DE4223631A1

DE4223631A1 - Gleitelement

Info

Publication number: DE4223631A1
Application number: DE4223631A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Fujisawa; Makoto Tsuji; Takeshi Narishige; Takahiro Gunji; Kazuhisa Okamoto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2012-07-18
Also published as: CA2074114C; DE4223631C2; US5443919A; GB9215382D0; FR2685012A1; GB2257759B; US5443920A; CA2074114A1; FR2685012B1; GB2257759A; US5340660A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement und insbesondere ein Gleitelement mit einer Oberflächenschicht, die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche auf weist.

Als Gleitelemente sind folgende Typen bekannt: Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit in einem Basismaterial aus einer Al-Legierung ausgebildeten Nuten zur Aufnahme von Kol benringen, wobei die Nuten zur Verbesserung ihres Abnut zungswiderstandes auf einer Innenfläche mit einer durch eine Metalldeckschicht gebildeten Oberflächenschicht versehen sind; ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einer durch eine Metalldeckschicht gebildeten Oberflächenschicht auf einer Außenfläche eines Schutzteils eines Basismaterials aus einer Al-Legierung zur Verbesserung des Abnutzungswider standes des Schutzteils; ein Gleitlager mit einer Oberflä chenschicht aus einer Pb-Legierung; usw.

Bei heute ständig zunehmender Drehzahl und Ausgangsleistung des Motors besitzen die Oberflächenschichten der vorgenann ten Kolben aufgrund der geringen Härte und auch einer ge ringen Festigkeit einen scnlechten Abnutzungswiderstand.

Das vorgenannte Gleitlager ist für ein Lagerteil einer Kur belwelle, ein vergrößertes Ende einer Verbindungsstange oder ähnliches in einem Verbrennungsmotor verwendbar. Unter den obengenannten Umständen besitzen die Oberflächenschichten der bekannten Gleitlager jedoch aufgrund einer schlechten Anfangspaßfähigkeit eine nicht ausreichende Ölspeicherfähig keit und einen schlechten Festfreßwiderstand.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleitelement der in Rede stehenden Art anzugeben, bei dem durch eine spezielle Metallkristallstruktur der Oberflä chenschicht eine große Härte dieser Oberflächenschicht er reicht werden kann, wodurch der Abnutzungswiderstand und die Festigkeit der Oberflächenschicht verbessert werden.

Weiterhin soll das Gleitelement der in Rede stehenden Art durcn eine spezielle Metallkristallstruktur der Oberflächen schicht eine ausreichende Ölspeicherfähigkeit und eine ver besserte Anfangspaßfähigkeit dieser Oberflächenschicht be sitzen, wodurch der Festfreßwiderstand dieser Oberflächen schicht erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Gleit element mit einer Oberflächenschicht vor, die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche aufweist und durch eine zu einem kubischen System gehörende Metallkristallstruktur mit einer zur Gleitfläche hin gerichteten und die bildenden Kristallebene mit großer Atomdichte gebildet ist.

Die Kristallebene ist eine dicht gepackte Ebene des Metall kristalls, wobei ein Prozentbereich A der dicht gepackten Ebene für die Gleitfläche im Bereich von A30% liegt. Darüber hinaus besitzt der Metallkristall eine raumkon zentrierte kubische Struktur mit einer Kristallebene in Form einer Sekundärgleitebene. Ein Prozentbereich B der Sekundär gleitebene in der Gleitfläche liegt im Bereich von B50%.

Durch eine spezielle Metallkristallstruktur der Oberflächen schicht im obengenannten Sinne kann eine große Härte der Oberflächenschicht erreicht werden, so daß das Gleitelement einen verbesserten Abnutzungswiderstand und eine verbesserte Festigkeit besitzt.

Weiterhin ist bei einem Gleitelement mit einer Oberflächen schicht, die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleit fläche aufweist, erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Oberflächenschicht (4) durch ein Gemenge von Kristallen einer Pb-Legierung mit ersten orientierten Kristallen (13) mit einer durch die Miller-Indizes (h00) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebene und zweiten orientierten Kristallen (13₂) mit durch die Miller-Indizes (111) und (222) gegebenen gegen die Gleitfläche (40) gerichteten Ebenen gebildet und die Kristallfläche die (h00) -Ebene ist, und daß bei einer Beugungsmessung mit Röntgenstrahlen an der Oberflächenschicht (4) die Beziehung
0,6I(a)/ΣI(ab)1,0
gilt und
ΣI (ab)=I(a)+I(b) ist sowie I(b)=0
eingeschlossen ist,
wenn die integrierte Festigkeit der ersten orientierten Kristalle (13₁) durch I(a) und die integrierte Festigkeit der zweiten orientierten Kristalle (13₂) durch I(b) gegeben ist.

Durch eine spezielle Metallkristallstruktur der Oberflächen schicht im vorgenannten Sinne ergibt sich ein Gleitelement mit erhöhtem Festfreßwiderstand der Oberflächenschicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher er läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kolbens;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt in einer Ebene 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3A eine perspektivische Ansicht einer dicht gepackten Ebene einer flächenzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 3B eine perspektivische Ansicht einer dicht gepackten Ebene einer raumzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 4A eine Darstellung zur Erläuterung der Neigung der dicht gepackten Ebene der flächenzentrierten kubi schen Struktur;

Fig. 4B eine Darstellung zur Erläuterung der Neigung der dicht gepackten Ebene der raumzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 5 ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für einen Fe- Kristall in einer Oberflächenschicht;

Fig. 6 eine Mikrophotographie der Struktur des Fe-Kri stalls in einer Gleitfläche;

Fig. 7 ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für einen Cr- Kristall in einer Oberflächenschicht;

Fig. 8 ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für einen Ni- Kristall in einer Oberflächenschicht;

Fig. 9 eine Mikrophotographie der Struktur des Ni-Kri stalls in einer Gleitfläche;

Fig. 10 ein Diagramm des Zusammenhangs eines Prozentbe reichs A einer dicht gepackten Ebene in einer Gleitfläche und der Härte einer Oberflächenschicht;

Fig. 11 ein Diagramm des Zusammenhangs eines Prozentberei ches A einer dicht gepackten Ebene in einer Gleit fläche und des Abnutzungsbetrages einer Oberflä chenschicht;

Fig. 12 eine Seitenansicht eines Kolbens;

Fig. 13 einen Schnitt in einer Ebene 13-13 in Fig. 12;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer Sekundärgleit ebene einer raumzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 15 eine Darstellung zur Erläuterung der Neigung einer Sekundärgleitebene einer raumzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 16 ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für einen Fe- Kristall in einer Gleitfläche;

Fig. 17 eine Mikrophotographie der Struktur des Fe-Kri stalls in einer Gleitebene;

Fig. 18A ein Härtediagramm von Oberflächenschichten einer Ausführungsform der Erfindung und eines Aus führungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 18B den Abnutzungsbetrag von Oberflächenschichten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 19A ein Dichtediagramm von Rissen in Oberflächen schichten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, eines Vergleichsbeispiels und eines Bezugsbei spiels;

Fig. 19B ein Festigkeitsdiagramm von Oberflächenschichten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und eines Vergleichsbeispiels;

Fig. 20 eine ebene Ansicht eines Testteils;

Fig. 21 ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für einen Fe- Kristall in einer Oberflächenschicht eines weite ren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 22 eine Mikrophotographie der Struktur des Fe-Kri stalls in einer Gleitfläche eines weiteren Aus führungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 23 eine ebene Explosionsdarstellung eines Gleitla gers;

Fig. 24 einen vergrößerten Schnitt in einer Ebene 24-24 in Fig. 23;

Fig. 25 eine schematische Ansicht eines wesentlichen Teils der Gleitfläche;

Fig. 26 einen schematischen Längsschnitt eines wesentlichen Teils der Oberflächenschicht;

Fig. 27 eine Darstellung zur Erläuterung der Messung des Neigungswinkels von ersten orientierten Kristallen;

Fig. 28 ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für einen Pb- Legierungskristall in einer Oberflächenschicht;

Fig. 29 eine Mikrophotographie der Struktur des Pb-Le gierungskristalls in einer Gleitfläche;

Fig. 30 eine Mikrophotographie der Struktur des Pb-Le gierungskristalls in einem Längsschnitt einer Ober flächenschicht;

Fig. 31 eine Mikrophotographie der Struktur des Pb-Legie rungskristalls in einer weiteren Gleitfläche;

Fig. 32 ein Diagramm des Zusammenhangs einer Vorkommensra te R₁ von ersten orientierten Kristallen und des Flächendrucks der Oberflächenschicht bei Festfres sen; und

Fig. 33 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen einer Vor kommensrate R₂ von dritten orientierten Kristal len und des Flächendrucks der Oberflächenschicht bei Festfressen.

Die Fig. 1 bis 11 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt ein als Gleitelement dienen der Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor ein Basismaterial 2 aus einer Al-Legierung mit Nuten 3 zur Aufnahme von Kolben ringen 5. Auf Innenflächen der Nuten 3 des Basismaterials 2 ist jeweils eine Oberflächenschicht 4 vorgesehen. Diese Oberflächenschicht 4 besitzt eine mit dem als Gegenelement dienenden Kolbenring 5 in Kontakt stehende Gleitfläche 4a.

Die Oberflächenschicht 4 wird durch einen elektrischen Ab scheidungsprozeß hergestellt und umfaßt ein Gemenge eines zu einem kubischen System gehörenden Metallkristalls. Im kubi schen System sind eine flächenzentrierte kubische Struktur (welche im folgenden als fcc-Struktur bezeichnet wird) und eine flächenzentrierte Struktur, welche im folgenden als bcc-Struktur bezeichnet wird) enthalten. Die Metallkristal le mit einer fcc-Struktur sind beispielsweise durch Kristal le wie Pb, Ni, Cu, Al, Ag, Au und ähnliche gegeben. Die Me tallkristalle mit einer bcc-Struktur sind beispielsweise durch Kristalle wie Fe, Cr, Mo, W, Ta, Zr, Nb, V und ähnli che gegeben.

Gemäß Fig. 3A bzw. 3B ist eine dicht gepackte Ebene a₁ in der fcc-Struktur S₁ eine (111)-Ebene mit sechs Atomen und eine dicht gepackte Ebene a₁ in der bcc-Struktur ist eine (110)-Ebene mit fünf Atomen.

Vorgegebene Kristalle des Metallkristalls besitzen die dicht gepackte Ebene a₁ als gegen die Gleitfläche 4a gerichtete Kristallfläche mit hoher Atomdichte. Ein Prozentbereich A der dicht gepackten Ebene a₁ in der Gleitfläche 4a liegt im Bereich A30%.

Da die dicht gepackte Ebene a₁ eine größere Atomdichte als die anderen Kristallflächen besitzt, kann durch eine spe zielle Metallkristallstruktur des Prozentbereiches A im oben beschriebenen Sinne eine große Härte in der Gleitfläche 4a, d. h. in der Oberflächenschicht 4, erreicht werden. Dies führt zu einer Verbesserung des Abnutzungswiderstandes. Ist der Prozentbereich A kleiner als 30%, so ist die Härte in der Oberflächenschicht 4 schlechter.

Eine Neigung der dicht gepackten Ebene a₁ gegen eine in der Gleitfläche 4a liegende gedachte Ebene beeinflußt den Abnut zungswiderstand der Oberflächenschicht 4.

Der Neigungswinkel R der dicht gepackten Ebene a₁ der fcc- Struktur S₁ in bezug auf eine gedachte Ebene C liegt gemäß Fig. 4A im Bereich von 0°R20°. Der Neigungswinkel R der dicht gepackten Ebene a₁ der bcc-Struktur S₂ in bezug auf eine gedachte Ebene C liegt gemäß Fig. 4B im Bereich von 0°R20°. Wird der Neigungswinkel R größer als 30°, so wird der Abnutzungswiderstand der Oberflächenschicht schlechter.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele erläutert.

Die Innenfläche der ringförmigen Ausnehmung 3 im Basismate rial 2 aus einer Al-Legierung wurde zur Bildung der Oberflä chenschicht 4 aus einem Gemenge von Fe-Kristallen mit einem elektrischen Abscheidungsverfahren behandelt.

Die Bedingungen für das elektrische Abscheidungsverfahren sind die folgenden: Als Abscheidungsbasis wird ein Bad aus Eisensulfat verwendet; der pH-Wert des Abscheidungsbades ist gleich 3 oder kleiner (konstant); als Zusatz wird Karbamid, Borsäure, Saccharin oder Ammoniumsulfat verwendet; die Temperatur des Abscheidungsbades beträgt 50°C; und die Stromdichte der Kathode beträgt 8 A/dm².

Fig. 5 zeigt ein Rasterdiagramm einer Röntgenstrahlbeugung für Fe-Kristalle in der Oberflächenschicht 4, wobei eine Spitze b₁ eine Ebene (110) als dicht gepackte Ebene a₁ und eine Spitze b₂ eine Ebene (211) anzeigt. Aus Fig. 5 ist er sichtlich, daß in der Oberflächenschicht 4 Fe-Kristalle vor handen sind, welche so orientiert sind, daß die dicht ge packte Ebene a₁ in einer Ebene parallel zu der in der Gleit fläche 4a liegenden gedachten Ebene C liegt.

In diesem Fall nimmt der Orientierungsgrad der Fe-Kristalle um so mehr zu, je größer die Höhe der Spitze b₂ und damit die integrierte Festigkeit ist. Dies führt zu einem vergrößerten Prozentbereich A der dicht gepackten Ebene a₁ in der Gleit fläche 4a. Der Orientierungsgrad wird durch Änderung der Be dingungen des elektrischen Abscheidungsprozesses gesteuert. Gemäß Fig. 5 ist der Prozentbereich A der dicht gepackten Ebene a₁ in der Gleitfläche 4a gleich 30% (A=30%). Eine elektronische Mikrophotographie (5000fache Vergrößerung) gemäß Fig. 6 zeigt die Kristallstruktur des Fe in der Gleit fläche 4a.

Es werden zwei Basismaterialien 2 hergestellt. Eine Innen fläche einer Nut 3 eines der Basismaterialien 2 wurde zur Herstellung einer Oberflächenschicht 4 aus Cr-Kristallen mit einem elektrischen Abscheidungsprozeß behandelt. Auf der In nenfläche einer Nut 3 des anderen der Basismaterialien 2 wurde in gleicher Weise eine Oberflächenschicht aus Ni- Kristallen hergestellt.

Fig. 7 zeigt ein Rasterdiagramm einer Röntgenstrahl-Beugung für die Cr-Kristalle in der Oberflächenschicht 4, wobei eine Spitze b₂ eine Ebene (110) als dicht gepackte Ebene a₁ und eine Spitze b₂ eine Ebene (211) anzeigt. In diesem Fall ist der Prozentbereich A der dicht gepackten Ebene a₁ in der Gleitfläche 4a=65°.

Fig. 8 zeigt ein Rasterdiagramm einer Röntgenstrahlbeugung für die Ni-Kristalle in der Oberflächenschicht 4, wobei eine Spitze b₃ eine Ebene (111) als dicht gepackte Ebene a₁ und eine Spitze b₄ eine Ebene (200) anzeigt. In diesem Fall ist der Prozentbereich A der dicht gepackten Ebene a₁ in der Gleitfläche 4a gleich 65%. Eine elektronische Mikrophoto graphie (5000fache Vergrößerung) gemäß Fig. 9 zeigt die Struktur der Ni-Kristalle in der Gleitebene 4a.

In der durch die Fe-Kristalle, die Cr-Kristalle und die Ni- Kristalle gebildeten Oberflächenschicht 4 liegt der Nei gungswinkel R der dicht gepackten Ebene a₁ im Bereich von 0°R20°.

Fig. 10 zeigt Ergebnisse eines Härtetestes für die Oberflä chenschicht 4. Mittels eines Hypermikrophotometers wurde unter einer Last von 5 g eine Messung der Vickers-Mirkohär te durchgeführt. In Fig. 10 zeigt eine Kurve c₁ das Ergebnis für die aus Fe-Kristallen gebildete Oberflächenschicht 4, eine Kurve c₂ das Ergebnis für die aus Cr-Kristallen gebil dete Oberflächenschicht 4 und eine Kurve c₃ das Ergebnis für die aus Ni-Kristallen gebildete Oberflächenschicht 4.

Gemäß Fig. 10 kann die Härte der Oberflächenschicht 4 durch Spezifizierung des Prozentbereichs A der dicht gepackten Ebene a₁ im Bereich von 30% oder mehr verbessert werden.

Fig. 11 zeigt die Ergebnisse eines Abnutzungstestes für die entsprechenden Oberflächenschichten 4. Eine Messung des Ab nutzungsbetrages wurde mit einem Spitzen/Scheiben-Testgerät durchgeführt. Die Testbedingungen sind die folgenden: Die Last für die Scheibe ist auf 10 kgf eingestellt; das Mate rial der Scheibe ist nitrierter unlegierter Stahl (S48C- Material); die Drehzahl der Scheibe ist gleich 0,5 m/s; die Gleitstrecke ist gleich 1000 m. Kurven c₁ bis c₃ in Fig. 11 entsprechen den Kurven c₁ bis c₃ in Fig. 10.

Gemäß Fig. 11 kann der Abnutzungswiderstand der Oberflächen schicht 4 durch Spezifizierung des Prozentbereiches A der dicht gepackten Ebene e₁ im Bereich von 30% oder mehr ver bessert werden.

Die verbesserte Technologie gemäß der dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung ist nicht auf den oben beschrie benen Kolben beschränkt, sondern auch für andere Gleitelemen te anwendbar. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Riemenscheibe mit einer durch einen Metallkritall, wie bei spielsweise Ni, Fe und Cr auf einer Riemenscheibe besitzen den Oberflächenschicht, einen Kipphebel für einen Verbren nungsmotor mit einer durch einen Metallkristall, wie bei spielsweise Cr auf einem Gleitteil gebildeten Oberflächen schicht und eine Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor mit einer durch einen Metallkristall, wie beispielsweise Cr auf einem Lagerteil gebildeten Oberflächenschicht.

Die Fig. 12 bis 22 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß den Fig. 12 und 13 besitzt ein als Gleitelement die nender Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor ein Basismate rial 2 aus einer Al-Legierung. Auf einer Außenfläche eines Schutzteils 6 des Kolbens 1 des Basismaterials 2 ist eine Oberflächenschicht 4 vorgesehen. Diese Oberflächenschicht 4 besitzt eine mit einer Innenfläche 7 einer Zylinderbohrung (Gegenelement) in Kontakt stehende Gleitfläche 4a.

Die Oberflächenschicht 4 wird durch einen elektrischen Ab scheidungsprozeß hergestellt und umfaßt ein Gemenge eines Metallkristalls mit einer bcc-Struktur. Die Metallkristalle mit bcc-Struktur sind beispielsweise durch Kristalle, wie Fe, Cr, Mo, W, Ta, Zr, Nb, V und ähnliche gegeben.

Gemäß Fig. 14 ist eine Primärgleitebene und damit eine dicht gepackte Ebene a₁ in der bcc-Struktur S₂ eine (110)-Ebene. Eine Gleitorientierung d ist durch die (110)-Richtung gege ben. Ist eine Sekundärgleitebene durch eine Kristallebene definiert, welche die Gleitebene der Kristallfläche enthält und abgesehen von der dicht gepackten Ebene a₁ die höchste Atomdichte besitzt, so entspricht eine solche Sekundärgleit ebene a₂ einer (211)- oder (123)-Ebene. In der Darstellung ist die Sekundärgleitebene a₂ durch eine (211)-Ebene gege ben.

Vorgegebene Kristalle eines Metallkristalls bilden mit der Sekundärgleitebene a₂ eine Kristallebene mit höherer Atom dichte als die Gleitfläche 4a. Der Prozentbereich E der Sekundärgleitebenen a₂ in der Gleitfläche 4a ist auf den Bereich B50% eingestellt.

Ist die Orientierung des Metallkristalls in der vorgenann ten Weise gewählt, so kann eine große Härte in der Oberflä chenschicht 4 realisiert werden, wodurch der Abnutzungswi derstand der Oberflächenschicht 4 verbessert wird.

Weiterhin ist die Dichte von Rissen in der Oberflächen schicht 4 reduziert, wodurch zusammen mit der großen Härte die Festigkeit der Oberflächenschicht 4 verbessert werden kann. Im Metallkristall besitzen der Orientierungsgrad der (211)-Ebene als Sekundärgleitebene a₂ und der Orientierungs grad der (110)-Ebene als dicht gepackte Ebene a₁ einen sol chen Zusammenhang, daß der Orientierungsgrad einer der Ebe nen mit der Zunahme des Orientierungsgrades der anderen Ebene abnimmt. Wenn in diesem Fall der Orientierungsgrad der (110)-Ebene zunimmt, tendiert auch die Dichte von Rissen in der Oberflächenschicht 4 zu einer Zunahme. Es ist daher sehr vorteilhaft, den Orientierungsgrad der (211)-Ebene zu ver größern, um die Festigkeit der Oberflächenschicht 4 zu ver bessern. Wird der Prozentbereich B kleiner als 50%, so wird die Dichte von Rissen in der Oberflächenschicht 4 größer, wodurch die Festigkeit der Oberflächenschicht 4 verringert wird.

Die Neigung der Sekundärgleitebene a₂ in bezug auf eine in der Gleitfläche 4a liegende gedachte Ebene beeinflußt den Abnutzungswiderstand der Oberflächenschicht 4. Aus diesem Grunde liegt der Neigungswinkel R der Sekundärgleitebene a₂ der bcc-Struktur S₂ in bezug auf eine gedachte Ebene C im Bereich von 0°R30°, wie dies in Fig. 15 dargestellt ist. Wird der Neigungswinkel R größer als 30°, so wird der Abnutzungswiderstand der Oberflächenschicht 4 verschlech tert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele beschrieben.

Die Außenfläche eines Schutzteils 6 im Basismaterial 2 einer Al-Legierung wird zur Herstellung der Oberflächenschicht 4 in Form eines Gemenges von Fe-Kristallen einem elektrischen Abscheidungsprozeß unterworfen.

Die Bedingungen für den elektrischen Abscheidungsprozeß sind die folgenden: Es wird ein Abscheidungsbad aus Eisensulfat verwendet; der pH-Wert des Abscheidungsbades ist gleich 3 oder kleiner (konstant); als Zusatz wird Karbamid, Borsäure, Saccharin oder Ammoniumsulfat verwendet; die Temperatur des Abscheidungsbades beträgt 60°C; und die Stromdichte der Kathode beträgt 8 A/dm².

Fig. 16 zeigt ein Rasterdiagramm einer Röntgenstrahlbeugung für die Fe-Kristalle in der Oberflächenschicht 4, wobei eine Spitze b₁ eine (110)-Ebene als dicht gepackte Ebene a₁ und eine Spitze b₂ eine (211)-Ebene als Sekundärgleitebene a₂ angibt. Aus Fig. 16 ist ersichtlich, daß in der Oberflä chenschicht 4 Fe-Kristalle vorhanden und so orientiert sind, daß die Sekundärgleitebene a₂ in einer Ebene liegt, welche parallel zu der in der Gleitfläche 4a liegenden gedachten Ebene C verläuft.

In diesem Fall nimmt der Orientierungsgrad der Fe-Kristalle um so mehr zu, je größer die Höhe der Spitze b₂ und damit die integrierte Festigkeit ist. Dies führt zu einem vergrößerten Prozentbereich B der Sekundärgleitebenen a₂ in der Gleitflä che 4a. Der Orientierungsgrad wird durch Änderung der Bedin gungen für den elektrischen Abscheidungsprozeß gesteuert. Gemäß Fig. 16 ist der Prozentbereich B der Sekundärgleitebe ne a₂ in der Gleitfläche 4a gleich 98% (B=98%). Die Struk tur des Fe-Kristalls in der Gleitfläche 4a zeigt eine elek tronische Mikrophotographie (5000fache Vergrößerung) gemäß Fig. 17. Der Neigungswinkel R der Sekundärgleitebene a₂ liegt im Bereich von 0°R20%.

Fig. 18A zeigt einen Vergleich der Härte der Oberflächen schichten des in Rede stehenden Ausführungsbeispiels und eines Vergleichsbeispiels. Fig. 18B zeigt einen Vergleich des Abnutzungsbetrages der Oberflächenschichten des in Rede stehenden Ausführungsbeispiels und eines Vergleichsbei spiels. Die Oberflächenschicht des erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiels besitzt eine Gleitfläche, in welcher der Prozentbereich B der Sekundärgleitebenen a₂ gleich 98% ist. In der Oberflächenschicht des Vergleichsbeispiels ist die Kristallfläche willkürlich orientiert. Eine Messung des Ab nutzungsbetrages wird mit einem Spitzen/Scheiben-Testgerät durchgeführt. Die Testbedingungen sind die folgenden: Die auf die Scheibe wirkende Last beträgt 10 kgf; das Material der Scheibe ist nitrierter unlegierter Stahl (S48C-Mate rial); die Drehzahl beträgt 0,5 m/s; und die Gleitstrecke beträgt 1000 m.

Wie die Fig. 18A und 18B zeigen, besitzt die Oberflächen schicht des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Ver gleich zur Oberflächenschicht des Vergleichsbeispiels eine größere Härte. Die Oberflächenschicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt daher einen besseren Abnutzungswi derstand.

Fig. 19A zeigt einen Vergleich der Dichte von Rissen in den Oberflächenschichten der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Vergleichsbeispiels und eines Bezugsbeispiels. Fig. 19B zeigt einen Vergleich der Festigkeit der Oberflächen schichten der erfindungsgemäßen Ausführungsform und eines Vergleichsbeispiels. Die Oberflächenschicht der erfindungs gemäßen Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels sind die gleichen wie die nach den Fig. 18A und 18B. Die Oberflächen schicht des Bezugsbeispiels besitzt einen Prozentbereich A der dicht gepackten Ebenen a₁ und damit der (110)-Ebenen in der Gleitfläche von 70% und einen Prozentbereich B der Se kundärgleitfläche a₂=30%.

Festigkeitswerte werden durch Messung mit einem Spannungs test unter den folgenden Bedingungen gemessen. Fig. 20 zeigt ein Testteil 8. Dieses Testteil 8 besitzt eine Gesamtlänge L₁ von 50 mm, eine Breite W₁ an beiden Enden von 10,5 mm, eine Länge L₂ zwischen den Schultern von 32 mm, eine Länge L₃ konstanter Breite von 18 mm, eine Breite W₂ der konstan ten Breite von 6 mm und eine Dicke von 20 µm. Ein derartiges Testteil 8 wird dadurch hergestellt, daß zunächst ein Test teil der gleichen Struktur wie die Oberflächenschicht 4 da durch hergestellt wird, daß eine rostfreie Platte mit der gleichen Abmessung wie das Testteil einem elektrischen Ab scheidungsprozeß unterworfen und das Testteil 8 von der rostfreien Platte abgetrennt wird. Die Dehnungsrate beträgt bei Zimmertemperatur 20 mm/m.

Wie die Fig. 19A und 19B zeigen besitzt die Oberflächen schicht des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einen extrem kleinen Wert der Dichte von Rissen im Vergleich zur Oberflächenschicht des Vergleichsbeispiels. Die Oberflächen schicht des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist dabei der Oberflächenschicht des Vergleichsbeispiels in der Fe stigkeit überlegen. Die bessere Festigkeit ist nicht nur die geringe Rißdichte, sondern auch durch die große Härte be dingt.

Fig. 19A zeigt, daß die Rißdichte in der Oberflächenschicht des Bezugsbeispiels aufgrund einer Zunahme des Orientie rungsgrades der (110)-Ebene größer wird.

Fig. 21 zeigt ein Rasterdiagramm einer Röntgenstrahlenbeu gung für die Fe-Kristalle in der Oberflächenschicht 4 eines weiteren Beispiels, wobei eine Spitze b₁ eine (110)-Ebene als dicht gepackte Ebene a₁ und eine Spitze b₂ eine (211)-Ebene als Sekundärgleitebene a₂ anzeigt. In diesem Fall ist der Prozentbereich der Sekundärgleitebene a₂ in der Gleitfläche 4a gleich 53% (B=53%). Die Struktur des Fe- Kristalls in der Gleitfläche 4a ist in einer elektronischen Mikrophotographie (5000fache Vergrößerung) in Fig. 22 dar gestellt. Der Neigungswinkel R der Sekundärgleitebene a₂ liegt im Bereich von 0°R20%.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße verbes serte Technologie des vorstehend beschriebenen Ausführungs beispiels nicht auf den vorstehend beschriebenen Kolben be schränkt ist, sondern auch auf andere Gleitelemente anwend bar ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Ansaug- oder Auspuffventil eines Verbrennungsmotors mit einer Ober flächenschicht auf einem Stößelteil, eine Kippachse für einen Verbrennungsmotor mit einer Oberflächenschicht auf einem zu lagernden Teil sowie eine Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor mit einer Oberflächenschicht auf einem Lagerteil.

Die Fig. 23 bis 33 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß den Fig. 23 und 24 ist ein Gleitlager 9 als Gleit element für ein Lagerteil einer Kurbelwelle in einem Motor, ein vergrößertes Ende einer Verbindungsstange oder ähnliche Elemente anwendbar und wird durch eine erste Hälfte 9₁ und eine zweite Hälfte 9₂ gebildet. Diese Hälften 9₁ und 9₂ sind gleichartig aufgebaut und umfassen jeweils einen Träger 10, eine Auskleidungsschicht 11 auf einer Innenumfangsfläche des Trägers 10 und einer auf der Oberfläche der Auskleidungs schicht 11 ausgebildeten Oberflächenschicht 4 mit einer Gleitfläche 4a, die mit einem Gegenelement 12 in Kontakt steht. Zwischen dem Träger 10 und der Auskleidungsschicht 11 kann ggf. eine abgeschiedene Cu-Schicht vorgesehen sein, während zwischen der Auskleidungsschicht 11 und der Oberflä chenschicht 4 eine abgeschiedene Ni-Sperrschicht vorgesehen sein kann.

Der Träger 10 ist aus einer gewalzten Stahlplatte gebildet. Die Dicke des Trägers 10 hängt von der für das Gleitlager 9 vorgesehenen Dicke ab. Die Auskleidungsschicht 11 ist aus Kupfer, aus einer Legierung auf Kupferbasis, Aluminium, einer Legierung auf Aluminiumbasis, usw. hergestellt. Die Dicke der Auskleidungsschicht 11 liegt im Bereich von 50 bis 500 µm und normalerweise in der Größenordnung von 300 µm. Die Oberflächenschicht 4 wird aus einem Gemenge von Kristal len einer Pb-Legierung gebildet. Die Dicke der Oberflächen schicht 4 liegt im Bereich von 5 bis 50 µm und normalerwei se in der Größenordnung von 20 µm.

Die die Oberflächenschicht 4 bildende Pb-Legierung enthält 80 bis 90 Gew.-% Pb und 3 bis 20 Gew.-% Sn. Falls nötig, kann die Pb-Legierung bis zu 10 Gew. -% wenigstens eines Elementes der Gruppe Cu, In, Ag, Tl, Nb, Sb, Ni, Cd, Te, Bi, Mn, Ca und Ba enthalten.

Cu, Ni und Mn dienen zur Erhöhung der Härte der Oberflächen schicht 4. Übersteigt der Gehalt von Cu, Ni und/oder Mn 10 Gew.-%, so besitzt die sich dabei ergebende Oberflächen schicht eine zu große Härte, was zu einer reduzierten An fangspaßfähigkeit führt. Wird Cu oder ähnliches zugesetzt, so ist es zweckmäßig, den Cu-Gehalt derart zu steuern, daß die Hmv-Härte der resultierenden Oberflächenschicht 4 im Bereich von 15 bis 25 liegt.

Die Zusätze Inb, Ag, Tl, Nb, Sb, Cd, Te, Bi, Ca und Ba dienen zur Erweichung der Oberflächenschicht 4 zwecks Ver besserung der Anfangspaßfähigkeit. Übersteigt der Gehalt dieser Elemente jedoch 10 Gew.-%, so besitzt die sich dabei ergebende Oberflächenschicht 4 eine verringerte Festigkeit. Wird In oder ähnliches zugesetzt, so ist es zweckmäßig, den In-Gehalt derart zu steuern, daß die Hmv-Härte der sich da raus ergebenden Oberflächenschicht 4 im Bereich von 8 bis 15 liegt.

Die Oberflächenschicht 4 wird durch einen elektrischen Ab scheidungsprozeß hergestellt, wobei eine Abscheidungslösung auf Borfluorid-Basis verwendet wird, welche 40 bis 180 g/l an Pb²⁺, 1,5 bis 35 g/l an Sn²⁺ und ggf. bis zu 15 g/l an Cu²⁺ mit einem Zusatz enthält. Der verwendbare Zusatz kann wenigstens ein organischer Zusatz sein, welcher aus der Gruppe einer Verbindung auf Chinon-Basis, wie beispielswei se Hydrochinon, Katechol usw. einer Verbindung auf Amino säure-Basis, wie beispielsweise Gelatine, Peptin, usw. und einem Aldehyd, wie beispielsweise Benzolaldehyd, Vanillin gewählt ist. Die zugesetzte Menge der organischen Zusätze liegt insgesamt im Bereich von 1,5 bis 18 g/l. Ggf. kann der Abscheidungslösung zur Steuerung des elektrischen Widerstan des bei Erregung Borfluorsäure und/oder Borsäure zugesetzt werden. Die Temperatur der Abscheidungslösung liegt im Be reich von 5 bis 35° C und die Kathodenstromdichte im Bereich von 8 bis 15 A/dm².

Die Oberflächenschicht 4 besitzt erste orientierte Kristalle mit einer gegen die Gleitfläche 4a gerichteten (h00)-Ebene hoher Atomdichte zur Bildung der Gleitfläche 4a. Die ersten orientierten Kristalle dienen zur Verbesserung der Gleit charakteristik der Oberflächenschicht 4. Die Oberflächen schicht 4 kann zusätzlich zu den ersten orientierten Kri stalle zweite orientierte Kristalle mit gegen die Gleitflä che gerichteten (111)- und (222)-Ebenen enthalten.

In Pb-Legierungskristallen stehen die (h00)- und (111)-Ebene einschließlich der (222)-Ebene in einem solchen Zusammen hang, daß eine der Ebenen (h00) und (111) zunimmt, wenn die andere der Ebenen abnimmt. Mit Ausnahme einer durch ledig lich die ersten orientierten Kristalle gebildeten Oberflä chenschicht 4 sind daher die ersten orientierten Kristalle im Zusammenhang mit den zweiten orientierten Kristallen zu sehen.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Gesichtspunkte wird die Vorhandenseinsrate der ersten orientierten Kristalle in der Oberflächenschicht 4 folgendermaßen eingestellt:

Ist die integrierte Festigkeit der ersten orientierten Kristalle mit der gegen die Gleitfläche 4a gerichteten (h00)-Ebene durch I(a), die integrierte Festigkeit der zweiten orientierten Kristalle mit gegen die Gleitfläche 4a gerichteten Ebenen (111) und (222) durch I(b) gegeben, so gilt bei einer Beugungsmessung mit Röntgenstrahlen an der Oberflächenschicht 4 die Beziehung:
0,6I(a)/ΣI/ab)1,0,
worin ΣI(ab)=I(a)+I(b) ist, I(b)=0 eingeschlossen ist und I(a)/ΣI(ab) die Vorkommensrate R₁ der ersten orien tierten Kristalle repräsentiert.

Gemäß den Fig. 25 und 26 sind die ersten orientierten Kri stalle 13₁ mit der gegen die Gleitfläche gerichteten (h00)- Ebene von der Auskleidungsschicht 11 ausgehende Stengel kristalle mit einem viereckigen pyramidenförmigen Spitzen ende 14 zur Bildung der Gleitfläche 4a.

Ist die Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ in der vorbeschriebenen Weise eingestellt, so sind die Spitzen 14a der viereckigen pyramidenförmigen Spitzenenden 14 vorzugsweise so abgetragen, daß sich eine verbesserte Anfangspaßfähigkeit der Oberflächenschicht 4 ergibt. Darüber hinaus kann der Oberflächenbereich der Gleitfläche 4a durch die viereckigen pyramidenförmigen Spitzenenden 14 vergrößert werden, so daß die Oberflächenschicht 4 eine ausreichende Ölspeicherfähigkeit besitzt. Damit wird der Festfreßwider stand der Oberflächenschicht 4 verbessert.

Da die ersten orientierten Kristalle 13₁ aufgrund der Orientierung der Ebene (h00) eine flächenzentrierte kubi sche Struktur besitzen, nimmt die Atomdichte in Richtung der Orientierung zu. Daraus ergibt sich eine Oberflächenschicht 4 mit großer Härte und Ölspeicherfähigkeit, wodurch deren Abnutzungswiderstand verbessert wird. In den Fig. 25 und 26 sind mit 13₂ zweite körnige orientierte Kristalle bezeich net.

Um eine gute Gleitcharakteristik im oben beschriebenen Sinne zu realisieren, ist die Neigung der ersten orientierten Kri stalle 13₁ in Betracht zu ziehen.

Ist gemäß Fig. 27 eine in der Gleitfläche 4a liegende gedachte Ebene C auf einer Seite einer Basisfläche des viereckigen pyramidenförmigen Spitzenendes 14 definiert und ein durch eine durch die Spitze 14a des viereckigen pyrami denförmigen Spitzenendes 14 und einen zentralen Bereich 14b der Basisfläche verlaufende gerade Linie e sowie eine senk recht zur gedachten Ebene C durch den zentralen Bereich 14b verlaufende Bezugslinie f als R gegeben, so liegt der Nei gungswinkel R der ersten orientierten Kristalle 13 ₁ im Be reich von 0°R30°. Wird der Neigungswinkel R größer als 30°C (R30°), so werden die Ölspeicherfähigkeit der Ober flächenschicht 4 und die bevorzugte Abnutzung der Spitzen 14a verringert, wodurch der Festfreßwiderstand und der Ab nutzungswiderstand der Oberflächenschicht 4 verschlechtert werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele beschrieben.

Auf einer Oberflächenschicht 4 eines Gemenges aus Pb-Legie rungskristallen wird durch einen elektrischen Abscheidungs prozeß eine Auskleidungsschicht 3 aus einer Cu-Legierung hergestellt.

Die Bedingungen für den elektrischen Abscheidungsprozeß sind die folgenden: Die Abscheidungslösung ist eine 100 g/l an Pb²⁺, 10 g/l an S²⁺ und 3 g/l an Cu²⁺ enthaltende Bor fluorid-Abscheidungslösung; der Zusatz ist ein organischer Zusatz; die Temperatur der Abscheidungslösung beträgt 25°C; und die Stromdichte beträgt 8 A/dm².

Fig. 28 zeigt ein Rasterdiagramm einer Röntgenstrahlenbeu gung für Pb-Kristalle in der Oberflächenschicht 4, wobei eine Spitze b₄ eine (200)-Ebene und eine Spitze b₅ eine (400)-Ebene anzeigt. Die beiden Ebenen (200) und (400) gehören zur (h00)-Ebene. Aus Fig. 28 ist ersichtlich, daß die Oberflächenschicht 4 lediglich durch erste orientierte Kristalle 13₁ gebildet wird. In diesem Fall ist die in tegrierte Gesamtfestigkeit ΣI(ab)=679,996 (ΣI(ab)= 679,996) unter Einschluß von I(b)=0. Der Wert ist gleich der integrierten Festigkeit I(a) der ersten orientierten Kristalle 13₁. Daher ist die Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ gleich 1,0 (R₁=R₁=1,0).

Fig. 29 zeigt eine elektronische Mikrophotographie ( 10 000fache Vergrößerung) der Struktur eines Pb-Legierungskri stalls in der Gleitfläche 4a. Fig. 30 zeigt eine elektroni sche Mikrophotographie (5000fache Vergrößerung) der Struktur eines Pb-Legierungskristalls in einem Längsschnitt der Oberflächenschicht 4. Aus den Fig. 29 und 30 ist er sichtlich, daß die Oberflächenschicht 4 durch erste orientierte Kristalle 13₁, nämlich die stengelförmigen Kristalle und die Gleitfläche 4a durch viereckige pyrami denförmige Spitzenenden 14 gebildet wird. Der Neigungs winkel R der ersten orientierten Kristalle 13₁ liegt im Bereich von 0°C µ R10°. Die Pb-Legierung enthält 8 Gew.-% Sn und 2 Gew.-% Cu.

Fig. 31 zeigt eine elektronische Mikrophotographie (10 000fache Vergrößerung) der Struktur eines Pb-Legierungskri stalls in einer weiteren Gleitfläche 4a. Gemäß dieser Figur sind neben den pyramidenförmigen Spitzenenden 14 zweite orientierte Kristalle 13₂ als körnige Kristalle vorhanden.

Gemäß Fig. 31 ist die integrierte Festigkeit I(a) der ersten orientierten Kristalle 13₁ gleich 37,172 (I(a)=37,172) und die integrierte Festigkeit I(b) der zweiten orientierten Kristalle 13₂ gleich 24,781 (I(b)=24,781). Die Vorkommens rate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ ist daher gleich 0,6 (R₁=0,6). Der Neigungswinkel R der ersten orientierten Kristalle 13₁ liegt im Bereich von 0° R10°.

Fig. 32 zeigt den Zusammenhang zwischen der Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ und dem Flächen druck bei Auftreten von Festfressen in der Oberflächen schicht 4 für verschiedene Gleitlager 9. Dabei bezeichnet eine Kurve g₁ den Zusammenhang für den Fall, daß der Nei gungswinkel R der ersten orientierten Kristalle 13₁ im Bereich von 0°R10° liegt. Eine Kurve g₂ zeigt den Zusammenhang für den Fall, daß der Neigungswinkel R der ersten orientierten Kristalle 13₁ im Bereich von 0°R20° liegt, während eine Kurve g₃ den Zusammenhang für den Fall zeigt, in dem der Neigungswinkel R der ersten orien tierten Kristalle 13₁ im Bereich von 0°R30° liegt.

Ein Festfreßtest wird dadurch durchgeführt, daß die Gleit lager 9 mit einer rotierenden Welle in Kontakt gebracht werden und die auf die Gleitlager 9 wirkende Last graduell erhöht wird.

Die Testbedingungen sind die folgenden: Das Material für die rotierende Welle ist ein nitriertes JIS S48C-Material; die Drehzahl der rotierende Welle beträgt 6000 Umdrehungen pro Minute; die Ölzufuhrtemperatur beträgt 120°C; der Ölzufuhr druck beträgt 3 kg/cm²; und die einwirkende Last 1 kg/s.

Gemäß Fig. 32 kann der Festfreßwiderstand der Oberflächen schicht 4 durch Einstellung der Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ auf einen Wert von mehr als 0,6 (R₁0,6) verbessert werden. Ein bevorzugter Bereich der Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ liegt im Bereich von 0,8R₁1,0. Der beste Festfreß widerstand wird dann erreicht, wenn R₁ =1,0 ist.

In bestimmten Fällen können in der Oberflächenschicht 4 dritte orientierte Kristalle, nämlich Pb-Metallkristalle, mit einer gegen die Gleitfläche gerichteten, sich von den Ebenen (h00), (111) und (222) unterscheidenden Kristall ebene verteilt sein. Es handelt sich dabei um Ebenen (220), (311), (420). Die dritten orientierten Kristalle können den Festfreßwiderstand der Oberfläche nachteilig beeinflussen, so daß es erforderlich ist, das Vorkommen der dritten orientierten Kristalle zu unterdrücken.

Im Hinblick auf dieses Problem ist die Vorkommensrate der dritten orientierten Kristalle in der Oberflächenschicht folgendermaßen eingestellt:

Ist die integrierte Festigkeit der ersten orientierten Kristalle mit der durch die Gleitfläche 4a gerichteten Ebene (h00) durch I (a), die integrierte Festigkeit der zweiten orientierten Kristalle mit den durch die Gleitfläche 4a ge richteten Ebenen (111) und (222) durch I (b) und die inte grierte Festigkeit der dritten orientierten Kristalle mit gegen die Gleitfläche 4a gerichteten sich von den Ebenen (h00), (111) und (222) unterscheidenden Ebenen durch I (c) gegeben, so gilt bei einer Beugungsmessung mit Röntgen strahlen an der Oberflächenschicht 4 die Beziehung:
I(c)/ΣI(abc)0,2,
worin ΣI(abc)=I(a)+I(b)+I(c) ist, I(b)=0 enthalten ist und I(c)/ΣI(abc) die Vorkommensrate R₂ der dritten orientierten Kristalle repräsentiert.

Fig. 33 zeigt den Zusammenhang zwischen der Vorkommensrate R₂ der dritten orientierten Kristalle und des Flächendrucks bei der Erzeugung eines Festfressens für die Oberflächen schichten 4 verschiedener Gleitlager 9. In dieser Figur bezeichnet eine Kurve h₁ den Zusammenhang für den Fall, in dem Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ =1,0 (R₁=1,0) und damit I(b)=0 ist und die Oberflächen schicht 4 durch erste und dritte orientierte Kristalle ge bildet wird. Eine Kurve h₂ repräsentiert den Zusammenhang für den Fall, in dem die Vorkommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁=0,8 (R₁=0,8) ist und die Oberflächenschicht 4 durch erste, zweite und dritte orien tierte Kristalle gebildet wird. Ein Festfreßtest wurde in der gleichen Weise und unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt.

Aus Fig. 33 ist ersichtlich, daß der Festfreßwiderstand durch Einstellung der Vorkommensrate R₂ der dritten orien tierten Kristalle auf einen Wert von gleich oder kleiner als 0,2 (R₂0,2) verbessert werden kann. Die Vorkommensrate R₂ der dritten orientierten Kristalle liegt vorzugsweise im Bereich von R₂0,1. R₂=0 entspricht dabei dem Fall, in dem keine dritten orientierten Kristalle in der Oberflächen schicht 4 vorhanden sind.

Ein optimaler Zustand für die Oberflächenschicht 4 wird dann erreicht, wenn der Neigungswinkel R der ersten orientierten Kristalle 13₁ im Bereich von 0°R10° liegt und die Vor kommensrate R₁ der ersten orientierten Kristalle 13₁ durch die folgende Beziehung gegeben ist:
R₁=I(a)/ΣI(abc)0,8.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die dritte erfindungsgemäße Ausführungsform auch für sich von den vorstehend beschriebe nenen Gleitlagern unterscheidende Gleitelemente anwendbar ist.

Claims

1. Gleitelement mit einer Oberflächenschicht (4), die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche (4a) auf weist und durch eine zu einem kubischen System gehö rende Metallkristallstruktur mit einer zur Gleitfläche (4a) hin gerichteten und diese bildenden Kristallebene mit großer Atomdichte gebildet ist.

2. Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallebene eine dicht gepackte Ebene des Metallkristalls ist, und daß ein Prozentbereich der dicht gepackten Ebene in der Gleitfläche (4a) gleich 30% oder mehr ist.

3. Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkristall eine raumzentrierte kubische Struktur besitzt, daß die Kristallfläche eine Sekun därgleitfläche des Metallkristalls ist, und daß ein Prozentbereich der Sekundärgleitebene gleich 50% oder mehr ist.

4. Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (4) durch ein Gemenge von Kristallen einer Pb-Legierung mit ersten orientierten Kristallen (13₁), mit einer durch die Miller-Indizes (h00) gegebenen gegen die Gleit fläche (4a) gerichteten Ebene und zweiten orientierten Kristallen (13₂) mit durch die Miller-Indizes (111) und (222) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebenen gebildet und die Kristallfläche die (h00)-Ebene ist, und daß bei einer Beugungsmessung mit Röntgenstrahlen an der Oberflächenschicht (4) die Beziehung
0,6I(a)/ΣI(ab)1,0
gilt und
ΣI(ab)=I(a)+I(b) ist sowie I(b)=0 eingeschlossen ist,
wenn die integrierte Festigkeit der ersten orientierten Kristalle (13₁) durch I(a) und die integrierte Festig keit der zweiten orientierten Kristalle (13₂) durch I(b) gegeben ist.

5. Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (4) durch ein Gemenge von Kristallen einer Pb-Legierung mit ersten orientierten Kristallen (13₁) mit einer durch die Miller-Indizes (h00) gegebenen gegen die Gleitflä che (4a) gerichteten Ebene, zweiten orientierten Kri stallen (13₂) mit durch die Miller-Indizes (111) und (222) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebenen und dritten orientierten Kristallen (13₃) mit sich von den (h00)-, (111)- und (222)-Ebenen unter scheidenden gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebenen gebildet und die Kristallfläche die (h00)-Ebene ist, und daß bei einer Beugungsmessung mit Röntgenstrahlen an der Oberflächenschicht (4) die Beziehung
I(c)/ΣI(abc)0,2
gilt und
ΣI(abc)=I(a)+I(b)+I(c) ist, und I(b)=0 eingeschlossen ist,
wenn die integrierte Festigkeit der ersten orientierten Kristalle (13₁) durch I(a), die integrierte Festigkeit der zweiten orientierten Kristalle (13₂) durch I(b) und die integrierte Festigkeit der dritten orientierten Kristalle (13₃) durch I(c) gegeben ist.

6. Gleitelement insbesondere nach Anspruch 1 mit einer Oberflächenschicht (4), die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche (4a) aufweist und die durch einen zu einem kubischen System gehörenden Metallkristall mit einer gegen die Gleitfläche (4) hin gerichteten und diese bildenden dicht gepackten Ebene mit einem Prozentbereich in der Gleitfläche (4a) gleich 30% oder mehr aufweist.

7. Gleitelement insbesondere nach Anspruch 1 mit einer Oberflächenschicht (4), die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche (4a) aufweist und die durch einen Metallkristall mit raumzentrierter kubischer Struktur mit einer gegen die Gleitfläche (4a) hin gerichteten und diese bildenden Sekundärgleitebene mit einem Prozentbereich von 50% oder mehr.

8. Gleitelement mit einer Oberflächenschicht (4), die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche (4a) auf weist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberflächenschicht (4) durch ein Ge menge von Kristallen einer Pb-Legierung gebildet ist und daß bei einer Beugungsmessung mit Röntgenstrahlen an der Oberflächenschicht (4) die Beziehung
0,6I(a)/ΣI(ab)1,0
und
EI(ab)=I(a)+I(b) ist sowie I(b)=0 eingeschlossen ist,
wenn die integrierte Festigkeit erster orientierter Kristalle (13₁) mit einer durch die Miller-Indizes (h00) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebene durch I(a) und die integrierte Festigkeit zweiter orientierter Kristalle (13₂) mit durch die Miller-Indi zes (111) und (222) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebenen durch I(b) gegeben ist.

9. Gleitelement mit einer Oberflächenschicht (4), die eine auf einem Gegenelement gleitende Gleitfläche (4a) auf weist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberflächenschicht (4) durch ein Ge menge von Kristallen einer Pb-Legierung gebildet ist und daß bei einer Beugungsmessung mit Röntgenstrahlen an der Oberflächenschicht (4) die Beziehung
I(c)/ΣI(abc)0,2
gilt und
ΣI(ab)=I(a)+I(b) ist sowie I(b)=0 eingeschlossen ist,
wenn die integrierte Festigkeit erster orientierter Kristalle (13₁) mit einer durch die Miller-Indizes (h00) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebene durch I(a), die integrierte Festigkeit zweiter orientierter Kristalle (13₂) mit durch die Miller- Indizes (111) und (222) gegebenen gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebenen durch I(b) und die integrierte Festigkeit dritter orientierter Kristalle (13₃) mit sich von den (h00)-, (111)- und (222)-Ebenen unter scheidenden gegen die Gleitfläche (4a) gerichteten Ebenen durch I(c) gegeben ist.

10. Gleitelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigungswinkel (R) der dicht gepackten Ebene in bezug auf eine Ebene der Gleitfläche (4a) im Bereich von 0°R20° liegt.

11. Gleitelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigungswinkel (R) der Sekundärgleitebene in bezug auf eine Ebene der Gleitfläche (4a) im Bereich von 0°R30% liegt.

12. Gleitelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Neigungswinkel (R) einer Achse der ersten orientierten Kristalle (13₁) in bezug auf eine zu einer Ebene der Gleitfläche (4a) senkrechten Linie im Bereich von 0°R30° liegt.

13. Gleitelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkristall eine flächenzentrierte und eine raumzentrierte kubische Struktur enthält.

14. Gleitelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkristalle mit flächenzentrierter kubi scher Struktur durch Elemente der Gruppe Pb, Ni, Cu, Al, Ag und Au gebildet sind.

15. Gleitelement nach Anspruch 7 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallkristalle mit raumzentrierter kubischer Struktur durch Elemente der Gruppe Fe, Cr, Mo, W, Ta, Zr, Nb und V gebildet sind.