DE102013220820B4

DE102013220820B4 - Mehrschichtgleitelement

Info

Publication number: DE102013220820B4
Application number: DE102013220820.0A
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Yamauchi; Kentaro TSUJIMOTO
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2033-10-16
Also published as: GB2508097B; JP2014098467A; GB201320102D0; US20140141282A1; JP5984633B2; GB2508097A; US9074629B2; DE102013220820A1

Abstract

Mehrschichtgleitelement (1), gekennzeichnet durch: eine Stützmetallschicht (10), umfassend eine Stahlplatte (11), und eine poröse Schicht (20) mit einem metallischen porösen Element (21) und einer Harzzusammensetzung (31), die in das metallische poröse Element (21) eingefüllt ist, wobei das metallische poröse Element (21) Kornbereiche (23) und Verengungsbereiche (25) aufweist und eine Struktur umfasst, bei der die Kornbereiche (23) miteinander verbunden sind durch die Verengungsbereiche (25), und ein Teil oder alle der Verengungsbereiche (25) eine Bi-Phase (26) und eine intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase (27) aufweist/aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung eines Mehrschichtgleitelements.
Hintergrund
Herkömmlicherweise ist als zylindrisches Metallelement, das als Lagerbuchse verwendet wird, ein Mehrschichtgleitelement vorgeschlagen worden mit einer Stützmetallschicht, bestehend aus, zum Beispiel einer zylindrischen Stahlplatte und einer auf einer Oberfläche der Stützmetallschicht gebildeten porösen Schicht.
Die poröse Schicht ist eine Struktur, die hergestellt wird durch Füllen eines metallischen porösen Elements mit einer Harzzusammensetzung. Im Fall einer für Fahrzeugteile verwendeten Lagerbuchse wird das metallische poröse Element oft aus einer Kupferlegierung hergestellt. Es gibt den Fall, dass Schmieröl einen Schwefelbestandteil enthält. Der Schwefelbestandteil kann das aus der Kupferlegierung hergestellte metallische poröse Element korrodieren und die Lebensdauer des metallischen porösen Elements verschlechtern.
Deshalb wird das Material (Kupfer(Cu)-Zinn(Sn)-Legierung) des metallischen porösen Elements mit 21 bis 35 Masse-% Nickel(Ni) imprägniert, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des metallischen porösen Elements verbessert wird (siehe Patentdokument 1: JP-A-2011-80525 ).
Als Dokumente zum Stand der Technik im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sollten auch Patentdokument 2 ( JP-A-2001-220630 ) und Patentdokument 3 ( JP-A-H08-53725 ) in Betracht gezogen werden.
Das metallische poröse Element wird durch Sintern gebildet. Deshalb ist, wenn das Ausgangsmaterial des metallischen porösen Elements, wie im Fall der herkömmlichen Technologie, einen hohe Masse-%-Satz (21 bis 35 Masse-%) von Ni enthält, welches einen höheren Schmelzpunkt aufweist als Sn und Cu, eine hohe Sintertemperatur erforderlich, um das metallische poröse Element zu bilden. Darüber hinaus verursacht Ni, weil es ein teures Metall ist, eine Erhöhung der Produktionskosten, verbunden mit der hohen Sintertemperatur.
Deshalb haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive Untersuchungen angestellt, um ein Mehrschichtgleitelement bereitzustellen, das eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, und zwar unabhängig von der eingebundenen Menge von Ni und anderen Gesichtspunkten.
Zusammenfassung
Um das oben genannte Problem zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung zunächst die Gründe untersucht für die Verringerung der Lebensdauer des metallischen porösen Elements in der porösen Schicht des Mehrschichtgleitelements.
Die Erfinder haben dabei auf die Struktur des metallischen porösen Elements geachtet. Das metallische poröse Element wird hergestellt durch Sintern von Metallpulver als Ausgangsmaterial, wobei die Metallpulverteilchen miteinander verbunden werden, während sie ihre ursprüngliche Form beibehalten. Deshalb werden Hohlräume gebildet zwischen Bereichen des Metallpulvers, die die ursprünglichen Formen beibehalten (hierin als Kornbereiche bezeichnet), oder Sekundärkörnern der Kornbereiche. Somit wird eine poröse Struktur hergestellt. Ein solches metallisches poröses Element umfasst eine Struktur, bei der die Kornbereiche miteinander verbunden sind durch einen Bereich mit einem kleinen Durchmesser (hier als Verengungsbereich bezeichnet).
Die Erfinder nahmen an, dass die Verengungsbereiche mit den kleinen Durchmessern die Lebensdauer des metallischen porösen Elements stark beeinflussen. Mit anderen Worten, die Erfinder nahmen an, dass die Korrosionsbeständigkeit des metallischen porösen Elements gegenüber dem Schwefelbestandteil insgesamt verbessert werden würde durch selektive Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der Verengungsbereich, und zwar auch ohne Einbindung einer großen Menge von teurem Ni wie bei der herkömmlichen Technologie.
Als Ergebnis weiterer ehrgeiziger Untersuchungen ist es den Erfindern gelungen, eine Bismuth(Bi)-Phase und eine intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase abzuscheiden, die beide eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen, und zwar insbesondere an der Position des Verengungsbereichs, und damit die vorliegende Erfindung zu machen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wie folgt definiert.
Das heißt, ein Mehrschichtgleitelement gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Stützmetallschicht, umfassend eine Stahlplatte, und eine poröse Schicht mit einem metallischen porösen Element und einer in das metallische poröse Element eingefüllten Harzzusammensetzung auf.
Das metallische poröse Element weist Kornbereiche und Verengungsbereiche auf und umfasst eine Struktur, bei der die Kornbereiche miteinander verbunden sind durch die Verengungsbereiche.
Ein Teil oder alle der Verengungsbereiche weist/weisen eine Bi-Phase und eine intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase auf.
Bei dem so definierten Mehrschichtgleitelement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung existieren die Bi-Phase und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Schwefelbestandteil in dem Verengungsbereich. Deshalb verbessert sich die Korrosionsbeständigkeit der Verengungsbereiche.
Der Verengungsbereich ist kleiner im Durchmesser oder dünner als andere Bereiche (Kornbereiche und dergleichen) in dem metallischen porösen Element. Bei dem Verengungsbereich ist mechanische Festigkeit schwierig zu erhalten und sobald eine Korrosion stattfindet schreitet eine Verdünnung voran, wodurch die mechanische Festigkeit stark beeinflusst wird.
Wenn sich die Korrosionsbeständigkeit des Verengungsbereichs verbessert, verbessert sich die Korrosionsbeständigkeit des metallischen porösen Elements, enthaltend Cu als Hauptbestandteil, insgesamt. Als Ergebnis davon verbessert sich die Lebensdauer.
Bei dem Voranstehenden wird die Existenz der Bi-Phase und der intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase in anderen Bereichen als dem Verengungsbereich nicht ausgeschlossen. Untersuchungen durch die Erfinder zeigten, dass die Verteilung dieser Phasen speziell in dem Verengungsbereich in der Struktur, bei der die Kernbereiche durch die Verengungsbereiche verbunden sind, erleichtert werden kann durch das Kontrollieren der Abkühlungsgeschwindigkeit.
Das heißt, selbst wenn die eingebundenen Mengen der korrosionsbeständigen Ausgangsmaterialien, wie zum Beispiel Bi und Ni, begrenzt werden, kann die Korrosionsbeständigkeit des metallischen porösen Elements verbessert werden durch Abscheidung der Bi-Phase und der intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase, speziell in dem Verengungsbereich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aufgaben und technische Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich anhand der folgenden Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das die Struktur eines erfindungsgemäßen Mehrschichtgleitelements zeigt;
2 ein partielles vergrößertes Diagramm ist, das eine Struktur eines metallischen porösen Elements zeigt;
3 ein partielles vergrößertes Diagramm ist, das einen Abscheidungszustand einer Bi-Phase und einer intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase in einem Verengungsbereich zeigt;
4 ein schematisches Diagramm ist, das die Definition eines Halsbereichs innerhalb der Verengungsbereiche erläutert; und
5 eine Tabelle ist, die die Untersuchungsergebnisse von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispielen zeigt.
Genaue Beschreibung
1 zeigt eine Schichtkonstruktion eines Mehrschichtgleitelements 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Mehrschichtgleitelement 1 ist eine Struktur, bei der eine Stützmetallschicht 10, eine poröse Schicht 20 und eine Harzschicht 40 nacheinander aufgestapelt sind.
Die Stützmetallschicht 10 umfasst eine Stahlplatte 11, die in einer zylindrischen Form oder einer halbzylindrischen Form gebildet ist. Auf einer Oberfläche (inneren peripheren Oberfläche) der Stahlplatte 11 ist je nach Bedarf eine Plattierungsschicht 12, wie zum Beispiel Cu oder Ni, aufgebracht.
Die poröse Schicht 20 weist ein metallisches poröses Element 21 und eine Harzzusammensetzung 31 auf, die in Hohlräume des metallischen porösen Elements 21 eingefüllt ist.
Das metallische poröse Element 21 wird hergestellt durch Sintern von Metallpulver als Ausgangsmaterial. Das Metallpulver behält seine ursprüngliche Form bei und bildet einen Kornbereich.
Wie in 1 gezeigt ist, sind Hohlräume gebildet zwischen Primärkörnern und Sekundärkörnern des Kornbereichs und die Harzzusammensetzung ist in die Hohlräume eingefüllt.
Genaue Beobachtung des metallischen porösen Elements 21 zeigte die Existenz eines Verengungsbereichs 25 als eine Struktur, bei der die Kornbereiche 23, 23, wie in 2 gezeigt, durch einen Bereich mit kleinem Durchmesser verbunden sind.
3 zeigt einen Zustand der Abscheidung einer Bi-Phase 26 und einer intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase 27 in dem Verengungsbereich 25. Bezugszeichen 28 in 3 zeigt eine feste Cu-Sn-Ni-Lösungsphase.
Das heißt, das Mehrschichtgleitelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Struktur, bei der die Kornbereiche 23, 23 in dem metallischen porösen Element 21 durch den Verengungsbereich 25 verbunden sind. Ein Teil oder alle der Verengungsbereiche 25 weist/weisen die Bi-Phase 26 und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase 27, wie in 3 gezeigt, auf.
Die Verengungsbereiche 25, die den folgenden Beziehungen (i) und (ii) genügen, werden hier als Halsbereiche 125 definiert. 3X ≤ x (i) 2 ≤ φ₁/φ₂ ≤ 5 (ii)
Dabei ist φ₁ der Durchmesser des Kornbereichs 23, φ₂ ist der Durchmesser des Verengungsbereichs 25, der die Kornbereiche 23, 23 verbindet, X = 1/R ist die Krümmung des Kornbereichs 23 (R: Krümmungsradius des Kornbereichs 23), und x = 1/r ist die Krümmung des Verengungsbereichs 25 auf der äußeren peripheren Seite (r: Krümmungsradius des Verengungsbereichs 25 auf der äußeren peripheren Seite).
Wie in 4 gezeigt, ist φ₂ der kürzeste Abstand zwischen zwei äußeren Peripherien des Verengungsbereichs 25, der die Kornbereiche 23, 23 in einem Beobachtungsbetrachtungsfeld verbindet.
Die Erfinder fanden es auch wirksam, den so definierten Halsbereich 125 zu kontrollieren, um die Korrosionsbeständigkeit des Mehrschichtgleitelements (1) zu verbessern.
Das heißt, es ist wünschenswert, dass die Bi-Phase 26 und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase 27 in einer Menge von 30% bis 50% in dem gesamten Halsbereich 125 abgeschieden sind.
Es gibt auch einen Fall, in dem die Bi-Phase 26 und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase 27 speziell in den Verengungsbereich 25 abgeschieden sind, der nicht die obigen Bedingungen (i) und (ii) erfüllt (z. B. Verengungsbereich 25, der dicker ist als der Standard des Halsbereichs 125). Auch in diesem Fall verbessert sich die Korrosionsbeständigkeit des Bereichs.
Es ist wünschenswert, dass 40% oder mehr der gesamten Verengungsbereiche 25 die Halsbereiche 125 sind, und zwar im Hinblick auf die Herstellung des Mehrschichtgleitelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Es ist noch stärker wünschenswert, dass 60% oder mehr der gesamten Verengungsbereiche 25 die Halsbereiche 125 sind, und zwar im Hinblick auf die Stabilität der Verbindung zwischen dem metallischen porösen Element 21 und der Harzzusammensetzung 31.
Die gesamte Zusammensetzung des metallischen porösen Elements 21: 2,0–10,0 Masse-% Sn, 0,5–15,0 Masse-% Ni, 0,2–30,0 Masse-% Bi und im Wesentlichen Cu als restlicher Anteil. Somit kann die mechanische Lebensdauer, die bei einer Lagerbuchse, wie zum Beispiel einem Fahrzeugteil, erforderlich ist, verbessert und die Bi-Phase und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase können zum Beispiel stabil verteilt werden, speziell zu den Verengungsbereichen 25.
Wünschenswerte Bereiche der Zusammensetzung des metallischen porösen Elements 21 sind 3,0–10,0 Masse-% Sn, 0,5–15,0 Masse-% Ni, 0,2–15,0 Masse-% Bi und im Wesentlichen Cu als restlicher Anteil. Es besteht die Möglichkeit, dass sich die mechanische Festigkeit des metallischen porösen Elements 21 verschlechtert, aufgrund der Brüchigkeit von Bi, wenn Bi 15 Masse-% übersteigt. Wenn Bi weniger als 0,2% Masse-%, besteht die Möglichkeit, dass die stabile Abscheidung der Bi-Phase und der intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase in dem Verengungsbereich 25 schwieriger wird, wenn die Menge von Bi abnimmt.
Zur Verwendung in einer härteren Umgebung kann Sn 4,0–8,0 Masse-% sein, kann Ni 2,0–10,0 Masse-% sein, kann Bi 1,5–9,0 Masse-% sein und der restliche Anteil kann im Wesentlichen Cu sein. Zur Verwendung in einer viel härteren Umgebung kann Sn 5,5–7,5 Masse-% sein, kann Ni 2,5–6,0 Masse-% sein, kann Bi 2,0–7,0 Masse-% sein und kann der restliche Anteil im Wesentlichen Cu sein.
Es gibt einen Fall, in dem geringfügige Bestandteile wie zum Beispiel P (Phosphor), Fe (Eisen), Zn (Zink), Al (Aluminium), Co (Cobalt) und Sb (Antimon) in dem metallischen porösen Element 21 enthalten sind, sodass die Gesamtmenge der geringfügigen Bestandteile 1 Masse-% oder weniger ist (zum Beispiel, enthaltend P: 0,1–0,5 Masse-%). Es wird angenommen, dass solche geringfügigen Bestandteile in dem Ausgangsmaterial Metallpulver enthalten sind oder während des Herstellungsverfahrens eingemischt werden. Selbst wenn eine solche Einmischung zufällig oder beabsichtigt ist, wird eine solche Einmischung von Anfang an erwartet und ist von dem technologischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
Die in die Hohlräume des metallischen porösen Elements 21 eingefüllte Harzzusammensetzung 31 kann beliebig ausgewählt werden gemäß den Verwendungsbedingungen oder der Verwendung des Mehrschichtgleitelements 1 oder dergleichen. Zum Beispiel können eine Art oder mehrere Arten der folgenden Harze eingesetzt werden.
Fluorkohlenstoffpolymer (Polytetrafluorethylenharz oder dergleichen), Polyacetalharz, Polyamidharz, Polyphenylensulfidharz, Polyimidharz, Polyamid-imidharz, Polyethersulfonharz, Polyetheretherketonharz, phenolisches Harz und Epoxyharz. Polytetrafluorethylenharz, Polyacetalharz, Polyamidharz und Polyetheretherketonharz sind besonders bevorzugt im Hinblick auf die Gleitfähigkeit. Zusatzstoffe, wie zum Beispiel Festschmierstoffe (z. B. Molybdändisulfid) können in die oben genannten Harze eingemischt werden.
Das Material der Harzschicht 40, die auf der Oberfläche der porösen Schicht 20 aufgestapelt ist, kann beliebig ausgewählt werden gemäß den Verwendungsbedingungen oder der Verwendung des Mehrschichtgleitelements 1 oder dergleichen. Es ist bevorzugt, dass das gleiche Material wie die Harzzusammensetzung 31 als das Material der Harzschicht 40 verwendet wird, und zwar im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Verbindungsfestigkeit dazwischen und im Hinblick auf die Erleichterung des Herstellungsverfahrens.
Das Material der Harzschicht 40 kann ein von dem Material der Harzzusammensetzung 31 verschiedener Körper sein. Alternativ kann die Harzschicht 40 weggelassen werden. Wenn die Harzschicht 40 weggelassen wird, ist die Oberfläche (innere periphere Oberfläche) des Mehrschichtgleitelements 1 die poröse Schicht 20.
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für das Mehrschichtgleitelement 1 erläutert.
Zunächst wird ein Metallpulver hergestellt unter Verwendung von Bestandteilen von Sn, Ni, Bi und Cu und anderen Bestandteilen gemäß der Verwendung. Es ist wünschenswert, dass das Metallpulver 3,0–10,0 Masse-% Sn, 0,5–15,0 Masse-% Ni, 0,2–15,0 Masse-% Bi und als restlichen Anteil im Wesentlichen Cu enthält. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Korngröße des Metallpulvers 250 μm oder kleiner ist. Das oben genannte Metallpulver ist nicht beschränkt auf das Metallpulver einer Art von legiertem Metallpulver der angestrebten Zusammensetzung. Alternativ kann das Metallpulver ein Gemisch von Metallpulvern von verschiedenen Zusammensetzungen sein, sofern insgesamt die oben genannte Zusammensetzung erhalten wird (zum Beispiel kann das Metallpulver ein Gemisch von Legierungspulver, bestehend aus Cu-Sn-Ni- und Bi-Pulver sein).
Zum Beispiel wird das Metallpulver aus der Legierung, bestehend aus den oben genannten Bestandteilen gleichmäßig auf einer Stahlplatte verteilt, auf die eine Kupferbeschichtung aufgebracht ist. Anschließend wird eine Sinterung durchgeführt in einer reduktiven Atmosphäre in einem Temperaturbereich von 800–950 Grad Celsius, um das metallische poröse Element 21 zu bilden.
Bei dem Sinterprozess wird Hitze zugeführt, um Bi in dem Metallpulver in eine flüssige Phase zu überführen. Sn, Ni und dergleichen verteilen sich aus der Umgebung in Bi hinein, das flüssig geworden ist und eine hohe Feststofflöslichkeitsgrenze angenommen hat. Aufgrund der Oberflächenspannung aggregiert Bi zwischen den Kornbereichen 23, 23, die in dem Metallpulver weiterhin die feste Phase bilden.
In einem Abkühlungsprozess wird die Temperatur verringert, um Sn, Ni und dergleichen zu verteilen, die sich in Bi in der flüssigen Phase aufgelöst haben, und zwar in die angrenzenden Festphasenteile hinein. Deshalb wird angenommen, dass Sn, Ni und dergleichen sich nahe einer Grenzfläche zwischen der Bi-Phase und der hauptsächlich Cu enthaltenden Phase (feste Cu-Sn-Ni-Lösungsphase) konzentrieren, und dass sich die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase abscheidet, um die Bi-Phase zu umgeben.
Dabei wirkt die Oberflächenspannung auf die Flüssigphasenmaterialien, die zwischen den Kornbereichen 23 aggregieren, und die äußere periphere Oberfläche der Materialien wird wie eine gekrümmte Oberfläche und nimmt die Form einer „verengten Form” an. Die Bi-Phase und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase scheiden sich in den Verengungsbereich ab. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Abkühlung bei dem Abkühlungsprozess durchgeführt durch Kontrollieren der Geschwindigkeit der Abkühlung von 800 bis 450 Grad Celsius bei 35–90 Grad Celsius/min. Anschließend wird die Harzzusammensetzung 31 in das metallische poröse Element 21 hineinimprägniert, um das Mehrschichtgleitelement 1.
Dabei kann die Harzschicht 40 auf dem metallischen porösen Element 21 gebildet werden durch Anpassen der Imprägnierungsmenge der Harzzusammensetzung 31. Anschließend wird die Oberfläche durch Walzen endbearbeitet.
Das so erhaltene Produkt wird zu einer vorbestimmten Breite und einer vorbestimmten Länge zugeschnitten und wird zu einer Form mit einem kreisförmigen Querschnitt gebogen. Auf diese Weise wird ein zylindrisches Mehrschichtgleitelement 1 hergestellt. Das Mehrschichtgleitelement 1 wird in geeigneter Weise verwendet als Lagerbuchse für eine Kraftstoffeinspritzpumpe, einen Kompressor und dergleichen.
Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren haben die Erfinder als eine Harzzusammensetzung Polytetrafluorethylenharz (640-J von Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Co., Ltd.) bei den Ausführungsformen 1–8, 10 und den Vergleichsbeispielen 1–3 ausgewählt und bei Ausführungsform 9 Polyacetalharz (AW-01 von Polyplastics Co., Ltd.) ausgewählt. Auf diese Weise haben die Erfinder die Mehrschichtgleitelemente der Ausführungsformen und der Vergleichsbeispiele, die in der in 5 gezeigten Tabelle definiert sind, hergestellt. Die Menge von P (Phosphor) des metallischen porösen Elements 21 des Mehrschichtgleitelements von jeder der Ausführungsformen und jedem der Vergleichsbeispiele betrug etwa 0,3 Masse-%. Es ist bestätigt worden, dass eine solche Menge von P die nachfolgend erläuterte Untersuchung nicht beeinflusst. Bei der Stützmetallschicht 10 ist die Dicke der Stahlplatte 11 1,2 mm und die Dicke der Kupferplattierungsschicht 12 ist 5 μm. Die Dicke der porösen Schicht 20 ist 0,3 mm und die Dicke der Harzschicht 40 ist 10 μm.
Die Mehrschichtgleitelemente jeder Ausführungsform und die Vergleichsbeispiele wurden entlang einer Dickerichtung geschnitten und ein Querschnitt wurde mit einem optischen Mikroskop untersucht. 1 ist eine Illustration, die das Untersuchungsergebnis schematisch zeigt.
Gemäß dem Ergebnis der Untersuchung wurde die Existenz einer Struktur bestätigt, bei der die Kornbereiche durch die Verengungsbereiche verbunden sind.
Darüber hinaus wurde die Existenz der Bi-Phase und der intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase und dergleichen identifiziert durch Vergleichen des Untersuchungsergebnisses unter Verwendung des optischen Mikroskops und eines Analyseergebnisses unter Verwendung eines Elektronensondenmikroanalysators, bezüglich des metallischen porösen Elements 21.
Auf der Grundlage der obigen Feststellung wurde das metallische poröse Element 21 untersucht unter Verwendung des optischen Mikroskops (Beobachtungsbetrachtungsfeld: 1 mm × 1 mm), um das Verhältnis der Halsbereiche 125, in denen die Bi-Phase und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase beobachtet wurden, zu der Gesamtzahl der Halsbereiche 12, entsprechend der obigen Definition, unter den Verengungsbereichen 25 zu bestimmen.
Das Ergebnis ist in der Tabelle der 5 gezeigt. In der Spalte der Eignung in der Tabelle bedeutet ein doppelter Kreis „sehr günstig”, ein Kreis bedeutet „günstig” und x bedeutet „gering”. In der Tabelle bedeutet „Rest.” den restlichen Anteil. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse der Untersuchung unter Verwendung des Mehrschichtgleitelements 1, bei dem etwa 50% der gesamten Verengungsbereiche 25 die Halsbereiche 125 sind, und zwar bei jeder der Ausführungsformen und jedem der Vergleichsbeispiele.
Ein aus dem Mehrschichtgleitelement jeder der Ausführungsformen und jedes der Vergleichsbeispiele geschnittenes Prüfstück wurde in polares Öl (Öl mit Schwefelzusatz) eingetaucht, das 1000 Stunden lang auf 120 Grad Celsius erhitzt wurde. Anschließend wurde das Prüfstück entnommen und gereinigt.
Ein Zugfestigkeitstest des Prüfstücks wurde nach dem Eintauchen in das Öl wie folgt durchgeführt.
Ein Ende eines Verbindungsstifts wird verbunden mit der Harzschicht des Prüfstücks jeder Ausführungsform und jedes Vergleichsbeispiels, das auf einem Testtisch befestigt ist, und zwar unter Verwendung eines hitzehärtenden Harzes, und an dem anderen Verbindungsstift wird gezogen. Wenn die Zugkraft allmählich erhöht wird, bricht das Mehrschichtgleitelement und ein Stück des mit dem Verbindungsstift befestigten Prüfstücks verlässt das Prüfstück. Die Zugkraft zu diesem Zeitpunkt wird als die Zugfestigkeit definiert. Die Ergebnisse sind in der Tabelle von 5 gezeigt.
Wie in der Tabelle von 5 gezeigt ist, ist die Zugfestigkeit bei allen Ausführungsformen 1–10 3,00 MPa oder höher und alle Ausführungsformen werden als praktikabel angesehen.
Andererseits weisen alle Vergleichsbeispiele 1–3 den Verengungsbereich mit der Bi-Phase und der intermetallischen Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase nicht auf und die Zugfestigkeit erreichte 3,00 MPa nicht.
Es wird davon ausgegangen, dass in den letzteren Fällen der Verengungsbereich der Korrosion unterworfen ist und die bei dem Zugfestigkeitstest angewandte Kraft sich in den geschwächten Verengungsbereichen konzentriert, was zu einem Kollaps des metallischen porösen Elements führt.
Obwohl dies nicht in der Tabelle von 5 gezeigt ist, wurde auch festgestellt, dass sich die Zugfestigkeit verringert, wenn Ag (Silber) zugegeben wird.
Innerhalb der Ausführungsformen 1–10, zeigen die Ausführungsformen 1–7 und 9, deren Gehalt von Bi 15,0 Masse oder weniger ist, eine hervorragende Zugfestigkeit von 4,00 MPa oder höher. Deshalb ist es bevorzugt, einen Bi-Gehalt von 0,2 bis 15,0 Masse-% zu wählen.
Es wird auch angenommen, dass ein mehr bevorzugter Bi-Gehalt im Bereich von 2,0–7,0 Masse-% liegt, und zwar aufgrund der Ergebnisse von Ausführungsform 2 (Bi: 3,0 Masse-%), Ausführungsform 3 (Bi: 5,0 Masse-%) und Ausführungsform 9 (Bi: 5,0 Massse-%).
Ausführungsform 5 enthält 15,0 Masse-% Ni, während Ausführungsform 7 nur 0,5 Masse-% Ni enthält. Der Vergleich zwischen den Ausführungsformen 5 und 7 zeigt jedoch, dass die Ausführungsform 7 eine Zugfestigkeit erreicht, die ähnlich der von Ausführungsform 5 ist. Somit wird geschlossen, dass eine hervorragende Zugfestigkeit auch erhalten werden kann, wenn der Ni-Gehalt reduziert wird.
Aus den Ergebnissen der Ausführungsformen 1–10 wird geschlossen, dass es insbesondere bevorzugt ist, das Verhältnis T der Halsbereiche 125, bei denen die Bi-Phase und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase beobachtet werden, zu den gesamten Halsbereichen 125 im Bereich von 30% bis 50% zu wählen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen, die sich der Fachmann leicht ausdenken kann, ohne von dem Umfang von Beschreibung von Ansprüchen abzuweichen, sind von der vorliegenden Erfindung umfasst.

Claims

Mehrschichtgleitelement (1), gekennzeichnet durch: eine Stützmetallschicht (10), umfassend eine Stahlplatte (11), und eine poröse Schicht (20) mit einem metallischen porösen Element (21) und einer Harzzusammensetzung (31), die in das metallische poröse Element (21) eingefüllt ist, wobei das metallische poröse Element (21) Kornbereiche (23) und Verengungsbereiche (25) aufweist und eine Struktur umfasst, bei der die Kornbereiche (23) miteinander verbunden sind durch die Verengungsbereiche (25), und ein Teil oder alle der Verengungsbereiche (25) eine Bi-Phase (26) und eine intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase (27) aufweist/aufweisen.
Mehrschichgleitelement (1) nach Anspruch 1, wobei das metallische poröse Element (21) 3,0–10,0 Masse-% Sn, 0,5–15,0 Masse-% Ni, 0,2–15,0 Masse-% Bi und zum Rest im Wesentlichen Cu enthält.
Mehrschichtgleitelement (1) nach Anspruch 2, wobei die eingebundene Menge von Bi in dem metallischen porösen Element (21) 1,5–9,0 Masse-% beträgt.
Mehrschichtgleitelement (1) nach Anspruch 2, wobei die eingebundene Menge von Bi in dem metallischen porösen Element (21) 2,0–7,0 Masse-% beträgt.
Mehrschichtgleitelement (1) nach Anspruch 4, wobei die eingebundene Menge von Ni in dem metallischen porösen Element (21) 2,0–10,0 Masse-% oder weniger beträgt.
Mehrschichtgleitelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verengungsbereich (25), der den folgenden Bedingungen genügt: 3X ≤ x; (i) und 2 ≤ φ₁/φ₂ ≤ 5 (ii) definiert ist als Halsbereich (125), wobei X die Krümmung des Kornbereichs (23) ist, x die Krümmung des Verengungsbereichs (25) ist; φ₁ der Durchmesser des Kornbereichs (23) ist und φ₂ der Durchmesser des Verengungsbereichs (25) ist, und die Bi-Phase (26) und die intermetallische Sn-Ni-Cu-Verbindungsphase (27) in einer Menge von 30% bis 50% in dem gesamten Halsbereich 125) abgeschieden sind.