Entwicklung von neuartigen Bindeschichten zur Verbesserung der Bindefestigkeit von Zinnbasis-Gleitlagermetallen

Sürül, Kenan; Beiss, Paul

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-28685

Entwicklung von neuartigen Bindeschichten zur Verbesserung der Bindefestigkeit von Zinnbasis-Gleitlagermetallen = Development of new bonding coatings to improve the bonding strenght of tin based sliding bearing metals

Sürül, Kenan (Author)

2009

VerantwortlichkeitsangabeKenan Sürül

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Mainz 2009

UmfangII, 203 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN3-86130-740-5

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Beiss, Paul (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-04-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-28685
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64078/files/Sueruel_Kenan.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau und Institut für Werkstoffkunde (418110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Gleitlager (Genormte SW) ; Gleitschicht (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Bindefestigkeit (frei) ; Bindeschicht (frei) ; Gleitlagermetall (frei) ; Gleitlagerwerkstoff (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Anhand von Chalmersproben nach DIN ISO 4368, Teil 2, wurden Untersuchungen zur Bindefestigkeit von Weißmetall-Gleitlagerwerkstoffen auf Stahlstützkörpern durchgeführt. Hierzu wurden Tellerproben verzinnt und danach mit der Gleitlagerlegierung ausgegossen. Aus den Rohlingen wurden die Chalmersproben gedreht und die Bindefestigkeit ermittelt. Die Untersuchung der Bindefestigkeit der neu entwickelten Legierung Sn-12Sb-6Cu-Bi1,8 zeigt, dass durch eine Verzinnung eines Stützkörpers aus C10 in einem Sn-Bad, selbst mit Variation der Zinnbadtemperatur sowie der Gieß- und Abkühlbedingungen, keine zufriedenstellende Bindefestigkeit erzielt wird. Beim Ausgießen der verzinnten Stahlnäpfchen für Chalmersproben bildet sich bei wismuthaltigen Schmelzen zwischen Stahl und dem Lagermetall eine Oxidschicht, die eine einwandfreie Fe/Sn-Verbindung an der Stahloberfläche verhindert. Die Ursache dieser Oxidbildung bei wismuthaltigen Schmelzen ist nicht klar. Ein Lösungsansatz ist das Aufbringen einer neuartigen Zwischenschicht direkt aus einem modifizierten Verzinnungsprozess. Hierzu wurde das Verzinnungsbad aus Reinzinn durch ein Legierungselement modifiziert, das eine höhere Affinität zu Eisen besitzt als Sn. Ein solches Element ist Zn. Damit bildet sich auf dem Stahlstützkörper eine intermetallische Fe-Zn-Schicht, die eine höhere Bindefestigkeit aufweist als Zwischenschichten, die in einem reinen Sn-Bad gebildet werden. Durch eine Anpassung der Vorverzinnung von Stützkörpern konnte nicht nur die anfänglich schlechtere Bindefestigkeit der neu entwickelten Versuchslegierungen auf das Niveau von konventionellen Gleitlagerlegierungen gebracht, sondern auch die Bindefestigkeit der konventionellen Gleitlagerlegierungen auf Sn-Basis deutlich gesteigert werden. Das modifizierte SnZn-Bad gewährleistet bei den untersuchten Versuchslegierungen Sn-12-6-1,8, Sn-12-6-1,8+Te5, Sn-12-6-1,8+Ni5, Sn-12-6-1,8+Zn50 und den konventionellen Gleitlagerlegierungen TEGO V 738, TEGOSTAR, TEGOTENAX eine recht hohe Bindefestigkeit. Die Bleibasislegierung LM-THERMIT erfährt keine Verbesserung, übertrifft aber stets einen Bindefestigkeitswert von 50 N/mm2. Damit ist das neue Bad universell verwendbar. Um die Abhängigkeit der Bindefestigkeit vom Zn-Anteil der SnZn-Legierung zu ermitteln, wurde dieser mit 9, 24, 50, 60 und 70 m/o variiert. Die Badtemperaturen wurden je nach Legierungszusammensetzung zwischen 280-380°C eingestellt. Im Mittel ergab ein Zn-Gehalt von 50% die günstigsten Festigkeitswerte. Als Badtemperatur bewährte sich ein Wert von etwa 360°C.

With the aid of Chalmers specimens according to DIN ISO 4368, part 2, the bonding strength between Babbit sliding bearing materials and steel support members was investigated. The experimental results proved that the bonding strength of the newly developed alloy Sn-12Sb-6Cu-1.8Bi remained insufficient, when the supporting shell of steel grade C 10 was dipped in a pure Sn bath, even with variations of Sn bath temperature or casting and cooling modifications. With Bi containing melts an oxide layer forms between steel and bearing metal when the alloy is poured into the tin coated cups requested for Chalmers specimens. This oxide layer prevents a proper Fe/Sn bonding. The reason for the formation of the oxide layer when using Bi containing melts is not understood. A possible solution to the bonding problem is the in situ formation of a new bond coating directly from a modified tin bath. To this end, the bath of pure tin is alloyed with an element which has a higher affinity to iron than tin does. One possible alloying element is Zn, which can form intermetallic Fe-Zn layers on the steel shell enabling higher bonding strengths than layers formed in pure tin baths. By modifying the tinning of steel support shells this way, the originally low bonding strength of the newly developed bearing alloy could be increased to the level of conventional tin based sliding bearing alloys. In addition, the bonding strength of conventional Babbit metals on tin base could be considerably increased. The modified Sn Zn bath yields high bonding strengths with the investigated new alloys Sn-12Sb-6Cu-1.8Bi, Sn-12Sb-6Cu-1.8B+Te5, Sn-12Sb-6Cu-1.8B+Ni5, Sn-12Sb-6Cu-1.8Bi+Zn50 as well as with the conventional Babbit alloys TEGO V738, TEGOSTAR and TEGOTENAX. With the lead based alloy LM-THERMIT an improvement is not achieved, yet, the bonding strength surpasses under all testing conditions a value of 50 N/mm2. This proves that the new bath is universally applicable. To test the alloy dependence of the bonding strength the Zn content was varied from 9 over 24, 50 and 60 to 70 weight - %. Depending on ZN content the bath temperature was raised from 280 to 380°C. On an average, the Zn content of 50% gave the most favorable strength values. As a bath temperature, 360°C turned out to deliver the best results.

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