DE4444491C2 - Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer stählernen Stützschale, einer Lagermetallschicht und einer auf der Lagermetall­ schicht galvanisch abgeschiedenen, kupferhältigen Laufschicht, wobei die Stützschale nach dem Aufbringen der Laufschicht und der damit verbundenen Zementation von Kupfer auf der den Lagerrücken bildenden Rückseite auf dem Lagerrücken mit einer zinnhältigen Korrosionsschutzschicht überzogen wird.

Zum Abscheiden der Laufschicht auf die Lagermetallschicht, üblicherweise eine Kupfer- oder Aluminiumlegierung, werden mehrere Stützschalen, auf die die Lagerme­ tallschicht durch ein Gießen oder Plattieren aufgebracht wurde, axial zusammen­ gespannt und in ein entsprechendes Galvanikbad eingesetzt. Die Laufschicht wird dabei im allgemeinen nicht unmittelbar auf der Lagermetallschicht, sondern auf einer die Lagermetallschicht abdeckenden Zwischenschicht aus Nickel oder einer Nickelle­ gierung galvanisch abgeschieden, die als Diffusionssperre bzw. zur Haftvermittlung dient. Obwohl durch die Anordnung der Lagerschalen im Galvanikbad dafür Sorge getragen ist, daß sich die Laufschicht nur auf der Lagermetallschicht galvanisch abscheiden kann, kommt es im Bereich der den Lagerrücken bildenden Rückseite der stählernen Stützschale aufgrund des höheren elektrischen Potentials des im Lauf­ schichtelektrolyten gelösten Kupfers gegenüber dem Eisen der Stützschale zu einer metallischen Abscheidung des Kupfers auf dem Lagerrücken. Eine den Lagerrücken schützende Korrosionsschicht aus Zinn oder einer Zinnlegierung muß folglich auf diese Kupferschicht aufgebracht werden, wobei sich durch Diffusionsvorgänge insbesondere unter Wärmeeinfluß eine spröde Kupfer-Zinnphase ausbildet, die wegen der Volumsveränderungen zu inneren Spannungen in dem entstehenden Schichtver­ bund führt. Da wegen der Zementation des Kupfers die Kupferschicht nur eine ver­ gleichsweise geringe Haftung gegenüber der stählernen Stützschale aufweist, besteht aufgrund der inneren Spannungen die Gefahr, daß die Korrosionsschutzschicht mitsamt der Kupferschicht teilweise abplatzt. Die ständigen Mikrobewegungen der Lagerschalen gegenüber dem die Lagerschalen in einem Preßsitz aufnehmenden Lagerstuhl führen unter den Bedingungen des Preßsitzes zu einem Auswandern des sich ablösenden Materials und zu einer Materialanhäufung aus dem sich ablösenden Material, dem unvermeidbaren Eisenabrieb sowie aus Ölkoks an bestimmten Stellen des Lagerrückens, so daß durch diese Materialanhäufungen eine gleichmäßige Last­ abtragung gestört wird, was zu einem erhöhten Verschleiß der Laufschicht in diesem Bereich führt und Laufschichtdauerbrüche nach sich ziehen kann.

Um bei Gleitlagern mit einer Lagermetallschicht auf Aluminiumbasis und einer Lauf­ schicht aus einer Zink-Phosphatlegierung ein unerwünschtes Abscheiden einer Zink- Phosphatschicht auf dem Lagerrücken der stählernen Stützschale während des galvanischen Auftragens der Laufschicht zu vermeiden, ist es bekannt (DE-OS 37 27 468), die Lagerschale mit einer ein Abscheiden einer Zink-Phosphatschicht verhin­ dernden Schutzschicht zu überziehen, die vor dem Auftragen der Laufschicht im Laufschichtbereich wieder abgetragen wird. Als Schutzschichten werden Schichten aus verschiedenen Werkstoffen, unter anderem aus Zinn, Kupfer, Blei, Nickel und Chrom, vorgeschlagen. Die Lehre, eine unerwünschte Ausbildung einer metallischen Schicht auf dem Lagerrücken durch eine Schutzschicht zu verhindern, kann jedoch nicht im Zusammenhang mit der Zementation von Kupfer angewandt werden, weil hiefür geeignete, wirtschaftliche Schutzschichten nicht bekannt sind.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß ein Abplatzen der Korrosionsschutzschicht vom Lagerrücken vermieden wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Lagerrücken vor dem Aufbringen der Laufschicht auf die Lagermetallschicht und der dadurch bedingten Bildung einer Kupferschicht auf dem Lagerrücken in an sich bekannter Weise mit einer galvanisch abgeschiedenen Nickelschicht abgedeckt wird.

Durch die Ausbildung einer galvanisch abgeschiedenen Nickelschicht auf dem Lagerrücken kann zwar die Zementation von metallischem Kupfer auf dem Lagerrüc­ ken nicht verhindert, jedoch in überraschender Weise eine wesentlich verbesserte Haftung der Kupferschicht auf dem Lagerrücken erreicht werden, so daß es trotz der inneren Spannungen bei der Bildung einer Diffusionsschicht zwischen der zinnhaltigen Korrosionsschutzschicht und dem zementierten Kupfer zu keinen Ablöseerscheinun­ gen der Korrosionsschicht kommt. Voraussetzung hiefür ist eine über den Lagerrüc­ ken durchgehende Nickelschicht, was wiederum eine entsprechende Auftragsdicke für die Nickelschicht bedingt, weil mit dem sich metallisch abscheidenden Kupfer eine Lösung des Nickels im Verhältnis der Molvolumina verbunden ist. Die Dicke der sich ausbildenden Kupferschicht ist von verschiedenen Parametern, wie dem Kupfergehalt des Elektrolyten, der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und der Behand­ lungszeit, abhängig, was bei der Wahl der Auftragsdicke der Nickelschicht zu berück­ sichtigen ist. Nach der Zementation des Kupfers auf der Nickelschicht soll die Dicke der Nickelschicht 0,5 bis 2 µm betragen, um den Anforderungen der Haftvermittlung nicht nur gegenüber dem zementierten Kupfer, sondern auch gegenüber der sich bildenden Kupfer-Zinnphase vorteilhaft zu entsprechen, wenn das gesamte metalli­ sche Kupfer mit dem eindiffundierten Zinn der Korrosionsschicht eine intermetallische Verbindung eingeht. Durch die erfindungsgemäße Nickelschicht zwischen der stäh­ lernen Stützschale und der Kupferschicht bzw. einer Kupfer-Zinnphase wird nach dem Auftragen der Korrosionsschicht, die üblicherweise eine Dicke von etwa 1 µm, höchstens aber 2 µm aufweist, ein wesentlich zuverlässigerer Sitz der Lagerschale im Lagerstuhl erreicht, wodurch sich die Gesamtzuverlässigkeit der Lagerung erheblich verbessert, zumal eine Ablösung der Korrosionsschutzschicht erfolgreich unterbunden wird.

Wird zwischen der Lagermetallschicht und der Laufschicht in üblicher Weise eine Zwischenschicht aus Nickel als Diffusionssperre oder als Haftvermittler vorgesehen, so kann die Nickelschicht auf dem Lagerrücken vorteilhaft zugleich mit der Zwi­ schenschicht auf der Lagermetallschicht aufgebracht werden, um einen besonderen Arbeitsgang zu vermeiden. Allenfalls ist jedoch die unterschiedliche Auftragsdicke der Nickelschicht im Bereich der Lagermetallschicht und im Bereich des Lagerrückens zu berücksichtigen.

Ausführungsbeispiel

Zum Herstellen eines Gleitlagers gemäß der Erfindung wurde von einer stählernen Stützschale mit einem Außendurchmesser von 52 mm, einer Breite von 22 mm und einer Wanddicke von 2,5 mm ausgegangen. Auf diese Stützschale wurde eine 0,5 mm dicke Lagermetallschicht aus einer Aluminiumlegierung (AIZn4,5Pb) durch ein Walzplattieren aufgebracht. Nach einer üblichen Vorbehandlung durch ein Entfetten, Ätzen und Spülen wurde auf diese Lagermetallschicht eine dünne Zinkatschicht zur Vorbereitung des Auftrages einer Nickelschicht als Diffusionssperre bzw. als Haftver­ mittler galvanisch abgeschieden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlagern dieser Art wurde die Nickelschicht nicht nur auf der Gleitlagerschicht, sondern auch auf dem durch die stählerne Stützschale gebildeten Lagerrücken galvanisch aufgetragen, bevor die kupferhältige Laufschicht laufflächenseitig aufgebracht wurde. Durch den Kupfergehalt des Laufschichtelektrolyten kommt es während der Verweilzeit des Gleitlagers im galvanischen Laufschichtelektrolyten unter Auflösung einer entspre­ chenden Nickelmenge vom Lagerrücken zur stromlosen Abscheidung von Kupfer auf dem Lagerrücken. Dieser Nickelverlust ist bei der Dicke der aufgetragenen Nickel­ schicht zu berücksichtigen und kann aufgrund des Verhältnisses der Molvolumen von Kupfer und Nickel bestimmt werden. Dieses Verhältnis beträgt 1 : 0,93. Da die ursprünglich aufgebrachte Nickelschicht eine Dicke von 2 µm aufwies, ergab sich nach der Aufbringung der Laufschicht am Lagerrücken eine Nickelschicht mit einer Dicke von 1,07 µm, die mit einer 1 µm dicken Kupferschicht abgedeckt war.

Um die Lagerschale ausreichend beständig gegen Korrosion zu schützen und damit langfristig lagerbar zu machen, wurde nach dem Auftragen der Laufschicht das Lager allseitig mit einer Korrosionsschicht auf Zinn- oder Blei-Zinnbasis von ca. 1 µm über­ zogen. Durch Einwirkung von Wärme kommt es zur Diffusionsschichtenbildung zwischen dieser zinnhaltigen Korrosionsschicht und dem zementierten Kupfer unter Ausbildung einer spröden Kupfer-Zinnphase, wobei es vom Schichtdickenverhältnis von Kupfer und Zinn abhängt, ob aufgrund der Diffusion das gesamte Kupfer und Zinn in eine vollständige Kupfer-Zinnphase umgewandelt wird oder eine der beiden Phasen übrig bleibt.

Nach einem Prüflauf auf dem Lagerprüfstand unter entsprechenden Prüfbedingungen konnte ein gleichmäßiges Tragbild und ein sehr gleichmäßiges Aussehen der den Lagerrücken bedeckenden Schicht festgestellt werden. Im Vergleich dazu zeigte ein sonst unter gleichen Bedingungen hergestelltes Lager ohne Nickelzwischenschicht auf dem Lagerrücken nach einem entsprechenden Prüflauf eine teilweise verschobene, teilweise abgeplatzte Korrosionsschicht am Lagerrücken, was im Betrieb zu Brüchen der Laufschicht und erhöhtem Verschleiß an den den betroffenen Bereichen gegen­ überliegenden Stellen der galvanischen Laufschicht führen kann.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer stählernen Stützschale, einer Lagermetallschicht und einer auf der Lagermetallschicht galvanisch abgeschie­ denen, kupferhältigen Laufschicht, wobei die Stützschale nach dem Aufbringen der Laufschicht und der damit verbundenen Zementation von Kupfer auf der den Lager­ rücken bildenden Rückseite auf dem Lagerrücken mit einer zinnhältigen Korrosions­ schutzschicht überzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerrücken vor dem Aufbringen der Laufschicht auf die Lagermetallschicht und der dadurch bedingten Bildung einer Kupferschicht auf dem Lagerrücken in an sich bekannter Weise mit einer galvanisch abgeschiedenen Nickelschicht abgedeckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorsehen einer Zwischenschicht aus Nickel zwischen der Lagermetallschicht und der Lauf­ schicht die Nickelschicht auf dem Lagerrücken zugleich mit der Zwischenschicht auf der Lagermetallschicht aufgebracht wird.