DE102004045110B3 - Highly wear-resistant and durable bearing coating for crankshaft and connecting rod bearings - Google Patents

Highly wear-resistant and durable bearing coating for crankshaft and connecting rod bearings Download PDF

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Abstract

Gleitschicht für Gleitlager, insbesondere für Kurbelwellen- oder Pleuellager, aus einer Legierung mit mehreren Phasen, die eine Matrix und eine disperse Phase ausbilden, wobei die disperse Phase nur eine geringe Löslichkeit im Metall der Matrix aufweist, wobei die Metallmatrix durch eine Al-Legierung gebildet ist und die disperse Phase durch Bi oder eine hochschmelzende Bi-Legierung gebildet ist, sowie hiermit beschichtete Gleitlager und Verfahren zur Herstellung einer Gleichtschicht durch Sputter-Verfahren.Sliding layer for sliding bearings, in particular for crankshaft or connecting rod bearings, made of a multi-phase alloy forming a matrix and a disperse phase, wherein the disperse phase has only a low solubility in the metal of the matrix, wherein the metal matrix formed by an Al alloy and the disperse phase is formed by Bi or a high-melting Bi alloy, as well as slide bearings coated therewith and methods for producing a matching layer by sputtering method.

Description

Die Erfindung betrifft hochverschleißfeste und dauerfeste Gleitschichten für Kurbelwellenlager und Pleuellager gemäß Anspruch 1.The The invention relates to highly wear-resistant and durable sliding layers for crankshaft bearings and Connecting rod bearing according to claim 1.

Die übliche Vorgehensweise zur Herstellung der gattungsgemäßen Lager besteht darin, einen Grundwerkstoff (beispielsweise Stahl oder Leichtmetall) mit einem Lagemetall zu beschichten oder mit einer Lagerschale auszukleiden.The usual procedure for the production of generic bearings consists of a base material (for example steel or light metal) coated with a layered metal or lined with a bearing shell.

Mit der Entwicklung neuer Generationen von Kraftfahrzeugmotoren, steigen die Anforderungen an die im Antriebsaggregat verwendeten Werkstoffe zunehmend an. Für Hochleistungsmotoren im Bereich der Nutzfahrzeuge oder Pkw sollen zukünftig Spitzendrücke bis zu und über 25 MPa (250 bar) im Brennraum realisiert werden, um Effizienz, Leistung und Abgasqualität zu verbessern.With the development of new generations of motor vehicle engines the requirements for the materials used in the drive unit increasingly on. For High-performance engines in the field of commercial vehicles or passenger cars are intended future peak pressures up to and over 25 MPa (250 bar) can be realized in the combustion chamber to increase efficiency, performance and exhaust gas quality to improve.

Die verfügbaren Lager der Antriebsaggregate, insbesondere die Lager für Kurbelwelle oder Pleuel sind den sich daraus ergebenden hohen mechanischen aber auch thermischen Belastungen nicht mehr gewachsen.The available Bearing of the drive units, in particular the bearings for crankshaft or connecting rods are the resulting high mechanical but even thermal loads are no longer adequate.

Während früher häufig Pb-haltige Legierungen auf Cu-Basis als Gleitlagerwerkstoffe angewendet wurden, werden diese heutzutage aus Gründen des Umweltschutzes zunehmend durch Pb-freie Legierungen ersetzt. While formerly often contains Pb Cu-based alloys have been used as sliding bearing materials, These are nowadays for the sake of Environmental protection increasingly replaced by Pb-free alloys.

Häufig weisen die Gleitlager auf der Oberfläche eine Gleitschicht aus einem vergleichsweise weichen Werkstoff auf. Dieser wird beispielsweise durch Pb-Legierungen oder Al/Sn-Legierungen gebildet.Often point the plain bearings on the surface a sliding layer of a comparatively soft material. This is formed for example by Pb alloys or Al / Sn alloys.

Aus der DE 198 01 074 A1 ist beispielsweise eine Schichtverbundwerkstoff als Gleitelement für Lagerschalen oder Lagerbuchsen bekannt, bei dem Werkstoffe aus dem Legierungssystem Cu/Zn/Al, oder Cu/Al eingesetzt werden. Die Gleitschicht wird in einem kontinuierlichen Bandgießprozess auf das Trägermaterial aufgebracht, welches auf eine Temperatur um 1000°C vorgewärmt wird.From the DE 198 01 074 A1 For example, a layer composite material is known as a sliding element for bearing shells or bearing bushes, in which materials from the alloy system Cu / Zn / Al, or Cu / Al are used. The sliding layer is applied to the carrier material in a continuous strip casting process, which is preheated to a temperature around 1000 ° C.

Aus der DE 198 24 308 C1 ist eine Gleitlagerschale mit einer durch Elektronenstrahlbedampfung aufgebrachten Gleitschicht bekannt, die durch einen Verbundwerkstoff aus einer Matrixphase, vorzugsweise aus Aluminium und einer dispergierten Phase, vorzugsweise aus Sn, Pb, Bi und/oder Sb besteht.From the DE 198 24 308 C1 is a plain bearing shell with an applied by electron beam deposition sliding layer, which consists of a composite material of a matrix phase, preferably of aluminum and a dispersed phase, preferably of Sn, Pb, Bi and / or Sb.

Als Gleitlager für hohe technische Ansprüche sind auch Al/Cu-Legierungen mit Sn-Gehalten im Bereich von 17 bis 35 Gew.% bekannt.When Plain bearing for high technical demands are also Al / Cu alloys with Sn contents in the range of 17 to 35 wt.% Known.

Die WO 9100375 beschreibt ein Lager, dessen Laufschicht aus einer Grundmasse, insbesondere Al und einer darin dispergierten Phase, insbesondere aus Sn besteht. Die Schicht wird im Sputterverfahren aufgetragen.The WO 9100375 describes a bearing whose running layer consists of a matrix, in particular Al and a phase dispersed therein, in particular consists of Sn. The layer is applied by sputtering.

Die bekannten Gleitlager und deren Gleitschichten zeigen hinsichtlich der hohen Anforderungen, speziell bei der Kombination aus hohem Druck und hoher Temperatur nicht die erforderliche Langzeitstabilität und unter trockenreibenden Bedingungen nicht die erforderliche Sicherheit vor dem Fressen. Gerade bei den hohen Anforderungen moderner Motoren ist der partielle kurzfristige Ausfall der Ölkühlung auf der Gleitfläche kein seltener Betriebszustand, so dass hohe Anforderungen an die Trocken-Lauffähigkeit gestellt werden.The known plain bearings and their sliding layers show in terms the high demands, especially with the combination of high Pressure and high temperature does not have the required long-term stability and under dry rubbing conditions do not provide the required safety before eating. Especially with the high demands of modern engines is the partial short-term failure of the oil cooling on the sliding surface no less frequent operating conditions, so high demands on the dry-running ability be put.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einer Lagebeschichtung oder Gleitschicht bereitzustellen, die eine erhöhte Langzeitstabilität, insbesondere hinsichtlich gestiegener Druck- und Temperaturbelastungen aufweist und eine verringerte Neigung zum Fressen zeigt.It is therefore an object of the invention, a layer coating or overlay to provide an increased Long-term stability, especially with regard to increased pressure and temperature loads and shows a reduced tendency to eat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gleitschicht für Gleitlager, insbesondere für Kurbelwellen- oder Pleuellager, aus einer Legierung mit mehreren Phasen, die eine Matrix und eine disperse Phase ausbilden, wobei die disperse Phase nur eine geringe Löslichkeit im Metall der Matrix aufweist und die Metallmatrix durch eine Al-Legierung, sowie die disperse Phase durch Bi oder eine hochschmelzende Bi-Legierung gebildet ist, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The The object is achieved by a sliding layer for Slide bearing, especially for Crankshaft or Connecting rod bearing, made of an alloy with several phases forming a matrix and form a disperse phase, the disperse phase only a low solubility in the metal of the matrix and the metal matrix by an Al alloy, as well the disperse phase by Bi or a high melting Bi alloy is formed, with the characterizing features of claim 1.

Die abgeschiedene Lagerschicht, ist aus einer Legierung gebildet, mit einem Gefüge aus mehreren Metallphasen, wobei eine Phase eine Metallmatrix darstellt und eine weitere Phase eine in dieser dispers verteilte metallische Phase darstellt. Die disperse Metallphase weist nur eine geringe Löslichkeit im Metall der Matrixphase auf.The deposited bearing layer, is made of an alloy, with a structure of several metal phases, one phase being a metal matrix and another phase of a dispersed in this metallic Phase represents. The disperse metal phase has only a small Solubility in the Metal of the matrix phase.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Metallmatrix durch eine Al-Legierung gebildet und die disperse Phase durch Bi oder eine hochschmelzende Bi-Legierung.In A preferred embodiment of the invention is the metal matrix formed by an Al alloy and the disperse phase by Bi or a high melting Bi alloy.

Durch diese Materialkombination wird erreicht, dass auf Grund der geringen Löslichkeit des Bi im Al einerseits eine sehr fein verteilte disperse Phase gebildet wird und andererseits die thermische Stabilität der dispersen Phase und damit der gesamten Lagerschicht durch den vergleichsweise hohen Schmelzpunkt des Bi, beziehungsweise dessen Legierungen gegenüber bekannten vergleichbaren Lagerschichten deutlich erhöht wird. Durch die Mischungslücke im System Al/Bi wird die Rekristallisationsneigung des dispers verteilten Bi unter Temperatureinwirkung verringert.By this combination of materials is achieved that due to the low solubility of Bi in Al on the one hand a very finely dispersed disperse phase is formed and on the other hand, the thermal stability of the disperse phase and thus the entire bearing layer by the comparatively high melting point of Bi, or its Le significantly higher than known comparable bearing layers. Due to the miscibility gap in the system Al / Bi, the recrystallization tendency of the dispersed Bi is reduced under the effect of temperature.

Der Schmelzpunkt des Bi liegt mit 271°C deutlich höher als das in vergleichbaren Gleitlagern oder Gleitschichten als Legierungsbestandteil eingesetzte Sn mit einem Schmelzpunkt von 232°C.Of the Melting point of the Bi is clearly 271 ° C higher than in comparable plain bearings or sliding layers as an alloying component used Sn with a melting point of 232 ° C.

Bekanntermaßen zeichnen sich die meisten Wismutlegierungen durch einen recht tiefen Schmelzpunkt aus, der sowohl unterhalb dem des Wismuts als auch der anderen Legierungselemente liegt. Wismut wird daher typischerweise als Legierungsbestandteil zum Senken des Schmelzpunktes einer Legierung eingesetzt. Eine Wismut-Legierung aus Wismut, Blei, Indium, Zinn und Kadmium erreicht einen Schmelzpunkt unter 50 °C. Andere Legierungen mit Wismut sind beispielsweise Woodsches Metall (Wismut 50%, Blei, Zinn und Kadmium) mit einem Schmelzpunkt von 71°C oder Lichtenberg-Metall (Wismut jeweils 50% mit wechselnden Anteilen Zinn und Blei).As is known draw Most bismuth alloys have a fairly low melting point which is below both the bismuth and the other alloying elements. Therefore, bismuth is typically used as an alloying ingredient for lowering the melting point of an alloy used. A bismuth alloy Bismuth, lead, indium, tin and cadmium reach a melting point below 50 ° C. Other bismuth alloys include Wood's metal (Bismuth 50%, lead, tin and cadmium) with a melting point of 71 ° C or Lichtenberg metal (bismuth each 50% with varying proportions Tin and lead).

Die erfindungsgemäßen Legierungen des Bi weisen dagegen einen erheblich höheren Schmelzpunkt auf. Bevorzugt werden Bi-Legierungen deren Schmelzpunkt oberhalb 250°C liegt eingesetzt. Hierzu gehören Bi-Legierung mit Sn oder Sb in einer Menge von 3 bis 6 Gew.%, beispielsweise Bi mit 4% Sn (Schmelzpunkt: 316°C) oder Bi mit 5% Sb (Schmelzpunkt: 296°C).The alloys according to the invention of Bi, however, have a much higher melting point. Prefers become bi-alloys their melting point above 250 ° C. is used. These include Bi alloy with Sn or Sb in an amount of 3 to 6 wt.%, For example Bi with 4% Sn (melting point: 316 ° C) or Bi with 5% Sb (m.p .: 296 ° C).

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination aus Metallmatrix aus einer Al-Legierung gebildet und einer dispersen Phase aus Bi oder einer hochschmelzenden Bi-Legierung, ergibt sich aus den geringen Löslichkeiten der beiden Metallhauptkomponenten Al und Bi. Während bei eutektischen Legierungen eine Schmelze bei der eutektischen Temperatur simultan zwei kristalline Phasen ausbildet, zerfällt in einem Monotektikum die homogene Schmelze bei einer Temperatur (der monotektischen) in einen Festkörper und eine Schmelze deutlich anderer Zusammensetzung als die Ausgangsschmelze. Diese zweite Schmelze bleibt meist bis weit unterhalb dieser Temperatur noch flüssig. Monotektische Legierungen gehören zur Klasse der nichtmischbaren Legierungen, das heißt im schmelzflüssigen Zustand gibt es einen Bereich von Zusammensetzungen indem die beteiligten Komponenten nicht mischbar sind. Wird die erfindungsgemäße Lagerschicht bei erhöhten Temperaturen gebildet beziehungsweise abgeschieden und sehr schnell abgekühlt, so bildet sich daher ein sehr feines und Gefüge mit definierter disperser Phase aus Bi beziehungsweise Bi-Legierung aus.One significant advantage of the combination of metal matrix according to the invention formed of an Al alloy and a disperse phase of Bi or a refractory Bi alloy, results from the low solubilities of the two main metal components Al and Bi. While in eutectic alloys a melt at the eutectic temperature simultaneously two crystalline Forms phases, decays in a monotectic the homogeneous melt at a temperature (the monotectic) into a solid and a melt clearly composition other than the starting melt. This second melt remains mostly until well below this temperature still liquid. monotectic Alloys belong to the class of immiscible alloys, that is in the molten state There is a range of compositions in which the involved Components are immiscible. Will the bearing layer of the invention at elevated Temperatures formed or separated and very fast cooled, Thus, a very fine and microstructure with defined disperse forms Phase of Bi or Bi alloy.

Die erfindungsgemäß bevorzugte Gehalt an Bi in der in der Legierung beziehungsweise in der Lagerschicht liegt unter 50 Gew.%, insbesondere im Bereich von 10 bis 40 Gew.%. Besonders bevorzugt weist die Gleitschicht beziehungsweise Lagerschicht, 10 bis 35 Gew.% Bi, 0,1 bis 5 Gew.% Cu mit dem Rest im Wesentlichen aus Al auf.The according to the invention preferred Content of Bi in the alloy or in the bearing layer is less than 50% by weight, in particular in the range of 10 to 40% by weight. Particularly preferably, the sliding layer or bearing layer, 10 to 35 wt.% Bi, 0.1 to 5 wt.% Cu with the balance substantially out of Al.

Als weitere Legierungsbestandteile können insbesondere die Elemente Cu, oder Mn zugegeben werden. Deren Anteil liegt bevorzugt unterhalb 1 Gew.%.When In particular, other alloy components can be used the elements Cu, or Mn are added. Their share is preferred below 1% by weight.

Bei der Ausbildung der dispersen Phase ist es von Bedeutung in welcher Partikelgröße die Dispersoide vorliegen. Einerseits müssen die Dispersoide eine gewisse Größe aufweisen, um ihre mechanische Wirkung im Gleitsystemen ausüben zu können, andererseits dürfen sie nicht zu groß sein, so dass ein in homogener Werkstoff entstehen kann.at the formation of the disperse phase, it is important in which Particle size the dispersoids available. On the one hand, have to the dispersoids have a certain size, on the other hand, they are allowed to exercise their mechanical effect in the sliding system not too big so that one can arise in homogeneous material.

Die günstige Partikelgröße der Dispersoide liegt im Bereich von etwa 50 nm bis 1 μm. Bevorzugt ist der wesentliche Anteil des Bi oder der Bi-Legierung so fein verteilt, dass lichtmikroskopisch keine Primärphasen erkennbar sind. Besonders bevorzugt sind diese Phasen ebenso röntgenamorph, das heißt durch Röntgenbeugungsuntersuchung nicht mehr nachweisbar.The favorable Particle size of the dispersoids is in the range of about 50 nm to 1 μm. The essential part of the Bi or the Bi alloy is preferred so finely distributed that light microscopic no primary phases are recognizable. Most preferably, these phases are also X-ray amorphous, that is through X-ray diffraction analysis no longer detectable.

Je nach Herstellungsverfahren der Gleitschicht können sich sehr unterschiedliche Gefüge ausbilden, die sich insbesondere durch die Verteilung des Bi innerhalb der Matrix unterscheiden. So werden beispielsweise durch Schmelzverfahren sehr grobe Bi- oder Bi-Legierungs-Ausscheidungen gebildet durch Gasphasenabscheidungen dagegen sehr feine.ever According to manufacturing process of the sliding layer can be very different Train the structure, in particular by the distribution of Bi within the Distinguish matrix. For example, by melting very coarse Bi- or Bi-alloy precipitates formed by gas phase precipitates on the other hand very fine.

Die metallische Matrix der Gleitschicht ist in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Al-Legierung mit Kupfer in einer Menge von 0,1 bis 5, besonders bevorzugt bis 3 Gew.%. Der Gehalt an weiteren niedrigschmelzenden Legierungskomponenten wird dabei gering gehalten.The Metallic matrix of the sliding layer is in a preferred embodiment of Invention an Al alloy with copper in an amount of 0.1 to 5, more preferably up to 3 wt.%. The content of further low-melting Alloy components is kept low.

Bevorzugt liegt der Sn-Gehalt und/oder der Pb-Gehalt der Al-Legierung unterhalb 0,1 Gew.%.Prefers the Sn content and / or the Pb content of the Al alloy is below 0.1% by weight.

Die Gleitschicht bildet erfindungsgemäß die oberste metallische Schicht eines Gleitlagers. Das Gleitlager ist in der Regel aus mehreren Materialschichten aufgebaut.The Sliding layer according to the invention forms the topmost metallic layer a plain bearing. The plain bearing is usually made up of several Built up material layers.

Bevorzugt wird das Gleitlager durch ein Basiswerkstück aus Stahl, einer Schicht aus Lagermetall, einer dünnen Haftvermittlerschicht und der erfindungsgemäßen Gleitschicht gebildet. Das Basiswerkstück kann eine Lagerschale sein, die in das Lager eingelegt wird, oder ebenso durch das Lager selbst gebildet werden, wobei dann das Lagermetall direkt auf die Lageroberfläche aufgetragen wird. Zu den geeigneten Lagermetallen gehören insbesondere Cu/Ni-, Cu/Sn/Bi-Legierungen oder Bronzen. Die Lagermetallschicht weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm auf. Die Haftvermittlerschicht wird bevorzugt durch Ni- oder eine Ni-Legierung in einer Dicke im Bereich von 0,2 bis 5 μm gebildet.Preferably, the sliding bearing is formed by a base workpiece made of steel, a layer of bearing metal, a thin bonding agent layer and the sliding layer according to the invention. The base workpiece may be a bearing cup that is inserted into the bearing or also by the bearing itself are formed, in which case the bearing metal is applied directly to the bearing surface. In particular, bearing metals include Cu / Ni, Cu / Sn / Bi alloys or bronzes. The bearing metal layer preferably has a thickness in the range of 0.1 to 0.5 mm. The adhesion promoter layer is preferably formed by Ni or a Ni alloy in a thickness in the range of 0.2 to 5 microns.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft bevorzugte Verfahren zur Herstellung der ausgeführten Gleitlagerschicht. Geeignete Verfahren sind die Gasphasenabscheidungen, bei denen das Material in Form von Atomen oder kleineren Atomverbänden (Cluster) abgeschieden wird. Hierzu gehören die PVD- oder CVD-Verfahren.One Another aspect of the invention relates to preferred methods for Production of the exported plain bearing layer. Suitable processes are the gas phase deposits, in which the Material in the form of atoms or smaller atomic clusters (clusters) is deposited. These include the PVD or CVD method.

Bei der Abscheidung aus der Gasphase wird die Werkstoffschicht im Wesentlichen ohne das Durchlaufen einer Schmelzphase gebildet. Dadurch können im erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff ausgesprochen homogene Gefüge mit sehr feinen Ausscheidungen disperser Phasen gebildet werden.at the deposition from the gas phase, the material layer is substantially formed without passing through a melt phase. This can be done in the pronounced composite material according to the invention homogeneous structure be formed with very fine precipitates of disperse phases.

Zu den besonders bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Gleitschichten gehören die Sputterverfahren, häufig auch als Kathodenzerstäubungsverfahren bezeichnet. In einer Vakuumkammer wird hierzu ein elektrisches Feld zwischen dem zu beschichtenden Substrat (Anode) und dem Target (Kathode) aus dem Schichtmaterial angelegt. In diesem Feld befindliche Elektronen werden beschleunigt und kollidieren mit Argonatomen, die in den Rezipient eingeleitet wurden, und ionisieren diese. Diese Stoßionisation bewirkt eine Plasmabildung. Beim Aufprall der beschleunigten Ar-Ionen auf die Kathode werden aus dieser Atome oder Atomcluster herausgelöst und auf dem Substrat (Werkstück) abgeschieden.To the particularly preferred method for the preparation of the sliding layers belong the sputtering process, often also as a sputtering process designated. In a vacuum chamber, this is an electric field between the substrate to be coated (anode) and the target (cathode) created from the layer material. Electrons in this field are accelerated and collide with argon atoms in the Recipient were initiated, and ionize these. This impact ionization causes a plasma formation. Upon impact of the accelerated Ar ions on the cathode are dissolved out of these atoms or atomic clusters and on the substrate (workpiece) deposited.

Als Sputtertarget können entsprechende Al/Bi-Legierungen eingesetzt werden. Bevorzugt werden aber mehrere Sputtertargets unterschiedlicher Zusammensetzung eingesetzt, beispielsweise aus der wismutfreien Al-Legierung und aus der Bi-Legierung. Die Mischungsverhältnisse können unter anderem in bekannter Weise durch die Größen- oder Flächenverhältnisse der unterschiedlichen Targets zueinander eingestellt werden. Die unterschiedlichen Targets werden alternierend eingesetzt, so dass sich bei der Abscheidung atomare Lagen aus Al-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.When Sputtering target can corresponding Al / Bi alloys are used. To be favoured but used multiple sputtering targets of different composition, for example, from the bismuth-free Al alloy and from the Bi alloy. The mixing ratios can among other things in a known manner by the size or area ratios the different targets are set to each other. The different targets are used alternately, so that alternate during 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 over set the sputtering times of the different targets and to be controlled.

Die Schichtdicken der erfindungsgemäßen 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.The Layer thicknesses of the sliding layer according to the invention are typically in the range of a few microns to several 100 microns. Especially Preferably, a layer thickness in the range of 5 to 20 microns is set.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Schichten dabei auf einer Haftvermittlerschicht aus Ni oder einer Ni-Legierung abgeschieden.In In a preferred embodiment of the invention, the layers while on a primer layer of Ni or a Ni alloy deposited.

Die Sputter-Verfahren haben den Vorteil, dass die Bildung einer Schmelzphase der abgeschiedenen Komponenten im Wesentlichen unterbleibt und die Größe der abgeschiedenen Partikel im Bereich von Atomen und Atomclustern liegt. Die abgeschiedenen Partikel liegen quasi auf atomarer Ebene gemischt vor.The Sputtering methods have the advantage that the formation of a melt phase the deposited components is essentially omitted and the Size of the deposited Particles in the range of atoms and atomic clusters lies. The secluded Particles are virtually mixed at the atomic level.

Claims (9)

Gleitschicht für Gleitlager, insbesondere für Kurbelwellen- oder Pleuellager, aus einer Legierung mit mehreren Phasen, die eine Matrix und eine disperse Phase ausbilden, wobei die disperse Phase nur eine geringe Löslichkeit im Metall der Matrix aufweist und die Metallmatrix durch eine Al-Legierung, sowie die disperse Phase durch Bi oder eine hochschmelzende Bi-Legierung gebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bi oder die Bi-Legierung so fein verteilt vorliegt, dass sie röntgenamorph ist oder dass deren Primärphasen lichtmikroskopisch nicht erkennbar sind.Sliding layer for sliding bearings, in particular for crankshaft or connecting rod bearings, made of a multi-phase alloy forming a matrix and a disperse phase, wherein the disperse phase has only a low solubility in the metal of the matrix and the metal matrix by an Al alloy, as well the disperse phase formed by Bi or a high-melting Bi alloy is characterized in that the Bi or the Bi alloy is present so finely divided that it is X-ray amorphous or that their primary phases are not visible by light microscopy. Gleitschicht nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bi-Gehalt in der gesamten Gleitschicht bei 10 bis 40 Gew.% liegt.Sliding layer according to claim 1, characterized that the Bi content in the entire overlay is 10 to 40 wt% lies. Gleitschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der Bi-Legierung oberhalb 250°C liegt.Sliding layer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the melting point of the Bi alloy above 250 ° C is. Gleitschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bi-Legierung Sn oder Sb in einer Menge von 3 bis 6 Gew.% aufweist.Sliding layer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the Bi alloy is Sn or Sb in an amount from 3 to 6% by weight. Gleitschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Al-Legierung Kupfer in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.% enthält.Sliding layer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the Al alloy comprises copper in an amount of Contains 0.1 to 5 wt.%. Gleitschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sn-Gehalt der Al-Legierung unterhalb 0,1 Gew.% liegt.Sliding layer according to one of the preceding claims, characterized in that the Sn content of the Al alloy is below 0.1 % By weight. Gleitschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pb-Gehalt der Al-Legierung unterhalb 0,1 Gew.% liegt.Sliding layer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the Pb content of the Al alloy is below 0.1 % By weight. Gleitlager mit Basiswerkstück aus Stahl, einer Schicht aus Lagermetall und einer dünnen Haftvermittlerschicht, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Gleitschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche trägt.Plain bearing with base work piece made of steel, one layer made of bearing metal and a thin one Adhesive layer, characterized in that it has a sliding layer according to one of the preceding claims. Gleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermetall aus Cu/Ni-, Cu/Sn/Bi-Legierungen oder Bronzen, die Haftvermittlerschicht durch Ni- oder Ni-Legierungen und die Gleitschicht aus einer Al-Legierung mit 10-40 Gew.% Bi gebildet ist.Slide bearing according to claim 8, characterized that the bearing metal is made of Cu / Ni, Cu / Sn / Bi alloys or bronzes, the primer layer by Ni or Ni alloys and the sliding layer An Al alloy with 10-40 wt.% Bi is formed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009046476A1 (en) * 2007-10-11 2009-04-16 Miba Gleitlager Gmbh Method for producing a sliding bearing element having a bismuth-containing sliding layer
WO2011092222A1 (en) 2010-01-27 2011-08-04 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh Crankshaft

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120114971A1 (en) * 2007-01-05 2012-05-10 Gerd Andler Wear resistant lead free alloy sliding element method of making
US8679641B2 (en) 2007-01-05 2014-03-25 David M. Saxton Wear resistant lead free alloy bushing and method of making
CN113550979B (en) * 2021-09-23 2021-11-26 苏州虎伏新材料科技有限公司 Manufacturing process of bimetallic bearing bush and shaft sleeve material, and bimetallic bearing bush and shaft sleeve material

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991000375A1 (en) * 1989-07-03 1991-01-10 T&N Technology Limited Bearings
DE19801074A1 (en) * 1998-01-14 1999-07-22 Federal Mogul Wiesbaden Gmbh Composite laminate for sliding element especially steel-backed bearing shell or bush for internal combustion engine
DE19824308C1 (en) * 1998-06-02 1999-09-09 Fraunhofer Ges Forschung Plain bearing shell especially a steel-backed bearing shell with an aluminum-tin alloy running-in layer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562884A (en) * 1968-10-29 1971-02-16 Gen Motors Corp Aluminum-based alloy bearing material and method of making
US4590133A (en) * 1985-02-01 1986-05-20 D.A.B. Industries Bearing material
JP2679920B2 (en) * 1992-09-28 1997-11-19 大同メタル工業株式会社 Sliding bearing material with overlay with excellent anti-seizure property
IL123503A (en) * 1998-03-01 2001-01-11 Elecmatec Electro Magnetic Tec Aluminum-bismuth bearing alloy and methods for its continuous casting
DE102004055228B4 (en) * 2004-11-17 2010-09-30 Daimler Ag Thermally sprayed bearing shells for connecting rods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991000375A1 (en) * 1989-07-03 1991-01-10 T&N Technology Limited Bearings
DE19801074A1 (en) * 1998-01-14 1999-07-22 Federal Mogul Wiesbaden Gmbh Composite laminate for sliding element especially steel-backed bearing shell or bush for internal combustion engine
DE19824308C1 (en) * 1998-06-02 1999-09-09 Fraunhofer Ges Forschung Plain bearing shell especially a steel-backed bearing shell with an aluminum-tin alloy running-in layer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009046476A1 (en) * 2007-10-11 2009-04-16 Miba Gleitlager Gmbh Method for producing a sliding bearing element having a bismuth-containing sliding layer
WO2011092222A1 (en) 2010-01-27 2011-08-04 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh Crankshaft
DE102010001283A1 (en) 2010-01-27 2011-09-08 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh crankshaft

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