ES2205629T3 - Material de multiples capas para elementos deslizantes y procedimiento para la produccion de los mismos. - Google Patents
Material de multiples capas para elementos deslizantes y procedimiento para la produccion de los mismos.Info
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Abstract
Procedimiento para la producción de elementos deslizantes, en los que se aplica un revestimiento de plomo-estaño-cobre mediante electrodeposición al producto semiterminado prefabricado, y en el que se utiliza un baño de electrodeposición ternario y libre de fluoroborato, sin abrillantadores y con la adición de agentes humectantes no iónicos y libre de ácido alquilsulfónico, caracterizado porque tras la deposición del revestimiento galvánico se lleva a cabo un tratamiento térmico en el intervalo de temperatura de 150ºC a 200ºC durante entre 1 y 100 horas.
Description
Material de múltiples capas para elementos
deslizantes y procedimiento para la producción de los mismos.
La invención se refiere a un procedimiento según
el preámbulo de la reivindicación 1 y a un material de múltiples
capas según el preámbulo de la reivindicación 8.
Debe entenderse que con elementos deslizantes se
quiere decir todos los tipos de conjuntos de cojinete así como,
entre otros, pistones y segmentos de pistones. Generalmente se
producen revestimientos de materiales de múltiples capas para
elementos deslizantes mediante electrodeposición en baños
electrolíticos apropiados. Hasta la fecha, se han utilizado
generalmente para este fin baños que contienen fluoroborato que,
sin embargo, muestran varias desventajas.
Los baños basados en depósitos de ácido
fluorobórico son inestables a la temperatura a la que funcionan los
cojinetes del cigüeñal en los motores de combustión interna. El
principal elemento de aleación en el revestimiento con base de
plomo, que puede ser estaño o indio, difunde a la temperatura del
motor dentro del forro subyacente de cobre-plomo,
dando como resultado una pérdida de estaño o indio desde el
revestimiento y una reducción correspondiente de la resistencia del
revestimiento al desgaste, las grietas de fatiga y la corrosión.
La difusión dentro del forro de cobre-plomo se puede
evitar mediante la incorporación de un "dique" de níquel
electrodepositado entre el forro de cobre-plomo y
el revestimiento, pero todavía se produce la difusión hacia el
níquel, dando como resultado el crecimiento de un compuesto de
estaño y níquel tal como NiSn sobre la superficie del dique de
níquel. Por tanto, se produce cierto grado de pérdida del elemento
de aleación del revestimiento a pesar de la presencia del dique de
níquel y tiene como resultado un deterioro significativo del
revestimiento en el rendimiento del cojinete. Sin embargo, el
grado de deterioro no es tan grande si está presente un dique de
níquel que cuando no lo está, y por este motivo, generalmente se
incorpora un dique de níquel en los cojinetes de cigüeñal de
cobre-plomo recubiertos con un revestimiento.
El importante descubrimiento descrito en el
documento DE 195 45 427 A1 es que los revestimientos con base de
plomo se pueden depositar procedentes de un baño alquilsulfónico,
que muestra el comportamiento de difusión perjudicial descrito
anteriormente hasta un grado mucho menor que en los revestimientos
procedentes de un baño de ácido fluorobórico. La reducción de la
difusión es tal que se puede suprimir el dique de níquel, dando
como resultado una simplificación del procedimiento de
recubrimiento, mientras que al mismo tiempo se obtiene una mejora
del revestimiento en el rendimiento del cojinete. En particular,
se mejora la resistencia del revestimiento a la corrosión y se
reduce el desgaste provocado durante el funcionamiento del motor.
Los resultados experimentales que demuestran estas ventajas se han
descrito en "New Bath Formulation for Electrodeposition of
Improved Corrosion and Wear Resistant Sliding Layers for Engine
Bearings" ("Nueva formulación de baño para la
electrodeposición de capas deslizantes mejoradas resistentes a la
corrosión y el desgaste para cojinetes de motor") por
Grünthales, Huhn, Müller, Staschko y Toth, SAE Paper 960964,
26-29 de febrero de 1996.
Aunque se mejoró la resistencia en un 20% en
comparación con las capas deslizantes convencionales, la
resistencia al desgaste todavía no era satisfactoria.
Por tanto, es el objeto de la invención
complementar el procedimiento conocido del documento DE 195 45 427
de tal manera que se mejore adicionalmente la resistencia al
desgaste de la capa deslizante. También es un objeto de la invención
crear un material de compuesto a capas mejorado.
El problema se resuelve mediante un procedimiento
por el cual, tras la aplicación de la capa de deslizamiento
galvánica, se realiza un tratamiento térmico en el intervalo de
temperatura de 150ºC-200ºC durante un periodo
de
1-100 horas.
1-100 horas.
Se encontró que el tratamiento térmico da como
resultado la difusión y la llegada conjunta de los componentes de
cobre y estaño, de manera que se generan partículas de la fase
intermetálica Cu_{6}Sn_{5}. Debido a estas partículas de
Cu_{6}Sn_{5}, se reduce el desgaste de la capa deslizante en
aproximadamente un 50%.
El tratamiento térmico se ejecuta preferiblemente
en aire.
Según una realización adicional, el tratamiento
térmico también se puede ejecutar en aceite, para lo cual son
particularmente adecuados el aceite de parafina y el aceite de
silicona.
El tratamiento térmico se realiza preferiblemente
en un intervalo de temperatura de entre
170-185ºC.
El tratamiento térmico se realiza preferiblemente
durante un periodo de 4-12 horas.
El procedimiento conocido del documento DE 195 45
427 es especialmente muy adecuado para generar tanto estaño como
cobre en concentraciones elevadas. Se encontró que el contenido en
partículas de Cu_{6}Sn_{5} es superior, cuanto mayores sean los
contenidos en estaño y cobre. Para mejorar adicionalmente la
resistencia al desgaste, se aplica preferiblemente una capa de
deslizamiento del 12-16% en peso de estaño y del
7-11% en peso de cobre y el resto, plomo.
\newpage
El material a capas para elementos deslizables
muestra un 15-25% en peso de partículas de
Cu_{6}Sn_{5} en la capa deslizante.
Se proporcionan preferiblemente una capa de
bronce al plomo y una capa de níquel entre la capa deslizante y la
capa de soporte.
A continuación, se tratan realizaciones a título
de ejemplo de la invención con referencia a los dibujos.
Las figuras muestran:
figura 1a - microsección del material a capas
producido según el documento DE 195 45 427 A1,
figuras 1b y 1c - vistas detalladas de la capa
deslizante con acentuación de cobre y estaño
figuras 2a-c - presentaciones del
material correspondiente a las figuras 1a-c tras
tratamiento térmico de 8 horas a 177ºC.
La figura 1 muestra una microsección de una
muestra antes del tratamiento térmico. Se aplican una capa 1 de
bronce al plomo y una capa 2 de níquel, así como una capa 3
deslizante, sobre un material soporte (no mostrado) mediante el
procedimiento según el documento DE 195 45 427 A1, por el cual la
capa deslizante consiste en un 7-8% en peso de Cu,
un 15,5% en peso de Sn y el resto, cobre. Las figuras 1b y 1c
muestran aumentos de la capa 3 deslizante, para la que se muestra
la distribución de los componentes individuales cobre y estaño,
respectivamente, en mapas elementales obtenidos con un microscopio
electrónico. La figura 1b no muestra partículas de cobre en
absoluto, mientras que la figura 1c muestra importantes
acumulaciones de estaño. Tras el tratamiento térmico durante 8
horas a 177ºC, ha cambiado la estructura de la capa 3 deslizante
(figura 2a). Han aumentado las acumulaciones de estaño con
respecto a las partículas 4 de estaño (figura 2c) y ahora hay
partículas 5 de cobre adicionales, que son visibles en la figura 2b.
La presencia de concentraciones coincidentes de cobre y estaño
demuestra que deben estar presentes partículas que están
compuestas de la fase intermetálica Cu_{6}Sn_{5}.
Podría esperarse que la aparición de partículas
intermetálicas en el revestimiento, más resistentes que la matriz
circundante, aumentara la resistencia al desgaste y esto se ha
demostrado durante pruebas de motores.
La tabla muestra los resultados de la comparación
de cojinetes termotratados y no termotratados revestidos según el
documento DE 195 45 427 tras hacerse funcionar en un motor de gran
potencia Caterpillar 3126. La composición del revestimiento era de
un 7,8% de cobre, un 15,5% de estaño y el resto, plomo, y el
tratamiento térmico fue a 177ºC durante 8 horas.
| Cojinetes termotratados | Cojinetes no termotratados | |
| Espesor del revestimiento, micras | 23 | 23 |
| Horas de prueba | 75 | 75 |
| Desgaste medio del revestimiento, micras | 5,9 | 13,2 |
| Pérdida media de peso, mg | 68,2 | 100,5 |
El desgaste experimentado por los cojinetes
termotratados fue del 45% del experimentado por los cojinetes no
termotratados.
Claims (8)
1. Procedimiento para la producción de elementos
deslizantes, en los que se aplica un revestimiento de
plomo-estaño-cobre mediante
electrodeposición al producto semiterminado prefabricado, y en el
que se utiliza un baño de electrodeposición ternario y libre de
fluoroborato, sin abrillantadores y con la adición de agentes
humectantes no iónicos y libre de ácido alquilsulfónico,
caracterizado porque tras la deposición del revestimiento
galvánico se lleva a cabo un tratamiento térmico en el intervalo de
temperatura de 150ºC a 200ºC durante entre 1 y 100 horas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tratamiento térmico se lleva a cabo
en aire.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tratamiento térmico se lleva a cabo
en aceite.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el tratamiento térmico se lleva a cabo
en aceite de parafina o aceite de silicona.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el tratamiento
térmico se lleva a cabo entre 170 y 185ºC.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el tratamiento
térmico se lleva a cabo durante entre 4-12
horas.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un
revestimiento que comprende un 12-16% en peso de
estaño, un 7-11% en peso de cobre y siendo plomo el
resto se deposita mediante electrodeposición.
8. Material de múltiples capas para elementos
deslizantes, que comprende al menos un soporte y un revestimiento
del 12-16% en peso de estaño y el
7-11% en peso de cobre, siendo plomo el resto,
caracterizado porque el revestimiento comprende de un 15 a
un 25% en peso de partículas del compuesto intermetálico
Cu_{6}Sn_{5}.
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