PL204632B1

PL204632B1 - Łożysko bezołowiowe, sposób wytwarzania i zastosowanie łożyska bezołowiowego

Info

Publication number: PL204632B1
Application number: PL368116A
Authority: PL
Inventors: Robert L. Greene; Warren J. Whitney; James M. Carpenter
Original assignee: Federal Mogul Corp
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2010-01-29
Also published as: PL368116A1; ATE407755T1; KR101223789B1; US6746154B2; KR20050034575A; US20040111892A1; EP1434665A4; US20030068106A1; JP2005505688A; US6854183B2; BR0213146B1; DE60228860D1; MXPA04003270A; JP4675563B2; EP1434665A1; BR0213146A; EP1434665B1; WO2003031102A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest łożysko bezołowiowe, sposób wytwarzania łożyska bezołowiowego oraz zastosowanie łożyska bezołowiowego.

Zwykle w zastosowaniach związanych z łożyskami silnikowymi powszechnie stosuje się spiekanie stopu brązu w postaci metalicznego proszku do podłoża stalowego dla ułożyskowania czopu wału korbowego lub podobnego. Osnowa cynowo-miedziana zapewnia silną powierzchnię łożyskową, która wytrzymuje obciążenia wywierane przy pracy na łożysko. Takie łożyska muszą wykazywać odpowiednie właściwości związane z odpornością na zużycie i zatarcie, i w tym celu zwykle do osnowy z brązu dodaje się pewną ilość ołowiu, który służy za środek smarujący dla powierzchni łożyskowej. Często dla dalszego zwiększenia odporności na zużycie i zacieranie łożyska, na bieżni dodaje się powłokę elektrolityczną cyny.

Ze względów środowiskowych, poszukiwano różnych zamienników ołowiu, lecz dotychczas żaden nie wykazywał zdolności do rzeczywistego zastąpienia ołowiu, bez nadmiernego pogorszenia wytrzymałości, właściwości związanych ze zużyciem i zacieraniem łożysk silnikowych.

W opisie patentowym nr GB 2355016 A ujawniony został materiał łożyskowy składający się ze stopu miedzi zawierającego od 0,5 do 15% wagowych cyny, od 1 do 20% wagowych bizmutu i od 0,1 do 10% objętościowych twardych cząstek, w którym bizmut występuje jako faza bizmutu rozproszona w stopie miedzi, a twarde cząstki, o rozmiarze ziarna od 1 do 45 μm, współistnieją z fazą bizmutu.

Istnieje jednak potrzeba opracowania łożyska bardziej odpornego na zużycie i zacieranie przy jednoczesnym wyeliminowaniu ołowiu, co spełnia wymagania ochrony środowiska.

Łożysko bezołowiowe, według wynalazku, zawierające bezołowiowy metaliczny proszkowy materiał łożyskowy związany z podłożem stalowym, zawierający cynę, bizmut oraz miedź charakteryzuje się tym, że materiał łożyskowy zawiera cynę w ilości od 8% wagowych do 12% wagowych, bizmut w ilości od 1% wagowych do 5% wagowych i fosfor w ilości od 0,03% wagowych do 0,08% wagowych, zaś resztę stanowi miedź.

Metaliczny proszkowy materiał łożyskowy jest całkowicie zagęszczony.

Materiał łożyskowy ma wytrzymałość na rozciąganie > 400 MPa, granicę plastyczności > 290 MPa, wydłużenie > 10% oraz twardość > 130 HV 0,5/15.

Materiał łożyskowy ma osnowę miedź-cyna, w której rozpuszczony jest fosfor, a w osnowie miedź-cyna są rozproszone nie rozpuszczone wtrącenia bizmutu.

Materiał łożyskowy stanowi powierzchnię nośną do ślizgowego ułożyskowania części czopowej, przy czym przy poddaniu materiału łożyskowego obciążeniu ślizgowemu, struktura materiału łożyskowego jest zmodyfikowana poprzez migrację cyny do powierzchni łożyskowej, przy czym stężenie cyny na powierzchni łożyskowej jest większe niż stężenie cyny w osnowie miedź-cyna.

Materiał łożyskowy ma właściwość zwiększania odporności na zużycie i odporności na zatarcie, przy poddaniu go obciążeniu ślizgowemu przy eksploatacji.

Sposób wytwarzania łożyska bezołowiowego, według wynalazku, w którym na podłożu stalowym umieszcza się związany z nim bezołowiowy metaliczny proszkowy materiał łożyskowy zawierający cynę, bizmut oraz miedź, charakteryzuje się tym, że na podłoże stalowe nanosi się metaliczny proszkowy materiał łożyskowy zawierający cynę w ilości od 8% wagowych do 12% wagowych, bizmut w ilości od 1% wagowych do 5% wagowych, fosfor w ilości od 0,03% wagowych do 0,08% wagowych, przy czym resztę stanowi miedź, a następnie walcuje się i spieka proszkowy metaliczny materiał łożyskowy na podłożu dla związania materiału łożyskowego z podłożem i pełnego zagęszczenia materiału łożyskowego.

Jako materiał łożyskowy stosuje się mieszaninę proszku atomizowanego gazem i proszku atomizowanego wodą.

Stosowany proszek atomizowany gazem i proszek atomizowany wodą, zawierają pewną ilość bizmutu.

Stosowany proszek atomizowany wodą ma większe stężenie bizmutu, niż proszek atomizowany gazem.

Łożysko bezołowiowe, według wynalazku, jest stosowane w silniku.

Zaletą wynalazku jest to, że bizmut, dodany w stopie do brązu postaci proszku metalicznego w kontrolowanej ilości wraz z kontrolowaną ilością fosforu daje w wyniku łożysko silnikowe na podłożu stalowym, którego właściwości są takie same lub lepsze niż właściwości łożysk brązowo-ołowiowych, wykazując równocześnie odporność na zużycie i zacieranie równą lub przewyższającą właściwości łożyska silnikowego z metalicznym proszkiem brązowo-ołowiowym na podłożu stalowym.

PL 204 632 B1

Dla porównania, tradycyjne łożysko miedziowo-cynowo-ołowiowe o zawartości 10% wagowych cyny, i 10% ołowiu, wykazuje, przeciętnie znacznie niższą granicę plastyczności wynoszącą 223 MPa, porównywalną wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 301 MPa, zmniejszone wydłużenie wynoszące około 8% i zmniejszoną twardość, wynoszącą około 96 HV 0,5/15. Dla dalszego porównania, przeprowadzono identyczne badanie zużycia silnika na łożyskach sporządzonych według niniejszego wynalazku i tradycyjnych łożyskach miedziowo-cynowo-ołowiowych opisanego powyżej typu. Tradycyjne łożyska silnikowe miedziowo-cynowo-ołowiowe wykazały utratę około 12 mikrometrów wskutek zużycia, podczas gdy łożyska wykonane według niniejszego wynalazku wykazały średnio około 10 - 11 mikrometrów, wykazując, że zużycie i odporność na zacieranie łożysk według niniejszego wynalazku są przynajmniej tak dobre, jeśli nawet nie lepsze niż tradycyjnego silnikowego łożyska miedź-cyna-ołów.

W sposób nieoczywisty stwierdzono, ż e ł o ż yska wykonane wedł ug niniejszego wynalazku wykazują tę korzystną właściwość, że przy poddaniu ich ciernemu obciążeniu ślizgowemu, pewna ilość cyny, która na początku jest równomiernie rozpuszczona w miedzi i służy za osnowę miedziowo-cynową, migruje ku powierzchni łożyskowej powodując w wyniku duże zwiększenie zawartości cyny na powierzchni łożyskowej, której nie było podczas wytwarzania łożyska i instalowania do eksploatacji. Ta migracja cyny i powstawanie bardzo wzbogacanej cyną warstwy na powierzchni łożyskowej znacznie zwiększa smarowność łożyska, a zatem sprzyja poprawieniu parametrów związanych z zużyciem i zacieraniem ł o ż yska po wprowadzeniu ł o ż yska do eksploatacji. Takiej migracji cyny nie obserwowano w tradycyjnych łożyskach miedziowo-cynowo-ołowiowych, ani w przypadku innych proponowanych substytutów ołowiu, na przykład niklu.

Jakkolwiek jest to niecałkowicie zrozumiałe, można przypuszczać, że bizmut reaguje z cyną w osnowie i efektywnie mobilizuje cynę, wypierając ją ku powierzchni łożyska. Po badaniach, sprawdzenie wizualne łożysk silnikowych sporządzonych według niniejszego wynalazku wykazało, że powierzchnia łożyskowa ma błyszczącą powierzchnię o kolorze cyny, a analiza chemiczna przeprowadzona na łożysku wykazała znacznie większe stężenia cyny na powierzchni, niż w reszcie osnowy miedziowo-cynowej poniżej powierzchni, która pozostała w stanie równomiernej koncentracji cyny. Ta zaskakująca właściwość migracji cyny daje korzyść w postaci wyeliminowania lub minimalizacji potrzeby nanoszenia powłoki cynowej na powierzchnię łożyskową przed wprowadzeniem łożyska do eksploatacji. Eliminacja etapu powlekania elektrolitycznego daje oszczędności czasowe i sprzętowe, i upraszcza oraz obniża koszt wykonywania łożysk silnikowych.

Eliminacja ołowiu z łożysk silnikowych ma zaletę polegającą na otrzymaniu bardziej środowiskowo nieszkodliwych łożysk silnikowych, a zastąpienie go bizmutem w sposób według niniejszego wynalazku ma zaletę w postaci zapewnienia tej samej lub lepszej odporności na zużycie/zacieranie bez wymagania radykalnych zmian sposobu produkcji łożysk silnikowych. Same łożyska silnikowe wykonywane według niniejszego wynalazku są łatwo dostosowywane do nowych zastosowań lub zastosowań istniejących, które w innym przypadku wymagałyby łożysk miedziowo-cynowo-ołowiowych, i producent łożysk według niniejszego wynalazku może stosować się do wykonywania takich łożysk bez konieczności posiadania nowego lub innego sprzętu produkcyjnego, i być może z wyeliminowaniem niektórych etapów i sprzętu normalnie związanych z wytwarzaniem tradycyjnych łożysk miedziowo-cynowo-ołowiowych.

Według innego wariantu wykonania niniejszego wynalazku, szczególne korzyści otrzymuje się, kiedy metaliczny materiał proszkowy miedziowo-cynowo-bizmutowy jest wytwarzany z mieszaniny atomizowanego gazem proszku miedziowo-cynowo-bizmutowego i atomizowanego wodą proszku miedziowo-bizmutowego. Również i w tym przypadku, jakkolwiek jest to niecałkowicie zrozumiałe, można przypuszczać, że proces za pomocą którego wytwarza się proszki sprzyja mobilizacji cyny czyli powierzchni łożyskowej.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w uproszczonym widoku perspektywicznym łożysko silnikowe skonstruowane według niniejszego wynalazku, fig. 2 w widoku perspektywicznym przestawia tuleję łożyskową skonstruowana według niniejszego wynalazku, fig. 3 w powiększonym przekroju częściowym przedstawia łożysko według niniejszego wynalazku w stanie jego wytworzenia, lecz przed eksploatacją, a fig. 4 w widoku podobnym, jak na fig. 3, przedstawia łożysko po pewnym czasie użytkowania.

Łożysko skonstruowane według niniejszego wynalazku w postaci łożyska silnikowego oznaczono ogólnie odnośnikiem 10 na fig. 1, a odnośnikiem 10' na fig. 2, która przedstawia tuleję łożyskową, na przykład stosowaną w małym otworze końcowym łącznika tłokowego do ułożyskowania sworznia

PL 204 632 B1 tłokowego. Dla uproszczenia resztę opisu odniesiono do łożyska silnikowego 10, lecz jest zrozumiałe, że opis w równym stopniu ma zastosowanie do tulei łożyskowej 10'.

Łożysko 10 silnikowe jest typu zawierającego półpanew i jest stosowane w połączeniu z odpowiadającą półpanwią w silniku, lub podobnym, przy łożyskowaniu wału obrotowego, na przykład wału korbowego silnika. Łożysko 10 ma stalowe podłoże 12 z wklęsłą powierzchnią wewnętrzną 14 i wypukłą powierzchnią zewnętrzną 16. Na powierzchnię wewnętrzną 14 naniesiony jest materiał łożyskowy 18. Materiał łożyskowy 18 jest bezołowiowy. Materiał bezołowiowy oznacza, że materiał łożyskowy albo nie zawiera wcale, albo tylko przypadkowe ilości ołowiu, z powodu zanieczyszczeń (to znaczy poniżej około 0,5%).

Materiał łożyskowy 18 jest wytwarzany ze sproszkowanego stopu brązu albo mieszaniny stopów brązu. Sproszkowany metaliczny materiał łożyskowy jest spiekany i spajany z podłożem 12, z otrzymaniem wykładziny na wewnętrznej powierzchni 14 podłoża 12. Jak specjalistom wiadomo, metoda stosowana do spojenia materiału łożyskowego z podłożem 12 obejmuje nakładanie materiału łożyskowego 18 w postaci luźnego proszku na wewnętrzną powierzchnię, po czym materiał łożyskowy jest nagrzewany, spiekany, walcowany a następnie spiekany ponownie dla otrzymania w zasadzie pozbawionej porów całkowicie zagęszczonej warstwy materiału łożyskowego 18, który jest trwale związany czyli scalony z podłożem 12 tworząc scaloną wielowarstwową strukturę łożyskową. Przez całkowite zagęszczenie struktury rozumie się, proszkowy materiał łożyskowy 18 jest ściśnięty i spieczony do gęstości bliskiej teoretycznej, i jest w zasadzie nieprzenikalny dla oleju lub innych substancji, jak w przypadku łożysk porowatych, zatrzymujących olej, których wynalazek nie dotyczy. Odpowiednio do tego, jest zrozumiałe, że całkowicie zagęszczony lub prawie całkowicie zagęszczony oznacza że materiał łożyskowy 18 ma gęstość przekraczającą 99% pełnej gęstości teoretycznej, korzystnie powyżej 99,5%, a jeszcze korzystniej, 99,9% lub więcej.

Materiał łożyskowy 18 w postaci stopu brązu zawiera pewną ilość cyny w zakresie od 8% wagowych do 12% wagowych, a korzystniej od 9% wagowych do 11% wagowych, pewną ilość bizmutu wynoszącą od 1% wagowych do 5% wagowych, a korzystniej od 3% wagowych do 4% wagowych, pewną ilość fosforu wynoszącą od 0,03% wagowych do 0,08% wagowych, a korzystniej od 0,03% wagowych do 0,07% wagowych, z uzupełnieniem w postaci miedzi, przy dopuszczalnych zanieczyszczeniach obcych i innych składnikach nie oddziałujących na właściwości fizyczne materiału łożyskowego, lub mobilizację cyny, co opisano dokładniej poniżej.

Spojony materiał łożyskowy 18 ma osnowę 22 z miedzi i cyny, z rozpuszczoną cyną stanowiącą roztwór w miedzi. Podobnie fosfor w osnowie jest w postaci roztworu. Bizmut nie jest rozpuszczalny w miedzi, i występuje jako drobna dyspersja wysepek czyli faz bizmutu 20 rozproszona w zasadzie równomiernie w objętości osnowy miedziowo-cynowej 22, co w uproszczeniu przedstawiono na fig. 3.

W zastosowaniu dla łożyskowania, według niniejszego wynalazku, bizmut służy za substytut ołowiu, i jak wykazano nadaje nie wykazywane przez ołów dodatkowe właściwości, kiedy jest stosowany w kontrolowanej ilości określanej według wynalazku (to znaczy od 1% wagowych do prawie 5% wagowych). Spajane walcowaniem i spiekany materiał łożyskowy 18 o pełnej gęstości według wynalazku, wykazuje następujące właściwości fizyczne:

Wytrzymałość na rozciąganie > 400 MPa

Granica plastyczności > 290 MPa

Wydłużenie > 10%

Twardość > 130 HV 0,5/15.

Te właściwości fizyczne spełniają lub przekraczają parametry tradycyjnych łożysk silnikowych miedziowo-cynowo-ołowiowych, opisanych w rozdziale poprzednim.

Jakkolwiek jest to niecałkowicie zrozumiałe, jednym z kluczowych czynników przyczyniających się do zadziwiających właściwości fizycznych, jest obecność fosforu, który wykazuje efektywność w odgazowaniu stopu podczas jego topienia i atomizacji na proszek, oraz przy spajaniu przez walcowanie i przy spiekaniu z pełną gęstością materiału łożyskowego na podłożu 12. Ponadto, wspomniane powyżej właściwości fizyczne, jak i odporność zmęczeniowa utrzymują się przy kontrolowanej ilości bizmutu wprowadzanego do stopu. Bizmut wprowadzany w ilości 5% lub więcej oddziałuje osłabiając strukturę osnowy, ponieważ nie rozpuszcza się w osnowie 22 i fazy bizmutu 20 w efekcie działają jak wypełnione bizmutem przestrzenie w wytrzymałej poza nimi osnowie. Jeżeli zawartość bizmutu jest zbyt duża, to wysepki (a zatem przestrzenie nim wypełnione) stają się zbyt duże, i zostają utracone pożądane właściwości materiału. Jako taki, dodatek bizmutu w zakresie zastrzeganym według niniejszego

PL 204 632 B1 wynalazku, jak stwierdzono, nie redukuje właściwości fizycznych osnowy poniżej tych, które są pożądane w przypadku aplikacji do łożysk silnikowych I wyszczególnionych powyżej.

Bizmut również w sposób nieoczywisty wykazuje bardzo pożądane pozytywne oddziaływanie na właściwości związane z odpornością na zużycie i zacieranie materiału łożyskowego 18. Jak to pokazano na fig. 3, podczas wytwarzania i instalowania w maszynie łożyska 10, cyna jest całkowicie rozpuszczona w miedzi dając jednolitą osnowę 22 miedź-cyna. Jednakowoż w sposób nieoczywisty odkryto, że podczas pracy, przykładane do odsłoniętej powierzchni łożyskowej 24 materiału łożyskowego 18 naciskowe obciążenie ślizgowe powoduje migrację pewnej ilości cyny w osnowie przez tę osnowę do powierzchni łożyskowej 24, wytwarzając wzbogaconą w cynę warstwę 26 na powierzchni łożyskowej 24, co przedstawiono na fig. 4. Wzbogacona w cynę warstwa 26 służy za środek smarny na powierzchni łożyskowej i powoduje zmniejszenie zużycia i odporność na zacieranie całego łożyska 10. W miarę zużywania się łożyska 10 materiał łożyskowy ma właściwość ciągłego uzupełniania warstwy wzbogaconej cyną, tak że warstwa 26 zawsze występuje i powstaje w wyniku mobilizacji cyny w osnowie 22. Można przypuszczać, że mobilizacja cyny jest wynikiem reakcji między cyną w roztworze, a bizmutem w warunkach stosowania łożyska z obciążeniem/tarciem. Obecny bizmut w połączeniu z całkowicie gęstą strukturą sproszkowanego metalu w osnowie 22 stanowi nośnik do transportowania cyny z osnowy na powierzchnię 24 przy tworzeniu wzbogaconej w cynę warstwy 26. Ponieważ materiał łożyskowy 18 miedź-cyna-bizmut ma właściwość samoczynnego tworzenia warstwy 26 wzbogaconej cyną na powierzchni łożyskowej 24, to zwykle nie ma potrzeby nanoszenia elektrolitycznej lub innej powłoki cynowej na materiał łożyskowy 18, jak to często się odbywa w przypadku opisanego powyżej stosowania łożysk brązowo-ołowiowych typu tradycyjnego.

Dla porównania, występowanie mobilności cyny w łożyskach miedziowo-cynowo-ołowiowych nie jest znane. Dokonano również badań na stopie miedziowo-cynowo-niklowym, i podobnie, nie stwierdzono występowania mobilności cyny. Tylko bizmut, w ilościach określonych według niniejszego wynalazku, wykazał występowanie mobilizacji poprawiającej właściwości odnoszące się do zużycia i zacierania, przy braku niepożądanego pogarszania właściwości osnowy miedziowo-cynowej.

Według innego przykładu wykonania wynalazku sporządza się mieszaninę metalicznego materiału proszkowego na bazie miedz, którą wytwarza się z mieszaniny atomizowanego gazem proszku na bazie miedzi i atomizowanego wodą proszku na bazie miedzi. Przez zagęszczanie i spiekanie materiału z tej mieszaniny atomizowanej gazem/wodą sporządzono wzorce testowe. Sporządzono również, podobnie, wzorce testowe z porównywalnych kompozycji z proszku atomizowanego wyłącznie gazem, jak i wzorce testowe z proszku atomizowanego wyłącznie wodą, lecz z porównywalnej kompozycji jak mieszanina gazowa/wodna z pierwszych wzorców testowych. Właściwości fizyczne tych trzech zestawów wzorcowych zmierzono dla porównania ich właściwości. W sposób nieoczywisty stwierdzono, że mieszanina atomizowana gazem/wodą miała znacznie lepsze właściwości fizyczne, niż wzorce testowe z porównywalnych kompozycji wykonywane z proszku atomizowanego albo w 100% gazem, albo w 100% wodą. Poprawa właściwości fizycznych obejmuje wytrzymałość na rozciąganie, ciągliwość, twardość i odporność na zacieranie; z których wszystkie odgrywają ważną rolę w aplikacjach z tulejami łożyskowymi i łożyskami ze spiekanego proszku metalicznego na bazie miedzi.

T a b e l a 1

Porównanie właściwości fizycznych wzorców Cu - Sn - Bi P/M

Kompozycja*	Granica plastyczności MPa	Wytrzymałość na rozciąganie MPa	Wydłużenie %	Twardość HV 0,5/15	Obciążenie zacierające **N
3,2 Bi (w.a.)	292	375	4,7	127	4500
5 Bi (w.a.)	300	389	3,3	138	4500
4 Bi (g.a.)	299	370	2,4	123	4500***
4 Bi (miesz)	324	480	21,4	143	6500

* Wszystkie kompozycje:

części Cu, 10 części Sn ze wskazaną ilością wagową Bi ** Na podstawie testu zużycia przy momencie granicznym z zacieraniem ustawionym na 20 Nm g.a. oznacza proszek atomizowany w 100% gazem w.a. oznacza proszek atomizowany w 100% wodą miesz oznacza mieszaninę proszków g.a. i w.a.

*** pozycja na podstawie oczekiwanej porównawczej danej w.a.

PL 204 632 B1

P r z y k ł a d 1

Sporządzono kompozycję proszku atomizowanego w 100% wodą, zawierającą 90 części miedzi, 10 części cyny i ilość bizmutu równą 3,2% wagowych miedzi-cyny zawartej w mieszaninie. Proszek atomizowany wodą był konsolidowany i spiekany na stalowym pasku podłożowym zgodnie z praktyką wytwarzania łożysk, i wyznaczono zamieszczone w tabeli 1 właściwości fizyczne warstwy spieczonej.

P r z y k ł a d 2

Ten sam proces powtórzono z atomizowaną w 100% wodą kompozycją 90/10 miedź/cyna 5% wagowych bizmutu. Pomierzono właściwości fizyczne i zamieszczono w tabeli 1. Widoczne jest, że nie ma znacznej różnicy we właściwościach uzyskanych z 3 - 5% wagowych bizmutu z proszku atomizowanego w 100% wodą.

P r z y k ł a d 3

Sporządzono proszek atomizowany w 100% gazowo, zawierający 90 części miedzi, 10 części cyny i ilość bizmutu równą 4% wagowych w stosunku do miedzi i cyny zawartej w kompozycji proszkowej. Próbki testowe ubijano i spiekano zgodnie z procedurą wspomnianą powyżej w przykładzie 1. Pomierzono właściwości fizyczne i zamieszczono w tabeli 1. Widoczne jest, że nie ma znacznej różnicy we właściwościach uzyskanych z proszku atomizowanego w 100% gazowo wodą w stosunku do proszku atomizowanego w 100% wodą, zawierającego tę samą ilość bizmutu.

P r z y k ł a d 4

Kompozycję proszku według wynalazku sporządzono z użyciem mieszaniny proszków atomizowanych gazem i wodą, które zmieszane dały kompozycję, zawierającą 90 części miedzi, 10 części cyny i ilość bizmutu równą 4% wagowych w stosunku do ilości miedzi i cyny w mieszaninie.

Mieszaninę sporządzono przez wstępne wytopienie stopu miedź-bizmut zawierającego 8% wagowych bizmutu w stosunku do ilości miedzi. Stop miedź-bizmut był atomizowany wodą tworząc atomizowany wodą proszek miedziowo-bizmutowy. Do tego proszku dodano pewną ilość atomizowanego gazem proszku miedziowo-cynowego w pewnej ilości tak, aby zredukować ogólną wagową zawartość procentową bizmutu w wymieszanej mieszance proszkowej do 4% wagowych łącznej ilości miedzi i cyny. Ta homogenizowana mieszanina była ubijana i spiekana zgodnie z tą sama procedurą, którą wymieniono powyżej w przykładzie 1.

Zmierzono właściwości fizyczne i zamieszczono je w tabeli 1. W sposób nieoczywisty wystąpił wzrost właściwości fizycznych wymieszanej kompozycji atomizowanej gazem/wodą w stosunku do właściwości fizycznych porównywalnych kompozycji sporządzanych z proszku atomizowanego albo w 100% wodą, albo w 100% gazem. Można zauważyć, na przykład, że wystąpił około 45% wzrost odporności na zacieranie kompozycji mieszanej w porównaniu do proszku atomizowanego w całości wyłącznie wodą lub wyłącznie gazem, i 500% - 800% wzrost ciągliwości (wydłużenia w %) kompozycji mieszanej w stosunku do proszku atomizowanego w całości wyłącznie wodą lub wyłącznie gazem. Wystąpił również znaczny wzrost każdej z pozostałych właściwości fizycznych przyporządkowanych do mieszanki.

Ilość bizmutu w mieszaninie może się zmieniać od 1% do 15%.

Wynalazek uwzględnia również inne atomizowane wodą/gazem mieszane kompozycje proszkowe, których podstawą jest miedź, i które powinny być korzystne z powodu podwyższenia tych samych lub innych właściwości fizycznych w stosunku do proszków atomizowanych wyłącznie wodą lub wyłącznie gazem. Takie układy to: miedź-cyna-srebro, miedź-cyna-ołów, miedź-cyna, miedź-cynk-bizmut, miedź-cynk-ołów, miedź-cynk-srebro, i miedź-cynk. Również niektóre ze składników spośród bizmutu, ołowiu lub srebra mogą być wzajemnie zastępowane, tak że układy miedź-cyna lub miedź-cynk mogą zawierać ilości bizmutu i ołowiu, bizmutu i srebra lub ołowiu i srebra, lub wszystkie trzy łącznie, korzystnie w postaci składnika atomizowanego wodą mieszaniny atomizowanej wodą/gazem.

W korzystnej mieszaninie proszkowej miedź -cyna-bizmut, homogenizowana mieszanina jest, korzystnie, bezołowiowa, i ma następujące zakresy składu w procentach wagowych, podstawa - miedź, 9 - 11% cyny, maksymalnie 0,1% ołowiu, 1% - 5% bizmutu, 0,03% - 0,07% fosforu, maksymalnie po 0,5% cynku i niklu, maksymalnie 0,35% żelaza, maksymalnie 0,15% antymonu, maksymalnie 0,015% siarki i maksymalnie po 0,015% glinu i krzemu.

Oczywiście, w świetle powyższych objaśnień możliwych jest wiele modyfikacji i odmian niniejszego wynalazku. Jest zatem zrozumiałe, że w zakresie załączonych zastrzeżeń, wynalazek może być wykorzystywany inaczej, niż to konkretnie opisano.

Claims

1. Łożysko bezołowiowe zawierające bezołowiowy metaliczny proszkowy materiał łożyskowy związany z podłożem stalowym, zawierający cynę, bizmut oraz miedź, znamienne tym, że materiał łożyskowy (18) zawiera cynę w ilości od 8% wagowych do 12% wagowych, bizmut w ilości od 1% wagowych do 5% wagowych i fosfor w ilości od 0,03% wagowych do 0,08% wagowych, zaś resztę stanowi miedź.

2. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że metaliczny proszkowy materiał łożyskowy (18) jest całkowicie zagęszczony.

3. Łożysko według zastrz. 2, znamienne tym, że materiał łożyskowy (18) ma wytrzymałość na rozciąganie > 400 MPa, granicę plastyczności > 290 MPa, wydłużenie > 10% oraz twardość > 130 HV 0,5/15.

4. Łożysko według zastrz. 2, znamienne tym, że materiał łożyskowy (18) ma osnowę (22) miedź-cyna, w której rozpuszczony jest fosfor, a w osnowie (22) miedź-cyna są rozproszone nie rozpuszczone wtrącenia bizmutu.

5. Łożysko według zastrz. 4, znamienne tym, że materiał łożyskowy (18) stanowi powierzchnię nośną do ślizgowego ułożyskowania części czopowej, przy czym przy poddaniu materiału łożyskowego (18) obciążeniu ślizgowemu, struktura materiału łożyskowego (18) jest zmodyfikowana poprzez migrację cyny do powierzchni łożyskowej (24), przy czym stężenie cyny na powierzchni łożyskowej (24) jest większe niż stężenie cyny w osnowie (22) miedź-cyna.

6. Łożysko według zastrz. 1, znamienne tym, że materiał łożyskowy (18) ma właściwość zwiększania odporności na zużycie i odporności na zatarcie, przy poddaniu go obciążeniu ślizgowemu przy eksploatacji.

7. Sposób wytwarzania łożyska bezołowiowego, w którym na podłożu stalowym umieszcza się związany z nim bezołowiowy metaliczny proszkowy materiał łożyskowy zawierający cynę, bizmut oraz miedź, znamienny tym, że na podłoże (22) stalowe nanosi się metaliczny proszkowy materiał łożyskowy (18) zawierający cynę w ilości od 8% wagowych do 12% wagowych, bizmut w ilości od 1% wagowych do 5% wagowych, fosfor w ilości od 0,03% wagowych do 0,08% wagowych, przy czym resztę stanowi miedź, a następnie walcuje się i spieka proszkowy metaliczny materiał łożyskowy (18) na podłożu dla związania materiału łożyskowego z podłożem i pełnego zagęszczenia materiału łożyskowego.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że jako materiał łożyskowy (18) stosuje się mieszaninę proszku atomizowanego gazem i proszku atomizowanego wodą.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się proszek atomizowany gazem i proszek atomizowany wodą, zawierające pewną ilość bizmutu.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się proszek atomizowany wodą mający większe stężenie bizmutu, niż proszek atomizowany gazem.

11. Zastosowanie łożyska bezołowiowego według zastrz. 1 - 6, w silniku.