DE1955082B2

DE1955082B2 - Gleitwerkstoff aus Metall und PoIytetrafluoräthylen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1955082B2
Application number: DE19691955082
Authority: DE
Inventors: Guenter 7535 Koenigsbach Stempel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-11-03
Filing date: 1969-11-03
Publication date: 1974-03-28
Also published as: NL7015968A; DE1955082A1

Description

werden. Beim Heißpressen dieser Mischungen ergeben sich metallische Körper, deren Gleiteigenschaften durch den PTFE-Anteii im gewünschten Sinn beeinflußt werden können.

Wie schon erwähnt, ist es Voraussetzung für die Herstellung dieser Verbundwerkstoffe, daß sich das Metall für die Verarbeitung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen eignet. Geeignete Metallpulver sind Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold und deren Legierungen, wie Messind und Bronze. Sie lassen sich bei einer dem Metall entsprechend angemessenen Druckanwendung gut in diesem Bereich verarbeiten.

Überraschenderweise lassen sich selbst sehr hochschmelzende Metalle, wie Nickel- oder Eisenpulver, im Heißpreßbereich verarbeiten, wenn sie eine für das Sintern hochaktive Oberfläche besitzen. Das ist bei Nickel- und Eisenpulvern beispielsweise dann der Fall, wenn sie nach dem bekannten Metall-Carbonyl-Verfahren hergestellt wurden.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens soll in den nachfolgenden Beispielen beschrieben werden.

Beispiel 1

50 Volumprozent Carbonylnickelpulver mit einem Schüttgewicht von 0,7 bis 0,8 g/cm³ werden mit 50 Volumprozent PTFE-Pulver im pneumatischen Mischer homogen vermischt und in den durch Matrize und Unterstempel des Heißpreßwerkzeuge« gebildeten Füllraum gleichmäßig eingefüllt. Das gefüllte Heißpreßwerkzeug wird durch den Oberstempel verschlossen und das eingefüllte Metallpulver durch Widerstandsheizung auf 400° C erwärmt. Beim Erreichen dieser Temperatur wird der Flächenpreßdruck auf 1000 kp/cm² gesteigert. Die Druckhaltezeit beträgt 5 Sekunden. Danach wird der Druck auf 100 kp/cm² abgesenkt und mittels Kühlwasser so schnell wie möglich auf eine Temperatur von 60~ C und weniger abgekühlt. Dann öffnet man das Heißpreßwerkzeug und entnimmt der Form den metallisch versinterten Gleitwerkstoff.

Werkstoffe mit 40, 30, 20 und 10 ⁰Zo PTFE erfordern gleiche Arbeitsbedingungen.

Beispiel 2

75 Volumprozent chemisch gefülltes Kupferpulver mit einer Korngröße kleiner als 40 μ werden mit 25 °/o PTFE-Pulver wie im Beispiel 1 gemischt und in das Heißpreßwerkzeug eingefüllt. Nach dem Verichließen durch den Oberstempel erfolgt eine Erwärmung auf 380° C. Beim Erreichen dieser Temperatur wird ein spezifischer Flächenpreßdruck von 500 kp/cm³ mit einer Haltezeit von 5 Sekunden ausgeübt. Abkühlung und Entnahme erfolgen wie im Beispiel 1.
Beispiel 3

75 Volumprozent eines durch Verdüsung gewonnenen Aluminiumpulvers mit einer Korngröße kleiner als 40 μ und 25 % PTFE-Pulver werden wie im

ίο Beispiel 1 und 2 gemischt und in das Heißpreßwerkzeug eingefüllt. Hier wird wie im Beispiel 2 nach Schließen des Heißpreßwerkzeuges auf 380° C erwärmt. Der spezifische Flächenpreßdruck beträgt hier 300 kp/cm² und die Haltezeit 10 Sekunden. Die Ab-

kühlung und Entnahme erfolgt wie in den vorangegangenen Beispielen.

Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Werkstoffe ist nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt. Alle Metalle, die H einer dem beigemischten Kunststoff verträglichen Temperatur unter Druck metallisch versintern, können bei Bedarf eingesetzt werden.

Die Erfindung ermöglicht mithin die Herstellung von Lager- oder Gleitwerkstoffen aus einer Mischung von PTFE und ähnlichen Kunststoffen mit Metallpulvern.

Stoffe mit metallischem Grundgerüst sowie durch PTFE verbesserten Gleiteigenschaften sind ohne Schwierigkeit herzustellen und weisen qualitativ wesentlich verbesserte Eigenschaften auf.

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellte Gleitwerkstoffe aus Carbonyl-Nickel und PTFE zeigen gegenüber bekannten Gleitwerkstoffen, vor allem bei erhöhter Reibung, ganz wesentlich verbesserte Gleiteigenschaften. Ein weiterer großer Vorteil besteht in der problemlosen Abführung der Reibungswärme.

Die Werkstoffeigenschaften können nach der beschriebenen Arbeitsweise in weiten Grenzen avi einfachste Weise, nämlich nur durch die Wahl der entsprechenden Mischungen, verändert und so den unterschiedlichen Bedarfsfällen angepaßt werden.

Dies soll am Beispiel des Werkstoffes Nickel-Polytetrafluoräthylen durch die Änderung der Härte, der Zugfestigkeit und der Dichte in Abhängigkeit von der Zusammensetzung gezeigt werden. Die Werkstoffeigenschaften sind in den Diagrammen wie folgt wiedergegeben:

Diagramm 1: Härte HB (kp/mm²)

Diagramm 2: Zugfestigkeit (kp/mm²)
Diagramm 3: Dichte (g/cm³)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 wiederum in 8 Stunden langsam auf 100° C abge- Patentansprüche: kühlt. nTL~ ,-.... Zum Aufbau dieser Körper mit PTFE-Grundgerust

1. Gleitwerkstoff aus Metall und Polytetrafluor- liegt der Volumanteil des PTFE immer über 50 «/„ äthylen, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß 5 und der des Metallanteiles unter 50 «/o Nach diesem er aus einer innigen Mischung aus 1 bis 50 Vo- zeitraubendem und umständlichen Polymensatiunslumprozent Polytetrafluorethylen und 50 bis 99 verfahren entsteht nur ein Verbund des PTFE im Volumprozent metallischem Zusatz besteht, wo- Gerüst. Ein metallisch leitender Verbund, der zur bei die weit überwiegende Anzahl der Metallteil- Wärmeableitung für die Lagerreibung und zum chen über Sinterstellen miteinander verbunden io Festigkeitsaufbau für den Lagerkorper genutzt wersind. den könnte, entsteht nicht.

2. Gleitwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch Erfindungsgemäß werden als Gegenmaßnahme gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus Kup- Gleitwerkstoffe vorgeschlagen, bei denen die \ orfer, Aluminium, Silber und Gold oder deren teile der beiden Stoffgruppen »Metall« und »Kiinst-Legierungen besteht. 15 stoff« kombiniert sind, wodurch nicht nur die uner-

3. Gleitwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch wünschten Eigenschaften der bisher bekannten Vergekennzeichnet, daß als Metallpulver Carbonyl- bundwerkstoffe zurückgedrängt werden, soiu.cni Nickel und/odst Carbonyleisen verwendet wird. überraschenderweise neue, einen technischen Fm₁-

4. Verfahren zur Herstellung des in den vor- schritt bewirkende Eigenschaften auftreten,
hergehenden Ansprüchen beschriebenen Gleit- 20 Da bei sogenannten Verbundkörpern zwischen el·:·.; Werkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß 50 bis geschichteten und den durchmischten Korpern uni-ji-99 Volumprozent oberflächenreiches Metallpul- schieden werden muß, sei hervorgehoben, daß i;n ver mit 1 bis 50 Volumprozent Polytetrafluor- Rahmen der Erfindung nur die durchmischten Werkäthylen gut durchgemischt und im Temperatur- stoffe in Betracht kommen, weil bei einem geschicnbereich unterhalb^ der Schmelzpunkte der Be- 25 teten Verbundkörper die vorher erwähnten Schw_iestandteile unter einem Druck, bei dem die mit- rigkeiten und Nachteile nicht beseitigt würden,
einander in Berührung stehenden Metallpulver- Für die Herstellung durchmischter Verbundkörper teilchen untereinander versintern, geformt wird. sind zwei Wege bekannt:

1. Imprägnierung oder Tränkung poröser Melall-3° körper mit dem gewünschten Kunststoff;

2. Einbringen von feindispersem Metall in den

T^- , . ^, ■ ■ , r ~ , Kunststoff.
Die besonderen Gleiteigenschaften des Polytetra-

fluoräthylens (im folgenden kurz PTEE genannt) sind Beim ersten Verfahren sind stets zwei Arbeitsallgemein bekannt. Es hat unter den bisher bekann- 35 gänge, nämlich das Herstellen des Metallskeletts und ten Kunststoffen mit die günstigsten Temperatur- ein sich daran anschließendes Tränken oder Imprii- und Gleiteigenschaften. Allerdings weist es eine ver- gnieren, notwendig,
hältnismäßig geringe mechanische Stabilität auf. Beim zweiten Verfahren kann in einem Arbeiis-

Vor allem bei Reibbeanspruchung ist eine Stoff- gang gearbeitet werden; als Empfänger dient stets wanderung zu beobachter*. Einzelne PTFE-Teilchen 40 der Kunststoff, der das Metallpulver zusammenhangwerden unter dem Einfluß der beispielsweise durch los in sich aufnimmt. Dadurch wirken sich die für Metalle hervorgerufenen Reibung abgerissen und auf das Metall wichtigen Eigenschaften, wie Steigerung die Gegenfläche der Reibkombination übertragen, so von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit, gar nicht aus. daß die reibende Grenzfläche — ursprünglich zwi- Die Metallteilchen können lediglich so viel Wärme sehen Metall und Kunststoff gelegen — rein geome- 45 fortnehmen, wie erforderlich ist, um sie selbst auftrisch gesehen, in die Kunststoffschicht einwandert, zuheizen.

woraus sich eine Gefahren hervorrufende Unsicher- Diese Nachteile lassen sich gemäß der Erfindung

heit im Lagerspiel ausbildet. aufheben; die Herstellung wird in einem Arbeits-

Diese Stoffwanderung beruht auf der mechanischen gang verwirklicht, wobei das Metall zum zusammen-

Verreibung des an sich wenig festen Kunststoffes, so hängenden, tragenden Skelett ausgebildet wird, wenn

Zusätzlich muß der Abbau des an seinen Enden nicht man erfindungsgemäß PTFE oder einen Kunststoff

stabilisierten Makro-Moleküls und sein Wiederauf- mit ähnlichen Eigenschaften mit Metallpulver kom-

bau an der kühlenden Metallfläche unter dem Ein- biniert und bei der Formung Druck und Wärme ge-

fluß von Erhitzung und Abkühlung berücksichtigt meinsam zur Anwendung bringt (Heißpressen),

werden, der ebenfalls nachteilige Folgen zeitigt. 55 Diese Verfahrensdurchführung erschien bisher un-

Es stellte sich daher die Aufgabe, einen Gleitwerk- verwirklichbar, weil die Verarbeitungstemperaturen

stoff aufzufinden, der diese Nachteile umgeht. von Kunststoffen tief, die von Metall dagegen hoch

In der französischen Patentschrift 1 386 360 wird liegen.

die gemeinsame Verarbeitung von Metallpulvern und überraschenderweise gibt es aber eine Reihe von PTFE beschrieben, wobei jedoch der festigkeitsbil- 60 Metallpulvern, die sich bei gleichzeitiger Anwendung dende und tragende Grundkörper durch eine Lang- von Druck und Wärme bei derart niedrigen Temperazeitpolymerisation des PTFE-Pulvers zu einem zu- türen verarbeiten lassen, daß ohne Zersetzung PTFE sammenhängenden Gerüstkörper aus diesem aufge- verwendet werden kann.

baut wird, wobei das Metallpulver nur als Füllstoff Allen Metallpulvern, die sich unter Anwendung

dient. Dabei wird zur Vermeidung von Spannungen 65 von Druck und Wärme unterhalb des Schmelzpunk-

im Block dieser erst ganz langsam unter Druck in tes der Bestandteile zu metallischen Körpern ver-

8 Stunden auf 360° C aufgeheizt, dann 2 Stunden bei arbeiten lassen, können PTFE-Pulver oder ähnliche

di&ser Temperatur polymerisiert und anschließend Stoffe zwischen 1 und 50 Volumprozent zugemischt