DE102004043914A1 - Bronze slip bearing is fabricated by cold gas spray application of a suitable alloy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerbauteil mit einer aufgebrachten Schicht aus einem Lagermetall.The The invention relates to a sliding bearing component with an applied Layer of a bearing metal.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Lagermetall eines Gleitlagerbauteils.The The invention further relates to a method for applying a Layer of bearing metal of a sliding bearing component.
Derartige Gleitlagerbauteile sind als Verbundwerkstoffe ausgebildet, bei denen eine Schicht aus Lagermetall auf einem Grundkörper aufgebracht wird. Das Lagermetall bestimmt hierbei im wesentlichen die Eigenschaften des Gleitlagerbauteils hinsichtlich der Belastbarkeit, der Verschleißbeständigkeit und der Gleitgeschwindigkeiten. Hierbei spielen eine Reihe von Werkstoffeigenschaften des Lagermetalls eine Rolle, beispielsweise Reibung, Einlaufverhalten, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, chemische Eigenschaften und chemische Stabilität, Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit. Diese Werkstoffeigenschaften der Lagermetalle werden durch den Herstellungsprozess der Lagermetallschicht beeinflusst.such Slide bearing components are designed as composite materials in which a layer of bearing metal is applied to a base body. The Lagermetall essentially determines the properties of the Slide bearing component in terms of load capacity, wear resistance and the sliding speeds. Here are a number of material properties the bearing metal has a role, for example friction, running-in behavior, thermal conductivity, electric conductivity, chemical properties and chemical stability, machinability and ductility. These material properties of the bearing metals are determined by the manufacturing process the bearing metal layer influenced.
Bislang werden solche Lagermetallschichten mittels Lötverfahren auf dem Grundkörper aufgebracht. Dieses Verfahren ist jedoch bedingt durch die separate Herstellung und Bearbeitung des Lagermetalls und des Grundkörpers sowie des Lötverfahrens zum Verbinden des Grundkörpers mit dem Lagermetall sehr aufwendig und kostenintensiv. Zudem ist bereits bekannt, die Lagermetalle auf den Grundkörper mittels Sintertechnik oder Gießtechnik aufzubringen. Darüber hinaus werden Lagermetalle auf den Grundkörper zur Herstellung einer Gleitlageroberfläche mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht. Bei diesen Verfahren, bei denen das Lagermetall durch Sintertechnik, Gießtechnik oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf den Grundkörper aufgebracht wird, wird das Lagermetall zum Aufbringen auf den Grundkörper vollständig aufgeschmolzen, wodurch zum Aufbringen des Lagermetalls auf den Grundkörper eine hohe thermische Energie benötigt wird und auf das Lagermetall sowie den Grundkörper übertragen wird. Hierdurch ergibt sich ein hoher Herstellaufwand für die Lagermetallschicht. Zudem kann es durch die hohe thermische Belastung neben thermisch induzierten Spannungen in dem Lagermetall sowie dem Grundkörper zum Ausbrennen der Legierungselemente der Lagermetalle und zu Gefügeveränderungen im Grundkörper kommen, wodurch die Festigkeit des Grundkörpers und die Werkstoffeigenschaften der Lagermetalle beeinflusst und beeinträchtigt werden können. Hierdurch können negative Effekte bezüglich der Belastbarkeit, der Verschleißbeständigkeit und der Gleitgeschwindigkeiten des Gleitlagerbauteils auftreten.So far Such bearing metal layers are applied by means of soldering on the base body. However, this method is due to the separate production and processing of the bearing metal and the base body and the soldering for Connecting the body with the bearing metal very expensive and expensive. In addition is already known, the bearing metals on the body by sintering or casting technique applied. About that In addition, bearing metals on the body to produce a friction bearing surface applied by high-speed flame spraying. In these Process in which the bearing metal by sintering technology, casting technology or high velocity flame spraying applied to the body is, the bearing metal is completely melted for application to the body, whereby for applying the bearing metal to the base body a high thermal energy needed is transferred to the bearing metal and the base body. This results there is a high manufacturing cost for the bearing metal layer. In addition, it can be due to the high thermal load in addition thermally induced stresses in the bearing metal and the base body for Burnout of the alloying elements of the bearing metals and structural changes in the main body come, reducing the strength of the body and the material properties bearing metals can be influenced and impaired. hereby can negative effects regarding the load capacity, the wear resistance and the sliding speeds of the Slide bearing components occur.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlagerbauteil der eingangs genannten Art und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, das bei geringem Herstellaufwand eine Schicht aus Lagermetall in hochwertiger Qualität ermöglicht.Of the The present invention is based on the object, a sliding bearing component of the aforementioned type and a method of the aforementioned Kind available deliver that with low manufacturing costs a layer of bearing metal in high quality allows.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Gleitlagerbauteils dadurch gelöst, dass die Schicht aus dem Lagermetall eine mittels Kaltgasspritzen aufgebrachte Schicht ist, und hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass die Schicht aus Lagermetall mittels Kaltgasspritzen aufgebracht wird.These Task is solved in terms of the sliding bearing component in that the layer of the bearing metal applied by means of cold gas spraying Layer is, and in terms of the method solved in that the layer of bearing metal applied by cold gas spraying becomes.
Erfindungsgemäß wird somit die Lagermetallschicht auf dem Grundkörper des Gleitlagerbauteils mittels Kaltgasspritzen aufgebracht. Die Erfindung geht hierbei von der wesentlichen Eigenschaft des Kaltgasspritzens aus, dass das in Pulverform und somit als Pulverpartikel zum Einsatz kommende Lagermetall beim Kaltgasspritzen in einem "kalten" Gasstrahl auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird, wobei die Pulverpartikel im Gasstrahl nicht geschmolzen werden. Die Lagermetallschicht wird hierbei durch das Auftreffen der Lagermetallpartikel auf dem Grundkörper mit hoher kinetischer Energie hergestellt. Ein Ausbrennen von Legierungselementen des Lagermetalls und somit eine Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften des Lagermetall beim Aufbringen der Lagermetallschicht auf den Grundkörper mittels Kaltgasspritzen kann somit wirksam vermieden werden.Thus, according to the invention the bearing metal layer on the base body of the sliding bearing component applied by means of cold gas spraying. The invention goes here from the essential feature of cold gas spraying, that the bearing metal in powder form and thus used as powder particles when cold gas spraying in a "cold" gas jet to high Speeds is accelerated, with the powder particles in the Gas jet can not be melted. The bearing metal layer is in this case by the impact of the bearing metal particles on the body with high kinetic energy produced. Burnout of alloying elements of the Bearing metal and thus an influence on the material properties the bearing metal when applying the bearing metal layer on the body by means of Cold gas spraying can thus be effectively avoided.
Die Temperatur des Gasstrahles kann hierbei unterhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls oder in geringem Maße oberhalb der Schmelztemperatur des Lagermetalls liegen, wobei jedoch ein Aufschmelzen der Lagermetalle nicht stattfindet. Bei einem derartigen Aufheizen des Gasstrahls auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls oder auf Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls wird jedoch selbst bei derartigen Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls aufgrund der extrem kurzen Verweilzeit der Lagermetalle im Gasstrahl im Bereich von Millisekunden ein Schmelzen oder auch ein Anschmelzen der Lagermetalle verhindert. Die Bedeutung der höheren Gastemperaturen bzw. der Vorteil der Erwärmung des Gases liegt darin, dass in heißeren Gasen die Schallgeschwindigkeit höher ist und dadurch auch die Partikelgeschwindigkeit der Lagermetalle vergleichsweise größer wird und die Lagermetallpartikel zur besseren plastische Verformung beim Aufprall erwärmt sind.The Temperature of the gas jet can here below the melting point the bearing metal or slightly above the melting temperature of the bearing metal, but with a melting of the bearing metals not taking place. In such a heating of the gas jet to temperatures below the melting point of the bearing metal or at temperatures of the gas jet of 100 K up to 200 K above However, the melting point of the bearing metal is even at such temperatures the gas jet from 100 K up to 200 K above the melting point of the bearing metal due to the extremely short residence time of the bearing metals in the gas jet in the range of milliseconds a melting or else prevents melting of the bearing metals. The importance of higher gas temperatures or the advantage of heating of gas is that in hotter gases the speed of sound is higher and thereby also the particle velocity of the bearing metals comparatively gets bigger and the bearing metal particles for better plastic deformation during Impact are heated.
Das Kaltgasverfahren besitzt gegenüber den bisherigen Verfahren zur Herstellung einer Lagermetallschicht eine Reihe von weiteren Vorteilen. Beim Aufprall auf den Grundkörper bilden die Lagermetallpartikel, die in dem Gasstrahl nicht schmelzen, eine dichte und fest haftende Schicht, wodurch eine nahezu porenfreie Lagermetallschicht mit geringer Porosität und somit hoher Verformbarkeit erzielt wird. Aufgrund der geringen thermischen Energie beim Kaltgasspritzen kann zudem eine Oxidation und/oder eine Phasenumwandlung des Lagermetalls vermieden werden, wodurch eine nahezu oxidfreie Lagermetallschicht erzielt wird. Die mit dem Kaltgasspritzverfahren erzeugten Lagermetallschichten besitzen keine oder zumindest keine ausgeprägte Textur, d.h. es gibt keine Vorzugsorientierung der einzelnen Körner oder Kristalle. Es kann somit eine Lagermetallschicht mit einer hohen Haftzugfestigkeit erzielt werden. Die thermische Einwirkung auf die Oberfläche des Grundkörpers ist zudem verringert, wodurch ungewollte Veränderungen der Materialeigenschaften des Grundkörpers und thermische Spannungen im Grundkörper und somit ein Verzug des Gleitlagerbauteils verhindert oder zumindest merklich verringert werden können. Ebenso werden beim Kaltgasspritzen weitgehend Änderungen in der Struktur des Grundkörpers unterbunden.The cold gas process has over the Previous methods for producing a bearing metal layer have a number of further advantages. Upon impact with the base body, the bearing metal particles which do not melt in the gas jet form a dense and firmly adhering layer, whereby a virtually pore-free bearing metal layer with low porosity and thus high ductility is achieved. Due to the low thermal energy during cold gas spraying also oxidation and / or a phase transformation of the bearing metal can be avoided, whereby a nearly oxide-free bearing metal layer is achieved. The bearing metal layers produced by the cold gas spraying process have no or at least no pronounced texture, ie there is no preferential orientation of the individual grains or crystals. Thus, a bearing metal layer having a high adhesive tensile strength can be obtained. The thermal effect on the surface of the body is also reduced, whereby unwanted changes in the material properties of the body and thermal stresses in the body and thus a delay of the sliding bearing member can be prevented or at least significantly reduced. Likewise, changes in the structure of the base body are largely prevented during cold gas spraying.
Weitere Vorteile ergeben sich, da durch den fokussierten Spritzstrahl beim Kaltgasspritzen die Lagermetallschicht gezielt auf den Grundkörper im benötigten Bereich aufgebracht werden kann, wodurch gegenüber Verfahren des Standes der Technik ein geringerer Materialeinsatz des Lagermetalls durch die gezielt aufgebrachte und in der Schichtdicke verringerte Lagermetallschichten erzielt werden kann.Further Benefits arise because of the focused spray jet Cold gas spraying the bearing metal layer targeted to the body in required Range can be applied, which compared to the state of the art Technik a lower material use of the bearing metal by the specifically applied and reduced in layer thickness bearing metal layers can be achieved.
Insgesamt wird somit durch das Kaltgasspritzen der Lagermetallschicht eine wirtschaftliche Herstellung eines Gleitlagerbauteils bzw. ein wirtschaftliches Verfahren zum Aufbringen einer Lagermetallschicht eines Gleitlagerbauteils mit geringem Herstellaufwand zur Verfügung gestellt, wobei sich gezeigt hat, dass infolge der geringen thermischen Energie und der Vorteile des Kaltgasspritzens hinsichtlich Oxidfreiheit, Porenfreiheit und hoher Haftzugfestigkeit der aufgebrachten Lagermetallschicht sowie der verfahrensimplizierten Einstelloptionen beim Kaltgasspritzen, insbesondere durch eine Anpassung der Schichteigenschaften der Lagermetallschicht und durch eine einfache Anpassung der Materialzusammensetzung des Lagermetalls, eine Gleitlageroberfläche des Gleitlagerbauteils mit verbesserter und hochwertiger Qualität, insbesondere hinsichtlich der Belastbarkeit, der Verschleißbeständigkeit und der Gleitgeschwindigkeiten, erzielt werden kann und ein Gleitlagerbauteil an die unterschiedlichsten Anforderungen und Anwendungen auf einfache Art und Weise angepasst und hergestellt werden kann.All in all Thus, by the cold gas spraying of the bearing metal layer a economic production of a sliding bearing component or an economical Method for applying a bearing metal layer of a sliding bearing component provided with a low manufacturing cost, where shown has that as a result of low thermal energy and advantages the cold gas spraying with respect to freedom from oxides, pores and high adhesive tensile strength of the applied bearing metal layer and the process-simulated setting options for cold gas spraying, in particular by an adaptation of the layer properties of the bearing metal layer and by a simple adaptation of the material composition of the Bearing metal, a sliding bearing surface of the sliding bearing component with improved and high quality, especially in terms of load capacity, wear resistance and sliding speeds, can be achieved and a sliding bearing component to the most diverse Customized requirements and applications in a simple way and can be made.
Durch das Kaltgasspritzen können Gleitlagerbauteile mit einer Lagermetallschicht aus unterschiedlichen Lagermetallen hergestellt werden. Als Lagermetall kann Bronze, insbesondere eine Kupfer-Zinn-Legierung, beispielsweise Cu-Sn oder Cu-Sn-Sb, oder eine Kupfer-Blei-Legierung, beispielsweise Cu-Pb-Sn, oder eine Kupfer-Aluminium-Legierung, beispielsweise Cu-Al, verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich, Blei-Zinn-Legierungen, beispielsweise Pb-Sn-Sb, oder eine Aluminium-Zinn-Legierungen, beispielsweise Al-Sn-Cu, als Lagermetall zu verwenden.By the cold gas spraying can Slide bearing components with a bearing metal layer of different Lagermetallen be produced. As a bearing metal can bronze, in particular a copper-tin alloy, for example Cu-Sn or Cu-Sn-Sb, or a copper-lead alloy, for example Cu-Pb-Sn, or a Copper-aluminum alloy, for example, Cu-Al. It is also possible lead-tin alloys, for example Pb-Sn-Sb, or an aluminum-tin alloy, for example Al-Sn-Cu, to be used as bearing metal.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Gleitlagerbauteils in einer hydrostatischen Verdrängermaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, als Gleitlagerschale und/oder als Gleitschuh und/oder als Buchse und/oder als Steuerscheibe. Mit einem als Verbundwerkstoff ausgebildeten Gleitlagerbauteil, das mit einer durch Kaltgasspritzen hergestellten Lagermetallschicht versehen ist, kann bei einer Axialkolbenmaschine mit geringem Herstellaufwand eine Gleitlagerschale zur Lagerung einer beispielsweise als Schwenkscheibe ausgebildeten Schwenkwiege, und/oder ein Gleitschuh, mittels dem ein Kolben auf einer Gleitfläche der Schwenkwiege abgestützt ist, und/oder eine Buchse zur Lagerung des Kolbens in einer Kolbenbohrung einer Zylindertrommel und/oder eine Steuerscheibe, die am Gehäuse befestigt ist und zur Verbindung der rotierenden Zylindertrommel mit einem Hochdruck- und Niederdruckanschluss ausgebildet ist, mit verbesserter Qualität der Gleitlageroberfläche und verringertem Materialeinsatz für das Lagermetall hergestellt werden.Special Advantages arise when using a slide bearing component according to the invention in a hydrostatic displacement machine, in particular an axial piston machine, as a plain bearing shell and / or as a sliding shoe and / or as a socket and / or as a control disk. With a composite material trained sliding bearing component, the one by cold gas spraying provided bearing metal layer is provided, in an axial piston machine with low production costs a plain bearing shell for storage an example designed as a swash plate pivoting cradle, and / or a sliding shoe, by means of which a piston on a sliding surface of Swivel cradle supported is, and / or a bushing for supporting the piston in a piston bore a cylinder drum and / or a control disk which is attached to the housing is and to connect the rotating cylinder drum with a High-pressure and low-pressure connection is formed, with improved quality the sliding bearing surface and reduced material use for the bearing metal produced become.
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