DE1063005B

DE1063005B - Verfahren zur Herstellung von Verbundstoffen fuer die Herstellung von einfachen Lagern

Info

Publication number: DE1063005B
Application number: DEG16323A
Authority: DE
Inventors: Peter Garnett Forrester
Original assignee: Glacier Metal Co Ltd
Current assignee: Federal Mogul Engineering Ltd
Priority date: 1955-01-25
Filing date: 1955-01-25
Publication date: 1959-08-06

Description

Verfahren zur Herstellung von Verbundstoffen für die Herstellung von einfachen Lagern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbundstoffen für die Herstellung von einfachen Lagern, die eine Stahlunterlage aufweisen, auf die als Lagerschicht eine Aluminiumlegierung unter hinreichendem Druck fest aufgewalzt ist, wobei eine wesentliche Herabminderung der Dicke der Aluminiumlegierung bewirkt wird.
Es wurde bereits vorgeschlagen, zwei verschiedene Aluminiumlegierungen, die direkt auf diese Weise nicht miteinander verbunden werden können, durch Walzen miteinander zu verbinden, - indem man eine Zwischenschicht aus einer Aluminiumfolie verwendet, um eine Verbindung zwischen den beiden Legierungen zu bilden.
Für eine befriedigende Verbindung einer Aluminiumlegierung durch Walzen, entweder mit einer anderen Aluminiumlegierung, wie in dem erwähnten Vorschlag, oder bei der Herstellung eines Verbundstoffes gemäß vorliegender Erfindung, muß die Aluminiumlegierung dehnbar sein, und dieser Faktor schloß bisher die Verwendung solcher Verbundstoffe aus Aluminiumlegierungen aus, die einen hohen Zinngehalt, z. B. von 10% oder mehr Zinn, enthalten, denen im allgemeinen eine ausreichende Duktilität fehlt.
Lagermetalle aus Aluminium mit mehr als 100/o Sn sind an sich bekannt. Es wurde in der britischen Patentschrift 666 087 auch bereits vorgeschlagen, solche hochzinnhaltigen Aluminiumlegierungen einer Vorbehandlung zu unterwerfen, um ihre Duktilität zu erhöhen. Hierzu werden die Legierungen in gegossenem Zustande kalt geschmiedet, gepreßt oder gewalzt und anschließend oberhalb 225° C zwecks Rekristallisation und gleichmäßiger Verteilung des Zinns behandelt.
Solche vorbehandelten hochzinnhaltigen Aluminiumlegierungen besitzen wohl sehr gute Laufeigenschaften, insbesondere wenn der Zinngehalt 15 0/o oder mehr beträgt, aber sie sind mechanisch weich, so daß die Legierung fest mit einer tragenden Unterlage aus festerem Material, z. B. Stahl, verbunden werden muß. Obgleich die vorbehandelte hochzinnhaltige Aluminiumlegierung hinreichend dehnbar ist für eine Verbindung mit der Unterlage durch Aufwalzen, ist es dennoch nicht möglich, sie direkt auf eine Stahlunterlage aufzuwalzen, da das spröde Aluminiumoxyd, das einen Überzug auf der Aluminiumlegierung bildet, nicht zerstört wird, so daß das darunterliegende reine Metall nicht für ein Verschweißen mit der Stahlunterlage freigelegt wird.
Für eine gute und feste Verbindung ist es wesentlich, daß in dem Moment des Aufwalzens die Oberfläche der Aluminiumlegierung und die gegenüberliegende Stahloberfläche sauber sind. Wegen des relativ niedrigen Schmelzpunktes des zinnreichen Bestandteiles der hochzinnhaltigen Aluminiumlegierung muß die Temperatur, bei der das Aufwalzen durchgeführt wird, unter 230° C gehalten werden, um zu vermeiden, daß der zinnreiche Bestandteil schmilzt und aus der Aluminiummatrize herausgequetscht wird. Auch würde bei einer solchen Temperatur der Stahl selbst in praktisch nicht oxydierender oder reduzierender Atmosphäre immer einen Oxydoberflächenfilm aufweisen, der ein festes Verbinden verhindert.
Die Erfindung hat zum Ziel, die erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden und ein verbessertes und wirksames Verfahren für die Herstellung von Verbundstoffen für die Herstellung von Lagern zu schaffen, die eine Schicht aus einer hochzinnhaltigen Aluminiumlegierung enthalten, die durch Aufwalzen unter hohem Druck und bei einer Temperatur unterhalb 230° C fest an eine Stahlunterlage gebunden ist.
Die Erfindung zur Herstellung- von Verbundstoffen für die Herstellung von Lagern besteht nun darin, daß auf einer Stahlunterlage zunächst eine Zwischenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ohne oder mit einem geringen Zinngehalt aufgebracht wird, die eine chemisch reine Oberfläche bildet und dann eine Aluminiumlegierung mit mindestens 10'0/o Zinn, die zwecks Erhöhung ihrer Duktilität vorbehandelt wurde, bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur unter 230' C aufgewalzt wird. Das Aufwalzen wird vorzugsweise unter einem hinreichenden Druck ausgeführt, so daß er eine wenigstens 20p/oige Herabminderung der Dicke der hochzinnhaltigen Aluminiumlegierung bewirkt.
Nach einer Ausführungsform kann die Zwischenschicht auf die Unterlage bei Temperaturen oberhalb 230° C aufgewalzt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform kann die Zwischenschicht aus reinem Aluminium auf die Stahlunterlage durch elektrolytische Abscheidung aus einer Salzschmelze aufgebracht werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Zwischenschicht durch Tauchen, Übergießen, Angießen oder ein ähnliches Verfahren aufgebracht werden. Jedes geeignete Verfahren dieser Art kann angewandt werden, das eine zusammenhängende feste Oberflächenschicht mit einer Zwischenschicht einer metallischen Verbindung ergibt, die so dünn ist, daß sie die Festigkeit der Verbindung wenig oder gar nicht beeinträchtigt. Geeignete Aluminiumlegierungen sind Aluminium-Silicium und Aluminium-Beryllium. Nach dem Überziehen wird der Streifen abgekühlt und vorbereitet für das Aufbringen -der hochzinnhaltigen Legierungsschicht und das feste Verbinden durch Aufwalzen gereinigt.
Vorzugsweise werden vordem Aufbringen der hochzinnhaltigen Aluminiumlegierungsschicht beide gegenüberliegenden Aluminiumlegierungsflächen gereinigt. Beide Streifen werden durch 5 Minuten langes Eintauchen in eine Lösung von Trinatriumphosphat bei 65° C gereinigt, gespült, schnell in konzentrierte Salpetersäure getaucht, erneut gespült und bei etwa 40° C getrocknet. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bricht das stärke Aufwalzen die beiden Aluminiumoxydüberzüge auf den gegenüberliegenden Flächen auf, so daß die darunterliegenden reinen Metalle freigelegt werden, wobei die Temperatur, bei der das Walzen erfolgt, unterhalb derjenigen gehalten wird, bei der der zinnreiche Bestandteil der hochzinnhaltigen Aluminiumlegierung zu schmelzen vermag und herausgedrückt wird.
Bei Durchführung der Erfindung gemäß einer Ausführungsform wird ein Flußstahlstreifen von der Dicke von etwa 2,54 mm in einer Atmosphäre von gespaltenem Ammoniak praktisch frei von Wasserdampf in Berührung mit einem Streifen aus technisch reinem Aluminium von etwa 0,1 mm Dicke und der gleichen Länge wie der Flußstahlstreifen auf eine Temperatur von 500° C erhitzt. Nach 15 Minuten Erhitzen werden der Stahl und der Aluminiumstreifen mit aufeinanderliegenden Kanten aus dem Ofen herausgeführt und zwischen Walzen auf etwa 250° C erhitzt. Die Bodenwalze wird angetrieben und ist vorzugsweise mit einem Material überzogen, daß die Reibung erhöht, z. B. mit Schmirgelpulver. Die obere Walze wird vorzugsweise nicht angetrieben und ist vorzugsweise mit einem Material überzogen, das die Reibung vermindert, z. B. mit Graphit.
Nach einer Abänderungsform wird ein Flußstahlstreifen durch Schleifen, Läppen oder Ätzen, z. B. durch anodische Behandlung in 5%iger Salzsäure bei etwa 10 A/dm2 gereinigt. Er wird dann in ein Bad, das 900/o Zinkchlorid und 100/o Ammoniumchlorid enthält bei 400° C, um einen Flußüberzug auf dem Streifen zu erzeugen, und dann bei 675° C etwa 15 Sekunden in ein Bad aus Aluminium mit 1/2 0/o Beryllium eingetaucht. Er wird dann herausgenommen und ablaufen gelassen, so daß auf der Oberfläche eine Aluminiumlegierungsschicht mit einer Dicke von etwa 0,05 mm verbleibt. Falls notwendig, kann das Abkühlen durch Besprühen oder Eintauchen in Wasser, Öl oder anderen Mitteln beschleunigt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Flußstahlstreifen bei 180° C in ein Bad mit 800/o Aluminiumchlorid und 200/o Natriumchlorid eingetaucht und bei etwa 1,5 A/dm2 kathodisch behandelt, bis 0,05 mm Aluminium niedergeschlagen sind. Er wird dann herausgenommen und abgekühlt.
Bei allen Ausführungsformen wird der überzogene Stahlstreifen nachher auf etwa 220° C in Berührung mit einem Streifen aus Aluminium mit 10 bis 500/o Zinn erhitzt. Nach 15 Minuten Erhitzen werden die beiden Streifen aus dem Ofen genommen und sofort durch auf etwa 220° C erhitzte Walzen geleitet, die so eingestellt sind, daß sie eine Reduktion des Aluminiumstreifens um etwa 500/o hervorrufen. Eine mit Flanschen versehene, Kanten entfernende Walze, z. B. nach der britischen Patentschrift 706149, kann verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren, zur Herstellung von Verbundstoffen für die Herstellung von einfachen Lagern, die eine Stahlunterlage und eine aufgewalzte Aluniiniumlegierung enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß als Laufschicht eine Aluminiumlegierung mit wenigstens 100/o, aber höchstens 500/o Zinn verwendet wird, die zur Erhöhung der Duktilität vorbehandelt wurde, die Stahlunterlage mit einer Zwischenschicht aus einem festhaftenden Oberflächenüberzug aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ohne oder mit einem geringen Zinngehalt versehen wird und die Stahlunterlage mit der zinnhaltigen Aluminiumlegierung durch Aufwalzen bei Temperaturen von etwa Raumtemperatur bis unterhalb 230° C verbunden wird, und zwar unter einem so hohen Druck, daß die Schichtdicke der zinnhaltigen Aluminiumlegierung um mindestens 200/o vermindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Laufschicht eine Aluminiumlegierung mit 150/o oder mehr Zinn verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwalzen bei so hohem Druck vorgenommen wird, daß die Stärke der zinnhaltigen Aluminiumlegierung um mindestens 300/o vermindert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2539246, 2539247, 2 539 248; kanadische Patentschrift Nr: 474 599; Kühnel : »Werkstoffe für Gleitlager«, 1952, S.179.