BRPI0701292B1

BRPI0701292B1 - Elemento corrediço

Info

Publication number: BRPI0701292B1
Application number: BRPI0701292-6A
Authority: BR
Inventors: Thomas Rumpf
Original assignee: Miba Gleitlager Gmbh
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2015-07-21
Also published as: EP1840394A3; KR20070098687A; CN101046228A; JP2007271084A; CN100549447C; AT503397A1; AT503397B1; EP1840394A2; EP1840394B1; BRPI0701292A; US7651784B2; US20070269147A1; KR100870086B1; JP4620702B2; DE502007002454D1

Description

ELEMENTO CORREDIÇO [001] A invenção refere-se a um elemento corrediço com um elemento de apoio e uma camada antifricção, entre os quais está disposta uma camada de metal antifricção, sendo que a camada antifricção está formada de bismuto ou de uma liga de bismuto e sendo que os cristalitos do bismuto ou da liga de bismuto assumem na camada antifricção uma direção preferida no que se refere à sua orientação, expressa pelo indice de Miller do plano reticular (012), sendo que a intensidade de difração de raios X do plano reticular (012) é a maior em comparação com a intensidade de difração de raios X dos outros planos reticulares, bem como a um processo para produção do mesmo. [002] Mancais deslizantes distinguem-se, entre outras coisas, pelo fato de que eles apresentam uma camada antifricção relativamente macia, para, desse modo, possibilitar uma adaptação ao elemento apoiado, por exemplo, um eixo, bem como uma determinada capacidade de assentamento para corpos estranhos. Para atender essas propriedades tribológicas, até o presente foram propostas no estado da técnica, principalmente, camadas antifricção, que continham estanho ou chumbo. Mas chumbo é indesejável, em vista de sua toxicidade, e exatamente nos últimos tempos têm sido feitas repetidas tentativas para encontrar soluções para eliminar o chumbo. [003] Desse modo, no documento DE 100 32 624 A foi proposto um mancai deslizante, que compreende um metal antifricção e uma camada de rolamento de bismuto ou uma liga de bismuto, formada sobre o metal antifricção, sendo que a relação relativa, definida abaixo, da intensidade de difração de raios X I[hki] da camada de rolamento de bismuto ou de liga de bismuto atende as seguintes condições (a) e (b) : (a) a relação relativa da intensidade de difração de raios X I[hki] de outros planos que não {012} é 0,2 a 5 vezes mais alta do que a relação da intensidade de difração de raios X I[oi2]/· i.e., 0,2 I[oi2] ^ I[hki] ^ 5 I[oi2]/ (b) a relação relativa da intensidade de difração de raios X I[hki] de três ou mais outros planos que não {012} inclui-se em uma faixa que é 0,5 a 2 vezes mais alta do que a relação da intensidade de difração de raios X I[oi2]/· i.e., 0,5 I [oi2] ^ 1 [hki] ^ 5 I[oi2 ]/ sendo que os planos [hkl] de cristais de bismuto de amostras de pó típicas, que apresentam orientação ao acaso, indicam a intensidade de difração de raios X Rp [hkl]; planos de {hkl} de cristais de bismuto da camada de rolamento de bismuto ou da liga de bismuto apresentam a intensidade de difração de raios X Ro,l (hkl) . A relação das duas intensidades é expressa por K(hkl) = R0,L (hkl)/Rp (hkl); a relação de K9012) e K(hkl) é expressa por I[hkl] = K (hkl)/K(012). [004] Além disso, do documento DE 10 2004 015 827 A é conhecida uma peça corrediça, que compreende uma camada metálica de lado posterior, uma camada de liga antifricção existente sobre a camada metálica de lado posterior e uma camada de cobertura existente sobre a camada de liga antifricção, sendo que a camada de cobertura está formada de bismuto ou de uma liga de bismuto, e sendo que em uma retícula de cristal da camada de cobertura uma área designada com o índice de Miller (202) possui um grau de alinhamento, que não é menor que 30%, e a intensidade de difração de raios X R(202) da área (202) assume um valor máximo em comparação com outras áreas. [005] É tarefa da presente invenção indicar um elemento corrediço com uma camada antifricção isenta de chumbo. [006] Essa tarefa é solucionada pelo fato de que, no caso do elemento corrediço citado inicialmente, a intensidade de difração de raios X do plano reticular com a segunda maior intensidade de difração de raios X assume um valor de, no máximo, 10% da intensidade de difração de raios X do plano reticular (012) ou, independentemente, pelo fato de que no processo de acordo com a invenção a camada antifricção é produzida de acordo com essas características. [007] Surpreendentemente, foi constatado que um elemento corrediço com a camada antifricção de bismuto ou a liga de bismuto - contrariamente à opinião defendida no documento DE 10 2004 015 827 Al - com cristalitos de bismuto ou de ligas de bismuto alinhados desse modo, mostra propriedades pelo menos comparáveis às da camada antifricção de acordo com o documento DE 10 2004 015 827 Al. Esse resultado é surpreendente também em vista do documento DE 100 32 62 4 A, segundo o qual essas camadas antifricção de bismuto só são apropriadas quando a orientação preferida não está limitada a alguns poucos planos determinados, tal como é o caso de acordo com a invenção. [008] Além da ausência de chumbo, a vantagem da camada antifricção de acordo com a invenção consiste, sobretudo, no fato de que a mesma é simples de ser produzida. Essa forte orientação em direção ao plano (012) é obtida, por exemplo, por eletrodeposição. Nesse caso, por exemplo, não é preciso trabalhar com períodos de inversão em um determinado ciclo de manobra. O elemento corrediço de acordo com a invenção apresenta, ainda, uma resistência ao desgaste aperfeiçoada, devido à forte orientação dos cristalitos. [009] De acordo com uma variante de realização, está previsto que o plano reticular com a segunda intensidade de difração de raios X mais alta é a com o índice de Miller (024). Desse modo, é obtido um grau de orientação mais alto dos cristalitos na camada antifricção, com o que as propriedades acima são aperfeiçoadas adicionalmente. [010] A soma das intensidades de difração de raios X de todos os outros planos reticulares diferentes do plano reticular (012) assume, preferivelmente, um valor de, no máximo, 25% da intensidade de difração de raios X do plano reticular (012) , com o que é igualmente obtido um grau de alinhamento mais alto. [011] Adicionalmente, é vantajoso se a camada antifricção apresentar uma dureza Vickers, que é escolhida de uma faixa com um limite inferior de 15 HV e um limite superior de 40 HV, com o que é aperfeiçoada a resistência ao desgaste. Por exemplo, a camada antifricção pode apresentar uma dureza de 20 HV ou 25 HV ou 30 HV ou 35 HV. [012] A camada antifricção pode apresentar uma espessura de camada, escolhida de uma faixa com um limite inferior de 5 «m e um limite superior de 40 ocm, para obter melhores propriedades de rolamento de segurança. Por exemplo, a camada antifricção pode apresentar uma espessura de camada de 10 <xm ou 15 cem ou 20 ocm ou 30 ocm ou 35 ocm. [013] Para melhor entendimento da invenção, a mesma é explicada mais detalhadamente por meio da figura abaixo.

Mostram: Fig. 1 uma representação do padrão de dif ração de raios X da superfície da camada antifricção de Bi de acordo com a invenção , a uma densidade de corrente de 5 A/dm2 (ASD), durante a deposição;

Fig. 2 uma representação do padrão de dif ração de raios X da superfície da camada antifricção de Bi de acordo com a invenção, a uma densidade de corrente de 10 A/dm2 (ASD), durante a deposição;

Fig. 3 uma representação do padrão de dif ração de raios X da superfície da camada antifricção de Bi de acordo com a invenção, a uma densidade de corrente de 15 A/dm2 (ASD), durante a deposição;

Fig. 4 uma representação do padrão de dif ração de raios X da superfície da camada antifricção de acordo com a invenção, de uma liga de Bi com 8% em peso de Sn. [014] Inicialmente, deve ser registrado que as indicações de posição escolhidas na descrição, tal como, p.ex., em cima, em baixo, lateralmente etc. referem-se à modalidade imediatamente descrita e, no caso de uma mudança de posição, devem ser transferidas analogamente à nova posição. Além disso, também características individuais ou combinações de características dos exemplos de realização diferentes, mostrados e descritos, representam por si mesmas soluções independentes, inventivas ou de acordo com a invenção. [015] Um elemento corrediço de acordo com a invenção consiste, tal como é sabido, em um elemento de apoio, que pode ser, por exemplo, um bronze de apoio de aço, uma camada de metal antifricção disposta sobre o mesmo, bem como uma camada antifricção de acordo com a invenção, de bismuto ou uma liga de bismuto, disposta sobre a mesma. [016] A camada de metal antifricção pode ser qualquer camada de metal antifricção conhecida, por exemplo uma liga de aluminio-estanho, uma liga de cobre, uma liga de aluminio etc.

Exemplos das mesmas são: 1. Metais antifricção na base de aluminio (de acordo com DIN ISO 4381 ou 4383) : AlSn6CuNi, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSillCu, AlSn6Cu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSillCuMgNi; 2. Metais antifricção na base de cobre (de acordo com DIN ISO 4383): CuSnlO, CuA110Fe5Ni5, CuZn31Sil, CuPb24Sn2, CuSn8BilO; 3. Metais antifricção na base de estanho: SnSb8Cu4, SnSbl2Cu6Pb. [017] Naturalmente, também podem ser usados outros metais antifricção, do que os citados na base de aluminio, cobre ou estanho. [018] Tal como já mencionado, a camada antifricção é formada da camada de acordo com a invenção, de bismuto ou de uma liga de bismuto, sendo que como componente de liga para bismuto, deve ser levado em consideração, predominantemente, pelo menos um elemento de um grupo que compreende cobre, prata, estanho, antimônio e indio, com uma parte em quantidade de, no máximo, 10% em peso. A parte do pelo menos um elemento de liga pode ser escolhida de uma faixa com um limite inferior de 1% em peso e um limite superior de 9% em peso ou de uma faixa com um limite inferior de 3% em peso e um limite superior de 7% em peso. São possíveis, portanto, por exemplo, ligas de bismuto com dois ou quatro ou seis ou oito % em peso de pelo menos um desses componentes de liga. Em uma variante de realização preferida, a parte de elementos de liga perfaz, na soma, no máximo, 10% em peso. Portanto, é possível, por exemplo, que a liga contenha 3% em peso de Sn e 2% em peso de Sb ou 4% em peso de Sn e 2% em peso de In. Também são possíveis outras composições de liga nos limites das faixas indicadas, desde que esteja atendida a condição acima da orientação dos cristalitos. [019] Além da modalidade de três camadas do elemento corrediço, também é possível uma de camadas múltiplas. Por exemplo, entre o elemento de apoio e a camada de metal antifricção e/ou entre a camada de metal antifricção e a camada antifricção pode estar disposta uma camada de bloqueio de difusão e/ou uma camada de ligação. Para essas camadas são de interesse, p.ex., Al, Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd, bem como ligas de NiSn ou CuSn. [020] Como elemento corrediço no sentido da invenção é entendido qualquer tipo de apoio corrediço, tal como, p.ex., um mancai deslizante, por exemplo, um meio-casquilho de mancai deslizante ou casquilho completo, na forma de uma bucha, um anel de esbarro, apoios na técnica de acionamento, p.ex., de bielas, guias ou similar. [021] Também é possível aplicar a camada antifricção diretamente sobre um elemento correspondente, i.e., realizar um revestimento direto, de modo que um componente adicional para o mancai deslizante não é necessário. Isso é possível, por exemplo, em bielas. [022] A camada antifricção de acordo com a invenção foi produzida galvanicamente, sendo que o banho apresenta a seguinte composição e o revestimento foi realizado com os seguintes parâmetros.

Exemplo 1: Composição do banho para a deposição eletrolítica 50 g/1 de Bi como metanossulfonato 80 g/1 de ácido metanossulfônico para aperfeiçoamento da condutibilidade Adição de agente de alisamento e pelo menos um agente tensoativo.

Dados de operação: Temperatura ambiente Densidade de corrente: 5 A/dm2 (Fig. 1) ou 10 A/dm2 (Fig. 2) ou 15 A/dm2 (Fig. 3) Exemplo 2: Composição do banho para a deposição eletrolítica 70 g/1 de Bi como metanossulfonato 50 g/1 de ácido metanossulfônico para aperfeiçoamento da condutibilidade 1 g/1 de tensoativo comercial para aperfeiçoamento da umectabilidade 0,5 g/1 de aditivo de alisamento de camada ("nivelador") Dados de operação: Temperatura ambiente Densidade de corrente: 5 A/dm2 [023] Das camadas antifricção produzidas foram feitos, a seguir, diagramas de difração de raios X, que estão representados nas Figs. 1 a 3. As intensidades correspondentes com relação à Fig. 1 estão indicadas na Tabela 1.

Plano Intensidade 012 4561 014 223 110 161 202 82 024 339 116 178 112 125 [024] A fotografia corresponde a uma fotografia padrão, sendo que sobre a abscissa estão inscritos os valores de °2 teta e sobre a ordenada, os impulsos (counts). A fotografia foi produzida por meio de uma câmera e foi usada irradiação de CuKa. [025] Tal como é visivel da comparação dos três diagramas de acordo com as Figs. 1 a 3, com aumento da densidade de corrente durante a deposição, o plano 012 ainda avança mais nitidamente para o primeiro plano, i.e., em outras palavras, que pelo aumento da densidade de corrente, o grau de alinhamento na camada aumenta adicionalmente. [026] O material de acordo com a invenção, i.e., a camada de bismuto de acordo com a invenção, de acordo com este exemplo de realização, foi comparado com as camadas antifricção que são conhecidas dos documentos citados acima no estado da técnica. De seis amostras de camada antifricção, das quais 5 consistiam em bismuto puro e uma amostra, em uma liga de bismuto com 3% em peso de estanho, foi determinada, respectivamente, a pressão de superfície, a partir da qual ocorre um chamado emperramento do eixo. Nas seis amostras, a mesma perfaz entre 95 MPa e 110 MPa, portanto, situa-se na faixa dos valores de medição que estão descritos no documento DE 100 32 624 A. Em comparação com mancais de acordo com o documento DE 10 2004 015 827 A, os mancais de acordo com a invenção apresentaram um desempenho nitidamente melhor. Para a medição foi usado o método citado no documento DE 100 32 624 A. A espessura da camada antifricçâo foi escolhida, respectivamente, com 10 ocm. [ 027 ] De uma camada antif ricçâo de Bi de acordo com a invenção foi determinada a dureza com 17 UMHV 2p e de uma camada antif ricçâo de BiCulO, com 30 UMHV 5p. Nesse caso, UMHV significa ultramicrodureza Vickers, a 2 pond ou 5 pond. [028] Finalmente, a Fig. 4 mostra ainda um exemplo de uma camada antifricçâo de acordo com a invenção, de uma liga de bismuto com 8% em peso de estanho. Também aqui é nitidamente visível o alinhamento na camada em direção ao plano (012) . [029] Todas as indicações sobre faixas de valores na descrição objetiva devem ser entendidas de um modo que as mesmas compreendem também quaisquer faixas e todas as faixas parciais dos mesmos, p.ex., a indicação 1 a 10 deve ser entendida de um modo que todas as faixas parciais, partindo do limite inferior 1 e o limite superior 10 também estão compreendidos, i.e., todas as faixas parciais começam com um limite inferior de 1 ou mais e terminam em um limite superior de 10 ou menos, p.ex., 1 a 1,7 ou 3,2 a 8,1 ou 5,5 a 10. [030] O exemplo de realização descreve uma variante de realização possivel do elemento corrediço, sendo que, nesse ponto, deve ser observado que a invenção não está restrita à variante de realização especialmente representada. [031] A tarefa que serve de base às soluções inventivas, independentes, pode ser extraida da descrição.

Claims

1. Elemento corrediço, particularmente, mancai deslizante, com um elemento de apoio e uma camada antifricção, entre os quais está disposta uma camada de metal antifricção, sendo que a camada antifricção está formada de bismuto ou de uma liga de bismuto e sendo que os cristalitos do bismuto ou da liga de bismuto na camada antifricção assumem uma direção preferida no que se refere à sua orientação, expressa pelo índice de Miller do plano reticular (012), sendo que a intensidade de difração de raios X do plano reticular (012) é a maior, em comparação com as intensidades de difração de raios X dos outros planos reticulares, caracterizado pelo fato de que a intensidade de difração de raios X do plano reticular com a segunda maior intensidade de difração de raios X assume um valor de, no máximo, 10% da intensidade de difração de raios X do plano reticular (012) .

2. Elemento corrediço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plano reticular com a segunda maior intensidade de difração de raios X é a com o índice de Miller (024) .

3. Elemento corrediço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a soma das intensidades de difração de raios X de todos os outros planos reticulares diferentes do plano reticular (012) assume um valor de, no máximo, 25% da intensidade de difração de raios X do plano reticular (012).

4. Elemento corrediço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a camada antifricção apresenta uma dureza Vickers, escolhida de uma faixa com um limite inferior de 15 HV e um limite superior de 40 HV.

5. Elemento corrediço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a camada antifricção apresenta uma espessura de camada escolhida de uma faixa com um limite inferior de 5 ocm e um limite superior de 40 ocm.