WO2009049725A2 - Gleitlager mit gleit- und einlaufschicht sowie dessen herstellungsverfahren - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to plain bearings, in particular for use in internal combustion engines, comprising a bearing back, a running layer of brass, bronze or Al-bronze, a nickel-containing diffusion barrier layer, a sliding layer of an Al alloy and an inlet layer.
  • Rotary shafts such as the crankshaft, camshaft, rocker arm shaft or balance shaft, operate at different points in the engine housing and connecting rods of internal combustion engines.
  • Plain bearings support this.
  • the demands on plain bearings are rising steadily, in particular due to the increase in ignition pressures of up to 200 bar.
  • the specific engine power is increased, the sizes are reduced and the installation space for the bearing points is constantly reduced.
  • a bearing shell of a connecting rod wherein the bearing shell consists of several thermally sprayed layers.
  • the uppermost material layer or sliding layer or the entire bearing shell is essentially formed from an aluminum / bismuth alloy.
  • the manufacturing process comprises the steps of mechanically roughening the surface of the connecting rod in the. Area of the bearing, coating the surface by means of thermal spraying with a bearing metal or a bearing material to form a bearing layer and coating the bearing layer by means of thermal spraying with an Al / Bi alloy to form a sliding layer.
  • a bearing shell of a connecting rod wherein the bearing shell of several thermally sprayed layers and the uppermost layer of material of the bearing shell is formed essentially of an aluminum / bismuth alloy or the entire bearing shell substantially of a thermally sprayed Layer of aluminum / bismuth alloy is formed.
  • WO 2006120025 A1 describes a
  • Sliding bearing composite material with a carrier layer made of a copper alloy and with one on the carrier layer applied sliding layer.
  • the support layer made of copper alloy may have 4-11% by weight of nickel, 3-8% by weight of tin and not more than 0.1% by weight of lead.
  • the sliding layer may be a galvanic layer, a sputtering layer or a plastic layer. On this, inlet layers can be arranged.
  • a plain bearing comprising a bearing back, a running layer of brass, bronze or Al-bronze, a metallic
  • the object is achieved by a method for producing a sliding bearing on a component with one in which both the diffusion barrier layer and the sliding layer and the inlet layer through Sputtering process are deposited on the bearing back or the running layer, wherein the sliding layer and the inlet layer form a transition region in which the components have a material mixing with the features of claim 15th
  • Fig. 1 shows a sliding bearing with a bearing back (5), a layer of bearing metal (4), a thin adhesive layer or diffusion barrier layer (3), a sliding layer (2) and an inlet layer (1) and a transition region (6).
  • the sliding layer of the plain bearing carries a run-in layer of comparatively high hardness and high adhesion, which is achieved by a sputtering layer of Bi or a Bi alloy with a Bi content above 90 wt.%, Which with the sliding layer a mixing zone is ensured.
  • the Bi content of the inlet layer is at least at its surface particularly preferably above 98 wt.%.
  • the mixing zone ensures that the inlet layer adheres well and is evenly removed, or distributed on the surface.
  • the transition region (6) in which a thorough mixing of the components of the inlet layer (1) and sliding layer (2) takes place, has a thickness below that of the inlet layer itself. Typically, the mixing or thickness of the transition is in the range of 0.1 to 1 ⁇ m. Depending on the nature of the overlay also 0.1 to 0.2 may be sufficient.
  • the Bi-inlet layer interacts with a wide variety of sliding layer materials from Bi-containing and Bi-free Al alloys in an advantageous manner.
  • the effectiveness of Bi as a lubricant is particularly high and long lasting in the tribological zone of the sliding bearing in the case of the Al alloys selected according to the invention as the material of the sliding layers. Due to the low solubility of the Bi in the Al alloy arranged underneath, the Bi remains elementary and is only slowly dissolved physically by the Al alloy.
  • a preferred pair of inlet layer and sliding layer is a Bi alloy with at least 90 wt.% Bi, in particular 98 wt.% Bi and an aluminum alloy with the essential alloying components 18-35% Sn, 0.05-3% Cu, 0, 1-8% Si formed.
  • Another preferred Al / Sn alloy for the sliding layer is essential
  • the stated alloys may always also have traces of other elements, in particular typical impurities or alloying agents.
  • Al / Sn in particular AlSn20 alloys with a Bi additive, on the order of 1 to 10%.
  • a preferred Al / Sn alloy contains, in addition to Al, as essential alloy constituents 5-17 wt% Sn, 5-12 wt% Bi, 0.1-3 wt% Cu, and 1-8 wt% Si.
  • the good tribological properties of the sliding layer result from the combination of a metal matrix composed of an Al alloy with a disperse phase of Bi or a high-melting Bi alloy. Alloy. Due to its low solubility, the Bi forms precipitates in the metal main component Al. The softer bi-phase contributes significantly to the lubricating effect of the overlay.
  • Further preferred antifriction materials are alloys from the ternary system Al / Cu / Bi.
  • the preferred lubricious layer alloys include Al alloys with the essential other alloying components 2-10 wt% Bi and 0.1-3 wt% Cu.
  • these assignments may also contain small amounts of Si to the
  • Al alloy having the essential alloy components 2-15 wt.% Bi, 0.1-3 wt.% Cu and 1-8 wt.% Si.
  • the transition region (6) preferably has an Al and / or Sn gradient, which decreases in the direction of the inlet layer (1) to almost 0%.
  • the sliding layer is formed by an Al / Bi alloy having a Bi content of 2-10 wt.%.
  • the Al / Bi alloy of the sliding layer is at a Bi content of 3-7 wt.%.
  • the inlet layer is here particularly preferably formed from pure Bi.
  • the dispersoids from Bi are present.
  • the favorable particle size of the dispersoids is in the range of about 50 nm to 800 nm.
  • the essential portion of the Bi or the Bi alloy is so finely distributed that light microscopic no primary phases are visible and they behave X-ray amorphous, that is no longer detectable by X-ray diffraction examination.
  • the sliding layer is preferably a gas phase coating, in particular a sputtering layer.
  • the inlet layer (1) and the sliding layer (2) are formed by PVD-deposited or sputtered coatings. This is particularly advantageous if the sliding layer is formed from a Bi-containing Al alloy.
  • a diffusion barrier layer (3) is arranged between sliding layer (2) and the running layer (4).
  • This is preferably made of Ni or Ni-containing alloys, in particular of Ni / Fe alloys or Ni-containing steels.
  • the running layer can be formed of different bearing metals.
  • Preferred alloys are Cu / Ni or Cu / Sn / Bi alloys, brass, bronzes or aluminum bronzes.
  • the sliding bearing is usually formed from a bearing back (5) made of steel, or a bearing shell made of steel on a LaufSchicht (4) made of bearing metal, a primer layer or diffusion barrier layer (3) Sliding layer (2) and an inlet layer (1) are arranged. It may also be appropriate, in particular for small motors or bearings, to dispense with the steel part or the bearing shell and to apply the running layer (4) directly to the base workpiece.
  • bearing back (5) is thus formed either by an insertable into the bearing component steel shell or by the surface of the bearing component itself.
  • the running layer (4) is a thermally deposited coating of the bearing back (5).
  • the running layer can, for example, by Arc wire spraying (LDS) are deposited on a later bearing back forming steel bearing shell. Furthermore, it is possible to dispense with the steel shell by the running layer is deposited directly on the storage area of the component. In this case, the bearing back (5) is quasi formed by the surface of the bearing component itself.
  • the layer thicknesses of the sliding layer are typically in the range of a few microns to several 100 microns. Particularly preferred is a layer thickness in the range of 5 to 20 microns is set.
  • the running layer preferably has a thickness in the range of 0.5 to 10 ⁇ m, in particular 1-6 ⁇ m.
  • a particularly suitable matched layering is formed by a sliding layer with a thickness of 6-15 microns and an inlet layer of 2-4 microns.
  • bearing metals include in particular Cu / Ni, Cu / Sn / Bi alloys or bronzes.
  • the bearing shellless bearings are preferably thermal spray coatings, for example LDS coatings.
  • a diffusion barrier layer (3) or adhesive layer is provided above the sliding layer.
  • This is preferably formed by Ni or a Ni alloy. Their thickness is typically about the thickness of the inlet layer.
  • a coating which protects against corrosion and damage may be arranged on the inlet layer. It has been shown that the very thin sputter layers can be easily damaged during handling. By storage or improper handling, the metallic layers can also corrode. Another embodiment therefore, provides that the inlet layer is provided with a paint or a plastic coating, or a seal.
  • the sliding bearings are preferably used in connecting rods, main bearings, camshaft bearings, turbocharger bearings or bearing blocks of internal combustion engines.
  • Particularly suitable methods for producing the layers include sputtering, often referred to as sputtering, as well as PVD processes.
  • An inventive method for producing the sliding bearing provides that both the
  • Diffusion barrier layer (3) and the sliding layer (2) and the inlet layer (1) by sputtering process on the bearing back (5) or the running layer (4) are deposited, wherein the sliding layer (2) and the inlet layer (1) has a transition region ( 6) in which the components have a material mixing.
  • the diffusion barrier layer (3), the sliding layer (2) and the inlet layer (1) are particularly preferably deposited in a single sputtering system immediately after one another.
  • the transition region (6) characterized by intermeshing material compositions can be formed in a simple manner.
  • a sputtering target it is possible to use corresponding Al alloys, Ni alloys or the Bi.
  • a plurality of sputtering targets of different composition are used, for example, for the sliding layer (2) of the components Al alloy and pure Bi. Die
  • Mixing ratios can, inter alia, in a known manner by the size or area ratios of different targets are set to each other.
  • the different targets can be used alternately, so that alternate in the deposition atomic layers of Al alloy and Bi alloy.
  • the thickness of the deposited atomic layers and thus the homogeneity of the layer can be set and controlled via the sputtering times of the different targets.
  • the sputter layers are fine-grained, finely dispersed and adhere well to the substrate. Due to the small grain size, the layer thus produced has excellent hardness, high strength and best wear properties.
  • the sputtering methods have the advantage that the formation of a melt phase of the deposited components is substantially eliminated and the deposited particles are finely dispersed.
  • both the diffusion barrier layer (3) and the sliding layer (2) and the inlet layer (1) are deposited in a single sputtering system immediately after one another.
  • the sputtered layers are distinguished from the alternatively available by electrodeposition layers also by significantly higher material strengths. This is especially important for the inlet layer of bi-alloy.
  • the strengths are typically 5 to 10 times higher than galvanic layers.
  • the running layer (4) can be applied either to a steel shell or bearing shell which can be used in the bearing component or to the surface of the bearing component itself.
  • the overlay On the steel shell, the overlay is preferably melted or sintered. On the bearing component, the overlay is preferably applied by thermal spraying.
  • the overlay is preferably applied by thermal spraying.
  • the wire arc spraying (LDS) is suitable.

Abstract

Gleitlager, umfassend einen Lagerrücken (5), eine Laufschicht (4) aus Messing, Bronze oder AI-Bronze, eine metallische Diffusionssperrschicht (3), eine Gleitschicht (2) aus einer AI-Legierung und eine Einlaufschicht (1), wobei die Einlaufschicht (1) eine Sputterschicht aus Bi oder einer Bi-Legierung mit einem Bi-Gehalt oberhalb 90 Gew.% ist, die mit der Gleitschicht einen Übergangsbereich (6) bildet, der eine Materialdurchmischung aus den Komponenten von Gleitschicht (2) und Einlaufschicht (1) aufweist.

Description

Gleitlager mit Gleit- und EinlaufSchicht sowie dessen
Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft Gleitlager, insbesondere für die Anwendung in Verbrennungsmotoren, umfassend einen Lagerrücken, eine Laufschicht aus Messing, Bronze oder AI- Bronze, eine nickelhaltige Diffusionssperrschicht, eine Gleitschicht aus einer AI-Legierung und eine EinlaufSchicht .
Im Motorgehäuse und Pleuel von Verbrennungsmotoren arbeiten an unterschiedlichen Stellen rotierende Wellen, wie Kurbelwelle, Nockenwelle, Kipphebelwelle oder Ausgleichswelle. Gleitlager stützen diese ab. Die Anforderungen an die Gleitlager steigen stetig, insbesondere durch die Zunahme der Zünddrücke von bis zu 200 bar. Darüber hinaus werden die spezifischen Motorleistungen gesteigert, die Baugrößen verringert und der Bauraum für die Lagerstellen laufend reduziert. Gleichzeitig werden die
Ölwechselintervalle bei neuen Motorkonstruktionen sukzessive verlängert .
Herkömmliche Zwei- und Dreistofflager, deren Laufschichten galvanisch aufgebracht werden, stoßen bereits jetzt an ihre Grenzen, da diese Lager unzureichende Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit, besonders im Mischreibungsbereich aufweisen. Ebenso muss auch bei höheren Temperaturen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gewährleistet sein.
Jüngste Entwicklungen gehen zu Dreikomponenten-Lagern, bei denen die Laufbeschichtung nicht galvanisch aufgebracht wird, sondern stattdessen durch Sputtern. Sie bestehen aus der Stahlstützschale, einer Laufschicht, einer Sperrschicht und der Gleitschicht.
Aus der DE 10 2004 055 228 Al ist eine Lagerschale eines Pleuels bekannt, wobei die Lagerschale aus mehreren thermisch gespritzten Schichten besteht. Die oberste Materialschicht bzw. Gleitschicht oder die ganze Lagerschale ist im Wesentlichen aus einer Aluminium/Wismut-Legierung gebildet. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte mechanisches Aufrauen der Oberfläche des Pleuels im. Bereich des Lagers, Beschichten der Oberfläche mittels thermischer Spritzverfahren mit einem Lagermetall- oder einem Lagerwerkstoff unter Bildung einer Lagerschicht und Beschichten der Lagerschicht mittels thermischer Spritzverfahren mit einer Al/Bi-Legierung unter Bildung einer Gleitschicht .
Aus der DE 10 2004 055 228 Al ist eine Lagerschale eines Pleuels bekannt, wobei die Lagerschale aus mehreren thermisch gespritzten Schichten und die oberste Materialschicht der Lagerschale im Wesentlichen aus einer Aluminium/Wismut- Legierung gebildet ist oder die gesamte Lagerschale im Wesentlichen aus einer thermisch gespritzten Schicht aus Aluminium/Wismut-Legierung gebildet ist.
Aus der DE 10 2005 050 374 Al sind Gleitschichten, insbesondere für Lagerschalen in Kurbelwellen- oder Pleuellagern bekannt, die aus einer Gasphasenbeschichtung aus Aluminiumlegierung mit den wesentlichen
Legierungsbestandteilen Bi und/oder Sn, Cu und Si besteht, wobei das Si zum überwiegenden Teil als globulare grobkristalline Ausscheidungen in einer homogenen und feinstkristallinen Matrix aus Aluminiumlegierung vorliegt.
Die WO 2006120025 Al beschreibt einen
Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus einer Kupferlegierung und mit einer auf der Trägerschicht aufgebrachten Gleitschicht. Die Trägerschicht aus Kupferlegierung kann 4 - 11 Gew.% Nickel, 3 bis 8 Gew.% Zinn und maximal 0,1 Gew.% Blei aufweisen. Die Gleitschicht kann eine galvanische Schicht, eine Sputterschicht oder eine Kunststoffschicht sein. Hierauf können Einlaufschichten angeordnet sein.
Es hat sich gezeigt, dass die bekannten hochbelastbaren Gleitschichten im Bereich der Mischreibung noch verbessert werden müssen. Dies ist insbesondere auf ein ungünstiges Einlaufverhalten der bewegten Teile zurückzuführen. Während der ersten Inbetriebnahme in den neu gefertigten Kraftfahrzeugmotoren können aufgrund ungleichmäßiger Schmierung tribologische Beanspruchungen auftreten, welche teilweise zu nachhaltigen Schädigungen der Gleitschichten führen können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, hochbelastbare Gleitschichten auf Lagern in Motoren bereitzustellen, die bei Mischreibung, insbesondere bei erster Inbetriebnahme oder beim Einlaufen, ein verbessertes Verhalten aufweisen sowie geeignete Verfahren aufzuzeigen derartige Lager herzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gleitlager, umfassend einen Lagerrücken, eine Laufschicht aus Messing, Bronze oder AI-Bronze, eine metallische
Diffusionssperrschicht, eine Gleitschicht aus einer AI- Legierung und eine EinlaufSchicht , wobei die EinlaufSchicht eine Sputterschicht aus Bi oder einer Bi-Legierung mit einem Bi-Gehalt oberhalb 90 Gew.% ist, die mit der Gleitschicht einen Übergangsbereich bildet, der eine Materialdurchmischung aus den Komponenten von Gleitschicht und EinlaufSchicht aufweist, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers an einem Bauteil mit einer bei dem sowohl die Diffusionssperrschicht als auch die Gleitschicht als auch die EinlaufSchicht durch Sputterverfahren auf dem Lagerrücken oder der Laufschicht abgeschieden werden, wobei die Gleitschicht und die EinlaufSchicht einen Übergangsbereich bilden in welchem die Komponenten eine Materialdurchmischung aufweisen mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Erfindung wird unter zu Hilfenahme einer schematischen Abbildung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Gleitlager mit einem Lagerrücken (5), einer Schicht aus Lagermetall (4), einer dünnen Haftvermittlerschicht oder Diffusionssperrschicht (3) , einer Gleitschicht (2) und einer EinlaufSchicht (1) und einen Übergangsbereich (6) .
Für die Erfindung ist es von besonderer Bedeutung, dass die Gleitschicht des Gleitlagers eine EinlaufSchicht vergleichsweise hoher Härte und hoher Haftfestigkeit trägt, was durch eine Sputterschicht aus Bi oder einer Bi-Legierung mit einem Bi-Gehalt oberhalb 90 Gew.%, die mit der Gleitschicht eine Durchmischungszone bildet, gewährleistet wird. Der Bi-Gehalt der EinlaufSchicht liegt zumindest an deren Oberfläche besonders bevorzugt oberhalb 98Gew.%. Die Durchmischungszone stellt dabei sicher, dass die Einlaufschicht gut haftet und gleichmäßig abgetragen, beziehungsweise auf der Oberfläche verteilt wird. Der Übergangsbereich (6), in welchem eine Durchmischung der Komponenten von Einlaufschicht (1) und Gleitschicht (2) stattfindet, weist eine Dicke unterhalb derjenigen der Einlaufschicht selbst auf. Typischerweise ist die Durchmischung bzw. die Dicke des Übergangs bei im Bereich von 0,1 bis 1 μm. Je nach Beschaffenheit der Gleitschicht können auch 0,1 bis 0,2 ausreichend sein.
Überraschend hat sich gezeigt, dass die Bi-EinlaufSchicht mit unterschiedlichsten Gleitschichtwerkstoffen aus Bi-haltigen und Bi-freien AI-Legierungen in vorteilhafter Weise zusammenwirkt. Die Wirksamkeit des Bi als Gleitstoff ist in der tribologischen Zone der des Gleitlagers bei den erfindungsgemäß gewählten AI-Legierungen als Material der Gleitschichten besonders hoch und lang andauernd. Durch die geringe Löslichkeit des Bi in der darunter angeordneten AI- Legierung bleibt das Bi lange elementar erhalten und wird nur langsam von der AI-Legierung physikalisch gelöst.
Eine bevorzugte Paarung aus EinlaufSchicht und Gleitschicht wird durch eine Bi-Legierung mit mindestens 90 Gew. % Bi, insbesondere 98 Gew.% Bi und einer Aluminiumlegierung mit den wesentlichen Legierungsbestandteilen 18-35% Sn, 0,05-3% Cu, 0,1-8% Si gebildet. Eine weitere bevorzugte Al/Sn-Legierung für die Gleitschicht weist als wesentliche
Legierungsbestandteile 19-25 Gew.% Sn und 0,1 bis 1 Gew. Cu auf .
Neben den wesentlichen Legierungsbestandteilen können die angegebenen Legierungen immer auch noch Spuren weiterer Elemente, insbesondere typische Verunreinigungen oder Legierungsbegleiter aufweisen.
Zu den weiteren bevorzugten Gleitschichten gehören Al/Sn, insbesondere AlSn20-Legierungen mit einem Bi-Zusatz, in der Größenordnung von 1 bis 10%. Eine bevorzugte Al/Sn-Legierung weist neben Al als wesentliche Legierungsbestandteile 5-17 Gew.% Sn, 5-12Gew.% Bi, 0,1 bis 3 Gew.% Cu und l-8Gew.% Si auf. Bei den Bi-haltigen AI-Legierungen ergeben sich die guten tribologischen Eigenschaften der Gleitschicht der Kombination einer Metallmatrix aus einer AI-Legierung mit einer dispersen Phase aus Bi oder einer hochschmelzenden Bi- Legierung. Das Bi bildet dabei aufgrund seiner geringen Löslichkeit Ausscheidungen in der Metallhauptkomponente Al. Die weichere Bi-Phase trägt maßgeblich zur schmierenden Wirkung der Gleitschicht bei.
Weitere bevorzugte Gleitschichtwerkstoffe sind Legierungen aus dem ternären System Al/Cu/Bi. Zu den bevorzugten Gleitschichtlegierungen gehören AI-Legierungen mit den wesentlichen weiteren Legierungsbestandteilen 2-10 Gew.% Bi und 0,1-3 Gew.% Cu. Gegebenenfalls können diese Legerungen auch geringe Anteile Si enthalten, um die
Verschleißfestigkeit zu erhöhen, wie zum Beispiel eine AI- Legierung mit den wesentlichen Legierungsbestandteilen 2-15 Gew.% Bi, 0,1-3 Gew.% Cu und 1-8 Gew.% Si ist.
Im Übergangsbereich (6) ändert sich die
WerkstoffZusammensetzung, indem der Bi-Gehalt in Richtung auf die Oberfläche der EinlaufSchicht zunimmt. Bevorzugt liegt der Bi-Gehalt der EinlaufSchicht an der Oberfläche im Wesentlichen bei 100%. Der Übergangsbereich (6) weist bevorzugt einen Al- und/oder Sn-Gradienten auf, der in Richtung auf die EinlaufSchicht (1) auf nahezu 0% abnimmt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Gleitschicht durch eine Al/Bi-Legierung mit einem Bi-Gehalt von 2-10 Gew.% gebildet. Besonders bevorzugt liegt der Al/Bi- Legierung der Gleitschicht bei einem Bi-Gehalt von 3-7 Gew.%. Die EinlaufSchicht wird hier besonders bevorzugt aus reinem Bi gebildet. Diese Al/Bi-Legierungen weisen nur noch Spuren von Sn oder Cu auf.
Bei der Ausbildung der dispersen Phase ist es von Bedeutung in welcher Partikelgröße die Dispersoide aus Bi vorliegen. Die günstige Partikelgröße der Dispersoide liegt im Bereich von etwa 50 nm bis 800 nm. Bevorzugt ist der wesentliche Anteil des Bi oder der Bi-Legierung so fein verteilt, dass lichtmikroskopisch keine Primärphasen erkennbar sind und sie sich röntgenamorph verhalten, das heißt durch Röntgenbeugungsuntersuchung nicht mehr nachweisbar sind. Bevorzugt handelt es sich bei der Gleitschicht um eine Gasphasenbeschichtung, insbesondere eine Sputterschicht . Besonders bevorzugt sind die EinlaufSchicht (1) und die Gleitschicht (2) durch PVD abgeschiedene oder gesputterte Beschichtungen gebildet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Gleitschicht aus einer Bi-haltigen AI- Legierung gebildet ist.
Zwischen Gleitschicht (2) und die Laufschicht (4) ist eine Diffusionssperrschicht (3) angeordnet. Diese besteht bevorzugt aus Ni- oder Ni-haltigen Legierungen, insbesondere aus Ni/Fe-Legierungen oder Ni-haltigen Stählen.
Die Laufschicht kann aus unterschiedlichen Lagermetallen gebildet sein. Bevorzugte Legierungen sind Cu/Ni- oder Cu/Sn/Bi-Legierungen, Messing, Bronzen oder Aluminiumbronzen.
Für höchstbelastete und großvolumige Lager, beispielsweise im Nutzfahrzeugbereich wird das Gleitlager in der Regel aus einem Lagerrücken (5) aus Stahl, bzw. einer Lagerschale aus Stahl gebildet auf dem eine LaufSchicht (4) aus Lagermetall, eine Haftvermittlerschicht oder Diffusionssperrschicht (3), einer Gleitschicht (2) und einer EinlaufSchicht (1) angeordnet sind. Es kann insbesondere für kleine Motoren bzw. Lager auch zweckmäßig sein, auf das Stahlteil bzw. die Lagerschale zu verzichten und die LaufSchicht (4) direkt auf das Basiswerkstück aufzutragen. Hier wird auch von lagerschalenlosem Lager gesprochen. Der Lagerrücken (5) wird somit entweder durch eine in das Lagerbauteil einsetzbare Stahlschale oder durch die Oberfläche des Lagerbauteils selbst gebildet.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Laufschicht (4) eine thermisch abgeschiedene Beschichtung des Lagerrückens (5) . Die Laufschicht kann beispielsweise durch Lichtbogendrahtspritzen (LDS) auf eine den späteren Lagerrücken bildende Stahllagerschale abgeschieden werden. Im Weiteren ist es möglich auf die Stahlschale zu verzichten, indem die Laufschicht unmittelbar auf den Lagerbereich des Bauteils abgeschieden ist. In diesem Fall ist der Lagerrücken (5) quasi durch die Oberfläche des Lagerbauteils selbst gebildet .
Die Schichtdicken der Gleitschicht liegen typischerweise im Bereich von wenigen μm bis zu einigen 100 μm. Besonders bevorzugt wird eine Schichtdicke im Bereich von 5 bis 20 μm eingestellt.
Im Vergleich hierzu weist die Laufschicht bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 10 μm, insbesondere 1-6 μm auf.
Eine besonders geeignet aufeinander abgestimmte Schichtung wird durch eine Gleitschicht mit einer Dicke von 6-15 μm und einer EinlaufSchicht von 2-4 μm gebildet.
Zu den besonders geeigneten Lagermetallen gehören insbesondere Cu/Ni-, Cu/Sn/Bi-Legierungen oder Bronzen. Bei den lagerschalenlosen Lagern handelt es sich bevorzugt um thermische Spritzschichten, beispielsweise LDS-Schichten .
Oberhalb der Gleitschicht ist eine Diffusionssperrschicht (3) oder Haftvermittlerschicht vorgesehen. Diese wird bevorzugt durch Ni- oder eine Ni-Legierung gebildet. Deren Dicke liegt typischerweise in etwa bei der Dicke der EinlaufSchicht .
Gegebenenfalls kann auf der EinlaufSchicht eine vor Korrosion und Beschädigung schützende Beschichtung angeordnet sein. Es hat sich gezeigt, dass die sehr dünnen Sputterschichten bei der Handhabung leicht beschädigt werden können. Durch Lagerung oder unsachgemäße Handhabung können die metallischen Schichten ebenfalls korrodieren. Eine weitere Ausgestaltung sieht daher vor, dass die EinlaufSchicht mit einem Lack oder einer Kunststoffbeschichtung, bzw. einer Versiegelung versehen ist.
Die Gleitlager werden bevorzugt bei Pleueln, Hauptlagern, Nockenwellenlagern, Turbolader-Lagern oder Lagerstühlen von Verbrennungsmotoren eingesetzt.
Zu den besonders geeigneten Verfahren zur Herstellung der Schichten gehören die Sputterverfahren, häufig auch als Kathodenzerstäubungsverfahren bezeichnet sowie auch PVD- Verfahren. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Gleitlagers sieht vor, dass sowohl die
Diffusionssperrschicht (3) als auch die Gleitschicht (2) als auch die EinlaufSchicht (1) durch Sputterverfahren auf dem Lagerrücken (5) oder der Laufschicht (4) abgeschieden werden, wobei die Gleitschicht (2) und die EinlaufSchicht (1) einen Übergangsbereich (6) bilden in welchem die Komponenten eine Materialdurchmischung aufweisen.
Die Diffusionssperrschicht (3), die Gleitschicht (2) und die EinlaufSchicht (1) werden dabei besonders bevorzugt in einer einzigen Sputteranlage unmittelbar nacheinander abgeschieden. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise der durch ineinander übergehende Materialzusammensetzungen gekennzeichnete Übergangsbereich (6) ausbilden.
Als Sputtertarget können entsprechende AI-Legierungen, Ni- Legierungen oder das Bi eingesetzt werden. Bevorzugt werden aber mehrere Sputtertargets unterschiedlicher Zusammensetzung eingesetzt, beispielsweise für die Gleitschicht (2) aus den Komponenten AI-Legierung und reinem Bi. Die
Mischungsverhältnisse können unter anderem in bekannter Weise durch die Größen- oder Flächenverhältnisse der unterschiedlichen Targets zueinander eingestellt werden. Die unterschiedlichen Targets können alternierend eingesetzt werden, so dass sich bei der Abscheidung atomare Lagen aus AI-Legierung und Bi-Legierung abwechseln. Die Dicke der abgeschiedenen Atomlagen und damit die Homogenität der Schicht kann über die Sputterzeiten der unterschiedlichen Targets eingestellt und gesteuert werden. Die Sputterschichten sind feinkörnig, feindispers und haften hervorragend auf dem Substrat. Durch die geringe Korngröße weist die so erzeugte Schicht eine hervorragende Härte, hohe Festigkeit und beste Verschleißeigenschaften auf.
Die Sputterverfahren haben den Vorteil, dass die Bildung einer Schmelzphase der abgeschiedenen Komponenten im Wesentlichen unterbleibt und die abgeschiedenen Partikel feindispers gemischt werden.
Hinsichtlich der nacheinender abgeschiedenen unterschiedlichen Materialschichten ist das Sputtern sehr gut geeignet vergleichsweise flache Materialübergänge auszugestalten. Es ist von Vorteil, dass die Materialschichten nicht abrupt sondern fließend ineinander übergehen. Hierdurch werden zumindest im Übergangsbereich zwischen den einzelnen Materialschichten Materialgradienten gebildet. Diese Vorgehensweise führt zu sehr guter interlaminarer Schichthaftung, die beispielsweise im Vergleich zur galvanischen Abscheidung, insbesondere der Einlaufschicht aus Bi, erheblich höher liegt.
Bevorzugt werden sowohl die Diffusionssperrschicht (3) als auch die Gleitschicht (2) als auch die Einlaufschicht (1) in einer einzigen Sputteranlage unmittelbar nacheinander abgeschieden werden. Die gesputterten Schichten zeichnen sich gegenüber den alternativ mittels galvanischer Abscheidung erhältlichen Schichten auch durch deutlich höhere Materialfestigkeiten aus. Dies ist insbesondere für die EinlaufSchicht aus BiLegierung von Bedeutung. Hier liegen die Festigkeiten typischerweise beim 5 bis 10-fachen gegenüber galvanischen Schichten .
Die Laufschicht (4) kann entweder auf eine in das Lagerbauteil einsetzbare Stahlschale, beziehungsweise Lagerschale oder auf die Oberfläche des Lagerbauteils selbst aufgebracht werden.
Auf die Stahlschale wird die Laufschicht bevorzugt aufgeschmolzen oder aufgesintert . Auf das Lagerbauteil wird die Laufschicht bevorzugt mittels thermischer Spritzverfahren aufgebracht. Hierbei ist insbesondere das Lichtbogendrahtspritzen (LDS) geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Gleitlager, umfassend einen Lagerrücken (5), eine
Laufschicht (4) aus Messing, Bronze oder AI-Bronze, eine metallische Diffusionssperrschicht (3), eine Gleitschicht (2) aus einer AI-Legierung und eine Einlaufschicht (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (1) eine Sputterschicht aus Bi oder einer Bi-Legierung mit einem Bi-Gehalt oberhalb 90 Gew.% ist, die mit der Gleitschicht einen Übergangsbereich (6) bildet, der eine Materialdurchmischung aus den Komponenten von Gleitschicht (2) und Einlaufschicht (1) aufweist .
2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (6) eine Dicke von 0,1 bis 1 μm aufweist .
3. Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (6) einen Al- oder Sn-Gradienten aufweist, der in Richtung auf die Einlaufschicht (1) auf nahezu 0% abnimmt.
4. Gleitlager nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (2) eine Aluminiumlegierung mit den wesentlichen Legierungsbestandteilen 2-19% Bi, 0,1-3% Cu und 1-8% Si ist.
5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (2) eine Aluminiumlegierung mit den wesentlichen Legierungsbestandteilen 2-10% Bi und 0,1-3% Cu ist.
6. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (2) eine Aluminiumlegierung mit den wesentlichen
Legierungsbestandteilen 5-17% Sn, 5-17 Bi, 0,1 bis 3 Cu und 1-8 Si ist.
7. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (2) eine Aluminiumlegierung mit den wesentlichen
Legierungsbestandteilen 18-35% Sn, 0,05-3% Cu, 0,1-8% Si ist .
8. Gleitlager nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (4) eine thermische Spritzschicht ist.
9. Gleitlager nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bi-Gehalt der EinlaufSchicht im wesentlichen bei 100% liegt .
10. Gleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (1) und die Gleitschicht (2) durch PVD abgeschiedene oder gesputterte Beschichtungen sind.
11. Gleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (4) aus Cu/Ni- oder Cu/Sn/Bi-Legierungen, Messing oder Bronzen gebildet ist.
12. Gleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (4) eine thermisch abgeschiedene Beschichtung des Lagerrückens (5) ist.
13. Gleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerrücken (5) durch eine in das Lagerbauteil einsetzbare Stahlschale oder durch die Oberfläche des Lagerbauteils selbst gebildet ist.
14. Gleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperrschicht (3) durch Stahl oder Ni- oder eine Ni-Legierungen gebildet ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers an einem Bauteil mit einer Zusammensetzung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, sowohl die Diffusionssperrschicht (3) als auch die Gleitschicht (2) als auch die Einlaufschicht (1) durch Sputterverfahren auf dem Lagerrücken (5) oder der Laufschicht (4) abgeschieden werden, wobei die Gleitschicht (2) und die Einlaufschicht (1) einen Übergangsbereich (6) bilden in welchem die Komponenten eine Materialdurchmischung aufweisen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass, sowohl die Diffusionssperrschicht (3) als auch die Gleitschicht (2) als auch die Einlaufschicht (1) in einer einzigen Sputteranlage unmittelbar nacheinander abgeschieden werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass, die LaufSchicht (4) durch ein
Lichtbogendrahtspritzverfahren (LDS) direkt auf das Bauteil aufgebracht wird und den Lagerrücken (5) bildet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass, die Laufschicht (4) entweder auf eine in das Lagerbauteil einsetzbare Stahlschale oder auf die Oberfläche des Lagerbauteils selbst aufgebracht wird.
19. Verwendung von Gleitlagern nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder erhältlich nach einem der Ansprüche 15 bis 18 in Pleueln, Hauptlagern, Nockenwellenlagern, Turbolader- Lagern oder Lagerstühlen von Verbrennungsmotoren.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT517717B1 (de) * 2016-01-28 2017-04-15 Miba Gleitlager Austria Gmbh Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf einem Gleitlagerelementrohling
AT521598B1 (de) * 2018-08-29 2020-03-15 Miba Gleitlager Austria Gmbh Gleitlagerelement
AT524722A1 (de) * 2021-01-28 2022-08-15 High Tech Coatings Gmbh Mehrschichtgleitlagerelement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004055228A1 (de) * 2004-11-17 2006-05-18 Daimlerchrysler Ag Thermisch gespritzte Lagerschalen für Pleuel
DE102005023308A1 (de) * 2005-05-13 2006-11-16 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. Kg Gleitlagerverbundwerkstoff, Verwendung und Herstellungsverfahren
DE102005050374A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht mit verschleißmindernden Ausscheidungen
DE102005045701A1 (de) * 2005-09-20 2007-03-22 Ks Gleitlager Gmbh Gleitlagerverbundwerkstoff

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005023309B4 (de) 2005-05-13 2009-10-01 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh Gleitlagerverbundwerkstoff, Verwendung und Herstellungsverfahren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004055228A1 (de) * 2004-11-17 2006-05-18 Daimlerchrysler Ag Thermisch gespritzte Lagerschalen für Pleuel
DE102005023308A1 (de) * 2005-05-13 2006-11-16 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. Kg Gleitlagerverbundwerkstoff, Verwendung und Herstellungsverfahren
DE102005050374A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht mit verschleißmindernden Ausscheidungen
DE102005045701A1 (de) * 2005-09-20 2007-03-22 Ks Gleitlager Gmbh Gleitlagerverbundwerkstoff

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