
Mehrschichtgleitlager auf einer Stahlstützschale,
die eine Dicke von 1 bis über 10 mm aufweisen kann.
Das Mehrschichtgleitlager weist in diesem Fall
bevorzugt eine Lagermetallschicht aus Bleibronze auf
Kupferbasis auf, die auf der Stützschale liegt und
22 Gew.-% Blei und 1,5 Gew.-% Zinn enthält. Über der
Lagermetallschicht liegt eine Zwischenschicht, die
bevorzugt aus Nickel ist, auf der wiederum die
Gleitschicht aufgebracht ist, die eine Bleilegierung
mit einem Zinngradienten bei einer mittleren
Zinnkonzentration von 8-20 Gew.-%, vorzugsweise
12-16 Gew.-% und einem mittleren Kupfergehalt von
ca. 2-6 Gew.-% hat. Die Zwischenschicht hat eine
Dicke von 1-3 m und dient als dichter Untergrund
(Damm) für die Gleitschicht, damit das Zinn nicht
aus der Gleitschicht in die Lagermetallschicht
wandern kann. Üblicherweise hat die
Lagermetallschicht eine Dicke von 0,2-0,5 mm und die
Gleitschicht eine Dicke von 10-25 µm.
Als Zwischenschicht können auch andere Dämme, wie
z.B. CuSn-Schichten (z.B. CuSn40), verwendet werden.
Als Lagermetallschicht kommen auch andere
Lagerlegierungen in Frage, z.B. AlSn-Legierungen wie
AlSn20.
Die erfindungsgemäße Gleitschicht ist am einfachsten
erhältlich durch elektro-chemisches Abscheiden
zweier verschiedener Metallschichten, wobei zuerst
eine Basis-Gleitschicht und darüber eine weitere
Schicht aus der weichen Komponente abgeschieden
wird. Anschließend läßt man die weitere Schicht aus
der weichen Komponente durch eine
Temperaturbehandlung (Thermodiffussion) zumindest
teilweise, vorzugsweise jedoch überwiegend oder
ganz, in die Basis-Gleitschicht eindiffundieren, so
daß man die Gleitschicht mit dem erfindungsgemäßen
Konzentrationsgradienten der weichen Komponente
erhält, der von der wirksamen Seite zur
gegenüberliegenden Seite hin abfällt.
Wichtig ist, daß die Basis-Gleitschicht und die
weitere Schicht aus der weichen Komponente in
möglichst gleichmäßiger Dicke aufgebracht werden,
und daß die resultierende weiche Gleitschicht
möglichst dünn ist, damit deren relative dynamische
Belastung verhältnismäßig groß ist (vergleiche
Fig. 3).
Es hat sich herausgestellt, daß mit dem Verfahren
besonders einfach hoch-bleihaltige
Blei-Kupfer-Zinn-Legierungen für Gleitlagerzwecke
mit 8-40 Gew.-% Zinn und 2-12 Gew.-% Kupfer
herstellbar sind, wobei man eine Basis-Gleitschicht,
die die gewünschte Menge an Blei und Kupfer enthält,
elektro-chemisch mit gegebenenfalls einem niedrigen
Zinngehalt abscheidet, darauf eine Zinnschicht
abscheidet und diese durch Thermodiffussion in die
Basis-Gleitschicht eindiffundiert, so daß der
Zinngehalt in der Basis-Gleitschicht entsprechend
erhöht und der Blei- und Kupfergehalt relativ
erniedrigt wird. Die Basis-Gleitschicht hat
vorzugsweise einen Zinngehalt von 8-12 Gew.-% bei
einem Cu-Gehalt von 2-6 Gew.-%. Bei dem angegebenen
Kupfergehalt lassen sich entsprechende
Gleitschichten mit mehr als 12 Gew.-% Zinn auf rein
galvanischem Wege nur schwer herstellen, da die
entsprechenden galvanischen Lösungen nicht stabil
sind.
Das Verfahren wird günstigerweise so durchgeführt,
daß die Basis-Gleitschicht in einer Dicke von
10-25 µm und die Zinnschicht in einer Dicke von
1-5 µm abgeschieden wird.
Prinzipiell können die erfindungsgemäßen
Gleitschichten am günstigsten in
Mehrschichtgleitlagern eingesetzt werden, wobei dann
eine weitere Lagermetallschicht vorgesehen ist, die
meist aus Bleibronze besteht. Solche
Dreischichtlager haben eine hohe Betriebssicherheit
und gute Notlaufeigenschaften, da einerseits die
Gleitschicht Fremdkörper einbetten kann und bei
einem Abtrag der Gleitschicht die darunter
befindliche Bleibronze noch eine ausreichende
Gleitwirkung gewährleisten kann. Statt der
Bleibronze kann auch eine Aluminium-Lagerschicht
verwendet werden, die als Gleitkomponente z.B.
eingebettetes Zinn enthält.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
Lagerhälfte mit einem teilweisen Aufriß der
einzelnen Schichten;
Fig. 2 eine Darstellung eines Schliffbildes im
Schnitt II-II gemäß
Fig. 1 durch eine Gleitschicht mit einem
Konzentrationsgradienten einer weichen
Komponente;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Einflusses
der Schichtdicke auf die
Ermüdungsfestigkeit von Gleitschichten.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines
Mehrschichtgleitlagers 1 mit einer erfindungsgemäßen
Gleitschicht 2 dargestellt. Die Gleitschicht 2 ist
über eine Zwischenschicht 3, die ein Nickeldamm ist,
auf einer Lagermetallschicht 4 aus Bleibronze
aufgebracht, die auf eine Stahlstützschale 5
gegossen wurde. Statt der Bleibronzeschicht kann
auch eine Aluminiumlagerschicht und statt des
Nickeldamms auch ein Kupfer-Zinn-Damm eingesetzt
werden.
Die einzelnen Schichten haben folgende Dicke, wobei
in Klammern die Dickenbereiche für weitere günstige
Ausgestaltungsformen angegeben sind:
Stahlstützschale 4 mm (1 bis über 10 mm)
Lagermetallschicht 0,3 mm (0,2-0,5 mm)
Zwischenschicht 2 µm (1-3 µm)
Gleitschicht 17 µm (10-25 µm).
Lagermetallschicht 0,3 mm (0,2-0,5 mm)
Zwischenschicht 2 µm (1-3 µm)
Gleitschicht 17 µm (10-25 µm).
Die Lagermetallschicht 4 ist vorzugsweise eine
CuPb22Sn1,5 Legierung, die nach herkömmlichen
Methoden auf ein Stahlband oder Stahlrohr
aufgegossen wurde.
Die Zwischenschicht 3 und die Basis-Gleitschicht
sowie auch die reine Zinnschicht können direkt auf
die Lagermetallschicht 4 aufgebracht werden, oder
vorzugsweise auf einen Lagerschalenrohling, der aus
dem Stahlband oder Stahlrohr gefertigt wird und
damit eine für das Aufbringen der folgenden
Schichten geeignetere und glattere Oberfläche hat.
Die Gleitschicht 2 wird wie folgt hergestellt:
Auf der Zwischenschicht 3 wird auf galvanischem Wege
eine zinnarme ternäre Gleitschicht
(Basis-Gleitschicht) aus PbSn12Cu6 in einer Dicke
von ca. 16 µm (vorteilhafterweise in einer Dicke
zwischen 10-20 µm) aufgebracht. Auf diese ternäre
Gleitschicht wird ebenfalls auf galvanischem Wege
eine 1 µm (0,5-5 µm) dicke Rein-Zinnschicht
aufgebracht und durch eine sich daran anschließende
Thermodiffussion in die zinnärmere ternäre
Basis-Gleitschicht eingebracht. Die Thermodiffussion
findet bei Temperaturen zwischen 100 und 150°C und
bei einer Diffussionszeit von 10 min bis 4 h statt.
Die resultierende Gleitschicht 2 hat eine
durchschnittliche Zusammensetzung PbSn17Cu5,5.
Hierdurch wird eine Zinnanreicherung der
Basis-Gleitschicht erreicht, wobei die
Zinnanreicherung an der Außenseite der Gleitschicht
2, die später mit einer Welle oder einem
entsprechenden anderen Gegenstand in Gleitbeziehung
kommt, bei niedriger Diffussionstemperatur und
kurzen Diffussionszeiten am größten ist und in einem
Konzentrationsgradienten in Richtung auf die
Zwischenschichtseite der Gleitschicht 2 abfällt.
Vorzugsweise haben die auf diese Weise erzeugten
zinnreichen ternären Laufschichten (Gleitschichten
2) eine Zusammensetzung von 4-6% Kupfer, 12-17% Zinn
und Rest Blei.
In der Gleitschicht 2 (ternären Laufschicht) des
Mehrschichtslagers 1 hat sich das eindiffundierte
Zinn vorzugsweise derart verteilt, daß an der
späteren Lauffläche ein höherer Zinngehalt
vorzufinden ist, der zur Zwischenschicht 3 hin
abnimmt. Diese Verteilung des Zinns mit einer
Anreicherung an der Oberfläche des Gleitlagers führt
insbesondere beim Einlaufen zu besonders günstigen
Verhältnisssen.
Fig. 2 zeigt die Darstellung einer REM-Aufnahme
(Röntgen-Elektronen-Mikroskop) einer - wie oben
beschrieben dargestellten - Gleitschicht 2 des
Mehrschichtgleitlagers 1, wobei in das Bild die
Zinnkonzentration 6 eingeblendet ist, aus der der
gemittelte Zinn-Konzentrationsgradient 7 in der
Gleitschicht 2 ersichtlich ist.
Das Diagramm in Fig. 3 zeigt, warum in der
erfindungsgemäßen Gleitschicht 2 der Bereich mit
einem hohen Zinnanteil, der entsprechend auch
besonders weich ist, sehr dünn sein soll. Je dünner
die Gleitschicht ist, desto größer ist die relative
dynamische Belastbarkeit, die sie aufnehmen kann.
Beträgt z.B. die relative Dicke der Gleitschicht nur
ein Hundertstel der Dicke einer entsprechenden
Gleitschicht, bei der bei einer
Schichtdickenvergrößerung keine Änderung der
relativen dynamischen Belastbarkeit mehr
feststellbar ist, so ist die relative dynamische
Belastbarkeit (Ermüdungsfestigkeit) der dünnen
Schicht dreifach höher als die der entsprechenden
dickeren Schicht. Da diese Steigerung der relativen
dynamischen Belastbarkeit von verschiedenen
Faktoren, wie z.B. Legierungszusammensetzung,
abhängig ist, empfielt es sich, die optimale Dicke
der erfindungsgemäßen Gleitschicht und den optimalen
Konzentrationsgradientenverlauf zum Einsatz als
Gleitschicht in Versuchsreihen zu ermitteln. Obige
Werte zeigten deutliche Verbesserungen im Verschleiß
gegenüber dem Stand der Technik und können als
Richtwerte oder Ausgangspunkt dienen.
Wie oben schon beschrieben, wurde in
Prüfstandversuchen festgestellt, daß die
erfindungsgemäßen Gleitschichten, die nach einem
neuen Verfahren herstellbar und vorteilhaft aus
einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung sind, vorteilhaft
als Gleitlagerwerkstoffe in Verbrennungsmotoren
eingesetzt werden können, wobei sie sich als sehr
verschleißfest erwiesen. Diese neuen
Gleitlagerwerkstoffe sind geeignet für
Verbrennungsmotoren wie Saugmotoren, Einspritzer,
Dieselmotoren und Turbo-Varianten. Die
erfindungsgemäße Metallgleitschicht kann mit Vorteil
auch mit Sphärogußwellen eingesetzt werden. Die
Besonderheit dieses Werkstoffes besteht darin, daß
in der ternären Gleitschicht an der Gleitfläche ein
besonders hoher Zinngehalt eingebracht ist, der für
die guten Gleiteigenschaften dieses Werkstoffes
verantwortlich ist. Wie oben beschrieben, können
auch andere Varianten des Ausführungsbeispiels
erfolgreich verwendet werden.
Claims (16)
1. Gleitelement mit einer 10 µm bis 100 µm
dicken Gleitschicht aus ternärer oder binärer
Legierung von Metallen mit guten
Gleiteigenschaften aus einer Gruppe von Blei,
Zinn, Antimon, Indium, Thallium sowie Kupfer,
Cadmium, Arsen, wobei sich die
Legierungszusammensetzung der Gleitschicht von
ihrer die Gleitfläche bildenden Oberfläche nach
dem Schichtinneren ändert,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Legierungszusammensetzung hinsichtlich eines
oder mehrer in die ternäre oder binäre Legierung
der Gleitschicht (2) eindiffundierbaren
Legierungsbestandteile aus weichem Metall der
Untergruppe Zinn, Antimon, Indium, Thallium
kontinuierlich mit einem
Konzentrationsgradienten senkrecht zur
Gleitfläche (6) ändert, und zwar ausgehend von
einer dem reinen eindiffundierbarem Metall
entsprechenden Maximalkonzentration im Bereich
der Gleitfläche (6) exponentiell abfallend bis
zur asymptotischen Annäherung an eine vorher
festgelegte Mindestkonzentration dieses
Legierungsbestandteiles in einem vorher
festgelegten Tiefenbereich innerhalb der
Gleitschicht (2).
2. Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (2) aus
einer Basislegierung aufgebaut ist, die den
eindiffundierbaren Legierungsbestandteil bereits
in der Mindestkonzentration enthält und die
darüber erhöhte Konzentration durch
Eindiffundieren des eindiffundierbaren
Legierungsbestandteiles von der die Gleitfläche
(6) bildenden Oberfläche der Gleitschicht (2)
her eingestellt ist.
3. Gleitelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Basislegierung der
Gleitschicht (2) eine Blei-Zinn-Kupfer-Legierung
mit einem Kupfergehalt zwischen 2 Gew.-% und
10 Gew.-% und einem Zinngehalt zwischen
12 Gew.-% und 15 Gew.-%, Rest Blei ist, wobei
der eindiffundierbare zusätzliche
Legierungsbestandteil Zinn ist, dessen
Konzentration von reinem Zinn an der freien
Oberfläche der Gleitschicht (2) mit dem
Konzentrationsgradienten auf die Tiefe der
Gleitschicht bis auf den Zinngehalt der
Basislegierung im inneren Bereich,
beispielsweise in der unteren Hälfte der
Gleitschicht (2) abnimmt.
4. Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (2)
mit einer Dicke von 30 µm bis 100 µm auf
einer beispielsweise aus Stahl bestehenden
Stützschale (5) aufgebracht ist.
5. Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (2)
über eine Diffusionssperrschicht (3) auf einer
Lagermetallschicht (4) angebracht ist, die
selbst von einer Stützschale (5) getragen ist.
6. Gleitelement nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützschale (5) eine
Stahlstützschale ist, die Lagermetallschicht auf
Kupferbasis mit 22 Gew.-% Blei und 1,5 Gew.-%
Zinn, Rest Kupfer, die als Diffusionssperre
dienende Zwischenschicht (4) aus Nickel oder aus
Kupfer/Zinn besteht und die Gleitschicht eine
Bleilegierung ist, die einen Gradienten der
Zinnkonzentration aufweist bei mittlerer
Zinnkonzentration von 12 Gew.-% bis 17 Gew.-%
und einem Kupfergehalt von 2 Gew.-% bis 6 Gew.-%.
7. Gleitelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stahlstützschale (5)
eine Dicke von 1 mm bis über 10 mm, die
Lagermetallschicht von 0,2 mm bis 0,5 mm, die
Zwischenschicht eine Dicke von 1 µm bis
3 µm und die Gleitschicht eine Dicke von
10 µm bis 25 µm hat.
8. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelementes
nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß eine auf eine Trägerschicht
aufgebrachte Schicht aus binärer oder ternärer
Basislegierung von Metallen mit guten
Gleiteigenschaften aus einer Gruppe von Blei,
Zinn, Antimon, Indium, Thallium sowie Kupfer,
Cadmium, Arsen, an ihrer freien Oberflache mit
einer weiteren Schicht aus in die Schicht aus
Basislegierung eindiffundierbarem zusätzlichem
Legierungsbestandteil aus weichem Metall der
Gruppe Zinn, Antimon, Indium, Thallium belegt
wird und daß dieser zusätzliche
Legierungsbestandteil durch zeitlich gesteuerte
Temperaturbehandlung in die Schicht aus
Basislegierung zumindest teilweise
eindiffundiert wird, derart, daß die
Konzentration des eindiffundierten
Legierungsbestandteiles von der belegten
Oberfläche der ersten Schicht nach ihrem Inneren
von reinem Metall der Belegungsschicht auf eine
vorher festgelegte Mindestkonzentration abnimmt
und ein Konzentrationsgradient eingestellt wird,
der von der Konzentration des reinen
Belegungsmetalles expotentiell mit
asymptotischer Annäherung an die Konzentration
des Belegungsmetalles in der Basislegierung
abfällt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Basislegierung der
Gleitschicht auf einer Zwischenschicht, die
gegenüber der weichen Komponente als
Diffussionssperrschicht wirkt, über eine
Lagermetallschicht aufbringt, die man zuvor auf
einer Stützschale aufgegossen hat.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß man als Basis-Legierung für
die Gleitschicht PbSn8-12Cu2-6 einsetzt und in
die Schicht aus dieser Basislegierung Zinn
eindiffundieren läßt, bis der durchschnittliche
Zinngehalt in der Gleitschicht 12 Gew.-% bis
17 Gew.-% beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus
Basis-Legierung in einer Dicke von 10 µm bis
20 µm aufbringt und darauf eine weitere
Schicht aus der weichen Komponente in einer
Dicke von 1 µm bis 5 µm und daß man durch
Thermodiffusion die aufgebrachte weitere Schicht
in die Schicht aus Basislegierung
eindiffundiert.
12. Verfahren nach einem der Anspruche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Schicht aus
Basis-Legierung und die weitere Schicht
elektro-chemisch aufbringt.
13. Verfahren zur Herstellung einer hochbleihaltigen
Blei-Kupfer-Zinn-Gleitschicht mit 8 Gew.-% bis
40 Gew.-% Zinn und 2 Gew.-% bis 12 Gew.-%
Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß man eine
Schicht aus Blei und Kupfer enthaltender
Basis-Legierung elektro-chemisch abscheidet,
darauf eine Zinnschicht abscheidet und diese
durch Thermodiffusion in die Basis-Gleitschicht
eindiffundiert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus Blei,
Kupfer und Zinn enthaltender Basis-Legierung mit
einem Zinngehalt der niedriger als der
gewünschte Zinngehalt der resultierenden
Gleitschicht ist, abscheidet, darauf eine
Zinnschicht abscheidet und diese durch
Thermodiffussion in die Basis-Gleitschicht
eindiffundiert, so daß der Zinngehalt in der
Gleitschicht über denjenigen der Basis-Legierung
erhöht und der Blei- und Kupfergehalt erniedrigt
wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus
Basis-Legierung in einer Dicke von 10 µm bis
20 µm und die Zinnschicht in einer Dicke von
1 µm bis 5 µm abgeschieden werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus
Basis-Legierung mit 10 Gew.-% bis 12 Gew.-% Zinn
und 2 Gew.-% bis 6 Gew.-% Kupfer abscheidet.
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