DE1248305B - Gleit- oder Reibwerkstoff auf Al-, Mg- oder Ti-Basis mit oxydischer Fuellmasse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche KL: 40 b-21/00

Nummer: 1248 305

Aktenzeichen: G 41684 VI a/40 b

Anmeldetag: 2. Oktober 1964

Auslegetag: 24. August 1967

Die Erfindung befaßt sich mit einem Gleit- oder Reibwerkstoff, vorzugsweise in Form eines Sintermaterials, der aus metallischen und nichtmetallischen Komponenten zusammengesetzt ist und zur Verwendung z. B. in Gleitlagern, Dichtungen, Kupplungen, Bremsen usw. bestimmt ist.

Es ist die Verwendung von Gleitlagern aus einem porösen, metallischen Sinterwerkstoff bekannt, dessen Poren mit organischen Substanzen, wie z. B. Mineralöl, Fett oder Kunststoff gefüllt sind.

Ferner ist bekannt, daß die Poren mit Graphit oder Molybdändisulfid in Verbindung mit einem Klebemittel ausgefüllt sind.

Außerdem sind sogenannte Sintertränklegierungen bekannt, bei denen die Poren mit Blei oder einer Bleilegierung gefüllt sind.

Femer ist die Verwendung von dünnen Schichten aus Bleioxyd auf einer Stahlunterlage bekannt. Das Bleioxyd wird teilweise mit Siliziumoxyd, Eisenoxyd, Aluminiumoxyd und Boroxyd gemischt. Das Bleioxyd wirkt, besonders bei höheren Temperaturen, reibungsmindernd. Durch die genannten Zusätze wird der Schmelzpunkt des Bleioxyds beeinflußt, und gleichzeitig ergeben sich verschiedene optimale Temperaturen, bei denen der Reibungskoeffizient besonders niedrig ist.

Diese Schichten auf Bleioxydbasis haben den Nachteil, daß sie durch Fremdkörper relativ leicht beschädigt werden können und dann mit einer völligen Zerstörung der Gleitschicht zu rechnen ist.

Um diesen Nachteil zu umgehen, wurde ein ebenfalls bekannter Gleitwerkstoff entwickelt, der aus einem gesinterten und porösen Kupfer- oder Silberwerkstoff besteht. Dieser poröse Kupfer- oder Silberwerkstoff wird anschließend mit Bleioxyd getränkt. Auch hierbei kann es sich um ein Bleioxyd mit den obengenannten Zusätzen handeln. Wesentlich ist bei diesem Gleitwerkstoff, daß das Grundmaterial, d. h. Kupfer oder Silber, eine kleinere Affinität zu Sauerstoff aufweist als Blei. Es ist nämlich Grundbedingung für diesen Gleitwerkstoff, daß das Bleioxyd vom gesinterten Grundwerkstoff keinesfalls reduziert werden soll. Deshalb genügt es auch, wenn die Sauerstoffaffinität an der Oberfläche des Sinterwerkstoffes kleiner als diejenige von Blei ist. Man kann daher beispielsweise auch Sinterpulver aus Eisen oder Aluminium (größere Affinität) verwenden, sofern die Pulverteilchen mit einem Material wie Kupfer oder Silber (kleinere Affinität als Blei) überzogen sind. In jedem Fall ergibt sich aber ein Gleitwerkstoff, der an seiner wirksamen Oberfläche entweder Kupfer oder Silber aufweist. Diese beiden Metalle sind aber für Gleit- oder Reibwerkstoff auf Al-, Mg- oder
Ti-Basis mit oxydischer Füllmasse

Anmelder:

GLYCO-METALL-WERKE,
Daelen & Loos G. m. b. H.,
Wiesbaden-Schierstein

Als Erfinder benannt:

Dr. Erich Roemer, Wiesbaden

den verfolgten Zweck nachteilig. Bei einem Gleitlagerwerkstoff auf Kupferbasis verkupfert sich beispielsweise ein Lagerzapfen aus nicht gehärtetem Stahl im Lauf der Zeit. Kupfer auf Kupfer stellt dann eine sehr ungünstige Reibpaarung dar und kann leicht zum Lagerfressen führen. Ähnliche Verhältnisse gelten auch für andere metallische Werkstoffe, wie Silber. Dieser Nachteil ist so stark, daß er auch durch Schmiermittel oder Zusätze, wie Graphit, Molybdändisulfid, Bleioxyd oder medrigschmelzende Metalle, wie Blei und Bleilegierungen, nicht wirksam beseitigt werden kann.

Es ist auch bekannt, bei Sinteraluminiumlagern mit Notlaufeigenschaften die Aluminiumoxydschicht an den Laufflächen durch eine dünne Diffusionsschicht zu ersetzen, die durch Auftragen niedrigschmelzender Schwermetalle, wie z. B. Zinn, Kadmium, Zink, Blei, oder deren Legierungen erzeugt wird. Diese Lager haben aber den Nachteil, daß beim Abtragen der dünnen Diffusionsschicht im Betrieb mehr und mehr das metallische Aluminium in Berührung mit dem Stahl der Welle kommt und dazu neigt, sich mit diesem Stahl zu legieren, so daß auch diese Lager sehr leicht zum Lagerfressen neigen.

Demgegenüber geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß feste oxydische Gleitwerkstoffe recht gute Gleiteigenschaften gegenüber Stahl u. dgl. haben. Ihre Verwendung als Gleitlagerwerkstoff stößt aber auf die Schwierigkeit, daß derartige oxydische Grundwerkstoffe nicht die für ein Gleitlager erforderliche Duktilität und auch nur verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleitwerkstoff zu schaffen, der die Duktilität und die Wärmeleitfähigkeit von Metall mit den günstigen Gleiteigenschaften von festem Oxyd, wie AIu-

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fliiniumoxyd, Magnesiumoxyd, Titanoxyd u. dgl., ver- läßt sich dadurch mit der Wahl der Porengröße die

eint. ; Eindringtiefe des Metalloxyds in den Sinterkörper

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung vorher bestimmen,
von einem Gleit- oder Reibwerkstoff aus, der aus

einem mit Poren, Hohlräumen oder Vertiefungen 5 Ausfuhrungsbeispiel II

versehenen, vorzugsweise gesinterten Grundwerkstoff Zur Herstellung von Füllstoffpulver wurde zur

aus Aluminium, Magnesium oder Titan oder deren nächst ein Gemisch aus etwa 85°/» PbO, 11% B₂O₈

Legierungen und einer Füllmasse besteht, die ehe- und 4VoSiO₂ zusammengeschmolzen und anschlie-

misch gebundenen Sauerstoff enthält und diese Poren ßend wieder zu Pulver verarbeitet. Dieses Füllpulver od. dgl. ganz oder teilweise ausfüllt. io wurde dann in folgenden Gewichtsverhältnissen mit

Gemäß der Erfindung beträgt der Anteil der Füll- Aluminiumpulver mit etwa 10% Oxydgehalt (Al₂O₃)

masse 5 bis 50%, vorzugsweise etwa 25%, der Ge- gemischt, gepreßt und gesintert:

samtmenge, und der Großteil der Füllmasse besteht . . .

aus dem Oxyd eines Metalls, dessen Affinität zu ^a) 10% Füllmasse, 90% Alummmmpulver,

Sauerstoff kleiner als diejenige des Grandwerkstoffes 15 b) 20% Füllmasse, 80% Aluminiumpulver,

ist, beispielsweise aus PbO. _{x ori}„, —..„ _„„, _AI - · ,

Durch die Erfindung wird erreicht, daß örtliche ^C> 30%Fullmasse, 70%Aluminiumpulver,

Beschädigungen der Oxydschicht auf der Grund- d) 40% Füllmasse, 60% Aluminiumpulver und

masse aus dem Sauerstoffgehalt der Füllmasse geheilt _e) _5Oo_/o Füllmasse, 50% Aluminiumpulver,
werden können. Solange die Oxydschicht auf der 20

Oberfläche des Grundwerkstoffes nicht durchbrochen Bei einer Sintertemperatur von 600° C wurde nur wird, besteht keine Gefahr, daß ein Lagerfressen ein- dann eine stärkere Reduktion von PbO zu Pb festtritt. Wird jedoch die Oxydschicht örtlich etwa durch gestellt, wenn der Anteil der Füllmasse mehr als Verschleiß oder örtliche Überhitzung beschädigt, so 40% des Gesamtwerkstoffes betrug. Bei niedrigeren wird sie selbsttätig aus dem Sauerstoffvorrat der 25 Sintertemperaturen tritt auch bei Gleitwerkstoffen Füllmasse wieder regeneriert. Die dabei auftretende mit größerem Füllmasseanteil keine stärkere Redukteilweise Reduktion der Füllmasse stellt entgegen der tion von PbO zu Pb auf. Aus Festigkeitsgründen ist bisherigen Annahme keinerlei Nachteil dar. jedoch ein Werkstoff mit einem Füllmasseanteil

Wird beispielsweise Aluminium oder eine Alumi- unterhalb von 40% zu bevorzugen. Der Füllmasse* niumlegierung als Grundwerkstoff und eine Füll- 30 anteil muß aber so groß sein, daß er einen für das Remasse aus Metalloxyd mit Bleioxyd als Haupt- generieren der Oxydschicht des Aluminiums ausreibestandteil verwendet, so wird bei einer Verletzung chenden Sauerstoffvorrat enthält und sollte deshalb der Aluminiumoxydschicht das Aluminium an der möglichst nicht unterhalb 5 % der Gesamtmenge liebeschädigten Stelle oxydiert und damit die Alumi- gen. Ein günstiger Füllmasseanteil dürfte etwa 25% niumoxydschicht regeneriert, während Bleioxyd zu 35 der Gesamtmenge betragen.

Blei reduziert wird, da Aluminium eine größere Affi- Beim Tränken des Grundwerkstoffes mit Füllnität zu Sauerstoff hat als Blei. Blei ist aber selbst masse ist es grundsätzlich notwendig, daß die Füllein anerkannt guter Lagerwerkstoff, der an der masse während des Tränkvorganges flüssig ist und Lageroberfläche in keiner Weise schädlich sein kann daß der Erweichungspunkt der Füllmasse unter dem und dort eher vorteilhaft als nachteilig wirkt. 40 Schmelzpunkt des Grundwerkstoffes liegt. Während

Auch die Herstellung eines Lagerwerkstoffes nach des Tränkens oder später kann sich der Erweichungsder Erfindung bereitet keine Schwierigkeiten. Es ist punkt allerdings ändern, z. B. durch eine chemische allerdings darauf zu achten, daß sich der Grand- Reaktion mit einem Teil des Grandwerkstoffes oder werkstoff bereits mit einer relativ stabilen Oxyd- eine Verflüchtigung eines Lösungsmittels. Werden schicht überzogen hat, bevor er mit der Füllmasse in 45 jedoch der Grundwerkstoff und die Füllmasse vor Berührung kommt, so daß beim Füllvorgang bzw. dem Sintern gemischt, so ist dies nicht unbedingt Sintern nur so geringe Mengen der Füllmasse redu- erforderlich. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Füllziert werden, daß ein ausreichender Sauerstoffvorrat masse während des Sinterns flüssig wird oder zuin der Füllmasse zurückbleibt, der ein Oxydieren des mindest ebenfalls sintert, so daß der Füllstoff in sich Grandwerkstoffes später im Betrieb ermöglicht. 50 eine feste Masse bildet, und auch eine feste Bindung

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele an den Grandwerkstoff aufweist.

erläutert, um die Herstellungsmöglichkeit des Lager- Besonders bei dem in den oben beschriebenen

Werkstoffes nach der Erfindung unter Beweis zu Versuchen verwendeten Werkstoff tritt dadurch eine

stellen. Lösung von Al₂O₃ in der Füllmasse ein und garan-

Ausführunesbeispiel I ^{55 tiert eine} ausgezeichnete Bindung der Füllmasse an

den Grandwerkstoff.

Aluminiumpulver mit einem Oxydgehalt von etwa Die Füllmasse kann auch mit einem organischen 10% wurde gepreßt, gesintert und anschließend in Klebemittel versehen werden, um die Bindung mit eine Schmelze von etwa 85% PbO, 11% B₂O₃ und dem Grandwerkstoff und den Zusammenhalt der 4% SiO₂ bei einer Temperatur von etwa 600⁰C ge- 60 Füllmasse selbst zu verbessern. Dies ist von besontaucht. Bei sehr feinen Poren konnte ein Ausfüllen derer Bedeutung, wenn der Grandwerkstoff mit der Poren mit Metalloxyd nur bis etwa 0,5 mm Tiefe Hohlräumen oder Vertiefungen ausgebildet ist, in die beobachtet werden, da Al₂O₃ in Lösung geht und die Füllmasse aufgenommen werden soll,
dadurch der Schmelzpunkt des Metalloxyds so ver- Ferner läßt sich durch eine entsprechende Wahl ändert wird, daß kein weiteres Vordringen der 65 des Preßdrucks vor dem Sintern sowie der Sinter-Schmelze im Sinterkörper mehr möglich ist. Die temperatur noch ein zusätzliches Porenvolumen des Verwendung eines Sinterkörpers mit größeren Poren Werkstoffes einstellen, so daß der Gleitwerkstoff ergab eine entsprechend größere Eindringtiefe. Es auch noch aufnahmefähig für Öl oder Fett ist.

Claims (6)

Die Verwendung von Bleioxyd als wesentlicher Bestandteil der Füllmasse ist insofern vorteilhaft, als Bleioxyd als reibungsmindemdes Material gilt (Bleiglätte). Durch den vorgeschlagenen Werkstoff gelingt es, die kritische Gleitgeschwindigkeit, bei der ein Festfressen des Gleitwerkstoffes eintritt, zu höheren Werten zu verschieben bzw. bei gleicher Geschwindigkeit die zulässige Belastung zu erhöhen. Der Erfindimgsgedanke ist nicht nur bei Aluminium und seinen Legierungen, sondern auch bei anderen Werkstoffen, die sich leicht mit einer Oxydschicht überziehen, anwendbar. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Vorschlages bei Magnesium, Titan und ihren Legierungen als Grundwerkstoff wegen ihrer Duktilität, da der Gesamtwerkstoff dadurch nicht spröde wie etwa ein keramischer Werkstoff ist. Außerdem ist mit einer vorteilhaften Anwendung des vorgeschlagenen Werkstoffes zu rechnen, wenn das Gleiten in einer neutralen Atmosphäre oder im Vakuum stattfindet, wo also auch von außen her keine Möglichkeit zu einer Oxydation des Gleitwerkstoffes besteht. In der Zeichnung sind einige Beispiele für die innere Raumform des Gleit- oder Reibwerkstoffes nach der Erfindung wiedergegeben. Im Beispiel der Fi g. 1 wurde zunächst aus pulverförmigem Aluminium, Magnesium oder Titan ein Sinterkörper hergestellt. Die Zeichnung zeigt, wie jedes der Metallkörnchen 1 an seiner Oberfläche mit einer Oxydschicht 2 überzogen ist. Dieser gesinterte Grundwerkstoffkörper wurde an der in F i g. 1 oberen Seite in geschmolzenen Füllwerkstoff getaucht, der dabei bis in eine Tiefe 3 die Poren 4 des Grundwerkstoffes gefüllt hat. Beim Erkalten des Füllstoffes bilden sich erneut feine Poren 5, die zur Aufnahme von Öl und Schmiermittel geeignet sind. Die Nachfuhr von Schmiermittel kann dabei aus den frei gebliebenen Poren 6 des Sinterkörpers erfolgen. Im Beispiel der F i g. 2 handelt es sich um einen Gleit- oder Reibwerkstoffkörper, der entsprechend dem Ausführungsbeispiel Hb hergestellt sein kann. Auch F i g. 2 läßt erkennen, wie die einzelnen zusammengesinterten Aluminiumkörnchen 1 an ihrer Oberfläche mit einer Oxydschicht 2 überzogen sind. Jedoch ist im Unterschied z.B. der Fig. 1 hier der Füllstoff in der gesamten Tiefe des Körpers vorhanden. Die Preß- und Sinterbedingungen sind in diesem Beispiel so gewählt worden, daß auch hier im Füllstoff Poren 5 zur Aufnahme von zusätzlichem Schmiermittel entstanden sind. Im Beispiel der F i g. 3 handelt es sich um eine massive Aluminium- oder Magnesiumplatte 11, die an ihrer wirksamen Oberfläche mit Bohrungen 12 versehen und anschließend noch auf dieser Oberfläche geätzt worden ist, um entlang der Korngrenzen des Aluminiums bzw. Magnesiums Poren 13 zu erzeugen. Anschließend wurde diese Platte an der mit den Bohrungen 12 und den Poren 13 versehenen Seite noch oberflächlich oxydiert, wie dies F i g. 3 an der Oxydschicht 16 zeigt. Die Bohrungen 12 und die Poren 13 wurden dann mit flüssigem Füllstoff ausgegossen, wobei sich beim Erkalten wiederum ίο Poren 15 zur Aufnahme von zusätzlichem Schmiermittel, insbesondere Öl, gebildet haben. Patentansprüche:

1. Gleit- oder Reibwerkstoff, bestehend aus einem mit Poren, Hohlräumen oder Vertiefungen versehenen, vorzugsweise gesinterten Grundwerkstoff aus Aluminium, Magnesium oder Titan oder deren Legierungen und einer Füllmasse, die chemisch gebundenen Sauerstoff enthält und

ao diese Poren od. dgl. ganz oder teilweise ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Füllmasse 5 bis 50%, vorzugsweise etwa 25%, der Gesamtmenge beträgt und der Großteil der Füllmasse aus dem Oxyd eines Metalls, dessen Affinität zu Sauerstoff kleiner als diejenige des Grundwerkstoffes ist, beispielsweise aus PbO, besteht.

2. Gleit- oder Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse unterhalb der Solidustemperatur des Grundwerkstoffes flüssig oder zumindest zähflüssig wird.

3. Gleit- oder Reibwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllmasse Siliziumdioxyd und Boroxyd in Gehalten bis zu je 30%, bezogen auf die Füllmasse, enthalten sind.

4. Gleit- oder Reibwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse neben oxydierenden Bestandteilen auch Metalle, wie z. B. Blei oder Zinn, enthält.

5. Gleit- oder Reibwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse außerdem ein organisches Bindemittel enthält.

6. Verfahren zur Herstellung der Füllmasse des Gleit- oder Reibwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse zunächst eingeschmolzen und anschließend zu Pulver verarbeitet wird, so daß jedes Teilchen des Pulvers wenigstens annähernd der Zusammensetzung der Füllmasse im fertigen Material entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1021578.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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