EP0635073A1 - Verfahren zum herstellen von gleitlager-schichtwerkstoff oder gleitlager-schichtwerkstücken - Google Patents

Verfahren zum herstellen von gleitlager-schichtwerkstoff oder gleitlager-schichtwerkstücken

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EP0635073A1
EP0635073A1 EP93906428A EP93906428A EP0635073A1 EP 0635073 A1 EP0635073 A1 EP 0635073A1 EP 93906428 A EP93906428 A EP 93906428A EP 93906428 A EP93906428 A EP 93906428A EP 0635073 A1 EP0635073 A1 EP 0635073A1
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silvering
silver
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main
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Helmut Tegebauer
Volker Falkowski
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Braunschweiger Huettenwerk GmbH
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    • F16C2300/02—General use or purpose, i.e. no use, purpose, special adaptation or modification indicated or a wide variety of uses mentioned

Definitions

  • the invention relates to a method for producing plain bearing layer material or plain bearing layer workpieces, in which a binding layer made of silver and a sliding layer made of a lead-tin-copper or tin on a single-layer or multilayer carrier material or carrier workpiece -Antimony- plain bearing alloy (preferably lead-tin-copper alloy), galvanically attached.
  • the binding layer made of silver offers the advantage that it is considerably softer and less susceptible to seizure than the binding and diffusion barrier layer made of nickel or similar hard metallic materials, which has been widely used in the case of multilayer plain bearings.
  • the binding layer made of silver known from DE-AS 1 048 757 has the defect that it can only have a maximum thickness of 2.5 ⁇ m in order to retain sufficient binding to the thin zinc layer arranged underneath and the carrier layer made of aluminum material .
  • the galvanic application of the known binding layer made of silver is associated with critical working conditions, so that the binding layer made of silver known from DE-AS 1 048 757 could not prevail in practice.
  • the object of the invention is to create a method with which a galvanically applied bonding layer made of silver is thicker and more effective than before, in particular with regard to increased bonding strength on backing layers with emergency running properties, both on backing layers made of aluminum material as well as on carrier layers made of other materials, in particular bronze materials.
  • the bonding layer made of pure silver is galvanically applied in two successive stages of silver dissolved in cyanide, namely in a pre-silvering stage as a thin pre-silvering layer with a thickness of approximately 0.1 ⁇ m to approximately 0.5 ⁇ m and a main - Silvering stage as the actual silver layer with a thickness of approximately 2 ⁇ m to approximately 10 ⁇ m, whereby in the pre-silvering stage a much lower silver concentration is used than in the main silvering stage, but current density of approximately the same order of magnitude is set up in both stages.
  • the structure of the bonding layer according to the invention as a thin pre-silvering layer and the actual silver layer ensures that the pre-silvering layer ensures a secure bond on the carrier layer, while the actual silver layer forms a secure bonding basis for the sliding layer applied galvanically over it. This is achieved even though both partial layers have the same material structure made of pure silver. Due to the galvanic structure of a pre-silvering layer, the silver bonding layer can be adapted to support layers of various material structures. The adaptation between the pre-silvering layer and the actual silver layer is not critical due to the material of the two layers being the same, as is the binding property of the actual silver layer with the sliding layer electroplated thereon.
  • the galvanic silver plating baths used to build up the two sub-layers of the silver bonding layer preferably differ in their material composition only with regard to the silver concentration and the concentration of the free alkali cyanide used in addition to the cyanide-dissolved silver.
  • the concentration of the free alkali cyanide can thus lie between 50 g 1 and 200 g 1, it being possible to use a higher, preferably about 50% higher to twice the concentration of the free alkali cyanide in the main silvering stage.
  • Silver concentrations of between approximately 1 g / l and approximately 60 g / l can be provided in the silver plating baths, an approximately 10-fold to 20-fold silver concentration being used in the main silver-plating stage compared to that in the pre-silver-plating stage.
  • the pretreatment prior to the silvering step can be provided for carrier layers made of bronze material by pickling or electrical etching and pickling.
  • Pretreatment prior to pre-silvering can also be provided in the case of carrier layers made of aluminum material by pickling or electro-etching and pickling and then very thin pre-metallization.
  • carrier layers made of aluminum material such as aluminum alloy or aluminum dispersion alloy
  • a pre-treatment by pickling and acid immersion and subsequent immersion in an aluminum immersion liquid are preferred before the pre-silvering step, in order to deposit a very thin layer of at least one, preferably several, of the metals zinc, nickel, Make copper, iron.
  • carrier layers made of aluminum material such as aluminum alloy or aluminum dispersion alloy
  • the free alkali cyanide can also be sodium cyanide in one or the other or in both silver plating baths.
  • Preformed carrier workpieces for plain bearings with a steel backing and aluminum-tin dispersion alloy coating are degreased in organic solvent and then pickled in a solution of sulfuric acid, hydrofluoric acid and zinc oxide.
  • the workpieces are then immersed in a mixed acid of sulfuric and chromic acid. This is followed by immersion in an aluminum immersion liquid according to Example 2 over a period of 1 to 3 minutes.
  • the galvanic deposition of the pure silver layer is followed by the galvanic deposition of a ternary or binary sliding layer (PbSnCu or SnSb) in the desired thickness. After the ternary or binary sliding layer has been deposited, a heat test is carried out to check the bond strength.
  • a ternary or binary sliding layer PbSnCu or SnSb
  • Preformed plain bearing workpieces made of steel backing and an applied intermediate layer made of tin-lead-bronze are degreased in organic solvents and then subjected to electro-etching. Electroetching is followed by immersion in acid (pickling). After pickling, the electrodeposition of a pre-silvering layer of about 0.1-1.5 ⁇ m thickness is carried out and the electrodeposition of a pure silver layer of about 5 ⁇ m thickness in silvering baths according to Example 1. Electrodeposition of a ternary or binary is carried out on the deposited pure silver layer Sliding layer of the desired composition and thickness.

Abstract

Bei Gleitlager-Schichtwerkstoff oder Gleitlager-Schichtwerkstücken wird zur Bildung einer Bindungsschicht aus Reinsilber zwischen einem ein- oder mehrschichtigen Trägerwerkstoff oder Trägerwerkstück und einer galvanisch aufgebrachten Gleitschicht-Legierung ein zweistufiger galvanischer Aufbau der Bindungsschicht vorgenommen und zwar in einer Vorversilberungsstufe für die Bildung einer Vorversilberungsschicht mit etwa 0,1 νm bis 0,5 νm Dicke und einer Hauptversilberungsschicht mit etwa 2 νm bis etwa 10 νm Dicke. Die galvanischen Versilberungsbäder beider Stufen haben im wesentlichen gleiche stoffliche Zusammensetzung, jedoch erhebliche Konzentrationsunterschiede insbesondere wesentlich geringere Silberkonzentration in der Vorversilberungsstufe als in der Hauptversilberungsstufe. Für den Aufbau der Bindungsschicht aus Reinsilber auf Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff ist vor der Vorversilberung eine sehr dünne Vormetallisierung mit mindestens einem der Metalle Zink, Nickel, Kupfer, Eisen vorzunehmen. Dies kann bevorzugt mittels einer entsprechenden Aluminiumimmersionsflüssigkeit geschehen.

Description

Verfahren zum Herstellen von Gleitlager-Schichtwerkstoff oder Gleitlager-
Schichtwerkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gleitlager-Schichtwerk¬ stoff oder Gleitlager-Schichtwerkstücken, bei dem auf einem ein- oder mehr¬ schichtigen Trägerwerkstoff oder Trägerwerkstück eine Bindungsschicht aus Silber und auf dieser eine Gleitschicht aus einer Blei-Zinn-Kupfer- oder Zinn-Antimon- Gleitlagerlegierung (vorzugsweise Blei-Zinn-Kupfer-Legierung), galvanisch ange¬ bracht werden.
Aus DE-AS 1 048 757 ist es bekannt, bei Gleitlagern, die ganz oder zur Hauptsa¬ che aus Aluminium bestehen, zwischen der Trägerschicht aus Aluminiumwerkstoff und einer galvanisch aufgebrachten Gleitschicht aus Lagermetall auf Bleibasis eine dünne Zinkschicht und eine Bindungsschicht aus Silber vorzusehen. Die Bindungs¬ schicht aus Silber bietet dabei den Vorteil, daß sie erheblich weicher ist und erheb¬ lich weniger zum Fressen neigt, als die bisher bei Mehrschicht-Gleitlagem vielfach gebräuchliche Bindungs- und Diffusionssperrschicht aus Nickel oder ähnlich harten metallischen Werkstoffen. Jedoch hat die aus der DE-AS 1 048 757 bekannte Bin¬ dungsschicht aus Silber den Mangel, daß sie nur eine maximale Dicke von 2,5 μm aufweisen kann, um ausreichende Bindung zu der darunter angeordneten dünnen Zinkschicht und der Trägerschicht aus Aluminiumwerkstoff zu behalten. Außerdem ist die galvanische Aufbringung der bekannten Bindungsschicht aus Silber mit kritischen Arbeitsbedingungen verbunden, so daß sich die aus DE-AS 1 048 757 bekannte Bindungsschicht aus Silber in der Praxis nicht durchsetzen konnte.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber ein Verfahren zu schaffen, mit wel¬ chem eine galvanisch aufgebrachte Bindungsschicht aus Silber in größerer Dicke und größerer Wirksamkeit als bisher, insbesondere im Hinblick auf erhöhte Bin¬ dungsfestigkeit auf Trägerschichten mit Notlaufeigenschaften, und zwar sowohl auf Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff als auch auf Trägerschichten aus anderen Werkstoffen, insbesondere Bronzewerkstoffen aufbringbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bindungsschicht aus Reinsilber in zwei aufeinanderfolgenden Stufen aus zyanidisch gelöstem Silber galvanisch aufgebracht wird, und zwar in einer Vorversilberungsstufe als dünne Vorversilberungsschicht mit etwa 0, 1 μm bis etwa 0,5 μm Dicke und einer Haupt- Versilberungsstufe als eigentliche Silberschicht mit etwa 2 μm bis etwa 10 μm Dicke, wobei in der Vorversilberungsstufe wesentlich geringere Silberkonzentrati¬ on als in der Hauptversilberungsstufe angewandt, jedoch in beiden Stufen Strom¬ dichte in etwa gleicher Größenordnung eingerichtet wird.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Bindungsschicht als dünne Vorversilbe¬ rungsschicht und eigentliche Silberschicht wird erreicht, daß mit der Vorversilbe- rungsschicht eine sichere Bindung auf der Trägerschicht gewährleistet ist, während die eigentliche Silberschicht eine sichere Bindungsgrundlage für die darüber gal- vanisch aufgebrachte Gleitschicht bildet. Dies wird erreicht, obwohl beide Teil¬ schichten gleichen stofflichen Aufbau aus Reinsilber aufweisen. Durch den galva¬ nischen Aufbau einer Vorversilberungsschicht läßt sich die Silber-Bindungsschicht an Trägerschichten unterschiedlichsten Werkstoffaufbaues anpassen. Die Anpas¬ sung zwischen der Vorversilberungsschicht und der eigentlichen Silberschicht ist durch die Werkstoffgleichheit beider Schichten unkritisch, ebenso die Bindungsei¬ genschaft der eigentlichen Silberschicht mit der darauf galvanisch angebrachten Gleitschicht.
Die für den Aufbau der beiden Teilschichten der Silber-Bindungsschicht benutzten galvanischen Versilberungsbäder unterscheiden sich in ihrer stofflichen Zusam¬ mensetzung bevorzugt nur hinsichtlich der Silberkonzentration und der Konzentra¬ tion des neben den zyanidisch gelösten Silbers benutzten freien Alkalizyanids. So kann die Konzentration des freien Alkalizyanids zwischen 50 g 1 und 200 g 1 lie¬ gen, wobei man in der Hauptversilberungsstufe höhere, vorzugsweise etwa 50% höhere bis doppelte Konzentration des freien Alkalizyanids einsetzen kann. In den Versilberungsbädern können Silberkonzentrationen zwischen etwa 1 g/1 und etwa 60 g/1 vorgesehen werden, wobei in der Hauptversilberungsstufe eine etwa 10-fa- che bis 20-fache Silberkonzentration gegenüber derjenigen in der Vorversilbe¬ rungsstufe angewandt werden kann.
Zur Anpassung der Vorversilberung an die Materialbeschaffenheit der jeweiligen Trägerschicht bieten sich unterschiedlichste Möglichkeiten, die von Fall zu Fall vom Fachmann zu wählen sind. So kann beispielsweise durch Beizen oder Elek- troätzen und Dekapieren die Vorbehandlung vor der Versilberungsstufe bei Träger schichten aus Bronzewerkstoff vorgesehen werden. Es kann auch durch Beizen oder Elektroätzen und Dekapieren und anschließend sehr dünne Vormetallisiening eine Vorbehandlung vor der Vorversilberung bei Trägerschichten aus Aluminium¬ werkstoff vorgesehen sein. Bei Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff wie Aluminiumlegierung oder Alu¬ minium-Dispersionslegierung wird man bevorzugt vor der Vorversilberungsstufe eine Vorbehandlung durch Beizen und Säuretauchen und anschließendes Tauchen in eine Alumi umimmersionsflüssigkeit zum Abscheiden einer sehr dünnen Schicht aus mindestens einem, bevorzugt mehreren, der Metalle Zink, Nickel, Kupfer, Eisen vornehmen. Es ist aber auch möglich, bei Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff, wie - umimumlegierung oder Aluminium-Dispersions- legierung vor der Vorversilberungsstufe eine Vorbehandlung vorzunehmen, die die Beseitigung der Oxidschicht und die Bildung einer sehr dünnen Metallschicht durch elektrochemische Voπnetallisierung enthält.
Ausführungsbeispiele:
Beispiel 1
Vorversilberungsbad:
1 bis 5 g/1 gelöstes Silber 50 bis 200 g l Kaliumzyanid Stromdichte: 1 bis 3 A/dm2
Hauptversilberungsbad:
20 bis 50 g/1 gelöstes Silber 120 bis 200 g/1 Kaliumzyanid Stromdichte: 2 bis 5 A dm2
Das freie Alkalizyanid kann in dem einen oder anderen oder in beiden Versilbe¬ rungsbädern auch Natriumzyanid sein.
Beispiel 2
Alumim'umimmersionslösung mit den Hauptbestandteilen:
10 bis 20 g/1 Zinkionen 5 bis 10 g/1 Nickelionen 1 bis 2 g/1 Kupferionen geringe Menge Eisenionen. Diese Bestandteile sind in Form von Salzen vorgesehen, deren Säuren große Men¬ gen von Aluπiinium binden können.
Beispiel 3
Vorgefoπnte Trägerwerkstücke für Gleitlager mit Stahlrücken und Auflage aus Aluminium-Zinn Dispersionslegierung werden in organischem Lösungsmittel ent¬ fettet und anschließend in einer Lösung aus Schwefelsäure, Flußsäure und Zink¬ oxid gebeizt. Anschließend erfolgt Tauchen der Werkstücke in einer Mischsäure aus Schwefel- und Chromsäure. Anschließend erfolgt Tauchen in eine Alumini- umimmersionsflüssigkeit gemäß Beispiel 2 über einen Zeitraum von 1 bis 3 Minu¬ ten. Es folgt galvanische Abscheidung einer Vorversilberungsschicht in einer Dicke von 0,1 bis 0,5 μ und die galvanische Abscheidung einer Reinsilberschicht von ca. 5 μm Dicke in Vorversilberungs- und Hauptversilberungsbädern nach Bei- spiel 1. Auf die galvanische Abscheidung der Reinsilberschicht folgt die galva¬ nische Abscheidung einer ternären oder binären Gleitschicht (PbSnCu oder SnSb) in jeweils gewünschter Dicke. Nach der Abscheidung der ternären oder binären Gleitschicht erfolgt ein Wärmetest zur Prüfung der Bindefestigkeit.
Zwischen den einzelnen Behandlungsschritten erfolgen die üblichen und bekannten Wasch- und Spülvorgänge.
Beispiel 4
Vorgeformte Gleitlagerwerkstücke aus Stahlrücken und aufgebrachter Zwischen¬ schicht aus Zinn-Blei-Bronze werden in organischen Lösungsmitteln entfettet und anschließend einem Elektroätzen unterzogen. Auf das Elektroätzen folgt ein Tauchen in Säure (Dekapieren). Nach dem Dekapieren erfolgt die galvanische Abscheidung einer Vorversilberungsschicht von etwa 0, 1 - 0,5 μm Dicke und die galvanische Abscheidung einer Reinsilberschicht von etwa 5 μm Dicke in Ver¬ silberungsbädern nach Beispiel 1. Auf die abgeschiedene Reinsilberschicht erfolgt galvanische Abscheidung einer ternären oder binären Gleitschicht gewünschter Zu¬ sammensetzung und Dicke.
Zwischen den Behandlungsschritten erfolgen die üblichen und bekannten Wasch- und Spülschritte. Die fertiggestellten Gleitlager werden einem Wärmetest unterzogen zur Prüfung der Bindungsfestigkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Gleitlager-Schichtwerkstoff oder Gleitlager- Schichtwerkstücken, bei dem auf einen ein- oder mehrschichtigen Trägerwerk¬ stoff oder Trägerwerkstück eine Bindungsschicht aus Silber und auf dieser eine Gleitschicht aus Gleitlagerlegierung, vorzugsweise Blei-Zinn-Kupfer- oder Zinn-Antimon-Legierung, galvanisch aufgebracht werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bindungsschicht aus Reinsilber in zwei aufeinanderfolgenden Stufen aus zyanidisch gelöstem Silber galvanisch aufgebracht wird, und zwar in einer Vor¬ versilberungsstufe als dünne Vorversilberungsschicht mit etwa 0,1 bis etwa 0,5 μm Dicke und in einer Hauptversilberungsstufe als eigentliche Silberschicht mit etwa 2 μm bis etwa 10 μm Dicke, wobei in der Vorversilberungsstufe eine we¬ sentlich geringere Silberkonzentration als in der Hauptversilberungsstufe ange¬ wandt, jedoch in beiden Stufen eine Stromdichte in etwa gleicher Größenord¬ nung eingerichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den galvanischen Versilberungsbädern beider Stufen neben dem zyanidisch gelösten Silber freies Alkalizyanid in Konzentrationen zwischen 50 g/1 und 200 g/1 eingesetzt wird, wobei in der Hauptversilberungsstufe höhere, vorzugsweise etwa 50% höhere bis doppelte Konzentration des freien Alkalizyanids eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Silberkonzen¬ trationen in den Versilberungsbädern zwischen 1 g/1 und 10 g/1 vorgesehen wer¬ den, wobei in der Hauptversilberungsstufe etwa 10-fache bis 20-fache Silber konzentration gegenüber derjenigen in der Vorversilberungsstufe angewandt wird.
4. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Beizen oder Elektroätzen und Dekapiere als Vorbehandlungsstufen vor der Vorversilbe- rungsstufe bei Trägerschichten aus Bronzewerkstoff oder vor einer sehr dünnen Vormetallisierung als weitere Vorbehandlung vor der Vorversilberungsstufe bei Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff, wie Aluminiumlegierung oder Alu¬ minium-Dispersionslegierung, vor der Vorversilberungsstufe eine Behandlung durch Beizen und Säuretauchen und anschließendes Tauchen in eine Alumini- umimmersionsflüssigkeit zum Abscheiden einer sehr dünnen Schicht aus einem, vorzugsweise mehreren, der Metalle Zink, Nickel, Kupfer, Eisen vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Trägerschichten aus Aluminiumwerkstoff, wie Alumimumlegierung oder Alu¬ minium-Dispersionslegierung, vor der Vorversilberungsstufe eine Vorbehand¬ lung vorgenommen wird, die die Beseitigung der Oxidschicht und die Bildung einer sehr dünnen Metallschicht durch elektrochemische Vormetallisierung ent¬ hält.
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