DE1458487B1

DE1458487B1 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmierender, Trockenschmiermittel enthaltender Werkstoffe

Info

Publication number: DE1458487B1
Application number: DESCH33753A
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-08-24
Filing date: 1963-08-24
Publication date: 1970-09-24
Also published as: GB1065294A; AT246501B; CH447624A; SE307819B; BE652216A; US3343953A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Metallträgers einbrachte. Auch dadurch kann aber

pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmieren- keine ausreichende Bindung der festen Schmiermittel

der, Trockenschmiermittel, wie z. B. Metallsulfide, an das tragende Skelett erzielt werden und es ergibt

Metalloxyde oder Graphit, enthaltender Werkstoffe sich ein zusätzlicher Nachteil durch die begrenzte

für Lager und gleitende Teile. 5 Warmfestigkeit der nichtmetallischen Stoffe.

Die Verwendung von Trockenschmiermitteln zur Auch die Einlagerung von Trockenschmiermitteln Verminderung des Reibungskoeffizienten zwischen allein in nichtmetallische Werkstoffe, wie z. B. Polygleitenden Flächen, bei denen Schmieröle oder Fette tetrafluoräthylen oder Polyamid, führt zu denselben nicht verwendet werden können oder wo Notlauf- Nachteilen. Zu der zu geringen Warmfestigkeit dieser eigenschaften erwünscht sind, ist bekannt. Als 10 Stoffe kommt hinzu, daß bei ihnen die Widerstands-Trockenschmiermittel werden dabei vorzugsweise fähigkeit gegen höhere mechanische Beanspruchung, Stoffe verwendet, die gleitfähige Kristallgitterebenen z. B. Lagerdruck und dergleichen, fehlt. Entsprechenhaben. Vor allem werden Stoffe, wie Metalldisulfide, des gilt für die Beimengung von Trockenschmierverwendet, bei denen eine Bindung an das Metall mitteln zu sogenannten Gleitlacken,
der Gleitflächen durch die Nebenvalenzen der ₁₅ Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Schwefelatome erzielt wird. beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine feste

Die Auftragung von solchen festen Schmiermitteln Verankerung der Trockenschmiermittelteilchen zu auf die Gleitflächen, ζ. B. Lager, Zapfen oder Zahn- erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfinflanken, hat nur eine beschränkte Wirkung, da die dungsgemäß vorgeschlagen, daß Trockenschmiermitso gebildeten Gleitmittelfilme laufend abgetragen und ao telteilchen, deren größte Dimension wenige Mikron zerstört werden. Man hat daher versucht, die Trok- bis weniger als 1 Mikron beträgt, durch direkte Abkenschmiermittel in die die gleitenden Flächen dar- scheidung von Metallatomen auf ihrer Oberfläche stellenden Werkstoffe in Form von Depots bildenden mittels thermischer Zersetzung einer Metallverbin-Nestern einzubauen, aus denen der Gleitmittelfilm dung mit einer kohärenten, festhaftenden Metalllaufend ergänzt werden soll. Diese Depots werden 25 kapsel umhüllt werden und daß anschließend diese angeschliffen, wenn durch Aufreißen des Gleit- umhüllten Teilchen, gegebenenfalls unter Zusatz von films ein Abtragen des die Gleitflächen bildenden organischen und/oder anorganischen Füllstoffen, mit-Materials eintritt. einander zu einem kompakten Werkstoff verbunden

Die Schwierigkeit besteht darin, diese Schmier- werden.

mitteldepots in ein Material einzubauen, das den 30 Die bei der thermischen Zersetzung der Metall-Ansprüchen an mechanische Festigkeit, z. B. an mit verbindung freiwerdenden Metallatome formen sich wachsenden Motorleistungen immer mehr ansteigen- erst an der Oberfläche der Schmiermittelteilchen zu dem Lagerdruck, und an Warmfestigkeit genügt. Kristallgittern, wodurch eine kohärente, d. h. fest zu-Andererseits muß das Trockenschmiermittel in das sammenhängende Kapsel um jedes Schmiermittelumgebende Material so eingebaut werden, daß es 35 teilchen gebildet wird, die je nach dem verwendeten den Depots sparsam und immer nur in dem Maße Metall eine Festigkeit von 200kp/mm² (Ni) bis zu entnommen wird, in dem der Gleitfilm ergänzt wer- 800 kp/mm² (Fe + C) haben kann. Durch diese den muß. Metallkapsel wird jedes Schmiermittelteilchen so fest

Diese Aufgaben konnten bisher nur unvollständig gehalten, daß es nicht aus dem Verband herausgegelöst werden. Verwendet man ein Material, das den 40 brochen werden kann, sondern entsprechend der Ansprüchen an Druck- und Warmfestigkeit genügt, Abnutzung der Gleitfläche abgetragen wird. Ein weiwie durch Versintern hergestellte Metallskelette, in terer überraschender Vorteil besteht darin, daß bei deren Poren oder Öffnungen die festen Schmiermittel der Verbindung der metallumhüllten Schmiermittelbeim Verpressen oder nachträglich eingebracht wer- teilchen durch einen Sintervorgang das Sintern bei den, so ist eine ausreichende Fixierung der Schmier- 45 einer wesentlich niedrigeren Temperatur als normal mittel in dem umgebenden tragenden Skelett nicht durchgeführt werden kann, was auf den außerordentmöglich. Beim Anschleifen derartiger Depots treten Hch feinkörnigen Aufbau der Metallkapsel zurücksie daher zunächst in zu kurzer Zeit und in zu zuführen ist. Diese niedrige Sintertemperatur ermöggroßer Menge aus, was zu einem Zerreiben von licht es, als Trockenschmiermittel auch Molybdän-Schmiermittelpartikeln zwischen den gleitenden Flä- 50 disulfid zu verwenden, das sich bei der üblichen chen und damit zu einem übermäßigen, nutzlosen Sintertemperatur von Nickel oder Eisen, die bei 900 Verbrauch des Gleitmaterials führt. In der darauf bis 1000° C liegt, chemisch bereits umwandeln und folgenden Phase setzt nämlich die Nachlieferung des , keine Schmiereigenschaften mehr aufweisen würde.
Schmiermittels aus, da die Depots durch vorzeitiges ;/--. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht mit Herausfallen der Schmiermittel bereits entleert sind. 55 bekannten Verfahren zu vergleichen, bei denen Es kommt also zu einem erneuten vorzeitigen Ab- Graphitteilchen durch Einbringen in eine Kupfertragen des Metallskelettes bis zum Aufschließen sulfatlösung mit einem dünnen Kupferfilm überzogen tiefer liegender Schmiermittelnester, worauf sich werden und die überzogenen Graphitpartikel dann dann der beschriebene Vorgang wiederholt. Dieses mit flüssigem Lagermetall gemischt werden, so daß Verfahren führt also zu einem zu hohen Verbrauch 60 eine feine Verteilung des Graphits in dem fertigen an Trockenschmiermittel, ohne das Ziel einer Dauer- Werkstoff vorhanden ist. Der auf diese Weise erschmierung erreichen zu können. zeugte Kupferfilm besteht aus einer Aggregation von

Man hat auch versucht, eine Fixierung der Schmier- Einzelkristallen, die nur eine nicht fest zusammen-

mittel in den Poren des Metallskelettes dadurch zu hängende Umhüllung ergibt, da die Kristalle lediglich

erreichen, daß man sie in nichtmetallische Stoffe, 65 durch Adhäsionskräfte zusammengehalten werden.

z. B. Polyamid oder Polytetrafluoräthylen, einbaute Ein solcher Film kann daher das Ausbrechen der

und die so gebundenen Schmiermittel zusammen mit Graphitteilchen aus dem umgebenden Material nicht

ihrem Trägerstoff in die Poren oder Höhlungen des verhindern.

Schließlich ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Gleitkörpern aus Metallen oder Legierungen mit nichtmetallischen Zusatzstoffen, z. B. Graphit, bekannt, bei dem in einen Behälter ein Metall eingebracht und durch eine dicke Schicht des Zusatzstoffes bedeckt wird. Dann wird das Metall so stark erhitzt, daß es verdampft. Die sich bildenden Metalldämpfe werden auf dem Zusatzstoff niedergeschlagen und sollen auch in alle Unebenheiten der Zusatzstoffteilchen eindringen und die einzelnen Teilchen umhüllen. Dieses Verfahren hat den grundsätzlichen Nachteil, daß die hohe Verdampfungstemperatur aller Metalle die Verwendung von Molybdändisulfid als einem der wichtigsten Trockenschmiermittel unmöglich macht, da dieser Stoff bei diesen Temperaturen bereits chemisch reagiert und dann keinerlei Schmierwirkung mehr aufweist. Das Metall scheidet sich auf den Teilchen auch in Form von sehr großen Kristaliten ab, wodurch die Festigkeit der Metallhülle und die Bindung des Metalls an den Teilchen beeinträchtigt wird. Schließlich erfordern die hohen, zur Metallverdampfung erforderlichen Temperaturen komplizierte und kostspielige Apparaturen.

Die Verbindung der eingekapselten Schmiermittelteilchen miteinander erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch Sintern, gegebenenfalls unter Zugabe von Metallpulver, wobei die niedrigere Sintertemperatur die Verwendung von Eisen oder Nickel bei Molybdändisulfid ermöglicht. Wie Versuche ergeben haben, kann eine Sinterung von mit einer Nickel- oder Eisenschicht umhüllten Molybdändisulfid-Kristallen bereits bei einer Temperatur unter 650° C, vorzugsweise durch Heißpressen, durchgeführt werden, so daß keine Gefahr einer thermischen Zersetzung des Molybdändisulfids besteht.

Die metallisch umhüllten Schmiermittelteilchen können auch unter Fortführung der thermischen Zersetzung der Metallverbindung infolge Metallabscheidung in ihren Zwischenräumen oder mit Hilfe organischer Klebstoffe, z. B. Epoxyharz, miteinander verbunden werden.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Werkstoff unterscheidet sich von den bekannten, aus Kunstharzen mit eingelagerten Schmierstoffen bestehenden Lagerwerkstoffen dadurch, daß auf Grund der Verwendung von metallumhüllten Schmiermittelteilchen eine feste Bindung zwischen dem Schmiermittel und dem Metall einerseits und mit dem Metall und dem Kunstharz andererseits erreicht wird, die ein Ausbrechen der Schmiermittelteilchen mit den vorher geschilderten nachteiligen Folgen vermeidet.

Die Trockenschmiermittelteilchen können in Form von Blättchen oder Körnern verwendet werden, wobei auf Grund ihrer geringen Größe die bei der Reibung auf die einzelnen Teilchen ausgeübten Scherkräfte ebenfalls gering sind.

Zur Erhöhung der Widerstandskraft gegen mechanische Beanspruchung und gegen Verschleiß sowie zur besseren Wärmeableitung können in den erfindungsgemäßen Werkstoff Metallverstärkungen oder -skelette eingebaut werden, z. B. in Form von sehr feinen Drähten, Netzen oder Gittern. Zur Erhöhung der Festigkeit kann dem Werkstoff Eisen, zur besseren Wärmeableitung Silber bis zu 1 % jeweils in feinster Verteilung zugegeben werden.

Ferner kann es vorteilhaft sein, in den erfindungsgemäßen Werkstoff Weichmetalle, wie Zinn oder Blei, oder Weichmetallverbindungen einzubauen, die die Eigenschaft haben, öl zu binden bzw. infolge ihrer geringen Härte die Fähigkeit besitzen, Abschliff zu binden. Diese Stoffe können in einzelnen Nestern eingebaut werden, gegebenenfalls auch nach vorheriger Umhüllung mit anderen Metallen höherer Festigkeit.

Die erfindungsgemäßen Werkstoffe können entweder schon bei der Herstellung die für ihre Verwendung gewünschte Form erhalten oder sie können nachträglich durch Verpressen oder im spanabhebenden Verfahren zu den gewünschten Formen verarbeitet werden. Sie können für alle Zwecke verwendet werden, wo entweder Notlauf eigenschaften erwünscht sind oder wo sich die Verwendung von Schmierölen oder Fetten verbietet, wie z. B. für Textil- oder Büromaschinen, ferner für Lager und Gleitflächen, bei denen der Reibungskoeffizient für ruhende und gleitende Reibung möglichst gleich sein soll. Ein besonderer Verwendungszweck sind Käfigteile von Wälzlagern u. ä. Von besonderem Vorteil ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Werkstoffe bei Selbstschmierung erfordernden Dichtteilen, wie Kolbenringen oder Dichtleisten und insbesondere da, wo es auf Warmfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung ankommt und wo Kohle oder Kunststoffe nicht mehr genügen. Des weiteren kann der erfindungsgemäße Werkstoff in dünnen biegsamen Schichten, Filmen oder Bändern dadurch hergestellt werden, daß die Schmiermittelteilchen in einem Fadengerüst, z. B. einem dünnen Bronzegitter, angeordnet und durch Metallisierung mit diesem verbunden werden. Der so geformte Werkstoff kann dann in Form von Bändern zu Rollen aufgewickelt werden, deren einzelne Lagen wieder mit den genannten Verfahren, wie Versintern, Verkleben oder metallkeramisch untereinander zu festen Körpern verbunden werden können. Solche Rollen lassen sich wie Verbundmetall-Lager zum Einbau in Lagerschalen, gegebenenfalls nach entsprechender formgebender Verarbeitung, verwenden.

Ferner können solche Schichten zur Herstellung von Gleitflächen durch Aufkleben auf feste Unterlagen Verwendung finden. Für solche Zwecke sind gegebenenfalls sehr geringe Schichtstärken zweckmäßig, die z. B. durch Auswalzen bis herunter zu 0,05 mm hergestellt werden können, ohne daß die Eigenschaften des Werkstoffes beeinträchtigt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung selbstschmierender, Trockenschmiermittel enthaltender Werkstoffe für Lager und gleitende Teile, dadurch gekennzeichnet, daß Trockenschmiermittelteilchen, deren größte Dimension wenige Mikron bis weniger als 1 Mikron beträgt, durch direkte Abscheidung von Metallatomen auf ihrer Oberfläche mittels thermischer Zersetzung einer Metallverbindung mit einer kohärenten festhaftenden Metallkapsel umhüllt werden und daß anschließend diese umhüllten Teilchen, gegebenenfalls unter Zusatz von organischen und/oder anorganischen Füllstoffen, miteinander zu einem kompakten Werkstoff verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die metallisch umhüllten

3. Abänderung des Verfahrens nach An-

Schmiermittelteilchen unter Fortführung der ther- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die me-

mischen Zersetzung der Metallverbindung infolge tallisch umhüllten Schmiermittelteilchen mit

Metallabscheidung in ihren Zwischenräumen mit- Hilfe organischer Klebstoffe miteinander verbun-

einander verbunden werden. 5 den werden.