DE4142454C2

DE4142454C2 - Verbund-Gleitelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4142454C2
Application number: DE4142454A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tanaka; Masaaki Sakamoto; Hideyuki Kidokoro
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: JPH04300073A; KR920012494A; DE4142454A1; GB9126713D0; JPH0771744B2; KR940005229B1; GB2251661B; GB2251661A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Gleitelements bzw. eines zusammengesetzten Gleitelements, das auf allen technischen Gebieten verwen det werden kann. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Gleitelements, das aus einer Stahlunterlage bzw. einem Stützstahl und einer qualitativ hochwertigen Auskleidung aus einer Kup fer-Blei-Legierung oder Blei-Bronze-Legierung besteht. Die Auskleidung kann leicht und wirtschaftlich auf der Stahlunterlage durch ein Plasmabogen-Aufschweißverfahren gebildet werden.

Herkömmliche Verbund-Gleitelemente mit einer Schicht aus einer Kupfer-Blei-Legierung oder Blei-Bronze-Legierung wer den gewöhnlich durch Schmelzen und Gießen der genannten Legierungen hergestellt. Die herkömmlichen Methoden erfor dern eine Anzahl von Prozeßstufen mit Einschluß des Gie ßens, und sie sind daher kostspielig.

Alternativ kann nach anderen Verfahren eine Schicht aus einer Kupferlegierung auf einer Stahlunterlage durch Plat tieren nach dem Metallsprühverfahren oder den verschiedenen Arten des Aufschweißens bzw. Auftragsschweißens (TIG-Schweißen, Bogenschweißen, Gasschweißen etc.) gebildet werden. Diese Verfahren sind aber nur auf die Herstellung von Legierungen, die kein Blei enthalten, wie Aluminium-Bronze, Phosphor-Bronze und Messing, ausgenommen Blei enthaltende Legierungen, die überlegenere Reibungseigen schaften haben, angewendet worden. Die Gründe, warum die Metallsprüh- und Auftragsmethoden bei Blei enthaltenden Legierungen nicht angewendet werden, sind darin zu suchen, daß während des Metallsprühprozesses oder des Schweißpro zesses eine schädliche Verdampfung des Bleis erfolgt, daß die Ausbeute an Blei niedrig ist und daß das Blei in der Legierung in extremer Weise segregiert. Somit wird das Plattieren durch Aufsprühen von Metallen oder durch Auf tragsschweißung nur mit bleifreien Kupferlegierungen, wie Aluminium-Bronze, Phosphor-Bronze und Messing, durchgeführt.

Bei der Herstellung von Verbund-Gleitelementen durch ein Gießverfahren sind gefährliche und schwere Arbeiten bei hoher Temperatur erforderlich. Wegen der hohen Schmelztem peratur der Kupfer-Blei-Legierung und der Blei-Bronze-Legierung, die oberhalb 1000°C liegt, werden daher gefähr liche Bleidämpfe erzeugt, so daß die Arbeitsumgebung in schwerer Weise beeinträchtigt wird. Weiterhin ist die Kon trolle der Gießbedingungen schwierig und erfordert die Er fahrung von geschickten Arbeitern.

Ausgenommen Produkte mit einer Auskleidung auf einer Innen oberfläche einer Metallunterlage durch ein Schleuder-Guß verfahren, ist es bei Anwendung des Dauerform-Gußverfahrens notwendig, einen Stöpsel (oder einen Überlauf) für das ge schmolzene Metall auf einer Druckseite oder für die Aus kleidung der Außenoberfläche der Metallunterlage vorzuse hen, um zu verhindern, daß geschmolzenes Metall von der Metallunterlage ausfließt. Somit sind die Vorbereitungen für den Gußvorgang teuer.

Um normale Gußkörper ohne Lunker durch Gießen herzustellen, ist ein Steigrohr notwendig, dessen Höhe mehrmals so groß ist wie die Dicke der Produktauskleidung. Dies führt zu Verringerungen der Ausbeute und zu einer Erhöhung der Pro duktionskosten.

Im Falle des Gießens auf eine Oberfläche eines Gehäuses mit komplizierter Form kann es aufgrund eines ungleichmäßigen Abkühlens zu einer ungleichmäßigen Struktur und zu einer Segregierung der gegossenen Legierung oder zu einer schlechten Haftung an dem Gehäuse kommen.

Bei dem Gießprozeß muß selbst im Falle, daß eine Ausklei dung nur auf einem kleinen Teil des Produkts erforderlich ist, eine Metallunterlage in der Gesamtheit des Teils mit einer Auskleidung vorgesehen werden, und sodann muß der meistens unnötige Teil derselben abgeschnitten werden, was zu einer unwirtschaftlichen niedrigen Ausbeute führt.

Andererseits ist die Herstellung von Verbund-Gleitelementen durch Aufsprühen von Metall oder durch Schweißen von den Hochtemperaturarbeiten des Gießens frei. Letzteres ist ein relativ einfaches Verfahren zum Plattieren durch Auftrags schweißen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt. Jedoch sind das Metallsprüh- oder das Auftragsschweißungsverfahren von bleihaltigen Legierungen mit besseren Reibungseigenschaften wegen des Verdampfens des Bleis beim Metallsprühen oder Schweißen sehr gefährlich. Bei diesen Verfahren ist weiter hin die Ausbeute an Blei so niedrig, daß die angestrebten Zusammensetzungen nicht erhalten werden können und daß keine gleichförmigen und feinen Strukturen aufgrund einer erheblichen Bleisegregierung gebildet werden können. Somit können durch diese Verfahren die Eigenschaften von Verbund-Gleitelementen, die eine hohe Geschwindigkeit und eine grö ßere spezifische Last haben sollen, nicht verbessert wer den.

Dr.rer.nat. Ulrich Engel: Schäden an Gleitlagern in Kol benmaschinen. Ingenieurbericht Nr. 8/87: Glyco-Metall-Werke, Daelen & Hofmann KG, Wiesbaden-Schierstein, vgl. insbesondere Bilder 4 und 33 sowie den zugehörigen Text auf Seite 4, linke Spalte, Absatz 1, Zeilen 1 bis 5 und Seite 12, rechte Spalte, Abs. 1, Zeilen 3 bis 5 be schreibt ein Verbund-Gleitelement, das eine Metallunter lage und eine an die Unterlage gebundene Gleitschicht aufweist, die aus einer 10 Gew.-% Blei enthaltenden Kup ferlegierung besteht, in der das Blei (in Bild 4 die dun klen Bereiche im Blei-Zinnbronzeaufguß) als sehr feine, gleichförmig in der Kupfer-Zinnmatrix (in Bild 4 die hel leren Bereiche im Blei-Zinnbronzeaufguß) verteilte Teil chen vorhanden ist. In dieser Druckschrift findet sich jedoch kein Hinweis darauf, die Herstellung der pulver förmigen Kupferlegierung, die 5 bis 40 Gew.-% Blei ent hält, mittels eines Zerstäubungsverfahrens durchzuführen.

Aus der US 4 471 034, vgl. insbesondere Fig. 1 bis 3 sowie den zugehörigen Text, ist bereits die Anwendung des unter inerter Atmosphäre durchgeführten Plasmabogen-Auf tragsschweißens zum Aufbringen einer dünnen Legierungs schicht auf ein Stahlteil bekannt, wobei es sich bei dem aufzubringenden Beschichtungsmaterial um ein vorlegiertes Metallpulver handelt. Auf die Lösung der bei Verbund-Gleitelementen der angemeldeten Art auftretenden speziel len Probleme, wie sie voranstehend dargelegt wurden, fin den sich in dieser Druckschrift jedoch keine Hinweise.

Die DE 32 42 543 betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff mit einer auf einer Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht, die aus mindestens zwei verschiedenen Stoffen aufgebaut ist, wobei die Funktions schicht durch Plasmaspritzen eines pulverförmigen Gemi sches der die Funktionsschicht bildenden Stoffe oder eines die Funktionsschicht bildenden Stoffe enthaltenden, beispielsweise drahtförmigen Verbundmaterials aufgebracht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Aufbringen der Funktionsschicht durch zeitliche Aufeinanderfolge mehrerer Plasma-Spritzgänge mit unterschiedlicher Zusam mensetzung des pulverförmigen Gemisches der die Funkti onsschicht bildenden Stoffe bzw. des die Funktionsschicht bildenden Stoffe enthaltenden Verbundmaterials ausgeführt wird. In diesem Dokument findet sich jedoch kein Hinweis darauf, daß durch Anwendung des Plasmabogen-Auftrags schweißverfahrens unter Einsatz von durch ein Zerstäu bungsverfahren hergestellten Kupferlegierungen, die 5 bis 40 Gew.-% Blei enthalten, eine erhebliche Verbesserung der Beständigkeit gegenüber fressendem Verschleiß erhal ten werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mindestens einen Teil der oben beschriebenen Probleme zu überwinden und ein Verbund-Gleitelement mit einer Gleitschicht, die aus einer bleihaltigen Kupferlegierung besteht, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch
eine Stufe der durch ein Zerstäubungsverfahren erfol genden Herstellung einer pulverförmigen Kupferlegierung, die 5 bis 40 Gew.-% Blei enthält, welches gleichförmig und fein in der Kupferlegierungsmatrix der einzelnen Teilchen der pulverförmigen Kupferlegierung verteilt ist, und Her stellung einer Metallunterlage und
eine Stufe der thermischen Bindung der pulverförmigen Kupferlegierung an die Metallunterlage in einer nichtoxi dierenden Atmosphäre durch Plasmabogen-Auftragsschweißung, um eine Gleitschicht mit einer Struktur herzustellen, bei der die Bleiteilchen in der Kupferlegierungsmatrix fein und gleichförmig verteilt sind, und 80% oder mehr der ge samten Bleiteilchen in der Gleitkontaktschicht einen Durchmesser von 50 µm oder weniger haben.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Ver bund-Gleitelements des Beispiels 1,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Ver bund-Gleitelements des Beispiels 2,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Ver bund-Gleitelements des Beispiels 3,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Ver bund-Gleitelements des Beispiels 4,

Fig. 5 einen teilweise im Querschnitt gezeigten Aufriß entlang der Linie A-A in Fig. 4 des Verbund-Gleit elements,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht der erfindungs gemäß verwendeten Plasmabogen-Schweißvorrichtung im Be trieb,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Teilchens des erfindungsgemäß verwendeten zerstäubten Pulvers und

Fig. 8 eine Mikrophotographie der Struktur der Gleitschicht des Verbund-Gleitmaterials bei einer 100fachen Vergrößerung.

Es wurde die Eignung des Plasmabogen-Auftragsschweißungs verfahrens zur Lösung der Probleme des Gießverfahrens und des Metallsprühverfahrens untersucht. Bei diesem Verfahren wird zwischen einem Brenner und einer Metallunterlage eine Spannung angelegt. Danach wird Argongas einströmen gelas sen, um einen Plasmabogen bei hoher Temperatur zu erzeugen. In diesen wird eine pulverförmige Lagerlegierung oder ein Draht eingeführt und auf die Oberfläche der Metallunterlage aufgeschmolzen, so daß auf der Metallunterlage bzw. dem Stützmetall eine Schicht aus einer Lagerlegierung gebildet wird. Ähnliche Plattierungsverfahren durch Auftragsschwei ßung sind das TIG-Schweißen, das Bogenschweißen, das Gas schweißen und dergleichen. Bei solchen Schweißverfahren wird jedoch das Eisen der Metallunterlage in der Lagerle gierung aufgelöst und beeinträchtigt die Lagerlegierung. Im Falle des Plattierens durch Auftragsschweißung eines nie derschmelzenden Metalls, wie einer Lagerlegierung, wird die Auflösung des Eisens in der Lagerlegierung dadurch verhin dert, daß bei dem Plasmabogen-Auftragsschweißen ein weiches Plasma verwendet wird. Bei dieser Methode wird die Oxida tion des geschmolzenen Metalls durch ein Schutzgas, wie Argon, verhindert, wodurch ein normales Plattieren durch Auftragsschweißung bewirkt wird.

Jedoch selbst beim Plasmabogen-Plattieren durch Auftrags schweißung verdampft das Blei leicht, wenn ein Gemisch aus pulverförmiger Kupferlegierung und pulverförmiger Bleile gierung als pulverförmiges Ausgangsmaterial verwendet wird. Es wurde nun gefunden, daß diese Bleiverdampfung dadurch unterdrückt werden kann, daß man ein Pulver verwendet, bei dem jedes Bleiteilchen in der Kupferlegierung gleichförmig und fein verteilt ist. Auf diese Weise wird eine Gleit schicht mit gleichförmiger Verteilung des Bleis erzeugt.

Nachstehend werden die Wirkungen der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erläutert.

Bei dem erfindungsgemäß angewendeten Plasmabogen-Plattieren durch Auftragsschweißung kann ein automatisch gesteuerter oder ferngesteuerter Betrieb realisiert werden, wodurch die Arbeiter von schweren Arbeiten bei hoher Temperatur und unter schädlichen Bedingungen, wie in der Gießerei, freige stellt sind. Wenn die Plattierungsbedingungen durch Auf tragsschweißung einmal vorgewählt worden sind, dann wird das Plattieren durch Auftragsschweißen automatisch durchge führt, und ein qualitativ hochwertiges Produkt wird in sta biler Weise erzeugt, ohne daß die Erfahrung von Facharbei tern erforderlich ist. Bei dem Plasmabogen-Schweißen be steht keine Notwendigkeit, einen Überlauf auf die Metallun terlage aufzubringen. Es besteht auch keine Notwendigkeit eines hermetischen Verschließens, um ein Herausfließen der Metallschmelze zu verhindern, wie es beim Gießen der Fall ist. Somit ist ein freies Plattieren durch Auftragsschwei ßung möglich. Bei Produkten, bei denen die Druckoberfläche durch ein Schleuder-Gußverfahren gebildet werden oder bei denen eine Auskleidung der Außenoberfläche erfolgt, kann die Anzahl der Verfahrensstufen in der Weise vermindert werden, daß das Gesamtverfahren wirtschaftlich wird. Selbst im Falle, daß auf einem kleineren Teil der Metallunterlage eine Auskleidung aufgebracht werden soll, ist eine freie Plattierung durch Auftragsschweißung auf dem notwendigen Teil möglich und wirtschaftlich, da es nicht erforderlich ist, viele unnötige Teile abzuschneiden, nachdem die ge samte Oberfläche ausgekleidet worden ist, wie es beim Guß verfahren der Fall ist. Im Falle des Gußverfahrens ist ein Steigrohr erforderlich, dessen Höhe mehrfach so groß ist wie die Dicke der Produktauskleidung. Demgegenüber ist es erfindungsgemäß lediglich notwendig, eine Schlackenschicht von etwa 1 mm zu entfernen, wodurch Verluste der teuren Lagerlegierung vermieden werden können und das Verfahren wirtschaftlich wird. Wenn auf einer Metallunterlage mit komplizierter Form eine Auskleidung durch ein Gußverfahren aufgebracht werden soll, dann ist es schwierig, eine gleichförmige und rasche Abkühlung der Gußauskleidung zu erhalten, wodurch die Verfestigung verzögert wird und Schrumpfungs-Lunker, eine nicht gleichförmige Struktur und eine Segregierung, d. h. eine nicht gleichförmige Verfesti gung, bewirkt werden, so daß nicht gleichförmige Schrumpf kräfte auf die Grenzfläche zwischen der Auskleidung und der Metallunterlage einwirken, wodurch eine unzulängliche Ver bindung der beiden Materialien bewirkt wird. Demgegenüber ist erfindungsgemäß keine spezielle Kühlung erforderlich, so daß ein Produkt mit einer stabilen Qualität erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß verdampft bei dem Verfahren der Erfindung aufgrund der Verwendung des zerstäubten Pulvers bzw. des Schleuderpulvers mit sehr feinverteilten winzigen Bleiteil chen das Blei während des Auftragsschweißens nicht, was im Gegensatz zu verschiedenen Arten von Schweißverfahren, bei denen ein Mischpulver aus pulverförmigem Blei und pulver förmiger Kupferlegierung verwendet wird, oder zum Metall sprühverfahren steht. Erfindungsgemäß können aufgrund der Verwendung von bleihaltigen Kupferlegierungen, wie einer Kupfer-Blei-Legierung oder einer Blei-Bronze-Legierung, die Eigenschaften hinsichtlich der Beständigkeit gegen fressen den Verschleiß, der Belastungsbeständigkeit und derglei chen erheblich verbessert werden, verglichen mit Verbund-Gleitelementen, die durch ein Metallaufsprühen oder durch übliches Schweißen erhalten worden sind, bei dem nur Messing oder Bronze verwendet wurde. Bei dem Metallauf sprühverfahren ist die Bindungskraft zwischen der Ausklei dung und der Metallunterlage nur schwach, weil die Bindung von einem Verankerungseffekt beim Aufsprühen abhängig ist. Weiterhin ist die gegenseitige Verbindung der Legierungs teilchen unzulänglich, weil die Teilchen auf dem Wege über Oxidfilme gebunden sind, die durch Oxidation der geschmol zenen Teilchen während des Sprühens in der Luft gebildet werden. Da im Falle der Erfindung das Pulver in Argonatmo sphäre durch einen Plasmabogen geschmolzen wird, wird die Bindung zwischen der Metallunterlage und den Tropfen der geschmolzenen Legierung bzw. die gegenseitige Verbindung der Tropfen der geschmolzenen Legierung vervollständigt. Dabei sind die Reibungseigenschaften bei einem Gehalt von weniger als 5% Blei in der Kupferlegierung schlechter, während umgekehrt die Festigkeit der Legierung und ihre Korrosionsbeständigkeit verschlechtert werden, wenn in der Kupferlegierung das Blei in einer Menge von mehr als 40% enthalten ist.

Beispiele

Mit der in Fig. 6 gezeigten Plasmabogen-Schweißvorrichtung wurden verschiedene Versuche durchgeführt. Eine pulverför mige bleihaltige Kupferlegierung, die durch ein Zerstäu bungsverfahren hergestellt worden ist und die eine Teil chengröße von 30 bis 200 mesh (75 bis 177 µm) hat, wird von einer Pulver-Zuführungsöffnung 10 mittels eines Trägergases in die Plasmabogen-Schweißvorrichtung eingeführt. Argongas wird gleichzeitig von einer Schutzgas-Zuführungsöffnung 11 eingeleitet. Eine zwischen einer Metallunterlage 1 und einer Wolframelektrode 12 angelegte Spannung erzeugt einen Plasmabogen, so daß die geschmolzene bleihaltige Kupferle gierung auf der Metallunterlage unter Bildung einer Plat tierungsschicht (oder Auftragungsschicht) 13 abgeschieden wird. Die einzelnen Teilchen 3 der pulverförmigen bleihal tigen Kupferlegierung haben eine nahezu kugelige Form. Es liegt eine Struktur vor, bei der sehr kleine Bleiteilchen 5 gleichförmig in der Kupferlegierungsmatrix 4 verteilt sind. Ein Teilchen dieses Pulvers ist in Fig. 7 im Querschnitt dargestellt.

Beispiel 1

Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde eine Schicht 2 einer Blei- Bronze-Legierung (Cu - 10% Pb - 10% Sn) mit einer Dicke von 3 mm durch eine Plattierungs-Auftragsschweißung auf die Endseite einer säulenförmigen Metallunterlage 1 (JIS S45C) mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Höhe von 150 mm unter Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Plasmabogen-Schweißvorrichtung aufgebracht. Während die Metallunterlage 1, die auf einen Drehtisch aufgebracht worden war, sich in Drehung befand, wurde ein Brenner radial von der Mitte des Tisches zu dem Umfangsrand bewegt, so daß ein spiralenför miger Auskleidungsvorgang durchgeführt wurde. Eine pulver förmige Blei-Bronze-Legierung (Cu - 10% Pb - 10% Sn), die durch einen Zerstäubungsprozeß hergestellt worden war, wur de in den zwischen dem Brenner und der Metallunterlage 1 erzeugten Plasmabogen eingespeist und unter einer Argongas atmosphäre aufgeschmolzen, wodurch auf der Metallunterlage 1 die Schicht 2 gebildet wurde.

Nach dem Plattieren durch Auftragsschweißung wurde ein Spitzenoberflächenteil der Schicht 2 mit einer Tiefe von 1 mm abgeschnitten, um Schlacke für einen Penetrationstest zu entfernen. Dabei wurde festgestellt, daß in der Schicht 2 keine Defekte, wie Gaseinschlüsse bzw. Lunker, gebildet worden waren. Der Test für die Untersuchung der Bindungs güte wurde in der Weise durchgeführt, daß zwangsweise ein Meißel zwischen die Schicht 2 und die Metallunterlage 1 eingesetzt wurde, um festzustellen, ob die Auftragungs schicht 2 von der Metallunterlage abgetrennt wurde oder nicht. Es wurde keine Abtrennung festgestellt. Der Bin dungszustand war ausgezeichnet. Danach wurden die Härte und die Bindungsfestigkeit untersucht. Auch die Härte und die Bindungsfestigkeit waren ausgezeichnet, d. h. HV 90 bzw. 22 kp/mm², was keinen Unterschied zu den entsprechenden Werten bei einer Gußlegierung ergibt. Die Analyse der Le gierungsschicht 2 ergab, daß die Zusammensetzung in etwa die gleiche war wie diejenige des Rohmaterialpulvers. Was die Struktur bzw. das Gefüge der bleihaltigen Kupferlegie rung der Schicht 2 betrifft, so war das Blei in der Kupfer legierungsmatrix gleichförmig und fein verteilt (vgl. Fig. 8).

Ein Test auf fressenden Verschleiß des so erhaltenen Gleit elements wurde durchgeführt, um die Beständigkeit gegenüber einem fressenden Verschleiß zu untersuchen. Die maximale spezifische Last ohne Festfressen war so ausgezeichnet, wie etwa 650 kp/cm². Auch auf einer kugelförmigen Oberfläche einer zylindrischen Metallunterlage wurde eine Plattierung durch Auftragsschweißung erzeugt. Das Ergebnis war zufrie denstellend.

Als andererseits ein Mischpulver, bestehend aus Kupferpul ver, Bleipulver und Zinnpulver, mit identischer Zusammen setzung wie das oben beschriebene Blei-Bronze-Pulver beim Plasmabogen-Auftragsschweißen verwendet wurde, konnte auf grund der Verdampfung des Bleis die angestrebte Zusammen setzung nicht erhalten werden. In diesem Fall konnte eben falls keine gleichförmige Struktur erhalten werden, weil sich das Blei aussegregiert bzw. abgesondert hatte. Was die Beständigkeit gegenüber einem fressenden Verschleiß be trifft, war die maximale spezifische Last etwa 550 kp/cm² und damit niedriger wie diejenige der erfindungsgemäßen Produkte (vgl. Tabelle 1).

Nach spanabhebenden Verfahren können die erfindungsgemäßen Produkte für den Zylinderblock einer Öldruckeinheit verwen det werden.

Beispiel 2

Wie in Fig. 2 gezeigt, wurde eine Schicht 2 aus einer Blei- Kupfer-Legierung (Cu - 23% Pb - 3% Sn) auf der oberen Ober fläche einer ringförmigen Metallunterlage 1 (JIS S15C) mit einer Dicke von 30 mm, einem Außendurchmesser von 400 mm und einem Innendurchmesser von 300 mm durch Plasmabogen-Auftragsschweißung gebildet. Während, wie im Beispiel 1, die Metallunterlage 1 auf einem Drehteller rotieren gelas sen wurde, wurde der Brenner der Plasmabogen-Schweißvor richtung von der Mitte des Tisches zum Umfangsrand bewegt, so daß der Verkleidungsvorgang spiralenförmig durchgeführt wurde. Auf diese Weise wurde eine Schicht 2 mit einer Dicke von 3 mm auf der Metallunterlage 1 gebildet. Hierbei wurde eine pulverförmige Blei-Bronze-Legierung (Cu - 23% Pb - 3% Sn), hergestellt durch einen Zerstäubungsprozeß, verwendet. Nach dem Plattieren durch Auftragsschweißung wurde ein obe rer Oberflächenteil der Schicht 2 mit einer Tiefe von 1 mm abgeschnitten, um Schlacke für den Penetrationstest zu ent fernen. Bei diesem Test wurde festgestellt, daß die Plat tierung durch die Auftragsschweißung erfolgreich verlaufen war, da keine Defekte, wie Lunker, vorlagen.

Es wurde versucht, einen Meißel zwischen die Schicht 2 und die Metallunterlage 1 einzusetzen, um einen Test zur Be stimmung der Bindungsgüte durchzuführen. Das Testergebnis war wie im Beispiel 1 zufriedenstellend. Danach wurden die Härte und die Bindefestigkeit untersucht. Die untersuchten Eigenschaften waren gut, da keine Unterschiede zwischen den Eigenschaften der untersuchten Probekörper und derjenigen von Probekörpern aus einer Gußlegierung vorhanden waren. Was die Struktur der Schicht 2 aus Blei-Bronze-Legierung, die an die Metallunterlage 1 gebunden war, betrifft, so war das Blei in der Legierungsmatrix gleichförmig und fein ver teilt. Die Analyse der Legierungsschicht 2 ergab, daß ihre Zusammensetzung etwa die gleiche war wie diejenige des Aus gangs-Rohmaterialpulvers. Bei einem wie im Beispiel 1 durchgeführten Test auf fressenden Verschleiß wurde eine maximale spezifische Last von etwa 700 kp/cm² erhalten (vgl. Tabelle 1).

Nach spanabhebenden Verfahren kann das erfindungsgemäße Produkt für eine Druckdichtungsscheibe eines Schiffsmotors verwendet werden.

Als andererseits ein Mischpulver aus Bleipulver und pulver förmiger Bronzelegierung mit identischer Zusammensetzung wie das oben genannte Blei-Bronze-Pulver beim Gießen (Ver gleichs-Probekörper 1) und beim Plasmabogen-Auftragsschwei ßen (Vergleichs-Probekörper 2) verwendet wurde, waren die bestimmten maximalen spezifischen Lasten niedriger als im Falle der erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 2 (vgl. Tabelle 1).

Beispiel 3

Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde eine Schicht 2 aus einer Kupfer-Blei-Legierung (JIS KJ3) auf der Umfangsoberfläche einer zylindrischen festen Metallunterlage 1 (JIS S15C) mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 200 mm gebildet. Beim Schweißprozeß wurde die Metallunter lage 1 auf einer Rotationseinrichtung positioniert und in horizontaler Richtung um ihre Achse rotieren gelassen. Dabei wurde der Brenner einer Plasmabogen-Schweißvorrich tung horizontal von dem einen Ende zu dem anderen entlang der Außenoberfläche der Metallunterlage 1 bewegt, so daß die Legierungsschicht 2 mit einer Dicke von 3 mm spiralför mig auf der Außenumfangsoberfläche der Metallunterlage 1 gebildet wurde. In den zwischen dem Brenner und dem Pack metall 1 erzeugten Plasmabogen wurde eine pulverförmige Kupfer-Blei-Legierung (JIS KJ3), erzeugt durch einen Zer stäubungsprozeß, eingespeist und aufgeschmolzen, um eine Plattierung durch Auftragsschweißung unter der Schutzatmo sphäre von Argongas zu bewirken.

Nach dem Auftragsschweißen wurde ein oberer Oberflächenteil der Schicht 2 mit einer Tiefe von 1 mm abgeschnitten, um Schlacke für den Penetrationstest zu entnehmen. Dabei wurde festgestellt, daß das Auftragsschweißen erfolgreich verlau fen war, da keine Defekte- wie Lunker, vorlagen. Es wurde versucht, einen Meißel zwischen die Legierungsschicht 2 und die Metallunterlage 1 einzusetzen, um den Test der Inspek tion der Bindungsgüte durchzuführen. Das Testergebnis war gut. Danach wurden die Härte und die Bindungsfestigkeit bestimmt. Auch diese untersuchten Eigenschaften waren gut, da keine Unterschiede hinsichtlich dieser Eigenschaften und derjenigen einer Gußlegierung bestanden. Was die Struktur der Legierungsschicht 2 betrifft, so war Blei in der Legie rungsmatrix gleichförmig und fein verteilt. Die Struktur war im wesentlichen die gleiche, wie in Fig. 8 gezeigt. Als Ergebnis der Analyse der Legierungsschicht 2 wurde festge stellt, daß die Zusammensetzung in etwa die gleiche war wie diejenige des zugeführten Ausgangs-Produktpulvers.

Nach spanabhebenden Verfahren kann das erfindungsgemäße Produkt für ein Lager eines Planetengetriebes in Redukti onsgetrieben verwendet werden.

Beispiel 4

Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, wurden Schichten 2 aus Blei- Bronze-Legierung (Cu - 10% Pb - 10% Sn) auf beiden Oberflä chen eines Stützmetallrings 1 (JIS S15C) mit einem Außen durchmesser von 50 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Dicke von 5 mm durch Plasmabogen-Auftragsschweißen gebildet. Die einzelnen gebildeten Legierungsschichten 2 hatten eine ringförmige Gestalt mit einem Außendurchmesser von 40 mm und einem Innendurchmesser von 30 mm. Beim Schweißprozeß wurde der Stützmetallring 1 auf einen Dreh tisch aufgebracht, während ein Brenner einer Plasmabogen-Schweißvorrichtung fest angeordnet war. Auf diese Weise wurde ein Auftragsschweißen unter Bildung einer ringartigen Legierungsschicht 2 mit einer Breite von 5 mm und einer Dicke von 3 mm auf dem Stützmetallring 1 durchgeführt. Ein Ausgangspulver einer Blei-Bronze-Legierung (Cu - 10% Pb - 10% Sn) wurde beim Auftragsschweißen verwendet. Der Stütz metallring 1 wurde danach umgedreht, um das nächste Auf tragsschweißen auf der entgegengesetzten Oberfläche durch zuführen.

Nach dem Auftragsschweißen wurde ein Spitzenoberflächenteil der einzelnen Legierungsschichten 2 mit einer Tiefe von 1 mm abgeschnitten, um Schlacke für den Penetrationstest zu entfernen. Dabei wurde festgestellt, daß das Auftrags schweißen erfolgreich verlaufen war, da keine Defekte, wie Lunker, vorhanden waren. Es wurde versucht, einen Meißel zwischen die Legierungsschicht 2 und den Stützmetallring 1 einzusetzen, um einen Test zur Inspektion der Bindungsgüte durchzuführen. Das Testergebnis war gut. Danach wurden die Härte und die Bindungsfestigkeit untersucht. Die untersuch ten Eigenschaften waren gleichfalls gut, da keine Unter schiede zwischen diesen Eigenschaften und denjenigen einer Gußlegierung vorhanden waren. Als Ergebnis der Analyse der Legierungsschicht 2 wurde festgestellt, daß die Zusammen setzung etwa die gleiche war wie diejenige des zugeführten Ausgangsmaterial-Pulvers. Die Struktur der Legierungs schicht 2 war im wesentlichen die gleiche wie die Struktur gemäß Fig. 8. Das Blei war in der Legierungsmatrix gleich förmig und fein verteilt.

Nach spanabhebenden Verfahren kann das erfindungsgemäße Produkt für eine Druckdichtungsscheibe eines Turboladers verwendet werden, wobei beide Oberflächen als Lageroberflä che verwendet werden.

Bei den oben beschriebenen Beispielen waren die durch Auf tragsschweißung erzeugten Legierungsschichten 2 mm und 3 mm dick. Es ist aber auch möglich, eine Auftragsschweißungs schicht mit einer größeren Dicke durch Plattierung durch Plasmabogen-Auftragsschweißung herzustellen. Die Dicke der Auftragsschicht ist vorzugsweise 1 bis 10 mm, mehr bevor zugt 2 mm bis 5 mm.

In den Probekörpern wurde ein fressender Verschleiß ange nommen, wenn die Temperatur der rückwärtigen Oberfläche über 200°C hinausging oder wenn die Stromstärke des Motors über 10A hinausging.

* Bedingungen des Tests auf fressenden Verschleiß:
Wellendurchmesser 53 mm
Drehzahl 2000 UpM
Schmieröl: JIS SAE 20
Fließgeschwindigkeit des Beschickungsöls: 20 ml/min
Wellenmaterial: JIS S55C
Belastungsweise: Die Last wurde stufen weise um jeweils 50 kg/cm² 20 Minuten für jede Last erhöht.
** Bei den Vergleichs-Probekörpern 3 und 4 wurden pul verförmige Cu - 10% Sn-Legierung und pulverförmiges Pb ver mengt und beim Plasmabogen-Schweißen verwendet.

Aus dem Obigen wird ersichtlich, daß erfindungsgemäß ein bleihaltiges Kupfer-Lagermetall leicht einem Plattieren durch Auftragsschweißung auf einem notwendigen Teil einer Metallunterlage in beliebiger Form unterworfen werden kann. Hierdurch werden Arbeitskräfte von der harten Arbeit des Gießens in belastender Umgebung, wie bei hoher Temperatur, freigestellt. Die Erfahrung von Facharbeitern, wie im Falle des Gießens, ist nicht erforderlich, und die Einstellung der Bedingungen ermöglicht die Herstellung von Produkten mit stabiler Qualität. Es besteht keine Notwendigkeit, einen Überlauf auf der Metallunterlage vorzusehen, um das Herausfließen der Schmelze zu verhindern, wie es beim Gie ßen der Fall ist. Dies ermöglicht die Verkürzung des Ver fahrens. Die Nicht-Notwendigkeit für ein Steigrohr ermög licht Einsparungen der Legierung, was in wirtschaftlicher Weise günstig ist. Die automatische Einstellung und die Entfernung der Metallunterlage sowie ein automatisches com putergesteuertes Schweißen kann einen unbemannten Betrieb realisieren. Dies führt zu einer Verringerung der Anzahl der Arbeiter und zu Einsparungen. Die Verwendung eines zer stäubten Pulvers, bei dem in jedem Teilchen Blei gleichför mig und fein verteilt ist, kann das Problem der Verdampfung von Blei lösen, was es unmöglich macht, die Bleikomponente mit vorbestimmter Zusammensetzung und gleichförmige Struk turen zu erhalten, was auf eine Absonderung des Bleis in der Legierung zurückzuführen ist. Auf diese Weise können Verbund-Gleitelemente mit ausgezeichneten Lagereigenschaf ten erhalten werden.

Da ein Verbund-Gleitelement mit einer oder mehreren Schich ten einer bleihaltigen Kupferlegierung ohne weiteres und in jeder beliebigen Form erzeugt werden kann, können die Be ständigkeit gegenüber einem fressenden Verschleiß und die Last-Beständigkeitseigenschaften in erheblicher Weise ver bessert werden. Dadurch können allgemeine technische Ma schinen und Verbrennungsmotoren mit hoher Geschwindigkeit und hoher Leistung sowie mit stark verbessertem Verhalten hergestellt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Gleitelements mit einer Metallunterlage und einer an die Metallunterlage gebundenen Gleitkontaktschicht, gekennzeich net durch:
eine Stufe der durch ein Zerstäubungsverfahren erfol genden Herstellung einer pulverförmigen Kupferlegierung, die 5 bis 40 Gew.-% Blei enthält, welches gleichförmig und fein in der Kupferlegierungsmatrix der einzelnen Teilchen der pulverförmigen Kupferlegierung verteilt ist, und Her stellung einer Metallunterlage und
eine Stufe der thermischen Bindung der pulverförmigen Kupferlegierung an die Metallunterlage in einer nichtoxi dierenden Atmosphäre durch Plasmabogen-Auftragsschweißung, um eine Gleitschicht mit einer Struktur herzustellen, bei der die Bleiteilchen in der Kupferlegierungsmatrix fein und gleichförmig verteilt sind, und 80% oder mehr der ge samten Bleiteilchen in der Gleitkontaktschicht einen Durchmesser von 50 µm oder weniger haben.