DE4218077C2

DE4218077C2 - Gleitelement

Info

Publication number: DE4218077C2
Application number: DE4218077A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Fujisawa; Makoto Tsuji; Takeshi Narishige
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2012-06-02
Also published as: FR2693775A1; GB2256235A; FR2693775B1; CA2069988A1; DE4218077A1; US5324596A; US5322743A; GB9211552D0; US5320912A; CA2069988C; US5322742A; GB2256235B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitoberflächenschicht auf einem Grundelement.

Als Gleitelemente sind herkömmliche Gleitlager des Typs bekannt, welcher eine Oberfläche aus auf Pb-Sn beruhenden Legierungen (siehe japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer 96 088/81) umfaßt.

Ein derartiges Gleitlager wurde bei einem Lagerabschnitt einer Kurbelwelle in einem Motor, einem vergrößerten Ende einer Verbindungsstange oder dgl. angewendet. Unter bestimmten Umständen, wenn eine erhöhte Geschwindigkeit und eine erhöhte Arbeitsleistung eines Motors benötigt wird, weisen jedoch die Gleitlager beim Stand der Technik das Problem auf, daß die Eigenschaft, das Öl auf der Oberflächenschicht desselben zurückzuhalten, ungenügend ist, und ein Widerstand gegen das Festfressen desselben aufgrund einer geringen Anfangspassung ebenso gering ist.

Aus der nachveröffentlichten Druckschrift DE 41 01 386 A1 ist ein Gleitstück bekannt, das eine Pb-Legierungs-Oberflächenschicht aufweist. Die Pb-Legierung enthält einen Sn-Anteil von zwischen 2 und 20 Gew.-%. Die Oberflächenschicht wird in einem Galvanisierungs-Prozeß hergestellt, bei dem eine Galvanisierungslösung 40 80 g/l Pb²⁺ und 1,5 bis 35 g/l Sn²⁺ enthält. Es ergeben sich Gleitoberflächenschichten mit im wesentlichen orthogonal zur Gleitfläche gewachsenen, pyramidenförmigen Kristallen.

Die GB 2 060 692 A offenbart Lagerteile, deren Gleitflächen aus quaternären Legierungsschichten gebildet sind. Bei der Herstellung dieser quaternären Schichten wird zunächst in einem Legierungsbad mit 150 bis 200 g/l Bleiborfluorid und mit 5 bis 15 g/l Zinnborfluorid eine ternäre Legierungsschicht aufgewachsen, auf welcher dann ein viertes Element abgeschieden wird. Durch Erhitzen wird das vierte Element in die ternäre Schicht eindiffundiert, so daß sich letztendlich die quaternäre Schicht bildet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitoberflächenschicht vorzusehen, welche ein ausreichendes Ölrückhaltevermögen aufweist und worin die Anfangspassung der Oberfläche durch das Spezifizieren der Struktur der Oberflächenschicht verbessert werden kann und ein erhöhter Widerstand der Oberfläche gegen das Festfressen vorgesehen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch angegebene Verfahren zur Herstellung einer Gleitoberflächenschicht auf einem Grundelement gelöst.

Wenn die prozentuale Fläche A und der Neigungswinkel Θ der pyramidenförmigen Erhebungen in der im Anspruch 1 angegebenen Weise spezifiziert sind, wird die Oberfläche bzw. der Flächeninhalt der Gleit-Oberfläche vergrößert, um eine ausreichende Eigenschaft, Öl zurückzuhalten, vorzusehen, und der Scheitelabschnitt jeder der Erhebungen kann bevorzugterweise abgenutzt werden, um somit die Anfangspassung der Oberflächenschicht zu verbessern. Ferner wird der Widerstand der Oberflächenschicht gegen das Festfressen erhöht.

Die oben genannten und weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Betrachten der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen augenscheinlich.

Fig. 1 ist eine vergrößerte Aufsicht eines Gleitlagers;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Mikroskopaufnahme, die eine Kristallstruktur einer Pb-Legierung als Gleitoberfläche von oben gesehen zeigt;

Fig. 4 ist ein Röntgenbeugungsmuster eines Pb-Legierungskristalls in einer Oberflächenschicht;

Fig. 5 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung in einem Längsschnitt der Oberfläche zeigt;

Fig. 6 ist eine weitere Mikroskopaufnahme gemäß Fig. 5;

Fig. 7 ist eine Mikroskopaufnahme, die eine Kristallstruktur der Pb-Legierung als Gleitfläche von oben und der Seite betrachtet zeigt;

Fig. 9 ist eine Darstellung, die eine Methode zur Messung des Neigungswinkels eines quadratischen, pyramidenförmigen Kristalls erklärt;

Fig. 10 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel und dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird, darstellt;

Fig. 11 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine Kristallstruktur einer Pb-Legierung zeigt, bei der die Gleit-Oberfläche von schräg oben betrachtet wird;

Fig. 13 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird, und der prozentualen Fläche von quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle, welche einen Neigungswinkel Θ in dem Bereich von 0° ≦ Θ ≦ 30° aufweisen, darstellt;

Fig. 14 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine Kristallstruktur einer Pb-Legierung zeigt, bei der die Gleit-Oberfläche in einem Vergleichsbeispiel direkt von oben betrachtet wird;

Fig. 15 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung im Längsschnitt einer Oberflächenschicht des Vergleichsbeispiels zeigt;

Fig. 15a ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Härte und dem Oberflächendruck, bei dem ein Festfressen erzeugt wird, darstellt;

Fig. 15b ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse eines Festfreß-Tests darstellt.

Die Figuren dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung, wobei nochmals darauf hingewiesen sei, daß aus der nachveröffentlichten DE 41 01 386 A1 mit älterer Priorität im wesentlichen orthogonal zur Gleitfläche gewachsene pyramidenförmige Kristalle bekannt sind, und daß sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Gleitoberflächenschichten mit geneigten Kristallen bezieht, wobei der Neigungswinkel Θ der geneigten Kristalle 10° ≦ Θ ≦ 30° beträgt. Um eine vollständige und umfassend verständliche Erläuterung der vorliegenden Erfindung geben zu können, werden nachfolgend vergleichsweise auch Beispiele von Gleitoberflächen diskutiert werden, welche nicht nach einem von der Lehre des Anspruchs Gebrauch machenden Verfahren hergestellt wurden.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Gleitlager 1 als Gleitelement an einem Lagerabschnitt einer Kurbelwelle in einem Motor, einem vergrößerten Ende einer Verbindungsstange oder dgl. angebracht, und umfaßt eine erste Hälfte 1 ₁ und eine zweite Hälfte 1 ₂. Die Hälften 1 ₁ und 1 ₂ weisen die gleiche Anordnung auf und umfassen ein Grund-Element 2 und eine Oberflächenschicht, welche auf einer Innenumfangsfläche des Grundelements 2 gebildet ist, sowie eine Gleit-Oberfläche 3a für ein Gegenelement x. Das Grundelement 2 weist einen Träger 2 ₁ und eine Unterlage-Schicht 2 ₂ auf, welche auf dem Träger 2 ₁ ausgebildet ist, um die Oberflächenschicht zu tragen. Es kann auch eine Kupferschicht zwischen dem Träger 2 ₁ und der Unterlage-Schicht 2 ₂ vorgesehen sein, und eine abgelagerte Ni-Grenzschicht kann zwischen der Unterlage-Schicht 2 ₂ und der Oberflächenschicht 3 vorgesehen sein.

Der Träger 2 ₁ wird von einer gerollten Stahlplatte gebildet, und die Dicke des Trägers hängt von der vorgegebenen Dicke des Gleitlagers 1 ab. Die Unterlage-Schicht 2 ₂ wird von Kupfer, einer auf Kupfer basierenden Legierung, Aluminium, einer auf Aluminium basierenden Legierung etc. gebildet, und die Dicke der Unterlage-Schicht liegt in dem Bereich von 50 bis 500 µm, und liegt normalerweise bei 300 µm. Die Oberflächenschicht 3 wird von einer Pb-Legierung gebildet und die Dicke der Oberflächenschicht liegt in dem Bereich von 5 bis 50 µm, und liegt normalerweise bei 20 µm.

Die Pb-Legierung, welche die Oberflächenschicht 3 bildet, enthält 80 bis 90 Gewichts-% Pb und 3 bis 20 Gewichts-% Sn und kann, wenn nötig, höchstens 10 Gewichts-% von wenigstens einem der Elemente Cu, In, Ag, Tl, Nb, Sb, Ni, Cd, Te, Bi, Mn, Ca und Ba enthalten.

Cu, Ni und Mn haben die Funktion, die Härte der Oberflächenschicht 3 zu erhöhen. Wenn jedoch der Gehalt von Cu, Ni und/oder Mn 10 Gewichts-% überschreitet, hat die Oberflächenschicht eine zu große Härte, was dazu führt, daß Anfangspassung reduziert wird. Wenn Cu hinzugefügt wird, ist es wünschenswert, den Cu-Gehalt so einzustellen, daß die Härte Hmv der resultierenden Oberflächenschicht 3 in dem Bereich von 15 bis 25 liegt. Die Härte Hmv der Oberflächenschicht 3 hängt nicht nur von dem Cu-Gehalt oder dgl. ab, sondern wird ebenso durch die Orientierung einer Kristallfläche eines Pb-Legierungskristalls beeinflußt, wie nachfolgend beschrieben wird.

Jedes der Elemente In, Ag, Tl, Nb, Sb, Cd, Te, Bi, Ca und Ba hat die Aufgabe, die Oberflächenschicht 3 weicher zu machen, um die Anfangspassung zu verbessern. Wenn jedoch ihr Gehalt 10 Gewichts-% überschreitet, weist die Oberflächenschicht 3 eine verminderte Festigkeit auf. Wenn In oder dgl. hinzugefügt wird, ist es wünschenswert, den In-Gehalt so einzustellen, daß die Härte Hmv der resultierenden Oberflächenschicht in dem Bereich von 8 bis 15 liegt.

Die Oberflächenschicht 3 wird durch ein Elektro-Metallisier-(Galvanisier-)Verfahren hergestellt, worin eine verwendete Galvanisierlösung eine auf Borfluorid basierende Lösung ist, welche 40 bis 180 g/l von Pb²⁺ und 1,5 bis 35 g/l von Sn²⁺, wahlweise höchstens 15 g/l von Cu²⁺ enthält. Die Temperatur der Galvanisier-Lösung ist in einem Bereich von 10 bis 35°C eingestellt und die Kathoden-Stromdichte ist in einem Bereich von 3 bis 15 A/dm² eingestellt.

Fig. 3 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme, welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleit-Oberfläche 3a von oben betrachtet wird. Man sieht in Fig. 3, daß die Oberflächenschicht 3 eine Mehrzahl von pyramidenförmigen Erhebungen aufweist, welche die Gleit-Oberfläche 3 bilden, z. B. quadratische, pyramidenförmige Kristalle in der dargestellten Ausführungsform. In diesem Fall ist die prozentuale Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle in der Gleit-Oberfläche 3a 100% (A = 100%). Die Oberflächenschicht 3 ist aus einer Pb-Legierung hergestellt, welche 8 Gewichts-% Sn und 2 Gewichts-% Cu enthält. Die Oberflächenschicht 3 ist auf der aus einer Kupferlegierung bestehenden Unterlage-Schicht 2 ₂ gebildet, und beim Herstellen der Oberflächenschicht 3 war die Kathoden-Stromdichte bei der Elektro-Galvanisierung auf 6 A/dm² eingestellt.

Fig. 4 dient zur Erläuterung des Begriffs "Orientierungsindex" und zeigt ein Röntgenbeugungsmuster für eine Pb-Legierung in der Oberflächenschicht 3, worin nur ein Beugungs-Peak der mit den Miller-Indizes (200) und (400) bezeichneten Ebenen beobachtet wird.

Hier ist ein Orientierungsindex Oe, welcher die Anzahl der Kristallebenen, welche in der Richtung senkrecht zu einer Ebene (hkl) (in Miller-Indizes) orientiert ist, wie folgt definiert:

Oe = Ihkl/ΣIhkl.100(%)

worin hkl die Miller Indizes sind; Ihkl eine integrierte Stärke einer (hkl) Ebene ist; und ΣIhkl eine Summe der Ihkl ist, wobei, je näher der Orientierungsindex Oe in einer bestimmten (hkl) Ebene bei 100% liegt, desto größer ist die Anzahl der Kristallebenen, welche in einer Richtung der Orientierung orthogonal zu der (hkl) Ebene orientiert sind.

Die integrierte Stärke Ihkl und der Orientierungsindex Oe in den (200) und (400) Ebenen des Pb-Legierungskristalls sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Wie man aus Tabelle 1 erkennt, ist der Orientierungsindex Oe in einer (h00) Ebene des Pb-Legierungskristalls 100%, und daher hat der Pb-Legierungskristall eine in jeder Richtung der Kristallachsen a, b und c orientierte Kristallebene, d. h. eine (h00) Ebene.

Wenn die Kristallebene in einer Richtung orthogonal zu der (h00) Ebene in dieser Weise orientiert ist, ist die Atomdichte in der Richtung der Orientierung hoch, da die Kristallstruktur der Pb-Legierung eine kubisch flächenzentrierte Struktur ist. Daher weist die Oberfläche 3 eine erhöhte Härte und einen verbesserten Widerstand gegen das Festfressen auf.

Fig. 5 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (5000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur in einem Längsschnitt der Oberflächenschicht 3 zeigt, und Fig. 6 zeigt eine weitere Elektronenmikroskop-Aufnahme gemäß Fig. 5. Fig. 7 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme (10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur einer Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleit-Oberfläche 3 von schräg oben betrachtet wird.

Wie man in den Fig. 3 und 5 bis 7 und 9 erkennt, ist die Oberflächenschicht 3 eine Anhäufung von säulenförmigen Kristallen 4 aus einer Pb-Legierung, welche sich von der Unterlage-Schicht 2 ₂ erstrecken. Ein quadratischer, pyramidenförmiger Kristall 5 ist auf jedem säulenförmigen Rumpf 4a in dem säulenförmigen Kristall 4 vorgesehen, um ein Spitzen-Ende des säulenförmigen Kristalls 4 zu bilden.

Hier wurde festgestellt, daß, wenn eine sich entlang der Gleit-Oberfläche 3a erstreckende fiktive Ebene B an der Grundseite des quadratischen, pyramidenförmigen Kristalls 5 festgelegt ist, und der Neigungswinkel, welcher durch eine gerade Linie a3, die durch den Scheitelpunkt a1 und einen zentralen Bereich a2 der Grundfläche des quadratischen, pyramidenförmigen Kristalls 5 geht, mit Bezug auf eine Bezugslinie a4, welche durch den zentralen Bereich a2 geht und senkrecht zu der fiktiven Ebene B steht, festgelegt ist, einen Winkel Θ aufweist.

Wenn die Gleit-Oberfläche 3a von den quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen wie oben beschrieben gebildet ist, ist es möglich, den Flächeninhalt der Gleit-Oberfläche 3a zu erhöhen, so daß die Oberflächenschicht 3 eine ausreichende Öl-Zurückhalte-Charakteristik aufweist, und sich bevorzugterweise die Scheitelpunkte a1 der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 abnutzen, wodurch die Anfangspassung der Oberflächenschicht 3 verbessert wird.

Um derartige Effekte zu erreichen, wird der Bereich der Neigungswinkel Θ der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 zum Problem. Darum wurden versuchsweise Gleitlager hergestellt, welche quadratische, pyramidenförmige Kristalle 5 umfassen, die Neigungswinkel von = 0°, 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60° und 70° (wobei Kristalle mit einem Neigungswinkel von 0° aus der DE 41 01 386 A1 bekannt sind) sowie einen Orientierungsindex Oe von 100% in der (h00) Ebene aufweisen, sowie Gleitlager, welche einen Orientierungsindex Oe von 50 bis 55% in der (h00) Ebene aufweisen. Ein Festfreß-Test für diese Gleitlager liefert die in Fig. 10 gezeigten Ergebnisse. In Fig. 10 entspricht eine Linie b1 dem Ergebnis des Gleitlagers, dessen Orientierungsindex Oe 100% ist, und eine Linie b2 entspricht dem Ergebnis des Gleitlagers, dessen Orientierungsindex Oe 50 bis 55% ist. In diesem Fall ist die prozentuale Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 in der Gleit-Oberfläche 3a 100% (A = 100%). Es sollte bemerkt werden, daß die Veränderung der Neigungswinkel Θ grundsätzlich durch die Veränderung der Neigung der Grundfläche in bezug auf eine Anode erreicht wird.

Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes Gleitlager in Kontakt mit einem Drehschaft gebracht wurde, und allmählich die an das Gleitlager angelegte Belastung erhöht wurde. Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die Oberflächendrücke darstellt, bei welchen ein Festfressen der Oberflächenschicht von jedem der Gleitlager erzeugt wurde. Die Testbedingungen sind wie folgt: das für den Drehschaft verwendete Material war nitriertes JIS S48C-Material. Die Drehzahl des Drehschafts war 6000 U/min; die Ölversorgungstemperatur war 120°C, der Ölversorgungsdruck war 3 kg/cm²; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.

Man erkennt anhand der Linie b1 in Fig. 10, daß da der Orientierungsindex in der (h00) Ebene von allen der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 bis 100% beträgt, und für den Neigungswinkel Θ gilt: 0° ≦ Θ ≦ 30°, der Oberflächendruck zur Zeit der Erzeugung des Festfressens zunimmt, was zu einem erhöhten Widerstand gegen das Festfressen führt. Jedoch ist bei der Linie b2 aufgrund des niederen Orientierungsindex Oe der Widerstand gegen das Festfressen gering.

Bei den quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 5 ist, wenn die bevorzugte Abnutzung der Scheitelpunkte a1 in der Anfangsphase der Gleitbewegung vollendet ist, um eine glatte Oberfläche (welche einer oberen Grundfläche einer stumpfen, quadratischen Pyramidenform entspricht) zu bilden, immer ein Ölfilm zwischen der glatten Oberfläche und dem Drehschaft vorhanden und daher wird die Gleit-Oberfläche 3a danach äußerst langsam abgenutzt.

Die Tabellen 2 bis 4 stellen jeweils eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel Θ, der Richtung der Orientierung, der prozentualen Fläche A in der Gleit-Oberfläche 3a und der Härte Hmv der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 für die Gleitlager (1) bis (8) dar.

In jeder der Tabellen 2 bis 4 bedeutet die Orientierung (h00), daß der Orientierungsindex in der (h00) Ebene 100% ist, und daß nicht nur eine (111) Ebene, sondern auch (222), (220), (311) Ebenen und dgl. in der Richtung der Orientierung (111) eingeschlossen sind. In dem Pb-Legierungskristall gibt es eine Tendenz, daß, wenn der Orientierungsindex Oe in der (h00) Ebene abnimmt, der Orientierungsindex in der (111) Ebene zunimmt. Zusätzlich werden die Orientierungsindizes Oe in den (220) und (311) Ebenen ebenso erhöht, obwohl der Betrag einer derartigen Zunahme im Vergleich zur Zunahme des Orientierungsindex in der (111) Ebene äußerst nieder ist.

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Fig. 11 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleit-Oberfläche 3a des in Fig. 4 gezeigten Gleitlagers von schräg oben betrachtet wird.

Fig. 13 stellt eine Beziehung zwischen der prozentualen Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle, welche Neigungswinkel in einem Bereich von 0° ≦ Θ ≦ 30° aufweisen und dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird, dar. Der Festfreß-Test wurde in derselben Art und Weise und unter denselben Bedingungen wie der oben beschriebene ausgeführt. In Fig. 13 entspricht eine Linie c1 dem Ergebnis für den Fall, bei dem die Neigungswinkel Θ 0° ≦ Θ ≦ 10° sind. Das umfaßt die in Tabelle 2 gegebenen Gleitlager (1) bis (4), und die Ergebnisse für diese Gleitlager sind durch die Punkte (1) bis (4) in Fig. 13 angezeigt. Eine Linie c2 entspricht dem Ergebnis für den Fall, in welchem die Neigungswinkel Θ 0° ≦ Θ ≦ 20° sind. Dies umfaßt das in Tabelle 3 gegebene Gleitlager (5), und das Ergebnis für dieses Gleitlager ist durch einen Punkt (5) in Fig. 13 angezeigt. Eine Linie c3 entspricht dem Ergebnis für den Fall, in welchem die Neigungswinkel Θ 0° ≦ Θ ≦ 30° sind. Dies umfaßt die in Tabelle 4 gegebenen Gleitlager (6) bis (8), und die Ergebnisse für diese Gleitlager sind durch Punkte (6) bis (8) in Fig. 13 angezeigt.

Eine Linie c4 zeigt ein weiteres Beispiel, welches eine aus Kristallkörnern einer Pb-Legierung gebildete Oberfläche aufweist. Fig. 14 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleitoberfläche des weiteren Beispiels direkt von oben betrachtet wird, und man erkennt in Fig. 14, daß die Kristallform unsystematisch ist. Fig. 15 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung in einem Längsschnitt der Gleit-Oberfläche des weiteren Beispiels zeigt, aus welchem erkannt werden kann, daß kein säulenförmiger Kristall erzeugt worden ist. Aufgrund dessen ist die Härte der Oberflächenschicht des weiteren Beispiels kleiner als die der Oberflächenschicht mit der Orientierung in der (h00) Ebene.

Fig. 15A stellt eine Beziehung zwischen der Härte und dem Oberflächendruck dar, bei dem das Festfressen erzeugt wird. Der Neigungswinkel Θ, die Orientierung und die prozentuale Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 in der Gleit-Oberfläche 3a für die Gleitlager (9) bis (12), welche den Linien (9) bis (12) in Fig. 15a entsprechen, sind in Tabelle 5 gegeben. Der Festfreß-Test wurde in derselben Art und Weise und unter denselben Bedingungen wie die oben beschriebenen durchgeführt.

Tabelle 5

Wie aus den Fig. 13 und 15a und den Tabellen 2 bis 5 deutlich wird, kann der Widerstand gegen das Festfressen der Oberflächenschicht 3 wesentlich verbessert werden, wenn der Orientierungsindex Oe in der Richtung der Orientierung (h00) und somit in der (h00) Ebene in den quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 100% ist, wenn die prozentuale Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 in der Gleit-Oberfläche 3a größer oder gleich 50% ist (d. h. A ≧ 50%), wenn der Neigungswinkel Θ der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 0° ≦ Θ ≦ 30° ist, und ferner, wenn die Härte Hmv der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 15 ≦ Hmv ≦ 30 ist. In diesem Fall, wenn der Neigungswinkel Θ größer als 30° ist (Θ < 30°), wird die Eigenschaft der Oberflächenschicht Öl zurückzuhalten sowie die bevorzugte Eigenschaft den Scheitelpunkt a1 abzunutzen vermindert. Im allgemeinen wird, wenn die Härte der Oberflächenschicht 3 erhöht wird, der Verschleißwiderstand derselben ebenso erhöht, wenn jedoch die Härte Hmv in dem Bereich von Hmv < 15 oder Hmv < 30 liegt, werden sowohl der Widerstand gegen das Festfressen als auch der Verschleißwiderstand der Oberflächenschicht 3 verringert.

Wenn die Anzahl der in der Oberfläche 3a vorhandenen quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle anstelle der prozentualen Fläche A durch die Zahl pro Flächeneinheit festgelegt ist, ist die Anzahl (Zahl) C der vorhandenen quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle in dem Bereich von 2.10⁴/mm² ≦ C < 5.10⁶/mm².

Wenn die Kristallform und die Anzahl C der vorhandenen quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle in dieser Art und Weise spezifiziert sind, kann die Oberfläche der Gleit-Oberfläche 3a erhöht werden, so daß die Oberflächenschicht 3 eine ausreichende Eigenschaft Öl zurückzuhalten aufweist, und die Scheitelpunkte a1 der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 können bevorzugterweise abgenutzt werden, um die Anfangspassung der Oberflächenschicht 3 zu verbessern.

Jedoch können die oben beschriebenen Effekte nicht erhalten werden, wenn die Anzahl C der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle kleiner als 2.10⁴/mm² ist. Auf der anderen Seite können die oben beschriebenen Effekte ebenfalls nicht erreicht werden, wenn die Anzahl C der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle größer als 5.10⁶/mm² ist, da dann die quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle äußerst fein verteilt sind.

Die Tabelle 6 zeigt den Vergleich der verschiedenen Gleitlager (13) bis (18) bezüglich der Zusammensetzung der Oberflächenschicht, des Orientierungsindex Oe in der (h00) Ebene, der Kristallform und dgl.

Tabelle 6

Fig. 15B stellt die Ergebnisse des Festfreß-Tests für die Gleitlager (13) bis (18) dar.

Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes Gleitlager in Gleitkontakt mit dem Drehschaft gebracht wurde, und allmählich die an das Gleitlager angelegte Belastung erhöht wurde. Fig. 15B zeigt die Oberflächendrücke, bei welchen das Festfressen der Oberflächenschichten von jedem der Gleitlager erzeugt wird.

Die Testbedingungen sind wie folgt: das für den Drehschaft verwendete Material war ein nitriertes JIS S48C-Material; die Drehzahl des Drehschaftes war 6000 U/min; die Ölversorgungstemperatur war 120°C; der Ölversorgungsdruck war 3 kg/cm²; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gleitoberflächenschicht (3) auf einem Grundelement (2),
wobei die Gleitoberflächenschicht (3) aus einer Sn als weitere Komponente enthaltenden Pb-Legierung gebildet wird, wobei der Sn-Gehalt im Bereich 3 Gew.-% Sn ≦ Sn-Gehalt ≦ 20 Gew.-% Sn liegt,
wobei weiter die Gleitoberflächenschicht (3) pyramidenförmige Erhebungen (5) aufweist, deren Neigungswinkel (Θ), d. h. der Neigungswinkel der Geraden, die die Scheitelpunkte (a1) und die Mittelpunkte (a2) der Grundflächen der pyramidenförmigen Erhebungen (5) verbinden, in einem Bereich von 10° ≦ Θ ≦ 30° liegt und deren Flächenanteil (A) an der gesamten Gleitoberfläche (3a) mindestens 60% beträgt,
wobei bei dem Verfahren
- - die Oberflächenschicht (3) durch galvanisches Abscheiden aus einer Galvanisierlösung mit 40-180 g/l Pb²⁺ und 1,5-35 g/l Sn²⁺ hergestellt wird,
- - zum Erhalt des Flächenanteils (A) von mindestens 60% die Kathoden-Stromdichte in einem Bereich von 3-15 A/dm² eingestellt wird, und
- - der Neigungswinkel (Θ) der Erhebungen (5, 6) durch entsprechende Wahl der zur Durchführung des Verfahrens einzustellenden Neigung des Grundelements relativ zu einer Galvanisier-Anode beeinflußt wird.