DE60212783T2

DE60212783T2 - Tragstruktur

Info

Publication number: DE60212783T2
Application number: DE60212783T
Authority: DE
Inventors: Chi C. South Glastonbury Law
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: CN1415865A; EP1306569B1; US20030081868A1; EP1306569A3; KR20030035859A; CA2409533A1; KR100545731B1; EP1306569A2; US6588934B2; CA2409533C; JP2003206928A; DE60212783D1; RU2244177C2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Silber-enthaltende Kupferlegierungsbeschichtung, die auf eine Oberfläche einer Lagerkomponente, wie z.B. einer Laufbuchse, aufgebracht werden kann, und ein Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung auf die Lagerkomponente.
Gleitlager werden als strukturelle Abstützung für rotierende Teile verwendet. Wichtige Anforderungen an Gleitlagermaterialien umfassen Schmierfähigkeit, hohe thermische Leitfähigkeit und Ermüdungsfestigkeit. Übliche metallische Gleitlagermaterialien umfassen Legierungen aus Zinn, Blei, Aluminium und Kupfer. Von besonderem Interesse für die Gleitlager in einem Gebläseantriebszahnradsystem sind Kupferlegierungen, die 21% bis 30% Blei enthalten. Die Schmierfähigkeit dieser Kupferlegierungen entsteht aus dem Vorhandensein von Bleipartikeln, die gleichmäßig in der Kupfermatrix verteilt sind. Unter nachteiligen Betriebsbedingungen hat sich gezeigt, dass Reibungswärme anfängliches Schmelzen und nachfolgenden Verlust an Blei in der Oberflächenschicht bewirkt. Ein Festfressen der Lager tritt schnell auf, wenn Blei aus der Oberfläche abgereichert wird.
Demgemäß bleibt ein Bedarf an Legierungsmaterialien, die auf Lagerkomponentenoberflächen aufgebracht werden können und die höhere anfängliche Schmelztemperaturen als Blei-enthaltende Kupferlegierungen haben.
Verschiedene Lagerbeschichtungen wurden offenbart in US-A-2 994 654, US-A-2 392 917, GBA-605 593 und US-A-3 235 316.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupferlegierung bereitzustellen, die vorteilhaft in Lagerstrukturen verwendet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupferlegierung wie oben bereitzustellen, die eine höhere anfängliche Schmelztemperatur als Bleienthaltende Kupferlegierungen hat.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupferlegierung wie oben bereitzustellen, die Schmierfähigkeit und hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufbringen der Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung auf eine Lageroberfläche in der Form einer Beschichtungsschicht bereitzustellen. Die vorangehenden Aufgaben werden durch die Kupferlegierung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Kupferlegierung gemäß Anspruch 1 für die Verwendung in Lagerstrukturen vorgesehen. Die Kupferlegierung wird auf eine Oberfläche einer Lagerkomponente aufgebracht.
Ein Verfahren zum Bilden einer Lagerstruktur gemäß Anspruch 10 wird ebenfalls offenbart. Die Lagerkomponente kann eine in einem Gleitlager verwendete Laufbuchse sein.
Weitere Details der Silber-enthaltenden Kupferlegierungen für Gleitlager der vorliegenden Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile, die damit zusammenhängen, werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ausgeführt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine Lagerstruktur mit einer Kupferlegierungsbeschichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORM(EN)
Bezugnehmend nun auf 1 ist eine Lagerstruktur 10 veranschaulicht. Die Lagerstruktur 10 weist einen Lagerstift 12, eine Laufbuchse 14, die den Lagerstift 12 umgibt, und eine Kupferlegierungsbeschichtungsschicht 16 an einer Oberfläche 18 der Laufbuchse 14 auf. Der Lagerstift 12 und die Laufbuchse 14 können aus jedem geeigneten, im Stand der Technik bekannten Lagermaterial gefertigt sein. Zum Beispiel können der Lagerstift 12 und die Laufbuchse 14 aus einer Eisen-basierten Legierung oder einer anderen nicht-eisenhaltigen Legierung gebildet sein.
Die Kupferlegierung, die die Beschichtungsschicht 16 bildet, ist eine binäre Silberenthaltende Kupferlegierung. Die Kupferlegierung besteht aus etwa 15 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 50 Gew.-% bis 60 Gew.-%, Silber und dem Rest im Wesentlichen Kupfer. Es wurde herausgefunden, dass die Kupferlegierungen der vorliegenden Erfindung wesentliche Vorteile bringen, wenn sie in Lageranwendungen verwendet werden. Zum Beispiel haben die Kupferlegierungen der vorliegenden Erfindung eine höhere anfängliche Schmelztemperatur als Kupfer-Blei-Legierungen, mindestens etwa 779°C für die Kupferlegierungen der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu 327°C für die Kupfer-Blei-Legierungen. Weiterhin sind die Legierungen der vorliegenden Erfindung nicht-toxisch und haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer-Blei-Legierungen. Die Legierungen der vorliegenden Erfindung weisen auch exzellente Schmierfähigkeits- und Ermüdungsfestigkeitseigenschaften auf.
Die Kupferlegierungen der vorliegenden Erfindung können auf die Oberfläche 18 der Laufbuchse 16 mittels jeder geeigneten, im Stand der Technik bekannten Technik aufgebracht werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, physikalische Gasphasenabscheidung, elektrochemische Abscheidung und chemische Techniken. Eine geeignete Technik, die verwendet werden kann, um die Silber-enthaltende Kupferlegierung auf die Oberfläche 18 abzuscheiden, ist das Elektronenstrahlverfahren, das in US-Patent Nr. 5 571 332 an Halpern gezeigt ist. Noch ein weiteres Verfahren, das verwendet werden kann, ist das Abscheidungsverfahren, das in US-Patent Nr. 4 788 082 an Schmitt gezeigt ist. Eine Sputtertechnik, die verwendet werden kann, um die Beschichtungsschicht 16 an der Laufbuchsenoberfläche 18 zu bilden, ist in US-Patent Nr. 4 904 362 an Craertner gezeigt.
Unabhängig von dem verwendeten Verfahren sollte die Kupferlegierung an der Oberfläche so abgeschieden werden, dass sie eine Dicke hat, die ausreicht, große Metallpartikel einzuschließen, die ansonsten den Betrieb der Lagerstruktur beeinflussen können und bewirken können, dass das Lager sich fest frisst. Die Dicke der Schicht 16 kann bis zu 0,1 inch (2,5 mm) sein. Vorzugsweise hat die Kupferlegierungsschicht 16 eine Dicke im Bereich von etwa 30 μm bis 100 μm.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem Aufbringen der Kupferlegierung auf eine Oberfläche einer Laufbuchse diskutiert wurde, kann die Kupferlegierung auch auf eine oder mehrere Oberflächen anderer Lagerkomponenten abgeschieden werden.

Claims

Lageranordnung (10), aufweisend: eine Komponente (14) und eine Beschichtung (16), die auf eine Oberfläche der Komponente aufgebracht ist; und dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einer binären Silber-enthaltenden Kupferlegierung gebildet ist, die von 15 Gew.-% bis 90 Gew.-% Silber und den Rest im Wesentlichen Kupfer enthält.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei der Silbergehalt in der Kupfer-Basis-Legierung im Bereich von etwa 50 Gew.-% bis 60 Gew.-% ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Komponente (14) aus einem metallischen Material gebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Komponente (14) aus einer Eisen-basierten Legierung gebildet ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Lagerstift (12) und wobei die Komponente (14) eine Laufbuchse aufweist, die den Lagerstift (12) umgibt.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (16) eine Dicke hat, die ausreicht, um Metallpartikel einzuschließen.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (16) eine Dicke im Bereich von einer Menge, die ausreicht, um Metallpartikel einzuschließen, bis etwa 2,5 mm (0,1 Inch) hat.
Lageranordnung nach Anspruch 7, wobei die Beschichtungsdicke im Bereich von etwa 30 μm bis 100 μm ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kupfer-Basis-Legierung eine anfängliche Schmelztemperatur von mindestens etwa 779°C hat.
Verfahren zum Bilden einer Lageranordnung, aufweisend: Bereitstellen einer Lagerkomponente (14); und gekennzeichnet durch: Aufbringen einer Schicht (16) aus einer binären Silber-enthaltenden Kupferlegierung, die aus von 15 Gew.-% bis 90 Gew.-% Silber und dem Rest im Wesentlichen Kupfer besteht, auf eine Oberfläche der Lagerkomponente.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen einer Schicht aus einer Kupfer-Basis-Legierung, die von etwa 50 Gew.-% bis 60 Gew.-% Silber und dem Rest im Wesentlichen Kupfer besteht, auf die Oberfläche der Lagerkomponente (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens ein Sputtern der Kupfer-Basis-Legierung auf die Oberfläche der Lagerkomponente (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens ein Abscheiden der Kupfer-Basis-Legierung auf die Oberfläche der Lagerkomponente (14) mittels einer Elektronenstrahl-physikalische-Gasphase-Abscheidung-Technik umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens ein Verwenden einer elektrochemischen Technik zum Aufbringen der Kupfer-Basis-Legierung auf die Oberfläche der Lagerkomponente (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens ein Verwenden einer chemischen Technik zum Aufbringen der Kupfer-Basis-Legierung auf die Oberfläche der Lagerkomponente (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen der Kupfer-Basis-Legierung auf die Oberfläche mittels eines Elektronenstrahlprozesses umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen einer Schicht aus der Kupfer-Basis-Legierung mit einer Dicke von weniger als 2,5 mm (0,1 inch) auf die Oberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen einer Schicht der Kupfer-Basis-Legierung mit einer Dicke im Bereich von etwa 30 bis 100 μm auf die Oberfläche umfasst.