AT505257A1

AT505257A1 - Verfahren zur herstellung einer bindeschicht für ein lagerelement

Info

Publication number: AT505257A1
Application number: AT0090107A
Authority: AT
Inventors: Robert Dr Ing Mergen
Original assignee: Miba Gleitlager Gmbh
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-15
Also published as: AT505257B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Bindeschicht für ein Gleitlagerelement, die eine erste Schicht aus einer ersten Legierung und eine zweite Schicht aus einer zweiten Legierung umfasst, wobei die beiden Legierungen zumindest ein metallisches Element aufweisen, das sowohl Bestandteil der ersten Legierung, als auch der zweiten Legierung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gleitlagerelementes, nach dem auf einer Stützschicht eine Bindeschicht und auf der Bindeschicht eine Lagerlegierungsschicht angeordnet wird und zumindest die Bindeschicht mit der Stützschicht walzplattiert wird, eine Bindeschicht für ein Gleitlagerelement sowie ein Gleitlagerelement umfassend eine Stützschicht, eine Bindeschicht und eine Lagermetallschicht.

An tribologisch wirksame Lagerelemente werden unterschiedlichste Anforderungen gestellt, die bei der Verwendung in Hochleistungsmotoren im Normalfall nicht von einer einzigen Legierungsschicht erfüllt werden können. Es ist daher üblich, derartige Lagerelemente mehrschichtig auszubilden, wobei häufig ein Schichtverbund, bestehend aus einer Stahlstützschicht, einer Bindeschicht und einer auf der Bindeschicht angeordneten Lagermetallschicht verwendet wird. Im einfachsten Fall kann für die Bindeschicht eine Reinaluminiumfolie verwendet werden, wobei der damit gebildete Schichtverbund eine vergleichsweise geringe Dauerfestigkeit aufweist.

Um diesem Mangel abzuhelfen, wurde in der EP 0 672 840 A ein Gleitlager mit einer Stahlstützschale und einer walzplattierten Laufschicht aus einer Aluminiumlegierung mit dispergierten, weichen Einlagerungen vorgeschlagen, wobei die Laufschicht auf eine Schicht aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung aufgebracht ist. Der Grund für die erhöhte Dauerfestigkeit wurde vor allem darin gesehen, dass die aushärtbare Aluminiumlegierung bei einer Kaltumformung einer erheblich geringeren Versprödung und Verfestigung unterliegt, sodass eine Rissbildung weitgehend ausgeschlossen werden kann. N2006/02300 ·· ·· ♦ ♦ • ·· • · • · • • • · • · • · ·♦· • • · «·· • · * · • · ♦ ♦···4 · • · • · • · • • · · ·· ·· ·· • • ·· -2-

Aus der DE 40 37 746 A ist ein Lager aus einer Aluminiumlegierung mit einer verstärkten Verbindungsschicht bekannt, das aus einer Lagerschicht auf Aluminiumbasis, einer Verbindungsschicht und einer Stützschicht aus Stahl besteht, wobei die Verbindungsschicht eine Härte im Bereich von 40 % bis 70 % der der Lagerlegierungsschicht auf Aluminiumbasis, ausgedrückt als Härte nach Vickers, besitzt. Es soll damit verhindert werden, dass bei Verwendung des Lagers unter schwierigen Bedingungen ein Diffundieren der Hauptkomponenten der Lagerlegierung auf Aluminiumbasis in die Verbindungsschicht auftritt oder sich die Verbindungsschicht per se verformt, sodass sie lokal hervordringt oder aus den Endoberflächen des Lagers herauskommt.

Die DE 10 2004 025 557 A beschreibt eine aluminiumbasierte Mehrschichtlagerlegierung, welche durch Verbinden einer aus einer aluminiumbasierten Legierung hergestellten Lagerlegierungsschicht über eine aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Zwischenschicht mit einem Stahlrücken ausgebildet ist, wobei die Zwischenschicht aus zwei Schichten zusammengesetzt ist, d.h. einer unteren Schicht und einer oberen Schicht, wobei die untere Schicht, welche sich in Kontakt mit dem Stahlrückmetall befindet, eine geringere Härte als die obere Schicht aufweist. Da die untere Schicht weich ist, weist sie eine ausgezeichnete Verbindungseigenschaft für das Rückmetall auf, und da die obere Schicht hart ist, widersteht sie einer Belastung, welche auf die Lagerlegierungsschicht ausgeübt wird.

Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Mehrschichtlagerelement dahingehend zu verbessern, dass dieses eine höhere Dauerfestigkeit aufweist.

Diese Aufgabe der Erfindung wird jeweils eigenständig gelöst durch das eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung einer metallischen Bindeschicht für ein Gleitlagerelement, bei dem das zumindest eine metallische Element in der ersten Legierung in einem Anteil enthalten ist, der größer ist als der Anteil in der zweiten Legierung, und die beiden metallischen Schichten walzplattiert und danach wärmebehandelt werden, durch das Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gleitlagerelementes unter Verwendung der erfindungs-gemäßen Bindeschicht, sowie durch ein Gleitlagerelement, welches dieses Bindeschicht aufweist. N2006/02300

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Von Vorteil ist dabei, dass für die Herstellung der Bindeschicht zwei Schichten aus metallischen Legierungen verwendet werden können, die vorerst weich sind, sodass über das Walzplattieren eine hohe Haftung der beiden Schichten aneinander erzielt werden kann und dass durch anschließendes Diffundieren des zumindest einen metallischen Elementes in der Folge jene Schicht, in der dieses metallische Element im Vergleich zur anderen Schicht in einem geringen Anteil vorliegt, gehärtet wird. Es ist auf diese Weise möglich, an sich durch Walzplattieren schwer verbindbare Werkstoffe bzw. Legierungen einzusetzen. Es kann also damit eine Bindeschicht aufgebaut werden, die eine hohe Festigkeit im Lagermetallbereich aufweist.

Im Sinne der Erfindung werden unter schwer verbindbaren Werkstoffen Legierungen verstanden, welche eine hohe Sprödigkeit aufweisen, d.h. dass die Sprödigkeit so hoch ist, dass die Umformbarkeit durch Walzen bei Raumtemperatur in einem einzelnen Verformungsvorgang einen Wert von 10 % nicht erreicht, ohne dass Brüche, Anrisse, Risse oder auch Mikrorisse generiert werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Wärmebehandlung der Schichten nicht gesondert, sondern ausschließlich über die beim Walzplattieren entstehende Walzwärme. Es wird damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht und der apparative Aufwand erniedrigt.

Die Aushärtung der zweiten Legierung erfolgt durch Mischkristallbildung mit dem diffundierenden metallischen Element, insbesondere mit dem Matrixelement der zweiten Legierung der zweiten Schicht, also beispielsweise durch Aluminidbildung, bzw. kann es beim Walzplattieren auch zu spannungsinduzierten Ausscheidungen und damit zur Härtung dieser zweiten Schicht kommen. Dabei ist von Vorteil, wenn durch die Diffusion die Härte der zweiten Schicht um einen Wert gesteigert wird, der ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 10 % und einer oberen Grenze von 50 %, bezogen auf die Härte der Schicht vor der Diffusion. Durch diese Härtsteigerung wird dieser zweiten Schicht, insbesondere wenn diese im Bereich der Lagerlegierung innerhalb des Gleitlagerelementes angeordnet ist, eine Härte verliehen, die so hoch ist, dass Belastungen, welche über die Lagermetallschicht in das Lagerelement eingeleitet werden, zumindest zum Teil bereits von dieser zweiten Legierungsschicht aufgenommen werden können, sodass der N2006/02300

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Verbund der Bindeschicht mit der darunter liegenden Stützschicht vor einer Delamination besser geschützt ist. Unterhalb einer Härtesteigerung von 10 % ist dieser Effekt nicht ausreichend vorhanden, oberhalb von 50 % ist die Härte in der Bindeschicht für anschließende Walzplattierungen mit weiteren Schichten, beispielsweise der Lagermetallschicht, zu hoch, da es bei Schichten mit derartigen Härten zu einem Sprödbruch während des Walzplattierens kommen kann.

Bevorzugt wird die Wärmebehandlung so durchgeführt, dass die Härte in der zweiten Schicht um einen Wert gegenüber der Härte vor der Diffusion des zumindest einen metallischen Elementes ansteigt, der ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 % und einer oberen Grenze von 45 %, insbesondere aus einem Bereich ausgewählt ist aus mit einer unteren Grenze von 25 % und einer oberen Grenze von 35 %.

Bevorzugt wird das zumindest eine metallische Element ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Silizium, Kupfer, Zink, Magnesium, wobei diesem Element bevorzugt zumindest ein zusätzliches metallisches Element mit einer maximalen Gleichgewichtslöslichkeit von 1 Gew.-% in einer Aluminiummatrix zugesetzt wird, da diese einerseits beispielsweise in einer Aluminiummatrix als feste Lösung vorliegen können und gegebenenfalls zu einer Nachhärtung bei Verwendung des erfindungsgemäßen Lagerelements führen bzw. bilden diese Metalle intermetallische Phasen mit dem Matrixelement, also Aluminium, wobei Partikel entstehen können, die eine entsprechende Härte aufweisen bzw. Partikel entstehen, welche aufgrund ihres Habitus keine ausgesprochene Kerbwirkung erzeugen. Es werden also bevorzugt Partikel gebildet, welche keinen spitzen Habitus aufweisen, sondern bevorzugt zumindest annähernd rund oder knollenförmig oder polygonal sind.

Die maximale Gleichgewichtslöslichkeit ist die Löslichkeit bei der Temperatur, bei der lt. Phasendiagramm die Schmelze erstarrt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für das Walzplattieren von Legierungen und anschließende Aushärten zumindest einer dieser Legierungen, welche einen hohen Weichphasenanteil enthalten, d.h. einen Anteil an Weichphasenbildnem, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend Zinn, Blei, Wismut und Indium, wobei dieser Anteil ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 5 Gew.-% und einer oberen Grenze von 45 Gew.-%, bezogen auf die jeweilige Legierung. Durch diesen hohen Weichphasenanteil N2006/02300 • 99t: t:.. • ♦ « ··*· · • · ♦* -5-zumindest in der zweiten Legierung der zweiten Schicht, welche im erfmdungsgemäßen Lagerelement der Lagermetallschicht gegenüberliegend bzw. diese kontaktierend angeordnet sein kann, können dieser Schicht auch Notlaufeigenschaften verliehen werden, welche bei Abnützung der Lagermetallschicht zum Tragen kommen, sodass also in diesem Fall kein kompletter Lagerausfall auftritt. Es wird darüber hinaus erreicht, dass die Lagermetallschicht im Vergleich zu herkömmlichen Lagern dünner ausgeführt werden kann, wodurch wiederum eine Erhöhung der Dauerfestigkeit des erfmdungsgemäßen Lagerelementes erreicht wird.

Bevorzugt ist der Anteil an Weichphasenbildnem in zumindest eine der beiden Schichten, insbesondere der zweiten Schicht, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 15 Gew.-% und einer oberen Grenze von 40 Gew.-%, insbesondere ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 20 Gew.-% und einer oberen Grenze von 30 Gew.-%, bezogen auf die jeweilige Legierung.

In einer Ausführung des Verfahrens zur Herstellung des metallischen Gleitlagerelementes wird die Wärmebehandlung der Bindeschicht vor dem Walzplattieren mit der Stützschicht, insbesondere einer Stahlstützschicht, durchgeführt, wodurch eine Aluminidbildung im Verbindungsbereich Stützschicht/Bindeschicht vermieden wird, und so keine Beeinträchtigung der Strukturfestigkeit des Lagerelementes hierdurch auftritt. Es kann damit eine Stabilisierung der sich ausbildenden Phasen in der Bindeschicht erreicht werden, bevor diese walzplattiert wird.

Zur weiteren Erhöhung der Strukturfestigkeit des Gleitlagerelements ist es einerseits möglich, die Schichtdicke der ersten Schicht der Bindeschicht, die mit der Stützschicht in Kontakt steht, auszuwählen aus einem Bereich mit einer unteren von 1 pm und einer oberen Grenze von 250 pm bzw. kann die Schichtdicke der zweiten Schicht der Bindeschicht, die mit der Lagermetallschicht in Kontakt steht, eine Schichtdicke aufweisen, die ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 pm und einer oberen Grenze von 150 pm.

Die Schichtdicke der ersten Schicht kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 pm und einer oberen Grenze von 200 pm, bevorzugt ausgewählt sein N2006/02300 x; ♦· # ·· t· ·· ► ff · f « * I ♦·· • »· « ·· ·· -6 aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 μπι und einer oberen Grenze von 100 μηι.

Die Schichtdicke der zweiten Schicht kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 μηι und einer oberen Grenze von 100 μιη, bevorzugt ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 μιη und einer oberen Grenze von 500 μηι.

Insbesondere durch die Verwendung dünner Schichten, d.h. Schichten im Bereich zwischen 1 μηι und 30 μπι, bevorzugt 1 μηι und 10 μιη, die Diffusionswirkung verbessert.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Einfuhrend sei festgehalten, dass sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung so zu verstehen sind, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.

Ein erfindungsgemäßes Gleitlagerelement besteht in an sich bekannter Weise aus einer Stützmetallschicht, einer darauf angeordneten und mit dieser verbundenen Bindeschicht, sowie einer auf der Bindeschicht angeordneten und mit dieser verbundenen Lagermetallschicht.

Gegebenenfalls ist es möglich, dass zwischen der Stützmetallschicht und der Bindeschicht zumindest eine Diffusionssperrschicht, z.B. aus Nickel, Aluminium bzw. Aluminiumlegie-rungsschichten, angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, dass zwischen der Bindeschicht und der Lagermetallschicht eine derartige Diffusionssperrschicht angeordnet wird. Darüber hinaus ist es möglich, dass auf der Lagermetallschicht eine Gleitschicht als Einlaufschicht aufgebracht wird.

Die Stützschicht kann aus Stahl oder Messing bzw. einem Werkstoff bestehen, der dem Gleitlagerelement die erforderliche Festigkeit gibt. N2006/02300 ·· ·· ·· ···· • ·· • m • · f. • i · • · • · ··· • • 0 ·«· • · • · • · • ···· · · • · • · • · • • · · ♦ · ♦ · ♦ ♦ m • ·· -7-

Die Lagemetallschicht kann ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Legierungen auf Zinn-, Wismut-, Indium- oder Alrnniniumbasis sowie gegebenenfalls auf Bleibasis bzw. hochbleihältige CuPb-Basislegierungen. Insbesondere sind höherzinnhältige Zinnbasislegierungen von Vorteil und werden bevorzugt solche Lagemetalllegierungen eingesetzt, die walzplattiert werden können.

Einsetzbare Lagemetalle auf Bleibasis wären beispielsweise PbSblOSnö, PbSbl5SnlO, PbSbl5SnAs, PbSbl4Sn9CuAs, PbSnlOCu2, PbSnl8Cu2, PbSnl0TiO2, PbSn9Cd, PbSnlO.

Als Lagemetalle auf Zinnbasis sind beispielsweise zu nennen SnSb8Cu4 und SnSbl2Cu6Pb.

Lagemetalle auf Aluminiumbasis sind z.B. (zum Teil nach DIN ISO 4381 bzw. 4383): AlSnöCuNi, AlZn5SiCuPBMg, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSil lCu, AlSn6Cu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSil lCuMgNi, AlZn4SiPb;

Lagemetalle auf Kupferbasis sind z.B. (zum Teil nach DIN ISO 4383) CuPblOSnlO, CuSnlO, CuPbl5Sn7, CuPb20Sn4, CuPb22Sn2, CuPb24Sn4, CuPb24Sn, CuSn8P, CuPb5Sn5Zn, CuSn7Pb7Zn3, CuPblOSnlO, CuPb30;

Selbstverständlich können auch andere als die genannten Lagemetalle auf Aluminium-, Kupfer-, Blei- oder Zinnbasis verwendet werden.

Vorzugsweise werden jedoch bleifreie Lagemetalle verwendet.

Die Einlaufschicht kann beispielsweise als so genannter Zinn- oder Bleiflash, d.h. als dünner Überzug aus diesen Metallen gebildet sein bzw. kann die Gleitschicht auch durch einen Gleitlack gebildet werden, z.B. auf Basis von Polyamid 6, Polyamid 66, Polyoximethylen (POM), verschiedenste Silikone, Polyaryletherketon (PEK), Polyimid (PI), TPI, Polyaryletheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylidendifluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE) sowie diverse Mischungen daraus, gegebenenfalls mit zumindest einem Festschmierstoff versetzt, wie z.B. M0S2, Graphit, hexagonales BN, PTFE.

Beispielsweise kann die Einlaufschicht aus 32 Gew.-% ± 10 % Polyamidimid, 45Gew.-% ± 10 % M0S2 und 23 Gew.-% ± 10 % Graphit bestehen. N2006/02300 ·· »# ·· ···« • ·· • • • • • • • · • • • • • • · ··· • • • • • ♦ • ···· · t • • • • ♦ · • • · · ·· ·· • • ·· -8- Für die zumindest zwei Schichten der Bindeschicht werden bevorzugt Legierungen verwendet auf Basis von Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel oder Mangan.

Obwohl es im Rahmen der Erfindung möglich ist, unterschiedliche Basislegierungen sowohl für die zumindest zweischichtige Bindeschicht als für die Lagermetallschicht zu verwenden, sind Ausführungsvarianten bevorzugt, welche in den jeweiligen Legierungen das selbe Matrixelement aufweisen, also beispielsweise Aluminium als Hauptkomponente dieser Legierungen.

Die erste Legierung der ersten Schicht und/oder die zweite Legierung der zweiten Schicht der erfindungsgemäßen Bindeschicht kann zumindest ein Element enthalten, das ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Sc, Y, Zr, wobei deren Wirkungen in diesen Legierungen bereits ausreichend dokumentiert sind, sodass sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle erübrigt. Beispielsweise kann mit Hilfe von Skandium oder Yttrium oder Zirkonium eine Komverfeinerung erzielt werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Legierungen der beiden Schichten der Bindeschicht zumindest ein Element enthalten, welches aufgrund einer Wärmebehandlung von der ersten in die zweite Schicht diffundieren kann. Beispielsweise kann dieses Element aus einer Gruppe umfassend Silizium, Kupfer, Zink, Magnesium ausgewählt sein, mit der Maßgabe, dass dieses zumindest eine metallische Element in der ersten Legierung der ersten Schicht in einem Anteil enthalten ist, der größer ist als der Anteil dieses Elementes in der zweiten Legierung der zweiten Schicht. So kann dieser Anteil in der ersten Schicht ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,05 Gew.-% und einer oberen Grenze von 2,0 Gew.-%, insbesondere ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 Gew.-% und einer oberen Grenze von 1,5 Gew.-%, bevorzugt ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 Gew.-% und einer oberen Grenze von 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Legierung.

Der Anteil dieses zumindest einen metallischen Elementes in der zweiten Legierung der zweiten Schicht kann ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,02 Gew.-% und einer oberen Grenze von 1,5 Gew.-%, insbesondere ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,09 Gew.-% und einer oberen Grenze von 1,2 Gew.-%, vorzugsweise ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von N2006/02300 ·· ·· »· • · · · · • · · · ··· • · ♦ * · ♦ · ♦ · · · · · · ·· ·· ·· * ·«·· · • · • · • · • · ··· ···· · « • · · • ♦· 9 0,1 Gew.-% und einer oberen Grenze von 0,8 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Legierung, mit der Maßgabe, dass der Anteil dieses Elements in der zweiten Schicht geringer ist als in der ersten Schicht der Bindeschicht.

Des Weiteren kann in zumindest einer der beiden Legierungen, insbesondere jener Legierung, die in Einbaulage der Bindeschicht der Lagermetallschicht gegenüberliegend oder diese kontaktierend angeordnet ist, ein Anteil von zumindest einem Weichphasenbildner entsprechend obigen Angaben enthalten sein.

Beispiel 1

Die Bindeschicht besteht aus einer ersten Schicht, welche in Einbaulage der Stahlstützschicht gegenüber liegend bzw. diese kontaktierend angeordnet ist, welche durch Al-SilO gebildet wird. Die zweite Schicht besteht aus einer AlZnMgSi-Legierung, wie diese z.B. in sog. „Tri-Metall Lagern“ eingesetzt wird. Diese beiden Schichten werden miteinander walzplattiert und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur von 475 °C für einen Zeitraum von 8 Stunden. Während der Wärmebandlung diffundiert zumindest ein Teil des Siliziums aus der Al-SilO -Legierung in die AlZnMgSi-Legierung, wodurch in dieser ein übersättigter Mischkristall gebildet wird.

Danach wurde diese Bindeschicht mit einer Stahlstützschicht walzplattiert (mit einer Schichtdickenreduktion von 10 % pro Stich) und wurde auf diesen Verbund eine Lagermetallschicht aus AlZn4,5, einer Standardlagermetalllegierung für Gleitlager, durch Walzplattieren aufgebracht.

Durch die Wärmebehandlung wurde eine Härte erreicht, die um 5 % höher lag, als die Härte des gleichen Werkstoffes ohne Wärmebehandlung.

Dieses Gleitlagerelement wurde in der Folge mit einem Lagerelement, bestehend aus einer Stahlstützschicht, einer Aluminiumbindeschicht und einer AlZn4,5 Lagermetallschicht verglichen. Es konnte dabei festgestellt werden, dass das erfindungsgemäße Gleitlagerelement eine Fressgrenzlast aufwies, die um mindestens 15 % höher lag, als jene des Gleitlagerelementes nach dem Stand der Technik. Die Messung der Fressgrenzlast erfolgte dazu N2006/02300 ·· ·· »« ···· 9 f· • t · · · «· · • · · ♦ ·Μ · · · ·«· • · · I · · · ···· · * ······# ··· ·· ·· ·· · * ·* -10- mit einer üblichen Messstation, wobei die Gleitlagerelemente vor der Messung einer Einlaufphase unterzogen wurden, und danach die Prüflast schrittweise erhöht wurde.

Gegebenenfalls kann die Stahlstützschicht elektrolytisch vorbehandelt werden, z.B. vernickelt werden.

Die Lagermetallschicht kann auch durch andere Verfahren als das Walzplattieren auf den Verbund aus Stützschicht und erfmdungsgemäße Bindeschicht aufgetragen werden, beispielsweise mittels PVD-Verfahren, durch Sputterverfahren, durch galvanische Verfahren.

Die erste Legierung der ersten Schicht, also jener Schicht, die mit der Stützmetallschicht verbunden ist, kann eine Mikrohärte nach Vickers von mindestens 50 HV(10) aufweisen. Die zweite Legierung der zweiten Schicht, also jener Schicht, die mit der Lagermetalllegierung verbunden ist, kann vor der Wärmebehandlung eine Mikrohärte nach Vickers von maximal 45 HV(10), und nach der Wärmebehandlung eine Mikrohärte nach Vickers von mindestens 55 HV (10) aufweisen.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch denkbar, dass die erste Legierung der ersten Schicht vorerst härter ist und durch die Diffusion des zumindest einen metallischen Elementes in Bezug auf die zweite Legierung der zweiten Schicht weicher wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiters möglich, dass die Wärmebehandlung des aus der ersten und der zweiten Schicht gebildeten Bimetalls so durchgeführt wird, dass durch die Diffusion des metallischen Elementes in die zweite Schicht ein Konzentrationsgradient an dem zumindest einem metallischen Element in dieser zweiten Schicht eingestellt wird, sodass folglich in dieser zweiten Schicht auch ein Gradient für die Härte erhalten wird. Insbesondere wird der Gradient so ausgebildet, dass die höchste Härte im Bereich der Lagermetallschicht ausgebildet wird und diese Härte in Richtung auf die erste Schicht abnimmt.

Es ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine feste Bindeschicht mit einer festen Lagermetallschicht zu verbinden. Gegebenenfalls kann die Wärmebehandlung auch mit dem oder durch das Walzplattieren mit der Lagermetallschicht und insbesondere vor der Walzplattierung mit der Stahlstützschicht erfolgen. N2006/02300 ·· ·· ·· ···· 9 • • • • • 9 9 • · 9 • ·»· 9 9 9 • • 9 • ♦ 9 9 99 9 • · 9 • • • 9 9 99 99 ·· 9 9 ·· ··· • · • · ·· -11 -

Unter dem Begriff „fest“ werden insbesondere Schichten mit einer Wechselbiegefestigkeit ab 80 MPa bei 2 x 106 Zyklen bis zum Bruch verstanden.

Die erfindungsgemäßen Lagerelemente können in Form von Gleitlagern, wie Gleitlagerhalbschalen oder Volllagem, als Anlaufringe oder dgl. ausgebildet sein, wie diese Formen von Lagerelementen bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Die Ausfuhrungsbeispiele beschreiben mögliche Ausfuhrungsvarianten der Bindeschicht, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell beschriebenen Ausfuhrungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfuhrungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausfuhrungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst. N2006/02300

Claims

tt ·· »· ···♦ t ·« • • • · ♦ · • · • · • · • · ··· • • • » « t · • • • · • · · • · · ·· ·* ·· · • ·· - 1 Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Bindeschicht für ein Gleitlagerelement, das eine erste Schicht aus einer ersten Legierung und eine zweite Schicht aus einer zweiten Legierung umfasst, wobei die beiden Legierungen zumindest ein metallisches Element aufweisen, das sowohl Bestandteil der ersten Legierung als auch der zweiten Legierung ist, und wobei dieses zumindest eine metallische Element in der ersten Legierung in einem Anteil enthalten ist, der größer ist als der Anteil in der zweiten Legierung, umfassend die Schritte: a. ) Walzplattieren der ersten Schicht mit der zweiten Schicht und b. ) Wärmebehandeln der beiden Schichten, damit ein Anteil des zumindest einen me tallischen Elementes aus der ersten Schicht in die zweite Schicht diffundiert, und in der zweiten Schicht Mischkristalle mit diesem Element, insbesondere übersättigte, gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung der beiden Schichten ausschließlich durch die beim Walzplattieren entstehende Walzwärme durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Diffusion die Härte der zweiten Schicht um einen Wert gesteigert wird, der ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 10 % und einer oberen Grenze von 50 %, bezogen auf die Härte der Schicht vor der Diffusion. N2006/02300 • · · · · • · · · ··· • · · · · · • · · · · · ·· ·# ·· ···· · ·· • · · • · · ··· * «···* · • · · · • · ·· -2-
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine metallische Element ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Si, Cu, Zn, Mg.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen metallischen Element zumindest ein zusätzliches metallisches Element mit einer maximalen Gleichgewichtslöslichkeit von 1 Gew.-% in einer A-luminiummatrix zugesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine der beiden Schichten eine Legierungen verwendet wird, die einen Anteil an einem Weichphasenbildner enthalten, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend Sn, Pb, Bi, In, der ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 5 Gew.-% und einer oberen Grenze von 45 Gew.-%, bezogen auf die jeweilige Legierung.
7. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gleitlagerelementes, nach dem auf einer Stützschicht eine Bindeschicht und auf der Bindeschicht eine Lagermetallschicht angeordnet wird und zumindest die Bindeschicht mit der Stützschicht walzplattiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindeschicht nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Walzplattieren eine Wärmebehandlung der Bindeschicht durchgefuhrt wird.
9. Bindeschicht für ein Gleitlagerelement, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
10. Gleitlagerelement umfassend eine Stützschicht, eine Bindeschicht und eine Lagermetallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindeschicht aus zumindest zwei Schichten nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist. N2006/02300 ·· ·· ·· ···· • »· • • • • • • • • • • • · • M • • · ··· • • • • • · • «··· • · • • • • • · • • • · ·# ·· ·· • • ·· ο ι 1. Gleitlagerelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht der Bindeschicht, die mit der Stützschicht in Kontakt steht, eine Schichtdicke aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 pm und einer oberen Grenze von 250 pm.
12. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, dass die zweite Schicht der Bindeschicht, die mit der Lagermetallschicht in Kontakt steht, eine Schichtdicke aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 pm und einer oberen Grenze von 150 pm. Miba Gleitlager GmbH durch

N2006/02300 -1 - • · · • · * • · * »· (Neue) Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Bindeschicht für ein Gleitlagerelement, das eine erste Schicht aus einer ersten Legierung auf Basis von Al, Cu, Zn, Ni oder Mn als Matrixelement und eine zweite Schicht aus einer zweiten Legierung auf Basis von Al, Cu, Zn, Ni oder Mn als Matrixelement umfasst, wobei die beiden Legierungen zumindest ein metallisches Element aufweisen, das sowohl Bestandteil der ersten Legierung als auch der zweiten Legierung ist und das durch Si, Zn, oder Mg, gebildet ist, mit der Maßgabe, dass dieses Element ungleich dem Matrixelement ist, und wobei dieses zumindest eine metallische Element in der ersten Legierung in einem Anteil enthalten ist, der größer ist als der Anteil in der zweiten Legierung, wobei der Anteil des Elementes in der ersten Legierung zwischen 0,05 Gew.-% und 2 Gew.-% beträgt, wobei die erste Schicht mit der zweiten Schicht walzplattiert wird und die beiden Schichten wärmebehandelt werden, damit ein Anteil des zumindest einen metallischen Elementes aus der ersten Schicht in die zweite Schicht diffundiert, und in der zweiten Schicht Mischkristalle mit diesem Element, insbesondere übersättigte, gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Legierung eine Legierung verwendet wird, in der der Anteil des Elementes zwischen 0,02 Gew.-% und 1,5 Gew.-% beträgt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine der beiden Schichten eine Legierungen verwendet wird, die einen Weichphasenbildner enthält, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend Sn, Pb, Bi, In, mit einem Anteil zwischen 5 Gew.-% und 45 Gew.-%, bezogen auf die jeweilige Legierung. 3. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Bindeschicht für ein Gleitlagerelement, das eine erste Schicht aus einer ersten Aluminiumlegierung und eine zweite Schicht aus einer zweiten Aluminiumlegierung umfasst, wobei die beiden Legierungen zumindest ein metallisches Element aufweisen, das sowohl Bestandteil der ersten Legierung als auch der zweiten Legierung ist, und wobei dieses zumindest eine metallische Eie- 1 NACHGEREICHT | A2007/00901 ► · I. 1 » * · 4 9 · · « » · « 4 t« ·· 4 t · * ·♦· ··· • * * • · · • f ·*· ··· -2- ment in der ersten Legierung in einem Anteil enthalten ist, der größer ist als der Anteil in der zweiten Legierung, wobei die erste Schicht mit der zweiten Schicht walzplattiert wird und die beiden Schichten bei 475 °C wärmebehandelt werden, damit ein Anteil des zumindest einen metallischen Elementes aus der ersten Schicht in die zweite Schicht diffundiert, und in der zweiten Schicht übersättigte Mischkristalle mit diesem Element gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Legierung AlSilO und als zweite Legierung AlZnMgSi verwendet werden und die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von 8 Stunden erfolgt. 4. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gleitlagerelementes, nach dem auf einer Stützschicht eine Bindeschicht und auf der Bindeschicht eine Lagermetallschicht angeordnet wird und zumindest die Bindeschicht mit der Stützschicht walzplattiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindeschicht nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung der Bindeschicht vor dem Walzplattieren der Bindeschicht mit der Stützschicht durchgefuhrt wird. 6. Gleitlagerelement umfassend eine Stützschicht, eine Bindeschicht und eine Lagermetallschicht, wobei die Bindeschicht zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindeschicht nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt ist und die erste Schicht der Stützschicht und die zweite Schicht der Lagermetallschicht gegenüberliegend angeordnet sind. Miba Gleitlager GmbH durch DrNSecklehner A2007/00901 NACHGEREICHT