DE3728273C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial mit mehreren
Schichten, die ein Stützmetall, eine gesinterte, poröse
Metallschicht, die das Stützmetall bedeckt und eine auf
der gesinterten porösen Metallschicht ausgebildete Lagerschicht
umfassen, wobei die Lagerschicht im wesentlichen
aus einem Harzpulver und einem Sb-Sn-Legierungspulver
besteht und die poröse, gesinterte Metallschicht die integrierten
Harzpulverpartikel gemeinsam mit dem Pb-Sn-Legierungspulver,
dessen Partikel an der Oberfläche der integrierten
Harzpulverpartikel haften, als durch die Poren
der gesinterten Metallschicht eingedrungene Einlagerung
enthält. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren
zur Herstellung eines Lagermaterials mit folgenden Schritten:
Verteilen und Sintern eines Legierungspulvers auf
einem Stützmetall und dadurch Ausbilden einer porösen
gesinterten Metallschicht, die zwischen ihren Partikeln
Poren aufweist, auf dem Stützmetall und Benetzen der Oberfläche
jedes Partikels eines Harzpulvers mit einem organischen
Lösungsmittel unter Hinzufügen von Pb-Sn-Legierungspulver
unter Bildung eines Harz-Pb-Sn-Legierungspulver-Partikelgemisches,
wobei das Pulvergemisch auf der
porösen, gesinterten Metallschicht so verteilt wird, daß
dessen Partikel in die Poren der gesinterten Metallschicht
unter Ausbildung einer Einlagerung eindringen, und das
integrierte Harzpulver-Pb-Sn-Legierungspulver-Gemisch
anschließend zur Bildung einer Lagerschicht erhitzt wird.
Dieses Lagermaterial ist
für ein Teil geeignet, das unter einer variablen Last
hin- und herbewegt werden muß, z. B. für einen Stoßdämpfer
für Kraftfahrzeuge, und das ausgezeichnete Eigenschaften
hinsichtlich des Widerstands gegen Kavitation, Belastungsfä
higkeit und Korrosionsbeständigkeit bezüglich des Schmieröls
hat, mit einer Oberflächentragschicht, die durch integrierte
Harzpulver gebildet wird, die hauptsächlich aus Tetrafluor
ethylen-Präzipitat und aus Tetrafluorethylen-Hexafluorpropy
len-Copolymer-Präzipitat bestehen, und auf ein Verfahren zum
Herstellen des Lagermaterials.
Im allgemeinen ist ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein
Fahrzeug, ein Lastwagen oder dgl., mit einem Stoßdämpfer
ausgestattet. Eine Schwingung, die durch eine das Kraftfahr
zeug tragende Feder erzeugt wird, wird durch den Stoßdämpfer
begrenzt und gedämpft, wodurch die Steuerbarkeit und Sicher
heit des Kraftfahrzeugs gesteigert wird. Der Stoßdämpfer ist
mit einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgestattet, die einen
Zylinder, der Dämpfungsöl enthält, und einen in dem Zylinder
beweglichen Kolben aufweist.
Die Anwendung von Druck auf das Dämpfungsöl durch eine hin-
und hergehende Bewegung des Kolbens bewirkt, daß das Dämp
fungsöl durch eine in dem Kolben gebildete Öffnung fließt.
Durch einen Widerstand, der zu der Zeit, zu der das Dämp
fungsöl durch die Öffnung fließt, entsteht, eine
Dämpfungskraft längs einer Achse einer Stange, an deren
einem Ende der Kolben angeordnet ist, wodurch die von der
das Kraftfahrzeug tragenden Feder erzeugte Schwingung be
grenzt und gedämpft wird. Ein Lager mit einer ringförmigen
Gestalt ist zwischen der Außenfläche des Kolbens und der
Innenwand des Zylinders angeordnet. Das ringförmige Lager
hat an seiner Oberfläche eine Lagerfläche, die mit der
Außenfläche des Kolbens in Kontakt ist, die eine hin- und
hergehende Bewegung unter variabler Belastung ausführt.
In der Kolben-Zylinder-Einheit entstehen variable Lasten
durch eine solche hin- und hergehende Bewegung des Kolbens,
und diese variablen Lasten werden auf das Lager aufgebracht.
Wenn daher ein Lagermaterial als Lager des Stoßdämpfers
verwendet wird, wird ein Lagermaterial mit ausgezeichneten
Lagereigenschaften und hoher mechanischer Festigkeit benö
tigt.
Zu diesem Zweck wurden bisher verschiedene Typen von Lager
materialien mit mehreren Schichten vorgeschlagen. Diese
Lagermaterialien bestehen üblicherweise aus einem Stützme
tall, wie einer Stahlplatte oder dgl., und einer porösen
metallischen gesinterten Schicht (nachfolgend als poröse
Schicht bezeichnet), die an der Oberfläche des Stützmetalls
haftet, und einem Lagerschichtformteil auf der porösen
Schicht. Die Lagerschicht besteht hauptsächlich aus einem
Harz, das gemeinsam mit einem festen Schmiermittel in Poren
eindringt, die zwischen Pulverpartikeln der porösen Schicht
gebildet sind. Als Beispiel ist in der japanischen Patent
veröffentlichung 28 846/1986 ein Lagermaterial mit mehre
ren Schichten beschrieben, unter denen die Lagerschicht
durch ein Harz gebildet wird, das aus einem Tetrafluorethy
lenharz (nachfolgend als PTFE bezeichnet) und einem Copoly
mer von Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen (nachfolgend
als FEP bezeichnet) besteht.
Auch in der US-Patentschrift 33 76 183 ist ein Lagermaterial
mit mehreren Schichten beschrieben. Bei diesem Lagermaterial
besteht die Lagerschicht aus Glasfasern oder dgl. und einem
FEP-Harz, und sie haftet an der Oberfläche der porösen
Schicht. Diese Harze, die zur Bildung der Lagerschicht von
zwei konventionellen Lagermaterialien verwendet werden,
enthalten Fluor und haben daher kleine Reibungskoeffizienten
und sind in ihren Reibungseigenschaften ausgezeichnet.
Weiterhin kann ihr Schmiervermögen durch Einbetten eines
Festschmierstoffes, z. B. Graphit, Metallsulfide, Metalloxide
usw. verbessert werden. Diese konventionellen Lagerschich
ten, die durch Fluor enthaltende Harze gebildet werden,
haben schlechte Eigenschaften bezüglich der Benetzbarkeit
durch Schmieröl, und es können zufriedenstellende Ergebnisse
nicht immer erreicht werden, wenn sie als Lager einer Stoß
dämpferfeder verwendet werden, die einer variablen Belastung
unterworfen ist, die durch eine Hin- und Herbewegung des
Kolbens herrührt.
Weiterhin wird seit neuerem von Stoßdämpfern gefordert, daß
sie zunehmend strenge Schmierbedingungen erfüllen, die auf
Anforderungen beruhen, wie z. B.
- 1. daß Schmieröl mit niedriger Viskosität verwendet werden soll, und zwar in Anbetracht der Benutzung des Kraftfahrzeugs in kalten Regionen,
- 2. einem Anwachsen der durch Lagerteile des Kraftfahr zeugs aufzunehmenden Belastung wegen der Tatsache, daß eine Verringerung der Kosten und des Gewichts des Kraftfahrzeugs gefordert wird.
Daher tritt manchmal der Fall ein, daß der Ölfilm auf der
Lagerschicht des Stoßdämpfers abreißt. Wenn ein derartiges
Abreißen des Ölfilms eintritt, werden bewegliche Teile des
Stoßdämpfers, wie der Kolben, unter derartigen Grenzschmier
zuständen abgestützt, daß mindestens ein Teil des Kolbens in
direktem Kontakt mit der Oberfläche der Lagerschicht ist,
und zwar ohne Schmieröl, wodurch die Abnutzung zunimmt.
Daher haben bei herkömmlichen Lagern mit mehreren Schichten,
wie oben erwähnt, die die Lagerschicht unter mehreren
Schichten bildenden PTFE- und FEP-Harze eine große Grenz
flächenspannung und weisen eine schlechte Benetzbarkeit mit
Schmieröl auf und es ist unmöglich, das Schmieröl auf der
Oberfläche der Lagerschicht zu halten, wenn Schmieröl mit
niedriger Viskosität verwendet wird. Daher gibt es Probleme
mit der Belastbarkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen
Abnutzung der Oberfläche der Lagerschicht. Weiterhin wird,
wenn ein derartiger Grenzschmierzustand auftritt, daß der
Kolben oder dgl. in direktem Kontakt mit der Oberfläche der
Lagerschicht ist, die aus Harz bestehende Lagerschicht
abgenutzt, so daß ein Fressen auf der Oberfläche der Lager
schicht eintritt.
In der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung
86 041/1979 ist beschrieben, daß die Lagerschicht aus PTFE-
Harzpulver, Bleifluoridpulver und einem Pulver aus einer
Sn-Pb-Legierung besteht und daß die Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion bezüglich des Schmieröls durch Zusatz von
Zinn verbessert werden kann. Jedoch ist das die Lagerschicht
hauptsächlich bildende PTFE-Harz an Ort und Stelle chemisch
sehr inert, so daß keine chemische Reaktion zwischen dem
PTFE und einem festen Schmiermittel wie Pb-Sn-Legierungspul
ver eintritt, und es werden auch PTFE-Harz und Pb-Sn-Legie
rungspulver, die die Lagerschicht bilden, lediglich mitein
ander gemischt. Mit anderen Worten wird das feste Schmier
mittel, wie Pb-Sn-Legierungs-Pulver überhaupt nicht chemisch
mit dem PTFE-Harz gekoppelt, von welchen ein Teil in die
poröse Schicht eindringt.
Wenn die Viskosität des Schmiermittels in Anbetracht der
Verwendung des Stoßdämpfers in kalten Regionen verringert
wird, tritt das als Kavitation bezeichnete Phänomen auf,
d. h., aus dem Schmieröl erzeugtes Gas und erzeugter Dampf
treffen auf die Oberfläche der Lagerschicht mit hoher Ge
schwindigkeit auf, und diese Stoßwellen bewirken eine Abnüt
zung, ein Ablösen, Risse usw. auf der Oberfläche der Lager
schicht. Insbesondere dann, wenn Stoßwellen auf die Lager
schicht einwirken, bei der Pb-Sn-Legierungs-Pulver mit
PTFE-Harz als Hauptbestandteil gemischt ist, erfolgt ein
Brechen des PTFE-Harzes, was dazu führt, daß das feste
Schmiermittel, beispielsweise die Pb-Sn-Legierung sich
ablöst. Die Korrosion schreitet von diesem gebrochenen
Abschnitt aus fort.
Daher wird ein Lagermaterial mit mehreren Schichten vorge
schlagen, wie in der japanischen veröffentlichten Patentan
meldung 28 016/1983 beschrieben, in dem ein Tetrafluorethy
len-Perfluoralkyl-Vinylether-Copolymer (nachfolgend als PFA
bezeichnet) zusätzlich zu dem PTFE-Harz eingebettet ist, und
zwar wegen der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen
Kavitation. Dieses Lagermaterial macht von der Tatsache
Gebrauch, daß das PFA-Harz eine ausgezeichnete Haftfähigkeit
und Kavitationswiderstandsfähigkeit bezüglich des porösen
Metalls hat. Jedoch ist PFA-Harz, wie auch PTFE-Harz, hin
sichtlich seiner Benetzungsfähigkeit durch das Schmieröl
schlecht. Dies wird noch durch Verwendung von Schmieröl mit
niedriger Viskosität weiter verschlechtert.
Weiterhin wird durch Vergrößern des Anteils von PFA-Harz der
Reibungskoeffizient vergrößert, so daß die Schmierleistung
weiter verschlechtert wird.
Aus der DE-OS 21 32 360 ist ein selbstschmierender Gleitwerkstoff
bekannt. Dieser enthält eine Mischung aus Polytetrafluorethylen
und Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen-Copolymer.
Aus der US-PS 43 12 772 ist ein Herstellungsverfahren und ein
Lagermaterial bekannt, bei dem ein poröses Metall oder eine
Legierungsschicht durch Sintern oder dergl. auf einem Stützmetall
aufgebracht wird, das beispielsweise aus Stahl besteht.
Die poröse, gesinterte Metall- oder Legierungsschicht wird mit
einem Gemisch imprägniert, das im wesentlichen aus einem Harzpulver
und einem Pb-Sn-Legierungspulver besteht, und das nach
einer Wärmebehandlung durch Walzen in die poröse, gesinterte
Metall- bzw. Legierungsschicht eindringt.
Eine gleichzeitige Fällung von Präzipitaten von Tetrafluorethylen-Harz
und Tetrafluorethylen-Hexafluoropropylen-Copolymer
und/oder Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymer
und eine gegenseitige Diffusion und einheitliche Integration
dieser Komponenten zur Bildung von integrierten Harzpulverpartikeln
ist aus der US-PS 43 12 720 nicht bekannt.
Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein Lagermaterial mit
mehreren Schichten und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu
schaffen, dessen Belastungswiderstandsfähigkeit und dessen
Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation verbessert sind.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Lagermaterial
dadurch gelöst, daß die integrierten Harzpulverpartikel eine
Struktur aufweisen, wie sie sich durch gleichzeitige Fällung
aus Präzipitaten von Tetrafluorethylen-Harz und Tetrafluorethylen-
Hexafluoropropylen-Copolymer und/oder Tetrafluorethylen-
Perfluoralkylvinylether-Copolymer und gegenseitige Diffusion
und einheitliche Integration dieser Komponenten ergibt. Diese
Aufgabe wird außerdem bei dem eingangs genannten Herstellungsverfahren
dadurch gelöst, daß die Harzpulverpartikel aus integrierten
Harzpulverpartikeln bestehen, die durch gleichzeitige
Fällung von Präzipitaten von Tetrafluorethylen-Harz und von
Tetrafluorethylen-Hexafluoropropylen-Copolymer und/oder Tetrafluorethylen-
Perfluoralkylvinylether-Copolymer gebildet sind.
Vorteilhaft besteht das Stützmetall aus einer Stahlplatte.
Bevorzugt enthält das integrierte Harzpulver 70-95 Gew.-%
des Tetrafluorethylen-Harz-Präzipitats.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Lagerschicht
75-95 Gew.-% des integrierten Harzpulvers und 5-25 Gew.-%
des Pb-Sn-Legierungspulvers und enthält das Pb-Sn-Legierungspulver
10-90 Gew.-% Sn.
Eine Weiterbildung sieht vor, daß das integrierte Harzpulver
eine durchschnittliche Korngröße von 300-600 µm hat und daß
das Pb-Sn-Legierungspulver eine durchschnittliche Korngröße
von 5-50 µm aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 ist ein Schnitt, teilweise abgebrochen, der eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagermate
rials zeigt;
Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt, der ein Beispiel
einer porösen Schicht der Lagerschicht in Fig. 1
zeigt,
Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt, der ein Beispiel
eines integrierten Harzpulverpartikels zeigt, das
ein Teil einer Lagerschicht des Lagermaterials
nach Fig. 1 bildet; und
Fig. 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die ein
Beispiel des integrierten Harzpulverpartikels
zeigt, dessen Oberfläche mit Pb-Sn-Legierungs-
Partikeln bedeckt ist.
Die Fig. 1 bezeichnet als Bezugszeichen 1 ein Stützmetall,
beispielsweise eine Stahlplatte oder dgl., das Bezugszeichen
2 eine poröse Schicht, und das Bezugszeichen 3 eine Lager
schicht. Wie beim bekannten Beispiel wird die poröse
Schicht 2 durch Aufsprühen von Metallpulverpartikeln aus Cu,
Al usw. auf das Stützmetall 1 und anschließendes Sintern in
diesem Zustand erhalten. Somit bedeckt, wie in Fig. 2 ge
zeigt ist, die poröse Schicht 2 die Oberfläche des Stützme
talls 1 und hat eine große Anzahl von Poren 2a, die zwischen
Metallpulverpartikeln, die die poröse Schicht 2 bilden,
gebildet sind. Weiterhin wird die Lagerschicht 3 gebildet,
um die poröse Schicht 2 abzudecken. Ein Rückseitenabschnitt
3a der Lagerschicht 3 ist in eine große Anzahl der Poren 2a,
die zwischen den Metallpulverpartikeln, die die poröse
Schicht 2 bilden, gebildet sind, eingedrungen. Der Vorder
seitenteil der Lagerschicht 3 bedeckt die poröse Schicht 2
und seine Oberfläche bildet eine Lagerfläche 3b.
Die Lagerschicht 3 wird durch ein integriertes Harzpulver 4,
das in Fig. 3 gezeigt ist, und durch ein Pb-Sn-Legierungs-
Pulver 5, das an der Oberfläche des Pulvers 4 haftet, aufge
baut. Durch ein Anbringen des Pb-Sn-Legierungs-Pulver 5 an
der Oberfläche jedes Partikels des integrierten Harzpulvers
4 wird das Pb-Sn-Legierungs-Pulver 5 in die poröse Schicht 2
durch Verwendung des integrierten Harzpulvers 4 als Träger
eingebracht. Das integrierte Harz 4, wie in Fig. 3 gezeigt,
besteht aus kleinen Partikeln von PTFE-Harz-Präzipitat 6 und
FEP-Harz-Präzipitat 7, die durch gleichzeitiges Niederschla
gen von PTFE- und FEP-Harzen erhalten werden können, und die
als eine Einheit integriert werden.
Mit anderen Worten besteht bei dem o. g. bekannten Beispiel
die Lagerschicht aus FEP-Harz und PTFE-Harz, die in Form von
unabhängigen Partikeln vorhanden sind und nicht integriert
sind. Daher wird die Lagerschicht, die aus einer Mischung
von zwei Harzpartikeln besteht, durch Stoßwellen, die beim
Auftreten der Kavitation erzeugt werden, zerbrochen, so daß
es unmöglich ist, eine ausreichende Schmierungswirkung zu
schaffen. Andererseits wird die erfindungsgemäße Lager
schicht durch die integrierten Harzpulver 4 gebildet, die
hauptsächlich aus zwei Harzpräzipitaten 6 und 7 bestehen,
die zu einer Einheit integriert sind. Daher werden die
integrierten Harzpartikel nicht zerbrochen, selbst wenn sie
Stoßwellen ausgesetzt sind, und es kann eine ausreichende
Schmierwirkung erhalten werden.
Zusammenfassend sind bei jedem Partikel des integrierten
Harzpulvers 4 zwei Harzpräzipitate 6 und 7 nicht als unab
hängige Partikel miteinander vermischt, sondern die zwei
Harzpräzipitate 6 und 7 sind integriert, um ein einziges
Partikel des integrierten Harzpulvers 4 zu bilden, in dem
die zwei Harzpräzipitate 6 und 7 gleichmäßig verteilt sind.
Um solche integrierte Pulver 4 zu erhalten, kann eine Emul
sion vorgesehen werden, in der Ausgangspartikel (mit Durch
messern von 0,2 bis 0,4 µm) von PTFE-Harz und FEP-Harz
und/oder PFA-Harz existieren. Dann wird durch chemische
Behandlung der Emulsion ein gleichzeitiges Ausfällen der
Ausgangspartikel ausgeführt, so daß die integrierten Harz
pulver 4 als Sekundärpartikel gebildet werden. Es werden
nämlich in dem integrierten Harzpulver 4 entsprechend einem
Durchmesser des Sekundärpartikels von 300 bis 600 µm die
zwei Harzpräzipitate 6, 7 der Ausgangspartikel mit Durchmes
sern von 0,2 bis 0,4 µm homogen gemixt und auch zu einer
Einheit integriert.
In diesem Fall ist eine gleichmäßige Verteilung des FEP
Harz-Präzipitats in dem PTFE-Harz-Präzipitat bevorzugt. Dies
wegen der Verstärkung der Wirkung des Zusatzes von FEP-Harz
und der Verbesserung der mechanischen Festigkeit und des
Abnutzungswiderstands des PTFE-Harz-Präzipitats.
Weiterhin wird, um das Auftreten eines Fressens auf der
Oberfläche 3b der Lagerschicht 3 zu verhindern, Pulver 5
einer Pb-Sn-Legierung an der Oberfläche jedes Partikels aus
integriertem Harzpulver 4 befestigt. Das angelagerte Pulver
5 hat eine gute Benetzbarkeit durch Schmieröl und wird in
die Poren 2a der porösen Schicht 2 gemeinsam mit den Pulver
harzpartikeln 4 eingebracht. Mit anderen Worten wird beim
Stand der Technik eine Lagerfläche durch Überzugsplattieren
einer Pb-Sn-Legierung gebildet. Im Gegensatz hierzu werden
bei der Erfindung Partikel von Pb-Sn-Legierungs-Pulver 5
vorher auf der Oberfläche jedes Partikels des integrierten
Harzpulvers 4 aufgebracht, bevor die Lagerschicht 3 gebildet
wird. Mit anderen Worten ist das PTFE-Harz-Präzipitat 6
inert und reagiert nicht chemisch mit dem Pb-Sn-Legierungs
pulver, so daß es sehr schwierig ist, daß das PTFE-Harz 6
mit dem Pb-Sn-Legierungspulver 5 integriert wird. Weiterhin
ist FEP-Harz-Präzipitat 6 dem PTFE-Harz-Präzipitat 7 hin
sichtlich seiner Fließfähigkeit am Schmelzpunkt und auch
hinsichtlich seiner Adhäsion bezüglich des Pb-Sn-Legierungs
pulvers 5 überlegen. Das Pb-Sn-Legierungspulver 5 hat eine
gute Affinität zu dem Partikel des integrierten Harzpulvers,
in dem die zwei Harzpräzipitate 6 und 7 zu einer Einheit
integriert sind. Daher können die Pb-Sn-Legierungs-Partikel
5 durch das integrierte Harzpulver 4 festgehalten werden.
Somit kann die Benetzbarkeit der Oberfläche des integrierten
Harzpulvers 4 durch das daran befestigte Pb-Sn-Legierungs
pulver 5 verbessert werden. Der Widerstand gegen Kavitation
kann durch die Tatsache verbessert werden, daß FEP-Harz-Präzipitat
7 an den Pb-Sn-Legierungs-Partikeln 5 haftet.
Im Fall der Bildung des integrierten Harzpulvers ist es
möglich, daß das PTFE-Harz-Präzipitat mit dem PFA-Harz-Prä
zipitat oder mit dem FEP-Harz-Präzipitat und dem PFA-Harz-
Präzipitat eine Einheit bildet, anstatt daß das PTFE-Harz-
Präzipitat mit dem FEP-Harz-Präzipitat eine Einheit bildet.
Durch Zusatz des PFA-Harz-Präzipitats kann eine ausgezeich
nete Lagerschicht erhalten werden, weil die Abnutzungs
festigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation
verbessert werden können. Die Lagerschicht 3 besteht vor
zugsweise aus 75 bis 95 Volumen-% des integrierten Harzpul
vers und 5 bis 25 Volumen-% des Pb-Sn-Legierungs-Pulvers.
Weiterhin besteht das integrierte Harzpulver 4 vorzugsweise
aus 70 bis 95 Gewichts-% des PTFE-Harz-Präzipitats und 5 bis
30 Gewichts-% des FEP-Harz-Präzipitats und/oder PFA-Harz-
Präzipitats, es bildet nämlich das FEP- oder PFA-Harz-Präzi
pitat eine Einheit mit dem PTFE-Harz-Präzipitat. Dies ist
deswegen der Fall, weil das FEP- oder PFA-Harz-Präzipitat
die Oberfläche der Lagerschicht mit einer ausgezeichneten
Fließfähigkeit durch Schmelzen ausstattet, und zwar zu der
Zeit, wenn ein Fressen auf der Lagerschicht auftritt, und
sie ist in ihrer mechanischen Festigkeit dem PTFE-Harz-Prä
zipitat überlegen, so daß es möglich ist, die Abriebfestig
keit zu verbessern, die Adhäsion an der porösen Schicht oder
dem Pb-Sn-Legierungs-Pulver oder dgl. und die Widerstands
fähigkeit gegen Kavitation zu verbessern. In diesem Fall
werden, falls die Menge des FEP- oder PFA-Harz-Präzipitats
weniger als 5 Gewichts-% ist, die mechanische Festigkeit und
die Abriebfestigkeit kaum verbessert. Wenn die Menge ober
halb 30 Gewichts-% ist, ist der Reibungskoeffizient größer,
so daß die Schmierfähigkeit verringert wird.
Das Pb-Sn-Legierungspulver wird zugesetzt, um die Benetzbar
keit der PTFE-, FEP- und PFA-Harz-Präzipitate mit Schmieröl
zu verbessern. Dieser Zusatz verstärkt diese Eigenschaft, so
daß ein Schmierölfilm sicher auf der Lageroberfläche beste
hen bleibt. Wenn sein Anteil in der Lagerschicht 5 Volumen-%
oder weniger beträgt, kann die Benetzbarkeit nicht verbes
sert werden. Wenn sein Betrag 25% oder mehr beträgt, werden
die ausgezeichneten Eigenschaften des PTFE-Harz-Präzipitats
oder dgl. verloren, es wird die mechanische Festigkeit der
Lagerschicht verringert, und die Abriebfestigkeit wird
ebenfalls verringert.
Das Pb-Sn-Legierungs-Pulver besteht im wesentlichen aus Pb
und Sn. Vorzugsweise enthält es 10 bis 90 Gewichts-% Sn und
10 bis 90 Gewichts-% Pb. Wenn der Anteil von Sn 10 Gewichts-%
oder weniger beträgt, vergrößern sich die Probleme bei der
Korrosionsbeständigkeit, z. B. bei der Korrosion durch eine
organische Säure, die auftreten kann, wenn sich das Schmier
öl bei hoher Temperatur befindet. Wenn der Anteil anderer
seits 90 Gewichts-% oder mehr beträgt, werden die mechanische
Festigkeit und die Abriebfestigkeit der Harzschicht verrin
gert.
Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen des Lagermaterials
der oben beschriebenen Konstruktion beschrieben.
Zuerst werden ein Erdölsystem-Lösungsmittel, ein oberflä
chenaktives Mittel und Alkohol gemischt, um eine flüssige
Mischung zu ergeben. Die flüssige Mischung wird dem in
tegrierten Harzpulver (mit einer durchschnittlichen Parti
kelabmessung von 300 bis 600 µm), das aus PTFE-Harz-Präzipi
tat und FEP- oder PFA-Harz-Präzipitat besteht, zugegeben,
wodurch die Oberfläche jedes Partikels des integrierten
Harzpulvers mit der flüssigen Mischung benetzt und ange
feuchtet wird.
Als nächstes wird Pb-Sn-Legierungs-Pulver (mit einer durch
schnittlichen Partikelabmessung von 5 bis 50 µm) dem in
tegrierten Harzpulver, das eine feuchte Oberfläche hat,
zugegeben, wodurch die Oberfläche jedes Partikels des in
tegrierten Harzpulvers mit dem Pb-Sn-Legierungs-Pulver
bedeckt wird. Es wird auch die Fließfähigkeit verbessert,
und die Handhabbarkeit wird erleichtert, so daß die in
tegrierten Harzpulverpartikel unter Verwendung eines Trich
ters oder dgl. leicht auf eine poröse Schicht aufgebracht
und auf dieser verteilt werden können.
Anschließend wird durch Verwendung einer Rolle auf das
integrierte Harzpulver, dessen Partikel an ihrer Oberfläche
die Pb-Sn-Legierungs-Partikel haften haben, Druck ausgeübt,
wodurch die Poren, die zwischen den Metallpartikeln der
porösen Schicht gebildet sind, mit dem integrierten Harzpul
ver gefüllt werden. Wenn das Füllen durch Anwendung von
Druck ausgeführt wird, ist es ausreichend, daß ein normaler
Druck auf die Partikel des integrierten Harzpulvers ausgeübt
wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Oberfläche
jedes Partikels des integrierten Harzpulvers mit der flüssi
gen Mischung angefeuchtet, so daß jedes Partikel des in
tegrierten Harzpulvers leicht gemeinsam mit dem an ihm
befestigten oder haftenden Pb-Sn-Legierungs-Pulver in die
Poren der porösen Schicht tief eingebracht werden kann, ohne
daß es erforderlich ist, den Rollendruck wesentlich zu
steigern.
Falls gewünscht, wurde die zur Zeit des Anfeuchtens verwen
dete Lösung, z. B. Erdöl-Lösungsmittel, durch Erhitzen des
integrierten Harzpulvers entfernt und dann wird das in
tegrierte Harzpulver bei 350 bis 450°C, z. B. bei ungefähr
380°C, während 5 bis 30 Minuten gesintert, um das integrier
te Harzpulver in dichten Kontakt miteinander zu bringen.
Anschließend erfolgt eine Dimensionierungseinstellung durch
Verwendung einer Rolle, falls gewünscht, wodurch eine Lager
schicht, die die poröse Schicht bedeckt, erhalten wird.
Zur Zeit liegt die durchschnittliche Partikelgröße der
Partikel des integrierten Harzpulvers vorzugsweise im Be
reich von 300 bis 600 µm. Wenn die Abmessung kleiner ist als
300 µm, erleiden die Partikel Scherkräfte zur Zeit des Mi
schens, so daß die Partikel dazu neigen, faserig zu werden.
In diesem Fall ist es nicht mehr leicht, das integrierte
Harzpulver in Poren der porösen Schicht durch Anwendung
eines Druckes auf das Pulver einzubringen. Wenn die Abmes
sung oberhalb 600 µm liegt, kann andererseits ein homogenes
Mischen mit dem Pb-Sn-Legierungs-Pulver nicht erreicht
werden. Die durchschnittliche Partikelgröße des Pb-Sn-Legie
rungs-Pulvers liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 µm.
Wenn die Abmessung kleiner ist als 5 µm, wird die Größe der
Oberfläche des Pb-Sn-Legierungs-Pulvers vergrößert, wodurch
die mechanische Festigkeit der Lagerschicht verringert wird.
Wenn die Abmessung oberhalb 50 µm liegt, kann ein homogenes
Mischen mit dem integrierten Harzpulver nicht erreicht
werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher
erläutert.
Eine Lösung bestehend aus 20 Gewichtsteilen eines Lösungs
mittels auf Erdölbasis, 7 Gewichtsteilen aus einem oberflä
chenaktiven Mittel und 5 Gewichtsteilen von Alkohol wurde zu
100 Gewichtsteilen eines integrierten Harzpulvers (bestehend
aus 90 Gewichts-% von PTFE-Harz-Präzipitat und 10 Gewichts-%
FEP-Harz-Präzipitat) mit einer Struktur wie in Fig. 3 ge
zeigt und einer durchschnittlichen Partikelabmessung von
500 µm hinzugegeben und die Mischung wurde verrührt und das
integrierte Harzpulver wurde mit der obigen Lösung ange
feuchtet. Dieses integrierte Harzpulver ließ man während 24
Stunden stehen, damit es ausreichend reifte. Die integrier
ten Harzpulver wurden somit ausreichend durch die das Lö
sungsmittel auf Erdölbasis enthaltende Lösung angefeuchtet,
um mindestens die Oberfläche der Partikel feucht zu machen.
Anschließend wurde Pulver eines Pb-Sn-Legierungs-Pulvers mit
einer durchschnittlichen Korngröße von 30 µm und mit 15
Gewichts-% Sn, Rest Pb, in einer Menge von 15 Gewichts-%
zugegeben, und das resultierende System wurde so gemischt,
daß die integrierten Harzpulver keinerlei Scherkräfte erlei
den. Als Ergebnis konnte ein resultierendes Pulver mit einer
Struktur, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, erhalten werden,
bei dem die Oberfläche jedes Partikels des integrierten
Harzpulvers 4 durch Sn-Pb-Legierungs-Pulver 5, die an ihm
angebracht waren, bedeckt war.
Anschließend wurden die resultierenden Pulver mit einer
konstanten Förderrate von einem Trichter auf eine poröse
Schicht (mit einer Dicke von 0,3 mm) aufgebracht, die durch
Sintern von Cu-Pb-Legierungs-Pulvern (Sn 15 Gewichts-%, Pb 85
Gewichts-%) auf einem Stützmetall, beispielsweise einer
Stahlplatte mit einer Dicke von 1,2 mm, wie in Fig. 2 ge
zeigt, erhalten worden war, um durch Druck in die Poren 2a
der porösen Schicht 2 durch Verwendung einer Rolle einge
drückt zu werden.
Danach wurde die Lösung des Lösungsmittels auf Erdölbasis
oder dgl. durch Erwärmung des Systems entfernt, gefolgt von
einem Sintern bei 380°C während 10 Minuten um die Partikel
der resultierenden Pulver in Kontakt miteinander zu bringen.
Dann wurde eine Dimensionierungseinstellung durch Verwendung
einer Rolle ausgeführt, und somit wurde ein Lagermaterial
mit einer Lagerschicht (wie im Muster Nr. 6 in Tabelle 3
gezeigt) erhalten.
Die Gegenbeispiele Nr. 7 und 8 und 9 werden unten gezeigt.
Das integrierte Harzpulver, das oben genannt ist, wurde
lediglich auf der obigen porösen Schicht verstreut und durch
Druck in die Poren der porösen Schicht durch Anwendung eines
Drucks mittels Verwendung einer Rolle eingebracht, und es
wurde eine Lagerschicht unter den selben Bedingungen wie
oben notiert, gebildet.
15 Gewichts-% des Pb-Sn-Legierungs-Pulvers, das oben genannt
ist, und 85 Gewichts-% des PTFE-Harz-Pulvers wurden gemischt.
Die resultierende Mischung wurde dann auf der porösen, oben
genannten Schicht verstreut und in die poröse Schicht einge
bracht, um eine Lagerschicht zu bilden, die die poröse
Schicht in der selben Weise wie beim Gegenbeispiel Nr. 7
bedeckt.
76,5 Volumen-% von PTFE-Harz-Pulver, 8,5 Volumen-% von FEP-
Harz-Pulver und 15 Volumen-% von Pb-Sn-Legierungs-Pulver (Sn
15 Gewichts-%, Pb 85 Gewichts-%) wurden gemischt. Die resul
tierende Mischung wurde direkt auf die oben genannte poröse
Schicht verstreut. Als nächstes wurde das Einführen der
Mischung in die Poren der porösen Schicht, die oben erwähnt
ist, durch Anwendung von Druck auf die Mischung ausgeführt,
wodurch eine Pulverschicht gebildet wurde. Die Pulverschicht
wurde durch Erhitzen unter den selben Bedingungen wie oben
erwähnt gesintert, wodurch das Lagermaterial entsprechend
dem Gegenbeispiel Nr. 9 geschaffen wurde.
Die verschiedenen Lagermaterialien, die auf den oben be
schriebenen Wegen erhalten wurden, wurden dann unter den in
Tabelle 1 gezeigten Bedingungen geprüft, um die Belastungs
fähigkeit und den Widerstand gegen Kavitation zu ermitteln.
Insbesondere wurde die Prüfung hinsichtlich der Belastungs
fähigkeit ausgeführt durch Akkumulieren der Belastung um
200 N/cm2 pro Stunde mit einem Strutöl (strut oil) mit
niedriger Viskosität, das in der Lage ist, leicht in den
Zustand der Grenzschmierung gebracht zu werden, bei dem das
Material des Gegenstücks mit der Lagerfläche in direktem
Kontakt ohne Schmieröl ist. Zur selben Zeit wurde die Prü
fung bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation
unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen ausgeführt, um
die Festigkeit der Lagerschicht zu ermitteln.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Prüfungen. Wie gezeigt
ist, haben die erfindungsgemäßen Lagermaterialien eine
ausgezeichnete Belastungsfähigkeit, im Vergleich zu den
Gegenbeispielen Nr. 7, 8 und 9. Es wurde auch gefunden, daß
die erfindungsgemäßen Lagermaterialien bezüglich des Wider
stands gegen Kavitation im Vergleich zu den Gegenbeispielen
Nr. 7, 8 und 9 überlegen waren. Weiterhin wurden die Muster
Nr. 1 bis Nr. 5 als erfindungsgemäße Lagermaterialien unter
Verwendung von verschiedenen Volumenanteilen des Pb-Sn-Le
gierungs-Pulvers und des integrierten Harzpulvers herge
stellt. Sie wurden geprüft, um zu finden, daß die Tragfähig
keit und die Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation bei einem
Bereich des Pb-Sn-Legierungs-Pulvers von 10 bis 20 Volumen-%
die selben waren.
Die Bedeutung der Bezeichnungen der Widerstandsfähigkeit
gegen Kavitation in Tabelle 3 sind wie folgt:
A: Im wesentlichen keine Änderung im Erscheinungsbild
B: Lagerschicht wird teilweise entfernt
C: Lagerschicht wird vollständig entfernt und gibt die poröse Schicht frei.
B: Lagerschicht wird teilweise entfernt
C: Lagerschicht wird vollständig entfernt und gibt die poröse Schicht frei.
Auf die Lagerfläche aufgebrachter Druck | |
200 bis 2000 N/cm2, vergrößert um 200 N/cm2 in jeder Stunde | |
Geschwindigkeit | |
5 m/min | |
Schmieröl | Strutöl |
Material des Gegenstücks | S45C H = 550.8 S |
Prüfstück | 35 cm × 35 cm × 1,5 cm |
Temperatur des Schmieröls | 70 ± 5°C |
Prüfgerät | |
Akustikwellenoszillator | |
Schwingfrequenz|19 KHz | |
Horndurchmesser | ⌀ 25 mm |
Abstand | 1,3 mm |
Wirksame Flüssigkeit | Wasser |
Temperatur der Flüssigkeit | 70 ± 10°C |
Leistung | 300 W |
Zeit | 15 min |
Wie beim Beispiel 1 wurden 20 Gewichtsteile eines Lösungs
mittels auf Erdölbasis, 7 Gewichtsteile eines oberflächenak
tiven Mittels und 5 Gewichtsteile Alkohol zu 100 Gewichts
teilen des integrierten Harzpulvers (bestehend aus 81 Ge
wichts-% von PTFE-Harz-Präzipitat und 9 Gewichts-% von FEP-
Harz-Präzipitat), das die in Fig. 3 gezeigte Struktur und
eine durchschnittliche Korngröße von 500 µm hat, hinzuge
geben, und die Mischung wurde gerührt. Als Ergebnis wurde
das integrierte Harz-Pulver, dessen Oberfläche durch die
Lösung angefeuchtet ist, erhalten. Das resultierende in
tegrierte Harzpulver wurde während 24 Stunden sich selbst
überlassen, damit es ausreichend reifte, wodurch jedes
Partikel des integrierten Harzpulvers mindestens an seiner
Oberfläche ausreichend befeuchtet wurde, die von der Lösung
durchdrungen wurde. Danach wurden fünf unterschiedliche
Arten von Pb-Sn-Legierungs-Pulver mit einem Gehalt von 10,
30, 50 bzw. 70 Gewichts-% Sn und mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 30 µm mit einem Anteil von 10 Gewichts-% zu den
integrierten Harzpulvern hinzugegeben und die resultierende
Mischung wurde so gerührt, so daß kein Partikel des in
tegrierten Harzpulvers eine Scherkraft erfährt. Als Ergebnis
konnte eine Struktur, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, erhal
ten werden, bei der die Oberfläche jedes Partikels des
integrierten Harzpulvers durch Pb-Sn-Legierungs-Pulver, das
an ihr angebracht war, bedeckt war.
Dann wurden die resultierenden Pulver mit einer konstanten
Förderrate von einem Trichter über die poröse Schicht, die
im Beispiel 1 genannt ist, verteilt. Nach dem Verteilen
folgte das Einführen der resultierenden Pulver in die Poren
der porösen Schicht durch Anwendung eines Drucks auf das
resultierende Pulver unter Verwendung einer Rolle.
Dann wurde die Lösung durch Erhitzen des Systems entfernt,
gefolgt von einem Sintern bei 380°C während 10 Minuten, um
die Partikel der resultierenden Pulver in dichten Kontakt
miteinander zu bringen. Weiterhin erfolgte eine Anpassung in
der Dimensionierung, die unter Verwendung einer Rolle er
folgt. So konnten Lagermaterialien mit einer Lagerschicht in
ihnen (d. h. Proben Nr. 10, 11, 12, 13 und 14 wie in Fig. 4
gezeigt) erhalten werden.
Die auf diese Weise erhaltenen Lagermaterialien wurden unter
den in Tabelle 1 gezeigten Prüfbedingungen geprüft, um die
Belastungsfähigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen
Kavitation zu ermitteln. Insbesondere wurde die Prüfung
hinsichtlich der Belastungsfähigkeit durch Akkumulieren eine
Belastung um 200 N/cm2 während jeder Stunde mit einem
Strutöl niedriger Viskosität ausgeführt, das in der Lage
ist, leicht in einen solchen Grenzschmierzustand gebracht zu
werden, wie er in Beispiel 1 aufgeführt ist. Zur selben Zeit
wurde die Prüfung hinsichtlich der Kavitationswiderstandsfä
higkeit unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen ausge
führt, um die Festigkeit der Lagerschicht zu ermitteln.
Tabelle 4 zeigt die Prüfergebnisse. Mit den erfindungsgemä
ßen Lagermaterialien steigt die Belastungswiderstandsfähig
keit mit einer Zunahme des Sn-Gehalt, und zeigt eine ausge
zeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation. Der am
meisten bevorzugte Bereich des Sn-Gehalts war 30 bis 70
Gewichts-%.
Claims (3)
1. Lagermaterial mit mehreren Schichten, die ein Stützmetall,
eine gesinterte, poröse Metallschicht, die das Stützmetall
bedeckt und eine auf der gesinterten porösen Metallschicht
ausgebildete Lagerschicht umfassen, wobei die Lagerschicht
im wesentlichen aus einem Harzpulver und einem Pb-Sn-Legierungspulver
besteht und die poröse, gesinterte Metallschicht
die integrierten Harzpulverpartikel gemeinsam mit
dem Pb-Sn-Legierungspulver, dessen Partikel an der Oberfläche
der integrierten Harzpulverpartikel haften, als
durch die Poren der gesinterten Metallschicht eingedrungene
Einlagerung enthält,
dadurch gekennzeichnet,
die integrierten Harzpulverpartikel eine Struktur aufweisen,
wie sie sich durch gleichzeitige Fällung aus Präzipitaten
von Tetrafluorethylen-Harz und Tetrafluorethylen-
Hexafluoropropylen-Copolymer und/oder Tetrafluorethylen-
Perfluoralkylvinylether-Copolymer und gegenseitige Diffusion
und einheitliche Integration dieser Komponenten ergibt.
2. Verfahren zur Herstellung eines Lagermaterials mit folgenden
Schritten:
- - Verteilen und Sintern eines Legierungspulvers auf einem Stützmetall und dadurch Ausbilden einer porösen gesinterten Metallschicht, die zwischen ihren Partikeln Poren aufweist, auf dem Stützmetall, und
- - Benetzen der Oberfläche jedes Partikels eines Harzpulvers mit einem organischen Lösungsmittel unter Hinzufügen von Pb-Sn-Legierungspulver unter Bildung eines Harz-Pb-Sn-Legierungspulver-Partikelgemisches, wobei das Pulvergemisch auf der porösen, gesinterten Metallschicht so verteilt wird, daß dessen Partikel in die Poren der gesinterten Metallschicht unter Ausbildung einer Einlagerung eindringen, und
- - das integrierte Harzpulver-Pb-Sn-Legierungspulver-Gemisch anschließend zur Bildung einer Lagerschicht erhitzt wird.
dadurch gekennzeichnet, daß
die Harzpulverpartikel aus intergrierten Harzpulverpartikeln
bestehen, die durch gleichzeitige Fällung von Präzipitaten
von Tetrafluorethylen-Harz und von Tetrafluorethylen-
Hexafluoropropylen-Copolymer und/oder Tetrafluorethylen-
Perfluoralkylvinylether-Copolymer gebildet sind.
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