DE112018000075T5

DE112018000075T5 - Gleitkörper und gleitlager

Info

Publication number: DE112018000075T5
Application number: DE112018000075.3T
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Suga
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-06-06
Also published as: US20190203769A1; CN112879436A; WO2019017182A1; US11396910B2; CN109548407A; CN109548407B; CN112879436B; US20210040988A1

Abstract

Ein Gleitkörper und ein Gleitlager werden bereitgestellt, welche die Ermüdungsfestigkeit verbessern können. Ein Gleitkörper mit einer Grundschicht und einer auf die Grundschicht laminierten Schutzschicht, in welcher die Schutzschicht Bi oder Sn als erste Metallkomponente enthält, eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet, C, und unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleitkörper und ein Gleitlager, in welchem ein Gegenstück auf einer Gleitfläche gleitet.
STAND DER TECHNIK
Eine Überlagerungsschicht, die Cu als wesentliche Komponente enthält und aus einer Bi-Legierung entweder mit Sn oder In besteht, ist bekannt (siehe Patentschrift 1). Die Patentschrift 1 beschreibt, dass die Ermüdungsfestigkeit durch Einarbeiten von Cu und Sn oder In in die Bi-Legierung erhöht wird. Eine Gleitschicht auf Zinnbasis, worin zu Sn, das ein Weichmetall ist, Cu hinzugefügt wird, ist ebenso bekannt (siehe Patentschrift 2). In der Patentschrift 2 wird die Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit durch Hinzufügen von Cu als Verstärkungskomponente zu Sn versucht.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTSCHRIFTEN

Patentschrift 1: JP 2004-353042 A
Patentschrift 2: JP 2002-310158 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Wenn jedoch Cu in der Bi-Legierung enthalten ist, wie in der Patentschrift 1 offenbart, tritt das Problem auf, dass die Ermüdungsfestigkeit verringert wird. Dieses Problem tritt auf, wenn bei Aufbringen einer Wärmebelastung auf die Überlagerungsschicht durch Bi und Cu eine harte intermetallische Verbindung erzeugt wird, so dass an der Grenzfläche zwischen der harten intermetallischen Verbindung und dem weichen Bi gerne Rissbildung auftritt. Insbesondere tritt durch die Aufrauung der intermetallischen Verbindung schnell Rissbildung in der Überlagerungsschicht auf, was zu erheblicher Verschlechterung der Ermüdungsfestigkeit führt. Wenn ferner Wärmebelastung aufgebracht wird, beispielsweise bei Einsatz der Gleitschicht auf Zinnbasis gemäß der Patentschrift 2, ergibt sich das Problem einer Abnahme der Ermüdungsfestigkeit. Wenn Wärmebelastung auf die Gleitschicht auf Zinnbasis gemäß Patentschrift 2 aufgebracht wird, bildet sich durch das Sn und Cu eine harte intermetallische Verbindung. Dann bildet sich eine Grenzfläche zwischen der harten intermetallischen Verbindung und dem weichen Sn, über die die Härte sehr unterschiedlich ist, und an der Grenzfläche entstehen leicht Ermüdungsrisse. Ferner bilden sich Ermüdungsrisse an der Grenzfläche zwischen der intermetallischen Verbindung und Sn, wodurch die Ermüdungsfestigkeit verringert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Steigerung der Ermüdungsfestigkeit einer Gleitschicht umsetzen kann.
LÖSUNGEN DER PROBLEME:
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen Gleitkörper und ein Gleitlager bereit. Der Gleitkörper weist eine Grundschicht und eine auf die Grundschicht laminierte Schutzschicht auf, und die Schutzschicht enthält Bi als erste Metallkomponente, eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet, 0,010 Gew.-% oder mehr und 0,080 Gew.-% oder weniger C, und unvermeidbare Verunreinigungen.
Auch wenn sich bei dem vorgenannten Aufbau bei Aufbringen einer Wärmebelastung eine intermetallische Verbindung der ersten Metallkomponente mit der zweiten Metallkomponente bildet, dient C in geeigneter Menge als Diffusionsbarriere, wodurch die Möglichkeit einer Vergröberung der intermetallischen Verbindung reduziert wird. Daher kann die Grenzfläche zwischen dem weichen Bi und der harten intermetallischen Verbindung klein gehalten werden. Auch falls sich Ermüdungsrisse an der Grenzfläche zwischen dem weichen Bi und der harten intermetallischen Verbindung bilden, kann daher die Möglichkeit einer erheblichen Entstehung von Ermüdungsrissen reduziert und die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden.
Übrigens kann durch Einstellen des C-Gehalts auf 0,010 Gew.-% oder mehr die Vergröberung der intermetallischen Verbindung unterdrückt werden. Der C-Gehalt wird vorzugsweise auf 0,020 Gew.-% oder mehr eingestellt. Ferner kann durch Einstellen des C-Gehalts auf 0,080 Gew.-% oder weniger die Versprödung der Schutzschicht unterdrückt werden. Der C-Gehalt wird bevorzugter auf 0,060 Gew.-% oder weniger eingestellt. Die zweite Metallkomponente kann jede Komponente sein, die härter als Bi ist und mit Bi eine intermetallische Verbindung eingeht, und kann beispielsweise Ag, Sb oder Ni sein. Der Gehalt der zweiten Metallkomponente kann 0,5 Gew.-% oder mehr und 5,0 Gew.-% oder weniger sein und kann vorzugsweise 1,0 Gew.-% oder mehr und 3,0 Gew.-% oder weniger sein. Bi als erste Metallkomponente bildet den Rest mit Ausnahme der zweiten Metallkomponente, C, und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen Gleitkörper und ein Gleitlager bereit. Der Gleitkörper weist eine Grundschicht und eine auf die Grundschicht laminierte Schutzschicht auf, und die Schutzschicht enthält Sn als erste Metallkomponente, eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet, 0,015 Gew.-% oder mehr und 0,100 Gew.-% oder weniger C, und unvermeidbare Verunreinigungen.
Auch wenn sich bei dem vorgenannten Aufbau bei Aufbringen einer Wärmebelastung eine intermetallische Verbindung der ersten Metallkomponente mit der zweiten Metallkomponente bildet, dient C in geeigneter Menge als Diffusionsbarriere, wodurch die Möglichkeit einer Vergröberung der intermetallischen Verbindung reduziert wird. Daher kann die Grenzfläche zwischen dem weichen Sn und der harten intermetallischen Verbindung klein gehalten werden. Auch falls sich Ermüdungsrisse an der Grenzfläche zwischen dem weichen Sn und der harten intermetallischen Verbindung bilden, kann daher die Möglichkeit einer erheblichen Entstehung von Ermüdungsrissen reduziert und die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden.
Übrigens kann durch Einstellen des C-Gehalts auf 0,015 Gew.-% oder mehr die Vergröberung der intermetallischen Verbindung unterdrückt werden. Der C-Gehalt wird vorzugsweise auf 0,02 Gew.-% oder mehr eingestellt. Auch kann durch Einstellen des C-Gehalts auf 0,100 Gew.-% oder weniger die Versprödung der Schutzschicht unterdrückt werden. Der C-Gehalt wird vorzugsweise auf 0,075 Gew.-% oder weniger eingestellt. Die zweite Metallkomponente kann jede Komponente sein, die härter als Sn ist und mit Sn eine intermetallische Verbindung eingeht, und kann beispielsweise Ag, Sb oder Ni sein. Die zweite Metallkomponente kann 0,5 Gew.-% oder mehr und 10,0 Gew.-% oder weniger sein und kann vorzugsweise 1,0 Gew.-% oder mehr und 5,0 Gew.-% oder weniger sein. Sn als erste Metallkomponente bildet den Rest mit Ausnahme des zweiten Metalls, C, und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gleitkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein erläuterndes Diagramm eines Ermüdungstests.
3 ist ein Kurvendiagramm der Kohlenstoffkonzentration und der Schadensfläche durch Ermüdungsbruch in einer Gleitschicht einer ersten Ausführungsform.
4 ist ein Kurvendiagramm der Kohlenstoffkonzentration und der Schadensfläche durch Ermüdungsbruch in einer Gleitschicht einer zweiten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden in folgender Reihenfolge beschrieben.

(1) Erste Ausführungsform:
- (1-1) Aufbau des Gleitkörpers:
- (1-2) Messverfahren:
- (1-3) Herstellungsverfahren für Gleitkörper:
(2) Versuchsergebnis:
(3) Zweite Ausführungsform:
(4) Weitere Ausführungsformen:

Erste Ausführungsform:
Aufbau des Gleitkörpers:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gleitkörpers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Gleitkörper 1 weist ein Rückwandblech 10, eine Auskleidung 11 und eine Gleitschicht 12 auf. Der Gleitkörper 1 ist eine halbrohrförmige Metallkomponente, die durch Teilen eines Hohlzylinders in diametraler Richtung in zwei gleiche Teile erhalten wird, und weist einen Querschnitt in Form eines halbkreisförmigen Bogens auf. Durch Verbinden der beiden Gleitkörper 1 zu einer zylindrischen Form wird ein Gleitlager A ausgebildet. Das Gleitlager A trägt eine säulenartige Gegenwelle 2 (Kurbelwelle eines Motors) in einem darin ausgebildeten hohlen Abschnitt. Der Außendurchmesser der Gegenwelle 2 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Gleitlagers A ausgebildet. Ein Schmieröl (Motoröl) wird in einen Zwischenraum eingeleitet, der zwischen der Außenumfangsfläche der Gegenwelle 2 und der Innenumfangsfläche des Gleitlagers A ausgebildet ist. Nun gleitet die Außenumfangsfläche der Gegenwelle 2 auf der Innenumfangsfläche des Gleitlagers A.
Der Gleitkörper 1 weist eine Struktur auf, wobei das Rückwandblech 10, die Auskleidung 11 und die Gleitschicht 12 so laminiert sind, dass sie von dem Krümmungsmittelpunkt beabstandet sind. Daher bildet das Rückwandblech 10 die äußerste Schicht des Gleitkörpers 1, und die Gleitschicht 12 bildet die innerste Schicht des Gleitkörpers 1. Das Rückwandblech 10, die Auskleidung 11 und die Gleitschicht 12 weisen in Umfangsrichtung jeweils eine konstante Dicke auf. Die Dicke des Rückwandblechs 10 beträgt 1,8 mm, die Dicke der Auskleidung 11 ist 0,2 mm, und die Dicke der Gleitschicht 12 ist 10 µm. Der zweifache Radius der Oberfläche auf der Seite des Krümmungsmittelpunktes der Gleitschicht 12 (Innendurchmesser des Gleitkörpers 1) ist 73 mm. Im folgenden bedeutet der Ausdruck „Innenseite“ die Seite des Krümmungsmittelpunktes des Gleitkörpers 1, und der Ausdruck „Außenseite“ bedeutet die Seite gegenüber dem Krümmungsmittelpunkt des Gleitkörpers 1. Die Innenfläche der Gleitschicht 12 bildet die Gleitfläche für die Gegenwelle 2.
Das Rückwandblech 10 besteht aus Stahl, der 0,15 Gew.-% C, 0,06 Gew.-% Mn enthält, und der Rest ist Fe. Es genügt, dass das Rückwandblech 10 aus einem Material besteht, das die Last von der Gegenwelle 2 über die Auskleidung 11 und die Gleitschicht 12 tragen kann, und das Rückwandblech 10 muss nicht unbedingt aus Stahl bestehen.
Die Auskleidung 11 ist eine auf die Innenseite des Rückwandblechs 10 laminierte Schicht und bildet die Grundschicht der vorliegenden Erfindung. Die Auskleidung 11 enthält 10 Gew.-% Sn, 8 Gew.-% Bi, und der Rest besteht aus Cu und unvermeidbaren Verunreinigungen. Die unvermeidbaren Verunreinigungen der Auskleidung 11 sind Mg, Ti, B, Pb, Cr, und dergleichen und sind Verunreinigungen, die bei der Raffination oder beim Verschrotten eingebracht werden. Der Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen in der Auskleidung 11 beträgt insgesamt 1,0 Gew.-% oder weniger. Die Auskleidung 11 ist nicht auf die vorbeschriebene Zusammensetzung beschränkt und kann aus einer Al-Legierung bestehen, bei der die Gesamtmenge einen oder mehrere der Stoffe Bi, Sn, In und Ni enthalten kann und die unvermeidbaren Verunreinigungen 25 Gew.-% oder weniger betragen. Ferner kann die Auskleidung 11 aus einer Cu-Legierung gebildet sein. Beispielsweise kann die Auskleidung 11 aus einer Cu-Legierung bestehen, bei der die Gesamtmenge einen oder mehrere der Stoffe Sn, Si, Zn, Mg, Cr, Zr, Ni und V enthalten kann und unvermeidbare Verunreinigungen 25 Gew.-% oder weniger betragen.
Die Gleitschicht 12 ist eine auf die Innenfläche der Auskleidung 11 laminierte Schicht und bildet die Schutzschicht der vorliegenden Erfindung. In der Gleitschicht 12 enthält die Schutzschicht Bi als erste Metallkomponente, wobei Ni als zweite Metallkomponente mit der ersten Metallkomponente eine intermetallische Verbindung bildet, C, und unvermeidbare Verunreinigungen. In der Gleitschicht 12 der vorliegenden Ausführungsform ist der Ni-Gehalt 2,0 Gew.-%, der C-Gehalt ist 0,03 Gew.-%, der Gesamtgehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen ist 1,0 Gew.-% oder weniger, und der Rest ist Bi.
Eine Ermüdungstestsprobe (Verbindungsstange R) mit einer Gleitschicht 12 ähnlich der auf dem vorstehend erläuterten Gleitkörper 1 wurde vorbereitet, und ihre Schadensfläche durch Ermüdungsbruch wurde gemessen. Es ergab sich eine Schadensfläche durch Ermüdungsbruch von 2,0%, was gut war. Auch wenn sich bei einem Ermüdungstest, der nachstehend noch beschrieben wird, bei Aufbringen einer Wärmebelastung eine intermetallische Verbindung der ersten Metallkomponente und der zweiten Metallkomponente bildet, dient C in geeigneter Menge als Diffusionsbarriere, wodurch die Möglichkeit einer Vergröberung der intermetallischen Verbindung reduziert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Bi₃Ni und dergleichen als intermetallische Verbindungen in der Gleitschicht 12 ausgefällt, jedoch dient C als Diffusionsbarriere und kann eine Vergröberung von Bi₃Ni und dergleichen unterdrücken. Demzufolge kann die Grenzfläche zwischen dem weichen Bi und der harten intermetallischen Verbindung klein gehalten werden. Auch falls sich Ermüdungsrisse an der Grenzfläche zwischen dem weichen Bi und der harten intermetallischen Verbindung bilden, kann daher die Möglichkeit einer erheblichen Entstehung von Ermüdungsrissen reduziert und die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden.
Messverfahren:
Die Schadensfläche durch Ermüdungsbruch wurde mit dem folgenden Vorgehen gemessen. Zunächst wurde, wie in 2 gezeigt, eine Verbindungsstange R mit zylindrischen Durchgangslöchern, die an beiden Enden in Längsrichtung ausgebildet waren, vorbereitet, und eine Prüfwelle H (schraffiert) wurde in das Durchgangsloch an einem Ende eingeführt. Eine Gleitschicht 12 (schwarz) ähnlich der am Gleitkörper 1 wurde auf der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs gebildet, um die in der Verbindungsstange R ausgebildete Prüfwelle H zu lagern. Die Prüfwelle H wurde an beiden Außenseiten der Verbindungsstange R in Axialrichtung der Prüfwelle H gelagert, und die Prüfwelle H wurde rotiert, so dass die Gleitgeschwindigkeit 6,6 m/sek. betrug. Die Gleitgeschwindigkeit ist die Relativgeschwindigkeit zwischen der Oberfläche der Gleitschicht 12 und der Prüfwelle H. Der Endabschnitt der Verbindungsstange R auf der Seite gegenüber der Prüfwelle H wurde mit einem sich bewegenden Körper F verbunden, der sich in Längsrichtung der Verbindungsstange R hin und her bewegte, und die Wechsellast des sich bewegenden Körpers F wurde auf 57 MPa eingestellt. Auch wurde zwischen der Verbindungsstange R und der Prüfwelle H Motoröl mit 120°C zugeführt.
Der Ermüdungstest der Gleitschicht 12 wurde durch Aufrechterhalten des vorgenannten Zustands 50 Stunden lang durchgeführt. Nach dem Ermüdungstest wurde die Innenfläche (Gleitfläche) der Gleitschicht 12 von einer Position auf einer geraden Linie rechtwinklig zu der Oberfläche fotografiert, so dass die gerade Linie als optische Hauptachse diente. Somit wurde das aufgenommene Bild als Auswertungsbild verwendet. Dann wurde der schadhafte Abschnitt in der Oberfläche der in dem Auswertungsbild reflektierten Gleitschicht 12 mit einem Fernglas (Vergrößerungsglas) betrachtet und gekennzeichnet. Der durch Teilung der Fläche des schadhaften Abschnitts erhaltene prozentuale Wert, also die Fläche des schadhaften Abschnitts, durch die Fläche der gesamten in dem Auswertungsbild reflektierten Oberfläche der Gleitschicht 12 wurde als Schadensfläche durch Ermüdungsbruch gemessen.
Die in der vorstehenden Ausführungsform gezeigten numerischen Werte wurden jeweils mittels des folgenden Verfahrens gemessen. Die Masse der Komponenten, die jeweils eine Schicht des Gleitkörpers 1 bildeten, wurde mit einem ICP Emissionsspektroskopie-Analysator gemessen (ICPS-8100 hergestellt durch Shimadzu Corporation). Dagegen wurde die Konzentration von Kohlenstoff in der Gleitschicht 12 mittels Infrarot-Absorptionsverfahren durch Verbrennung in einem Hochfrequenzinduktionsofen gemessen (Analyseverfahren der Kohlenstoffmenge für Stahl gemäß JIS G 1211).
Die Dicke der jeweiligen Schichten wurde mit den folgenden Verfahren gemessen. Zunächst wurde der vertikale Querschnitt in Axialrichtung des Gleitkörpers 1 mit einem Querschnittspolierer poliert (IB-09010CP hergestellt durch JEOL Ltd.). Bilddaten eines Beobachtungsbildes (rückgestreutes Elektronenbild) wurden durch Fotografieren des Querschnitts des Gleitkörpers 1 mit einem Elektronenmikroskop (JSM-6610A hergestellt durch JEOL Ltd.) bei 7000-facher Vergrößerung erhalten. Dann wurde die Schichtdicke durch Analysieren des Beobachtungsbildes mit einem Bildanalysator gemessen (Luzex AP hergestellt durch NIRECO).
Herstellungsverfahren für Gleitkörper:
Zunächst wurde eine flache Platte kohlenstoffarmer Stahl mit derselben Dicke wie das Rückwandblech 10 vorbereitet.
Danach wurde ein Werkstoff in Pulverform, der die Auskleidung 11 bildete, auf die flache Platte aus kohlenstoffarmem Stahl aufgestreut. Insbesondere wurde Cu-Pulver, Bi-Pulver und Sn-Pulver auf die flache Platte aus kohlenstoffarmem Stahl gestreut, so dass bei der oben beschriebenen Auskleidung 11 das Massenverhältnis der jeweiligen Komponenten erhalten wurde. Es genügt, dass das Massenverhältnis der jeweiligen Komponenten bei der Auskleidung 11 erreicht wird, und die Legierung kann in Pulverform wie z.B. Cu-Bi oder Cu-Sn auf die flache Platte aus kohlenstoffarmem Stahl gestreut werden. Die Korngröße der Pulver wurde mittels eines Prüfsiebs (JIS Z 8801) jeweils auf 150 µm oder weniger eingestellt.
Danach wurde die flache Platte aus kohlenstoffarmem Stahl und die auf die flache Platte gesprühten Pulver gesintert. Die Sintertemperatur wurde auf 700 bis 1000°C geregelt, und das Sintern wurde in inerter Atmosphäre durchgeführt. Nach dem Sintern wurde die gesinterte flache Platte gekühlt. Die Auskleidung 11 muss nicht unbedingt durch Sintern ausgebildet werden und kann durch Gießen oder dergleichen ausgebildet werden.
Nach Fertigstellung der Kühlung ist auf der flachen Platte aus kohlenstoffarmem Stahl eine Cu-Legierung ausgebildet. Die Cu-Legierungsschicht enthält weiche Bi-Partikel, die während des Kühlens ausgefällt werden.
Als nächstes wurde der kohlenstoffarme Stahl mit darauf ausgebildeter Cu-Legierungsschicht gepresst, so dass er die Form eines Hohlzylinders annahm, der in der Mitte des Durchmessers in zwei gleiche Teile geteilt wurde. Nun wurde der Pressvorgang durchgeführt, so dass der Außendurchmesser des kohlenstoffarmen Stahls an den Außendurchmesser des Gleitkörpers 1 angepasst war.
Danach wurde die Oberfläche der auf dem Rückwandblech 10 ausgebildeten Cu-Legierungsschicht beschnitten. Nun wurde das Schneiden so gesteuert, dass die Dicke der auf dem Rückwandblech 10 ausgebildeten Cu-Legierungsschicht dieselbe wie die der Auskleidung 11 war. Somit kann die Auskleidung 11 nach dem Schneidvorgang durch die Cu-Legierungsschicht ausgebildet werden. Der Schneidvorgang wurde durch eine Drehbank mit einem Schneidwerkzeug beispielsweise aus einem gesinterten Diamantset durchgeführt. Die Oberfläche der Auskleidung 11 nach dem Schneidvorgang stellt die Grenzfläche zwischen der Auskleidung 11 und der Gleitschicht 12 dar.
Danach wurde Bi in einer Dicke von 10 µm durch Galvanisierung auf die Oberfläche der Auskleidung 11 laminiert, wodurch die Gleitschicht 12 ausgebildet wurde. Die Galvanisierung erfolgte wie folgt. Zunächst wurde die Oberfläche der Auskleidung 11 mit Wasser gewaschen. Ferner wurden unnötige Oxide durch Beizen der Oberfläche der Auskleidung 11 von der Oberfläche der Auskleidung 11 entfernt. Danach wurde die Oberfläche der Auskleidung 11 erneut mit Wasser gewaschen.
Nach Fertigstellung der vorgenannten Vorbehandlung wurde eine Galvanisierung durch Anlegen eines Stroms an die in einem Elektrolytbad versenkte Auskleidung 11 durchgeführt. Die Badzusammensetzung des Elektrolytbads enthielt organisches Bi-Sulfonat: 20 g/l (Bi-Konzentration), Ni-Nitrat: 1 g/l (Ni-Konzentration), organisches Tensid: 20 ml/l, und organische Sulfonsäure: 100 g/l. Als organisches Tensid wurde eine Polyethylenglykol-Lösung verwendet. Die Badtemperatur des Elektrolytbades wurde auf 30°C eingestellt. Ferner war der an die Auskleidung 11 anzulegende Strom ein Gleichstrom, und die Stromdichte wurde auf 3,0 A/dm² eingestellt. Nach Fertigstellung der Galvanisierung wurde Waschen mit Wasser und Trocknen durchgeführt.
Als der Gleitkörper 1 wie vorstehend beschrieben fertiggestellt war, wurde das Gleitlager A ausgebildet, indem die beiden Gleitkörper 1 zu einer zylindrischen Form zusammengesetzt und an dem Motor angebracht wurden.
Versuchsergebnis:

Beispiel 1, in welchem die Konzentration des organischen Tensids in 5 ml/l geändert wurde, Beispiel 2, in welchem die Konzentration des organischen Tensids in 10 ml/l geändert wurde, Beispiel 3 (erste Ausführungsform), in welchem die Konzentration des organischen Tensids 20 ml/l war, Beispiel 4, in welchem die Konzentration des organischen Tensids in 40 ml/l geändert wurde, und Vergleichsbeispiel 1, in welchem die Konzentration des organischen Tensids in 80 ml/l geändert wurde, wurden für dieselbe Galvanisierung wie bei der ersten Ausführungsform vorbereitet. Ferner wurde Vergleichsbeispiel 2 vorbereitet, bei welchem eine Galvanisierung in einem Elektrolytbad aus Schwefelsäurebad (Bi-Nitrat: 30 g/l (Bi-Konzentration), Ni-Nitrat: 2 g/l (Ni-Konzentration), Schwefelsäure: 100g/l) durchgeführt wurde. [Tabelle 1]

	Organisches Tensid [ml/l]	Kohlenstoffkonzentration [Gew.-%]	Schadensfläche durch Ermüdungsbruch [%]
Beispiel 1	20	0,01	8
Beispiel 2	10	0,015	6
Beispiel 3 (Erste Ausführungsform)	20	0,03	2
Beispiel 4	40	0,08	6
Vergleichsbeispiel 1	80	0,18	25
Vergleichsbeispiel 2	0	0,005	18
Vergleichsbeispiel 2	(Schwefelsäure bad)	0,005	18

Tabelle 1 zeigt die Kohlenstoffkonzentration und die Schadensfläche durch Ermüdungsbruch in der Gleitschicht 12 in Beispiel 1 bis 4 bzw. Vergleichsbeispiel 1 und 2. Die Kohlenstoffkonzentration und die Schadensfläche durch Ermüdungsbruch wurden mit denselben Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Wie in Tabelle 1 angegeben, konnte die Kohlenstoffkonzentration in der Gleitschicht 12 durch Erhöhung der Konzentration des organischen Tensids in dem Elektrolytbad erhöht werden. Ferner konnte wie in Vergleichsbeispiel 2 durch Verwendung eines Elektrolytbads ohne organische Stoffe die Kohlenstoffkonzentration in der Gleitschicht 12 auf nahezu null gesenkt werden.
3 ist ein Kurvendiagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Kohlenstoffkonzentration und der Schadensfläche durch Ermüdungsbruch. Wie in der Figur gezeigt, wurde herausgefunden, dass eine höhere Ermüdungsfestigkeit bestand bei höherer Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich der Kohlenstoffkonzentration von 0,03 Gew.-% oder weniger. Es wird angenommen, dass die Vergröberung von Cu₆Bi₅ und Cu₃B₁ bei Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration effektiv unterdrückt werden konnte. Es wurde herausgefunden, dass eine höhere Ermüdungsfestigkeit bestand bei niedrigerer Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich der Kohlenstoffkonzentration von mehr als 0,03 Gew.-%. Es wird angenommen, dass die Versprödung der Gleitschicht 12 aufgrund von C bei niedrigerer Kohlenstoffkonzentration stärker unterdrückt werden konnte.
Wie die Schraffur des Diagramms der 3 zeigt, hat sich als bevorzugt herausgestellt, den C-Gehalt auf 0,010 Gew.-% oder mehr und 0,080 Gew.-% oder weniger einzustellen. Noch bevorzugter beträgt der C-Gehalt 0,02 Gew.-% oder mehr und 0,060 Gew.-% oder weniger.
Zweite Ausführungsform:
Die zweite Ausführungsform ist mit der ersten Ausführungsform identisch bezüglich der übrigen Struktur abgesehen von der Gleitschicht 12. Im folgenden wird die Gleitschicht 12 der zweiten Ausführungsform beschrieben. Die Gleitschicht 12 der zweiten Ausführungsform ist ebenso eine auf die Innenfläche der Auskleidung 11 laminierte Schicht und bildet die Schutzschicht der vorliegenden Erfindung. In der Gleitschicht 12 der zweiten Ausführungsform enthält die Schutzschicht Sn als erste Metallkomponente, Cu als zweite Metallkomponente, die mit der ersten Metallkomponente eine intermetallische Verbindung bildet, C, und unvermeidbare Verunreinigungen. In der Gleitschicht 12 der zweiten Ausführungsform ist der Cu-Gehalt 3,0 Gew.-%, der C-Gehalt ist 0,05 Gew.-%, der Gesamtgehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen ist 1,0 Gew.-% oder weniger, und der Rest ist Sn.
Eine Ermüdungstestsprobe (Verbindungsstange R) mit der vorstehend erläuterten Gleitschicht 12 gemäß der zweiten Ausführungsform wurde vorbereitet, und ihre Schadensfläche durch Ermüdungsbruch wurde gemessen. Es ergab sich eine Schadensfläche durch Ermüdungsbruch von 3,0%, was gut war. Auch wenn sich bei dem Ermüdungstest, der zur beschrieben wurde, bei Aufbringen einer Wärmebelastung eine intermetallische Verbindung der ersten Metallkomponente mit der zweiten Metallkomponente bildet, dient C in geeigneter Menge als Diffusionsbarriere, wodurch die Möglichkeit einer Vergröberung der intermetallischen Verbindung reduziert wird. Bei der zweiten Ausführungsform werden Cu₆Sn₅ und Cu₃Sn als intermetallische Verbindungen in der Gleitschicht 12 ausgefällt, jedoch dient C als Diffusionsbarriere und kann die Vergröberung von Cu₆Sn₅ und Cu₃Sn unterdrücken. Demzufolge kann die Grenzfläche zwischen dem weichen Sn und der harten intermetallischen Verbindung klein gehalten werden. Auch falls sich Ermüdungsrisse an der Grenzfläche zwischen dem weichen Sn und der harten intermetallischen Verbindung bilden, kann daher die Möglichkeit einer erheblichen Entstehung von Ermüdungsrissen reduziert und die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden.
Danach wurde Sn in einer Dicke von 10 µm durch Galvanisierung auf die Oberfläche der Auskleidung 11 laminiert, wodurch die Gleitschicht 12 der zweiten Ausführungsform ausgebildet wurde. Die Galvanisierung erfolgte wie folgt. Zunächst wurde die Oberfläche der Auskleidung 11 mit Wasser gewaschen. Ferner wurden unnötige Oxide durch Beizen der Oberfläche der Auskleidung 11 von der Oberfläche der Auskleidung 11 entfernt. Danach wurde die Oberfläche der Auskleidung 11 erneut mit Wasser gewaschen.
Nach Fertigstellung der vorgenannten Vorbehandlung wurde eine Galvanisierung durch Anlegen eines Stroms an die in einem Elektrolytbad versenkte Auskleidung 11 durchgeführt. Die Badzusammensetzung des Elektrolytbads enthielt Zinndinitrat: 28 g/l (Sn-Konzentration), Kupfersulfat: 3 g/l (Cu-Konzentration), inorganisches Ammoniumsalz: 100 g/l, und organische Carbonsäure: 80g/l. Die Badtemperatur des Elektrolytbades wurde auf 30°C eingestellt. Ferner war der an die Auskleidung 11 anzulegende Strom ein Gleichstrom, und die Stromdichte wurde auf 2,0 A/dm² eingestellt. Nach Fertigstellung der Galvanisierung wurde Waschen mit Wasser und Trocknen durchgeführt.

Beispiel 5, in welchem die Konzentration der organischen Carbonsäure in 20 g/l geändert wurde, Beispiel 6, in welchem die Konzentration der organischen Carbonsäure in 40 g/l geändert wurde, Beispiel 7 (zweite Ausführungsform), in welchem die Konzentration der organischen Carbonsäure in 80 g/l geändert wurde, Beispiel 8, in welchem die Konzentration der organischen Carbonsäure in 100 g/l geändert wurde, und Vergleichsbeispiel 3, in welchem die Konzentration der organischen Carbonsäure in 200 g/l geändert wurde, wurden für dieselbe Galvanisierung wie bei der zweiten Ausführungsform vorbereitet. Ferner wurde Vergleichsbeispiel 4 vorbereitet, bei welchem eine Galvanisierung in einem Elektrolytbad aus Fluoroboratbad (Zinn-Fluoroborat, Kupfer-Fluoroborat) durchgeführt wurde.
[Tabelle 2]

	Organische Carbonsäure [ml/l]	Kohlenstoffkonzentration [Gew.-%]	Schadensfläche durch Ermüdungsbruch [%]
Beispiel 5	20	0,015	8
Beispiel 6	40	0,02	5
Beispiel 7 (Zweite Ausführungsform)	80	0,05	3
Beispiel 8	100	0,1	7
Vergleichsbeispiel 3	200	0,5	21
Vergleichsbeispiel 4	0	0,005	15
Vergleichsbeispiel 4	(Fluoroboratbad)	0,005	15

Tabelle 2 zeigt die Kohlenstoffkonzentration und die Schadensfläche durch Ermüdungsbruch in der Gleitschicht 12 in Beispiel 5 bis 7 bzw. Vergleichsbeispiel 3 und 4. Die Kohlenstoffkonzentration und die Schadensfläche durch Ermüdungsbruch wurden mit denselben Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Wie in Tabelle 2 angegeben, konnte die Kohlenstoffkonzentration in der Gleitschicht 12 durch Erhöhung der Konzentration der organischen Carbonsäure in dem Elektrolytbad erhöht werden. Ferner konnte wie in Vergleichsbeispiel 4 durch Verwendung eines Elektrolytbads ohne organische Stoffe die Kohlenstoffkonzentration in der Gleitschicht 12 auf nahezu null gesenkt werden.
4 ist ein Kurvendiagramm und zeigt das Verhältnis zwischen der Kohlenstoffkonzentration und der Schadensfläche durch Ermüdungsbruch bei der zweiten Ausführungsform. Wie in der Figur gezeigt, wurde herausgefunden, dass eine höhere Ermüdungsfestigkeit bestand bei höherer Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich der Kohlenstoffkonzentration von 0,05 Gew.-% oder weniger. Es wird angenommen, dass die Vergröberung von Cu₆Sn₅ und Cu₃Sn bei Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration effektiv unterdrückt werden konnte. Es wurde herausgefunden, dass eine höhere Ermüdungsfestigkeit bestand bei niedrigerer Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich der Kohlenstoffkonzentration von mehr als 0,05 Gew.-%. Es wird angenommen, dass die Versprödung der Gleitschicht 12 aufgrund von C bei niedrigerer Kohlenstoffkonzentration stärker unterdrückt werden konnte.
Wie die Schraffur des Diagramms der 4 zeigt, hat sich als bevorzugt herausgestellt, den C-Gehalt auf 0,015 Gew.-% oder mehr und 0,100 Gew.-% oder weniger einzustellen. Ferner ist es noch bevorzugter, den C-Gehalt auf 0,02 Gew.-% oder mehr und 0,075 Gew.-% oder weniger einzustellen.
Weitere Ausführungsformen:
Bei der vorgenannten Ausführungsform wurde Cu als zweite Metallkomponente verwendet, jedoch können andere Komponenten (Ag, Sb, Ni, Au und dergleichen), die härter als Bi sind (beispielsweise mit einer höheren Mohs-Härte) als zweite Metallkomponente verwendet werden. Darüber hinaus ist die Bildung der intermetallischen Verbindung nicht unbedingt auf diejenige bei Verwendung des Gleitkörpers 1 beschränkt. Beispielsweise kann vor Verwendung des Gleitkörpers 1 die Ausfällung der intermetallischen Verbindung durch vorherige Wärmebehandlung vervollständigt werden. In diesem Fall kann die Vergröberung der intermetallischen Verbindung auch durch C in geeigneter Menge unterdrückt werden.
Ferner kann eine Zwischenschicht zwischen die Auskleidung 11 und die Gleitschicht 12 eingefügt werden. Die Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus einem Material, das eine Diffusion der Komponenten der Auskleidung 11 in die Gleitschicht 12 hinein unterdrücken kann, und kann beispielsweise aus Cu bestehen. Die Kohlenstoffkonzentration der Gleitschicht 12 muss nicht unbedingt mittels der Kohlenstoffkonzentration in dem Elektrolytbad für die Galvanisierung eingestellt werden, und das Verfahren zur Entstehung der Gleitschicht 12 ist nicht auf Galvanisierung beschränkt. Beispielsweise kann die Gleitschicht 12 mittels Sputtern oder Vakuumaufdampfen ausgebildet werden, und die Kohlenstoffkonzentration kann während des Sputterns oder Vakuumaufdampfens eingestellt werden. Ferner kann nach Entstehung der Gleitschicht 12 mit niedriger Kohlenstoffkonzentration die Kohlenstoffkonzentration mittels Diffusion oder dergleichen erhöht werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform sind die Gleitkörper 1 beschrieben, welche das Gleitlager A zum Lagern der Kurbelwelle eines Motors bilden, jedoch kann auch ein Gleitlager A für einen anderen Zweck durch den erfindungsgemäßen Gleitkörper 1 ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Radiallager wie z.B. eine Getriebebuchse oder eine Kolbenbuchse/Kolbenauge durch den erfindungsgemäßen Gleitkörper 1 ausgebildet sein. Ferner kann der erfindungsgemäße Gleitkörper in Axiallagern, verschiedenen Scheiben oder Taumelscheiben für Kompressoren für Kfz-Klimaanlagen verwendet werden. Ferner ist die Matrix der Auskleidung 11 nicht auf die Cu-Legierung beschränkt, und es genügt, ein Matrixmaterial in passender Härte zur Gegenwelle 2 zu wählen. Auch ist das Rückwandblech 10 nicht wesentlich und muss nicht verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Gleitkörper
2: Gegenwelle
10: Rückwandblech
11: Auskleidung
12: Gleitschicht
A: Lager
F: sich bewegender Körper
H: Prüfwelle
R: Verbindungsstange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004353042 A [0002]
JP 2002310158 A [0002]

Claims

Gleitkörper mit einer Grundschicht und einer auf die Grundschicht laminierten Schutzschicht, wobei die Schutzschicht folgendes enthält: Bi als erste Metallkomponente; eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet; 0,010 Gew.-% oder mehr und 0,080 Gew.-% oder weniger C; und unvermeidbare Verunreinigungen.
Gleitlager mit einer Grundschicht und einer auf die Grundschicht laminierten Schutzschicht, wobei die Schutzschicht folgendes enthält: Bi als erste Metallkomponente; eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet; 0,010 Gew.-% oder mehr und 0,080 Gew.-% oder weniger C; und unvermeidbare Verunreinigungen.
Gleitkörper mit einer Grundschicht und einer auf die Grundschicht laminierten Schutzschicht, wobei die Schutzschicht folgendes enthält: Sn als erste Metallkomponente; eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet; 0,015 Gew.-% oder mehr und 0,100 Gew.-% oder weniger C; und unvermeidbare Verunreinigungen.
Gleitlager mit einer Grundschicht und einer auf die Grundschicht laminierten Schutzschicht, wobei die Schutzschicht folgendes enthält: Sn als erste Metallkomponente; eine zweite Metallkomponente, die härter als die erste Metallkomponente ist und eine intermetallische Verbindung mit der ersten Metallkomponente bildet; 0,015 Gew.-% oder mehr und 0,100 Gew.-% oder weniger C; und unvermeidbare Verunreinigungen.