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Lager Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche Lager, die
aus Aluminium als Hauptmetall hergestellt sind.
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Gegenstand der Erfindung ist ein. Lager, dessen Hauptteil aus einer
Aluminiumlegierung und dessen Lagerfläche aus einer korrosionsfesten Legierung mit
Blei als Hauptbestandteil besteht, beispielsweise einer Blei-Zinn- oder einer Blei-Indium-Legierung.
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Vorzugsweise findet für den Hauptteil des Lagers eine Aluminiumlegierung
Anwendung, die zum größten Teil aus Aluminium zusammen mit kleineren Gehalten an
Silicium und Kadmium besteht, wobei die Summe der Gehalte an Silicium und Kadmium
zweckmäßig 2,5 bis 15 % beträgt. Vorzugsweise liegt der Gehalt an Silicium bei z
bis io 1/o und der Gehalt an. Kadmium bei 0,5 bis 5 %.
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Wenn es gewünscht ist, kann der Lagerhauptteil aus Aluminium bzw.
aus einer Legierung des Aluminiums mit einer festen Stützschale beispielsweise aus
Stuhl od. dgl. verbunden sein.
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Lager aus Aluminiumlegierungen haben in den vergangenen Jahren bewiesen,
daß sie hervorragend für schwere Belastungen und rauhen Betrieb geeignet sind. Sie
besitzen hohe Festigkeit gegen Druckbelastung, hohen Schmelzpunkt und gute Lagereigenschaften.
In vielen Fällen hat sich die Verwendung reinen Aluminiums als sehr brauchbar gezeigt,
aber in jüngster Zeit werden Aluminiumlegierungen vorgezogen, beispielsweise Alum:inium-
Kadmium-Silicium-Legierungen,
:die sich besonders für Hochleistungslager außerordentlich bewährt haben.
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Beispielsweise sind Legierungen von folgenden Zusammensetzungen brauchbar:
2 bis io % Silicium, 0,5o bis 5 % Kadmium, Rest Aluminium,. Bei einer solchen Legierung
beträgt die Summe der Gehalte an Silicium und Kadmium 2,5 bis 15 010.
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Eine bevorzugte Zusammensetzung einer solchen Legierung ist: 3,5 bis
4,5% Silicium, 0,75 bis 1,40 % Kadmium, Rest Aluminium.
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Lager aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit Stahlstützschalen
können austauschbar in Brennkraftmaschinen an Stelle der üblichen Lager aus Babbittmetall
auf Stahlunterlage gebraucht werden. Solche Lager können auf verschiedene Weise
hergestellt werden. .
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In manchen Fällen ist es wünschenswert, auf dem Lager aus Aluminium
oder der Aluminiumlegierung eine Arbeitsfläche aus einer Lagerlegierung aufzubringen.
Diese Lagerlegierung ist vorzugsweise eine korrosionsfeste Bleilegierung, beispielsweise
eine Blei-Zinn-Legierung. Sie findet als dünne Schicht Verwendung, die an allen
Stellen metallisch fest mit der Aluminiumlegierung verbunden ist. Solch eine Schicht
aus einer Lagerlegierung hat gewisse sehr erwünschte Eigenschaften, ist aber gleichzeitig
von so geringer Stärke, daß die Festigkeit, Starrheit und Anpassungsfähigkeit des
Aluminiumlagermetalls die Belastung trägt. Auf diese Weise besitzt ein Lager nach
der Erfindung Oberflächeneigenschaften ähnlich den Lagertypen, die aus einer Blei-Zinn-Legierung
hergestellt sind, in Verbindung mit einer festen Aluminiuinlegierungsunterlage,
die hohe Lasten aushält. Sollte sich an einzelnen Stellen der Überzug aus der Lagerlegierung
abnutzen oder infolge von Verformungen oder anderen Ursachen verschwinden, so verbleibt
an diesen Stellen doch noch das Aluminium oder die Aluminiumlegierung, die ebenfalls
gute Lagereigenschaften besitzen.
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Allerdings ist die metallische Aufbringung von Legierungen aus Blei-Zinn
auf Lagerflächen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen eine sehr problematische
Angelegenheit. Es ist schwierig, eine Blei-Zinn-Legierung in befriedigender Weise
in geschmolzenem Zustand aufzubringen, da die Bindung einer solchen Schicht an die
Unterlage sehr unbefriedigend ist. Auch ist es sehr schwierig, eine dünne Schicht
von bestimmter Stärke herzustellen. Die Aufbringung der Blei-Zinn-Schicht -auf das
Aluminium muß deshalb unter kritischen und sorgfältig kontrollierten Bedingungen
erfolgen; wenn man eine befriedigende Arbeitsfläche aus einer Blei-Zinn-Legierung
erhalten will, die metallisch mit der Aluminiumunterlage verbunden ist.
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Als bestes Verfahren hat sich die gemeinsame elektrolytische Anfplattierung
von Blei und Zinn auf die Aluminiumunterlage gezeigt. Man erhält auf diese Weise
ein fertiges Lager, das alle gewünschten Eigenschaften besitzt, aber keinen der
Nachteile aufweist, die mit sämtlichen Gießverfahren verbunden sind.
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Um eine elektrolytische Schicht einer Blei-Zinn-Legierung auf die
Fläche aus einer Aluminiumlegierung aufzubringen, wird die Aluminiumlegierung zunächst
mit oder ohne eine Unterlage (Stützschale) aus Stahl in einer üblichen Behandlungsflüssigkeit,
wie beispielsweise heißer Trinatriumphosphatlösung, während etwa io bis 15 Sekunden
entfettet und dann in fließendem Wasser gewaschen. Die Aluminiumfläche wird dann
bei einer Temperatur von etwa 8o bis 9o° und für etwa 3ö Sekunden mit einer Lösung
von T rinatriumphosphat und, Natriumhydroxyd, die ungefähr 40 g eines solchen Gemisches
je Liter Wasser enthält, gebeizt. Nach dem Beizen wird das Lager in kaltem Wasser
gewaschen und aller Schmutz abgebürstet. Das Lager wird dann einer elektrolytischen
Behandlung in einer 8%igen Schwefelsäurelösung bei Raumtemperatur unterworfen, wobei
das Aluminiumlager als Kathode und Graphit als Anode dient. Diese Elektrolyse dauert
ungefähr 3 Minuten mit einer Stromdichte von 6o mA/cm2. Dadurch wird die Oberfläche
der Aluminiumlegierung erneut gebeizt. Das Lager wird dann mit kaltem Wasser abgespült
und anschließend für etwa 20 Sekunden bei Raumtemperatur in ein Bad einer wäßrigen
N atrium-Zinkat-Lösung vom spezifischen Gewicht von etwa 1,407 bei 20° getaucht.
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Anschließend wird das Lager wiederum abgespült und dann als Kathode
in ein elektrolytisches Bad von. Kupfercyanid für ungefähr 1,7 Minuten bei einer
Stromdichte von io inA/cm2 gebracht, um einen galvanischen Kupferüberzug von einer
Stärke von etwa o,ooo25 bis 0,0012 mm aufzubringen.
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Eine gute derartige Badzusammensetzung ist: Kupfercyanid i9 g/1, Natriuincyanid
25g/1, Natriumcarbonat 12,5 g/1, Natriumthiosulfat 1,5 g/1, Wasser 1 1, Temperatur
30 bis 43°.
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Dieser Verfahrensschritt ist von ganz großer Wichtigkeit, da der hauchdünne
Kupferüberzug sehr sorgfältig geregelt werden muß, um beste Ergebnisse zu erhalten.
Das mit dem Kupferüberzug versehene Lager wird nun abgespült und ist für die endgültige
Auftragung des galvanischen Bleilegierungsüberzuges fertig.
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Für die gemeinsame galvanische Auftragung der Blei-Zinn-Legierung,
wobei der Anteil des Bleis zwischen 9o und 99 % und der des Zinns zwischen io und
i Oio betragen kann, werden zwei halbzylindrische Lagerschalen zu einer zylindrischen
Form vereinigt und in dem so entstehenden Hohlraum eine Anode aus einer Blei-Zinn-Legierung
untergebracht, in der die beiden Metalle in den gewünschten Prozentsätzen zugegen
sind. Wenn beispielsweise der innere Durchmesser der beiden Lagerschalen 7,5 cm
beträgt, hat sich eine Anode mit einem Durchmesser von 5 cm bewährt. Als Elektrolytflüssigkeit
findet eine Bleifluoborat-Zinnfluoborat-Lösung mit einem Zusatz von Gelatine Verwendung.
Für einen galvanischen Überzug, der aus 95 % Blei und 5 % Zinn besteht, wird ein
Verhältnis dieser Reagentien von etwa 12 : i aufrechterhalten. Größere Zusätze von
Gelatine können benutzt werden, um den Zinniederschlag zu steuern. An Stelle von
Gelatine kann auch Knochenleim Verwendung finden.
Während der bei
Raumtemperatur durchgeführten Elektroplattierung sollte die Elektrolytflüssigkeit
in Umlauf gehalten und fortlaufend filtriert werden. Die Anode rotiert zweckmäßig.
Eine geeignete Zusammensetzung für eine Elektrolytflüss.igkeit im Verhältnis von
12 : i ist: Bleifluoborat 75 g/1, Zinnfluoborat 6,2 g/1, Gelatine 3 g/1.
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Der Bleigehalt kann bis zu einem Gehalt von etwas über ioo g/1 geändert
werden, ohne daß dies nachteilige Auswirkungen hat.
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In Fällen, wo hohe Korrösionsfestigkeit gefordert wird, kann man an
Stelle von Zinn Indium benutzen bzw. anschließend auf die Bleischicht auftragen.
Die Indiummenge sollte in diesem Fall 7% der Legierung nicht übersteigen. Die Stärke
der Bleilegierung auf der Aluminiumunterlage beträgt zweckmäßig 0,005 bis
0,025 mm, und die gemeinsame Aufplattierung erfolgt bei einer Temperatur
von 10 bis 45° bei Stromdichten von etwa 2o bis 75 mA/cm2. Sobald der galvanische
Niederschlag ausreicht, wird das Lager in kaltem Wasser gespült, getrocknet und
ist dann fertig für die Benutzung.
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Lager aus einer Aluminiumlegierung mit einer elektrolytisch gemeinsam
aufplattierten Schicht von Blei-Zinn haben sich für höchste Leistungen außerordentlich
bewährt, beispielsweise für Dieselmotoren u. dgl. Eine mikroskopartige Untersuchung
hat gezeigt, daß es sich um ein Verbundlager aus einer Aluminiumlegierung handelt,
mit der in ihrer ganzen Ausdehnung eine Schicht aus Blei-Zinn-Legierung metallurgisch
verbunden ist.
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Natürlich kann das beschriebene Elektroplattierungsverfahren auch
abgeändert werden. Der gemeinsame galvanische Niederschlag von Blei-Zinn ist ja
auf anderen Gebieten wohl bekannt und ebenso die Zubereitung geeigneter Elektrolytbäder.
Das beschriebene Verfahren zum galvanischen Niederschlag der Blei-Zinn-Legierung
ist deshalb nicht der einzige Weg, auf dem es gelingt, ein Verbundlager aus einer
Aluminiumlegierung, auf dessen Oberfläche eine Lagerfläche aus einer Blei-Zinn-Legierung
fest aufgebracht ist, herzustellen. Die diesbezüglichen Hinweise dieser Beschreibungen
sollen nur als Beispiele dienen.