DE1817038C3 - Verfahren zur Herstellung eines Materials für Gleitlager - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Materials für Gleitlager

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Materials für Gleitlager durch Aufsintern einer Schicht eines Pulvers, das wenigstens zum Teil aus einer Kupfer-Zinn-Legierung und im übrigen aus Kupfer besteht und einen Gesa.ntgeha.i an Zinn von 1,0 bis 2,0% besitzt, auf einem Träger aus Stahl in einer reduzierenden Atmosphäre bei et a 10300C, Abkühlen und Tränken dieser gesinterten Schicht mit einer geschmolzenen Blei-Zinn-Legierung und schnelles Abkühlen des Ganzen.
Nach der US-PS 29 02 748 war es bekannt, auf eine Stahlplatte eine pulverförmige Kupfer-Zinn-Legierung mit 1,0 bis 2,0% Zinn aufzubringen, diese Schicht bei etwa 10301X in einer reduzierenden Atmosphäre zu »intern, sie auf etwa 535 bis 650°C (1000 bis !200^f) abzukühlen, die Sinterschicht mit einer geschmolzenen Blei-Zinn-Legierung von etwa 370 bis 400°C (700 bis 7500F) zu tränken, und das Ganze dann schnell abzukühlen.
Nach der DE-PS 9 45 970 wird auf eine Stahlplatte ein pulverförmiges Gemisch von Kupfer und Zinn in einem beliebigen Mengenverhältnis aufgesintert, diese Sinterschicht auf z.B. 850 bis 960"C abgekühlt (Seite 4. Zeilen 74/75), mit einer Blei-Zinn-Legierung getränkt, und das Ganze dann schnell abgekühlt.
Nach den beiden bekannten Verfahren wird jedoch eine spröde Zwischenschicht von mehr als etwa 5 μπι erhalten, die gegen Korrosion verhältnismäßig wenig Widerstand bietet. Bei der Verwendung in Lagern für Kraftfahrzeuge werden daher die Lager der Kurbelwellen zu stark abgenutzt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Material zu schaffen, bei dem eine gegen Korrosion beständige Zwischenschicht von Weniger als 5 μίτι erhalten wird ürid das eine lange Lebens· und Verwendungsdauer hat.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die gesinterte Schicht vor dem Tränken mit der BleNZinn-Legierung auf 300 bis 400°C abgekühlt wird, daß die BleUZinn^Legierung beim Tränken bei 315 bis 345°C heiß ist, daß mit einer solchen Menge der Blei-Zinn-Legierung getränkt wird, daß die getränkte Schicht 5,0 bis 6,5% Zinn enthält, und daß nach dem Tränken das Ganze innerhalb von 15 Sekunden auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Blei-Zinn-Legierung abgekühlt wird.
Durch die Kombination dieser vier erfindungsgema Ben Merkmale wird ein Material erhalten, das sehr korrosionsbeständig ist, denn es wird die Entstehung einer unerwünschten spröden ZwischenscUcht von mehr als 5 μπι verhindert, ohne daß Druckfestigkeit und Gleitfähigkeit leiden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn mit einer Blei-Zinn-Legierung mit etwa 6 bis 10% Zinn getränkt wird. Dadurch wird e'n Material erhalten, das gegen Korrosion besonders beständig ist, auch gegen Beschädigungen durch die Bildung korrodierender Säuren aus dem öl.
Die niedrige Temperatur des Lagermetalls und des Materials mit dem aufgesinterten Pulver sowie das schnelle Abkühlen verhindern die Bildung größerer Mengen einer harten intermetallischen Verbindung als Zwischenschicht zwischen Kupfer und Zinn.
Anschließend kann das Material mechanisch weiter
2ί verarbeitet werden, um Teile der gesinterten Schicht freizulegen und die Gesamtdicke herabzusetzen. Gegebenenfalls kann noch ein Belag aufgebracht werden.
Die Zeichnungin erläutern beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung.
so Es zeigt
Fig. 1 schematisch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 in 500facher Vergrößerung das Gefüge von Lagermaterial nach dem Stande der Technik mit einer
α verhältnismäßig dicken Schicht einer intermetallischen Verbindung von Kupfer und Zinn.
Fig. 3 in 500facher Vergrößerung ein Lagermaterial gemäß der Erfindung mit einer verhältnismäßig dünnen Schicht einer intermetallischen Verbindung von Kupfer
•id und Zinn.
Nach dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren wird ein Stahlband 10 von links nach rechts in Richtung des Pfeiles gefördert, in einem Trichter 12 befindet sich ein Gemisch von Metallpulver 13, das aus Kupfer und Zinn
4ί oder Kupfer und Bronze besteht, und 1 bis 2% Zinn enthält. Vorzugweise besteht das Pulvergemisch aus 80% reinem Kupfer und 20% Bronze, wobei die Bronze aus 90 bis 95% Kupfer und 5 bis 10% Zinn zusammengesetzt ist. Das Gemisch 13 wird auf die Oberflache des Stahlbandes 10 gebracht und bildet dort eine Schicht 14. Anschließend wird die Schicht 14 in einer reduzierenden Atmosphäre in der Kammer 16 gesintert. Das Sintern wird in an sich bekannter Weise bei einer Temperatur von etwa 10300C durchgeführt.
ss Anschließend kühlt man das Stahlband und die aufgesinterte Schicht 17 in einer geeigneten Vorrichtung 18 auf 300 bis 400"C ab. Ein Gießtopf 20 enthält unter einer reduzierenden Atmosphäre das im wesentlichen aus Blei und Zinn bestehende Lagermetall 21.
bo welches bei einer Temperatur zwischen 315 und 345° C gehalten wird. Aus dem Gießtopf gelangt das geschmolzene Lagermetall auf die gesinterte Schicht 17, die Von dem Lagermetall durchtränkt wird und hierbei eine zusammengesetzte Schicht 22 bildet Die zUsammengesetzte Schicht 22 aus dem Lagermetall und dem gesinterten Pulver sollte insgesamt zwischen 5,0 und 6,5% Zinn enthalten. Um eine solche Zusammensetzung zu erreichen, sollte das Lagermetall Vorzugsweise 6 bis
10% Zinn enthalten. Dann kühlt man den Streifen 22 in der Vorrichtung 24 schnell ab, z. B. durch Aufsprühen von Wasser. Hierbei erstarrt das Lagermetall und bildet zusammen mit der Sinterschicht eine dichte undurchlässige Schicht, die mit dem Stahlband 10 fest verbunden isL Die Abkühlungsgeschwindigkeit sollte so sein, daß eine harte Zwischenschicht einer intermetallischen Verbindung von Kupfer und Zinn nicht dicker als etwa 5 μίτι ist. Diese harte Schicht ist sehr unerwünscht und wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Minimum herabgedrückt. Die Verbindung entsteht durch die Diffusion des Zinns aus dem Lagermetall zu dem Kupfer der Simerschicht. Sie ist vor allem deswegen unerwünscht, weil sie ein schlechtes Lagermetall ist und weil Kupfer dem Lagermetall das Zinn entzieht, das dort wegen der Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist Aufgrund von Versuchen wurde festgestellt, daß das Abkühlen unter den Erstarrungspunkt des Lagermetalls innerhalb von nicht mehr als 15 Sekunden stattfinden soll. Andernfalls entsteht selbst bei einer niedrigen Temperatur des Bandes und einer niedrigen Temperatur des geschmolzenen Lagermetalls eine unerwünschte große Menge der intermetallischen Verbindung von Kupfer und Zinn. Die getränkte Sinterschicht soil insgesamt 5,0 bis 6,5% Zinn enthalten.
Nach dem Sintern, dem Aufgießen des Lagermetalls und dem Abkühlen kann das Material in üblicher Weise weiter bearbeitet werden, um Teile der Sinterschicht freizulegen, die OpsamtHirke der Schichten herabzusetzen und gegebenenfalls eine Auflage zuzusetzen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird überschüssiges aufgebrachtes Lagermetall 21 von der Sinterschicht 17 durch eine geeignete Vorrichtung abgestreift. Anschließend wird die Schicht 22 abgeschreckt, z. B. durch Aufsprühen von Wasser mittels der Vorrichtung 24. Dann wird die zusammengesetzte Schicht mit dem Stahlband mechanisch bearbeitet und weiter verarbeitet Das tränkende Lagermetall enthalt vorzugsweise etwa 6 bis 10% Zinn. Verwendet man Lagermetall mit einem Gehalt über 10% Zinn, so wird zwar die Korrosionsbeständigkeit etwas verbessert; die Beschaffenheit und die Eigenschaften der Oberfläche
lu werden aber verschlechtert, da größere Mengen der harten und spröden Verbindung aus Kupfer und Zinn entstehen. Verwendet man ein Lagermetall mit weniger als 6% Zinn, so leidet die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei längerer Dauer des Verweilens in verunreinigtem öl. Die Schicht aus dem gesinterten Pulver und dem erstarrten Lagermetall sollte zwischen 5,0 und 6,5% Zinn enthalten.
F i g. 2 zeigt ein Lagermaterial, bei dessen Herstellung die Temperaturen des gesinterten Pulvers und des
>n Lagermetalls, ebenso wie die Abkühlungsgeschwindigkeit, nicht so sorgfältig geregelt waren, um eine Diffusion des Zinns aus dem Lage.metall zum Kupfer wirksam zu unterbinden. Es entsteht eine unerwünscht dicke Schicht 30 einer spröden intermetallischen Verbindung, um die Kupferteilchen 28, weshalb auch in dem Lagermetall 26 zu wenig Zinn enthalten ist
Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Lagermaterial. Dieses enthält das Umsetzungsprodukt 28 von Kupfer und Zinn in einer
ι» Schichtdicke von nur etwa 2,5 Mikron, weshalb auch größere Mengen von Zinn in dem Lagermetall 26 verblieben sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Materials für Gleitlager durch Aufsintern einer Schicht eines Pulvers, das wenigstens zum Teil aus einer Kupfer-Zinn-Legierung und im übrigen aus Kupfer besteht und einen Gesamtgehalt an Zinn von 1,0 bis 2,0% besitzt, auf einem Träger aus Stahl in einer reduzierenden Atmosphäre bei etwa 1030°C, Abkühlen und Tränken dieser gesinterten Schicht mit einer geschmolzenen Blei-Zinn-Legierung und schnelles Abkühlen des Ganzen, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterte Schicht vor dem Tränken mit der Blei-Zinn-Legierung auf 300 bis 4000C abgekühlt wird, daß die Blei-Zinn-Legierung beim Tränken 315 bis 345° C heiß ist, daß mit einer solchen Menge der Blei-Zinn-Legierung getränkt wird, daß die getränkte Schicht 5,0 bis 6,5% Zinn enthält, und daß nach dem Tränken das Ganze innerhalb von 15 Sekunden auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Blei-Zinn-Legierung abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Blei-Zinn-Legierung mit etwa 6 bis 10% Zinn getränkt wird.
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