WO2022016204A2 - Verfahren zur herstellung eines mehrschichtigen gleitlagerelementes - Google Patents

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    • F16C2240/54—Surface roughness

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a multi-layer plain bearing element, comprising the steps: providing a substrate comprising a carrier layer, depositing an overlay on the substrate by means of magnetron sputtering.
  • the invention further relates to a plain bearing element comprising a carrier layer and an overlay, which comprises or consists of metallic particles, and optionally a bearing metal layer between the carrier layer and the overlay.
  • AT 414 128 B describes a method for producing a plain bearing made of at least one carrier and an edge layer made of an aluminum alloy arranged thereon.
  • the edge layer is produced using a sputtering method, in particular a direct-current magnetron sputtering method.
  • AT 517 717 B1 also describes a method for depositing a layer on a plain bearing element blank from the gas phase in a process gas, after which the layer consists of at least one target, which comprises or consists of a metal combination with a metallic base element, by at least partial sputtering of the target and then depositing the sputtered target components on the plain bearing element blank.
  • the present invention is based on the object of improving plain bearing elements with sputter overlays and their production.
  • the object of the invention is achieved with the method mentioned at the outset, according to which it is provided that the overlay is deposited by means of high-performance pulse magnetron sputtering.
  • the object is also achieved with the plain bearing element mentioned at the outset in that the overlay has a surface roughness Ra according to DIN EN ISO 4287:1984 of a maximum of 10 ⁇ m.
  • the advantage here is that a very smooth surface can be produced by the charged particles produced from the at least one target using high-power pulse magnetron sputtering.
  • the friction between the plain bearing element and the component that is tribologically related or the component supported by the plain bearing element can be reduced so that the plain bearing element can be used over a longer period of time.
  • very dense running layers can be produced with it. This in turn reduces the diffusion of corrosive media into the plain bearing element, so that a layer of the plain bearing element arranged below the overlay, such as a bearing metal layer, is better protected against corrosive attacks, which in turn can also increase the service life of the plain bearing element.
  • the overlay is deposited directly on the carrier layer.
  • a simplified layer structure can thus be achieved.
  • improved adhesion of the running layer on the carrier layer can be achieved because high-energy particles from the target penetrate the carrier layer at least partially, i.e. are implanted in the carrier layer, creating a kind of clawing or a type of Lorm gleich between the running layer and the Support layer can be achieved.
  • particles of the overlay are arranged so as to have penetrated at least partially into the substrate.
  • the carrier layer is cleaned in situ during the deposition of the overlay.
  • the term “during” should not necessarily be understood to mean that the surface of the substrate or the carrier layer is cleaned at the same time as the overlay is deposited.
  • the deposition can also be carried out (immediately) after the cleaning will.
  • the substrate to be coated ie in particular the carrier layer, is cleaned with the particles evaporated from the target. It is therefore not necessary to change the target or to clean it in another system, which means that the production of the plain bearing element can be simplified by saving process steps.
  • a bearing metal layer is applied to the carrier layer before the overlay is deposited.
  • the multi-layer plain bearing element thus has corresponding emergency running properties if the overlay starts to wear out, and until then the overlay can better protect the bearing metal layer arranged underneath from corrosion, as was explained above.
  • the substrate is moved, in particular rotated, during the deposition of the overlay, with which a more uniform layer thickness of the overlay can be achieved.
  • the overlay can be built up from a plurality of partial overlays with different compositions and for the plurality of partial overlays to be deposited alternately if necessary.
  • the overlay can thus be better adapted to the requirements in the running of the plain bearing, in particular a partial overlay can thus have an adhesion-promoting role between the actual overlay and the carrier layer, with this partial overlay having particles that can be better implanted in the underlying substrate.
  • diffusion paths can be further reduced, with which an improvement in the corrosion protection of the substrate can be achieved, ie for example the bearing metal layer and/or the carrier layer.
  • At least one of the following variants of the invention can be provided: that at least one target is used to produce the overlay, with the
  • Target is operated with a pulse frequency selected from a range from 100 Hz to 1500 Hz or from a range from 500 Hz to 2500 Hz, and/or that pulses with a pulse length between 10 m8 and 100 m8 are used for the deposition, and/or that the targets are operated with a power that is selected from a range of 2 W/cm 2 to 50 W/cm 2 ; and/or that a duty cycle between 0.01 and 0.5 is applied.
  • the running layer has a columnar structure with columns, the columns form an angle to a surface of the substrate on which the overlay is arranged to take, that being selected is in a range from 80 0 up to 110°.
  • the load-bearing capacity of the overlay can be improved by the longitudinal extension of the columns in the loading direction.
  • loads can be introduced more directly into the layer arranged under the overlay if at least some of the columns extend continuously through the entire thickness of the overlay.
  • the pillars have a maximum diameter in a plan view of the running layer, which is selected from a range of 0.5 nm to 300 nm
  • the running layer has a layer thickness of between 10 mhi and 100 mhi.
  • the overlay has a hardness of between 10 HV 0.01 and 800 HV 0.1.
  • the overlay is designed as a gradient layer with a concentration gradient of at least one component of the overlay, or that the overlay is designed as a sequence is formed from several sub-course layers with different compositions. Faster running-in of the overlay can be achieved if, according to a further embodiment of the invention, it is provided that the overlay has a layer thickness tolerance of between ⁇ 1 mhi and ⁇ 10 mhi.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a coating device
  • FIG. 3 shows a detail from an embodiment variant of a sliding bearing element
  • alloy composition should be understood to include the usual impurities that occur in raw materials used on an industrial scale. However, there is the possibility within the scope of the invention that pure or ultra-pure metals or pure or ultra-pure substances are used.
  • compositions are to be understood as % by weight, unless something else is expressly stated.
  • Fig. 1 shows a plain bearing element 1 (also referred to as a multi-layer plain bearing element) in the form of a half-shell plain bearing. Shown is a two-layer variant of Gleitla gerelements 1, consisting of a carrier layer 2 (also called a support layer) and an overlay 3, which is arranged on a front side 4 (radially inner side) of the sliding bearing element 1, which can be turned toward a component to be mounted.
  • a carrier layer 2 also called a support layer
  • an overlay 3 which is arranged on a front side 4 (radially inner side) of the sliding bearing element 1, which can be turned toward a component to be mounted.
  • a bearing metal layer 5 can be arranged between the overlay 3 and the carrier layer 2, as indicated by dashed lines in FIG.
  • the multi-layer plain bearing 1 can also be designed differently, for example as a bearing bush, as indicated by dashed lines in FIG. Likewise, other embodiments of multi-layer plain bearings 1 are possible.
  • the carrier layer 2 is made of a metallic material. In particular, it can consist of steel. But you can also be made of another material that gives the element 1 Gleitlagerele the required structural strength exist. Such materials are known from the prior art.
  • the carrier layer 2 can consist of a copper bronze.
  • the bearing metal layer 5 can consist of a (lead-free) copper or aluminum or silver or bismuth or tin-based alloy. Examples for this are:
  • Aluminum-based whitemetal alloys (according to DIN ISO 4381 or 4383):
  • Copper-based bearing metals according to DIN ISO 4383:
  • AgSnl0-40 AgCuSn, AgSn20, AgBil5, AgCu20;
  • a bearing metal layer 5 In the event that a bearing metal layer 5 is arranged, this can be arranged or deposited on the carrier layer 2 using conventional methods. For example, it can be roll-bonded or deposited by fusion metallurgy or electroplating.
  • the overlay 3 preferably consists of a base alloy which has an element from an element group comprising Al, Cu, Ag, Sn, Bi, Sb as the main alloy element.
  • the base element (as also generally in the description) - compared to the other alloying elements - represents the largest proportion in terms of quantity be formed on a bismuth basis or on a silver basis or by a layer of pure silver with the impurities resulting from the melting and/or deposition or of pure copper or of CuSn or CuAl.
  • the composition of the overlay 3 is in any case different from that of the bearing metal layer 5, if this is present.
  • the diffusion barrier layer and/or binding layer can be made, for example, by Al, Mn, Ni, Fe, Cr, Co,
  • Cu, Ag, Mo, Pd and NiSn or NiCr or CuSn alloys can be formed.
  • Other known metals and metallic alloys are also conceivable.
  • This further layer can have the function of a running-in layer.
  • this further layer can be tin or a bonded coating layer or generally a polymer layer with solid lubricant particles.
  • the overlay 3 is deposited on the substrate, ie, according to embodiment variants of the invention, in particular either directly on the carrier layer 2 or the bearing metal layer 5, by means of high-performance pulse magnetron sputtering (HiPIMS). Short voltage pulses are applied to the target (cathode) during the sputtering process and high electron impact ionization rates are obtained with a high plasma electron density, which leads to a high proportion of ionization of the sputtered species.
  • HiPIMS high-performance pulse magnetron sputtering
  • Fig. 2 shows a schematic structure of a sputtering system 6.
  • charged metallic particles 7 are accelerated in a field of a corresponding magnetic source 3 and directed onto a target electrode or at least one target 9 .
  • the target 9 is also the cathode.
  • An ionized inert gas or a plasma 10 is used as the source of the particles 7.
  • the accelerated particles 7 knock out atoms 11 from the surface of the target material when they hit the target 9. Furthermore, due to the high degree of ionization in the deposition chamber of the sputtering system 6, metal particles (atoms 11) are also ionized. The atoms 11 move towards the substrate 12 with high speed and high energy density and are deposited there as a running layer 3 .
  • the target 9 is subjected to high-energy pulses.
  • the substrate 12 should not be limited to the plate shape shown in FIG. 2, but, according to the invention, shapes deviating therefrom, for example bearing half shells, can also be used.
  • the process gas ie in particular the inert gas such as argon, can be supplied via at least one inlet 13 .
  • the target 9 can have the desired composition of the overlay 3 .
  • the evaporation rates of the targets 9 can be designed differently according to the desired composition of the overlay 3 .
  • Process pressure 30xl0 2 mbar to lxlO 3 mbar
  • Process temperature 50 °C to 200 °C
  • Pulse current 10 A and 100
  • Pulse frequency 500 Hz and 2500 Hz
  • Pulse length 10 ps - 100 ps.
  • Target power 2 W/cm 2 - 50W/cm 2
  • the carrier layer 2 as the substrate 12 for direct coating with the overlay 3 is cleaned in situ during the deposition of the overlay 3 .
  • the carrier layer 2 which has been pre-cleaned if necessary, is arranged in the coating chamber 14, for example on a suitable substrate carrier (as also in the method variant mentioned above), and cleaned in situ after the creation of the suitable atmosphere.
  • suitable substrate carrier as also in the method variant mentioned above
  • Process pressure 90xl0 2 mbar to lxlO 3 mbar
  • Process temperature 25 °C to 150 °C
  • Peak current 50 A to 1000
  • Pulse frequency 100 Hz and 1000 Hz
  • Pulse length 10 ps to 100 ps
  • Target power 0.1 W/cm 2 to 10 W / cm 2
  • a bias voltage of between 100 V and 1500 V can be applied to the substrate 12 in support of the target 9 .
  • the overlay 3 can then be deposited immediately after this cleaning with the parameters mentioned above.
  • the process step “deposition of the overlay 2” is divided into several sub-steps.
  • the statement “during the deposition of overlay 3” is to be understood in this sense.
  • the substrate carrier can remain stationary during the treatment or deposition. According to one embodiment of the method, however, it can also be provided that the substrate is moved, in particular rotated.
  • the substrate holder can therefore be a turntable, for example. Other movements during the deposition of the overlay 3 are also conceivable.
  • FIG. 3 shows a section of a variant of the plain bearing element 1.
  • the overlay 3 has a structure made up of several partial overlays 15 , 16 .
  • the partial overlay 15 has a different composition to the composition of the partial overlay 16 .
  • the partial running layer 15 can be made of a copper-based alloy or an aluminum-based alloy or made of silver
  • the partial running layer 16 can be made of one of the elements nickel, cobalt, chromium, molybdenum, titanium, stainless steel, copper, aluminum or their alloys, the mentioned Element forms the base element (element with the highest proportion), be formed.
  • the running layer 3 is formed only from a partial running layer 15 and a partial running layer 16 .
  • the sub-run layers 15, 16 are preferably in direct contact with each other. There is also the possibility that the overlay 3 is made up of more than two different partial overlays 15 , 16 .
  • a number of different targets 9 corresponding to the number of different sub-layers 15, 16 can be used to produce the multi-layer barrel layer structure.
  • the overlay 3 is deposited in such a way that particles of the overlay 3 penetrate at least partially into the substrate 12, for example the carrier layer 2 or the bearing metal layer 5, i.e. are implanted.
  • the following process parameters can be used for this variant:
  • Process pressure 30xl0 2 mbar to lxlO 3 mbar
  • Process temperature 50 °C to 150 °C
  • Pulse current 10 A to 500
  • Pulse frequency 100 Hz to 1500 Hz
  • Pulse length 10 ps to 100 ps
  • Target power 2 W/cm 2 to 20 W/ cm 2
  • a bias voltage of between 10 V and 500 V can be applied to the substrate to support the target 9 .
  • a pulse duty factor between 0.01 and 0.5 is used.
  • the pulse duty factor describes the on-off ratio of the pulses.
  • a sliding bearing element 1 with a sliding layer 3 can be produced, which has a surface 17 with a surface roughness Ra according to DIN EN ISO 4287:1984 of a maximum of 8 ⁇ m.
  • the surface roughness Ra can be between 1 pm and 8 pm.
  • the mean peak-to-valley height Rz according to DIN EN ISO 4287:1984 can be between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the overlay 3 can have a layer thickness tolerance of between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the overlay 3 has a columnar structure with columns 18, the columns 18 being at an angle to a surface 19 of the substrate, e.g. the carrier layer 3, on which the overlay 3 is arranged, which is selected from a range of 80 0 to 110 °.
  • the columns 18 can be arranged at least approximately at right angles to this surface 19 .
  • the angle is formed between the height of the columns 18 and the surface 19.
  • the height of the columns 18 is preferably (significantly) greater than a diameter 20 of the columns 18.
  • this diameter 20 of the columns 18 can have a value that is selected from a range of 0.5 nm to 300 nm
  • the diameter 20 is the maximum diameter as the diameter of an enveloping circle that just surrounds the respective column 18 on the surface 19 .
  • the overlay 3 can generally have a layer thickness 21 of between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the overlay 3 can have a hardness between 10 HV 0.01 and 800 HV 0.1.
  • the overlay 3 is formed as a sequence of several partial overlays 15, 16 with different compositions.
  • the overlay 3 is designed as a gradient layer with a concentration gradient of at least one component of the overlay 3 .
  • the concentration of this component can increase or decrease in the direction of the carrier layer 2 .
  • the partial overlay 15 can be made of a copper-based alloy or an aluminum-based alloy or of silver
  • the partial overlay 16 can be made of one of the elements nickel, cobalt, chromium, molybdenum, titanium, stainless steel, copper, aluminum or their alloys, with said element being the base element (Element with the highest proportion) forms.
  • a running layer 3 made of AlSn20Cul was deposited on conventional lead bronze carrier layer 2 in the form of bearing shells with and without bearing metal layer 5 as substrate 12 in such a way that particles of running layer 3 at least partially penetrated substrate 12, i.e the carrier layer 2 or a bearing metal layer 5 penetrate, so be implanted.
  • the following process parameters were used for this variant:
  • Process pressure 1.5x10-2 mbar to 9.5x10-3 mbar
  • Process temperature 25 °C to 80 °C
  • Pulse current 50 A to 70
  • Pulse frequency 1200 Hz to 1500 Hz
  • Pulse length 25 ps to 35 ps
  • Target power 3 W/ cm 2 to 4 W / cm 2
  • the substrate 12 was subjected to a bias voltage of between 600 V and 700 V.
  • the bias voltage was switched off from the substrate 12 and the pulse current was reduced to 40 A to 50 A and the pulse frequency to 600 Hz to 800 Hz in order to achieve a good coating rate with increased target power, which was between 8 W/cm 2 and 12 W/cm 2 was to be achieved.
  • the coated bearing shells were subjected to a corrosion test in order to be able to test the tightness of the overlay 3.
  • the plain bearing elements 1 according to the invention showed better values than plain bearing elements conventionally coated by means of a conventional sputtering process according to AT 414 128 B.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Gleitlagerelementes (1) umfassend die Schritte Bereitstellen eines Substrates (12) umfassend eine Trägerschicht (2), Abscheiden einer Laufschicht (3) auf dem Substrat (12) mittels Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern.

Description

VERLAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES MEHRSCHICHTIGEN GLEITLAGERELE
MENTES
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Gleitlagerelementes umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Substrates umfassend eine Trägerschicht, Abschei den einer Laufschicht auf dem Substrat mittels Magnetronsputtem.
Weiter betrifft die Erfindung ein Gleitlagerelement umfassend eine Trägerschicht und eine Laufschicht, die metallische Teilchen umfasst bzw. aus metallischen Teilchen besteht, und ge gebenenfalls zwischen der Trägerschicht und der Laufschicht eine Lagermetallschicht, um fasst.
Die Herstellung von Laufschichten für Gleitlager mittels PVD-Verfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die AT 414 128 B ein Verfahren zur Her stellung eines Gleitlagers aus zumindest einem Träger und einer darauf angeordneten Rand schicht aus einer Aluminiumlegierung. Die Randschicht wird gemäß einer Ausführungsvari ante mit einem Sputterverfahren, insbesondere einem Gleichstrommagnetronsputterverfahren, hergestellt werden.
Auch die AT 517 717 Bl beschreibt ein Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf einem Gleitlagerelementrohling aus der Gasphase in einem Prozessgas, nach dem die Schicht aus zu mindest einem Target, das eine Metallkombination mit einem metallischen Basiselement um fasst oder daraus besteht, durch zumindest teilweises Zerstäuben des Targets und anschließen des Niederschlagen der zerstäubten Targetbestandteile auf dem Gleitlagerelementrohling her gestellt wird.
Obwohl Sputterschichten an sich sehr gute Eigenschaften aufweisen, die damit hergestellten Gleitlager demnach sehr hochwertig sind, besteht ein Bedarf zur weiteren Verbesserung der artiger Gleitlager, insbesondere wenn diese unter sehr widrigen Bedingungen betrieben wer den.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Gleitlagerelemente mit Sputterlauf- schichten bzw. deren Herstellung zu verbessern. Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, wonach vor gesehen ist, dass die Laufschicht mittels Hochleistungsimpulsmagnetronsputtem abgeschie den wird.
Weiter wird die Aufgabe bei dem eingangs genannte Gleitlagerelement dadurch gelöst, dass die Laufschicht eine Oberflächenrauigkeit Ra nach DIN EN ISO 4287:1984 von maximal 10 pm aufweist.
Von Vorteil ist dabei, dass das durch die mit dem Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern aus dem zumindest einen Target erzeugten geladenen Teilchen eine sehr glatte Oberfläche erzeugt werden kann. In der Lolge kann damit die Reibung zwischen dem Gleitlagerelement und dem damit im tribologisch Bezug stehenden Bauteil bzw. dem vom Gleitlagerelement gelagerten Bauteil reduziert werden, sodas s das Gleitlagerelement über einen längeren Zeitraum einsetz- bar bleibt. Zudem können damit sehr dichte Laufschichten erzeugt werden. Dies wiederum reduziert das Eindiffundieren von korrosiven Medien in das Gleitlagerelement, sodass eine unterhalb der Laufschicht angeordnete Schicht des Gleitlagerelementes, wie beispielswiese eine Lagermetallschicht, besser vor korrosiven Angriffen geschützt ist, womit in weiterer Lolge die Verwendungsdauer des Gleitlagerelementes ebenfalls erhöht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Laufschicht direkt auf der Trägerschicht abgeschieden wird. Es kann damit ein vereinfachter Schichtauf bau erreicht werden. Zudem ist damit eine verbesserte Haftung der Laufschicht auf der Trä gerschicht erreichbar, da hochenergetische Teilchen des Targets in die Trägerschicht zumin dest teilweise eindringen, also in die Trägerschicht implantiert werden, womit eine Art Ver- krallung bzw. eine Art Lormschluss zwischen der Laufschicht und der Trägerschicht erreicht werden kann. Aus dem gleichen Grund kann gemäß einer Ausführungsvariante des Gleitla gerelementes vorgesehen sein, dass Teilchen der Laufschicht zumindest teilweise in das Sub strat eingedrungen angeordnet sind.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Trä gerschicht während der Abscheidung der Laufschicht in-situ gereinigt wird. Der Begriff „während“ ist dabei nicht zwangsweise so zu verstehen, dass die Reinigung der Oberfläche des Substrats bzw. der Trägerschicht gleichzeitig mit der Abscheidung der Laufschicht er folgt. Die Abscheidung kann auch an die Reinigung (unmittelbar) anschließend durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsvariante wird das zu beschichtende Substrat, also insbeson dere die Trägerschicht, mit den vom Target verdampften Teilchen gereinigt. Ein Targetwech sel oder das Reinigung in einer anderen Anlage ist daher nicht notwendig, womit die Herstel lung des Gleitlagerelementes durch Einsparung von Prozessschritten vereinfacht werden kann.
Wie bereits voranstehend angedeutet, kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfin dung vorgesehen sein, dass auf die Trägerschicht vor der Abscheidung der Laufschicht eine Lagermetallschicht aufgebracht wird. Das Mehrschichtgleitlagerelement weist damit entspre chende Notlaufeigenschaften auf, falls die Laufschicht beginnt zu verschleißen, wobei bis da hin die Laufschicht die darunter angeordnete Lagermetallschicht besser vor Korrosion schüt zen kann, wie dies voranstehend ausgeführt wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen werden, dass das Substrat während der Abscheidung der Laufschicht bewegt, insbesondere gedreht, wird, wo mit eine gleichmäßigere Schichtdicke der Lauf Schicht erreicht werden kann.
Nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lauf schicht aus mehreren Teillauf schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebaut wird und dass gegebenenfalls die mehreren Teillaufschichten alternierend abgeschieden wer den. Die Laufschicht ist damit besser an die Erfordernisse im Lauf des Gleitlagers anpassbar, insbesondere kann damit eine Teillaufschicht eine Haftungsvermittlungsrolle zwischen der ei gentlichen Laufschicht und der Trägerschicht haben, wobei diese Teillaufschicht Teilchen aufweisen kann, die besser in das darunter liegenden Substrat implantiert werden können. Mit der alternierenden Anordnung der Teillaufschichten können Diffusionswege weiter verringert werden, womit ein Verbesserung des Korrosionsschutzes des Substrates erreicht werden kann, also beispielsweise der Lagermetallschicht und/oder der Trägerschicht.
Zur weiteren Verbesserung der voranstehend genannten Effekte kann gemäß zumindest einer der folgenden Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein: dass zur Erzeugung der Laufschicht zumindest ein Target verwendet wird, wobei das
Target mit einer Pulsfrequenz betrieben wird, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 100 Hz bis 1500 Hz oder aus einem Bereich von 500 Hz bis 2500Hz, und/oder dass für die Abscheidung Pulse mit einer Pulslänge zwischen 10 m8 und 100 m8 einge setzt werden, und/oder dass die Targets mit einer Leistung betrieben werden, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 2 W/cm2 bis 50 W/cm2; und/oder dass ein Tastverhältnis zwischen 0,01 und 0,5 angewandt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Laufschicht eine kolumnare Struktur mit Säulen aufweist, wobei die Säulen einen Winkel zu einer Oberfläche des Substrates, auf der die Laufschicht angeordnet ist, einnehmen, der ausge wählt ist aus einem Bereich von 80 0 bis 110 °. Durch die Längserstreckung der Säulen in Be lastungsrichtung kann die Tragfähigkeit der Laufschicht verbessert werden. Zudem können Belastungen unmittelbarer in die unter der Laufschicht angeordnete Schicht eingeleitet wer den, wenn sich zumindest einzelne der Säulen durchgehend durch die gesamte Dicke der Laufschicht erstrecken.
Zur weiteren Verbesserung zumindest eines dieser Effekte kann gemäß einer Ausführungsva riante vorgesehen sein, dass die Säulen in Draufsicht auf die Laufschicht einen maximalen Durchmesser aufweisen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,5 nm bis 300 nm
Vorzugsweise kann nach einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Lauf schicht eine Schichtdicke zwischen 10 mhi bis 100 mhi aufweist.
Zur weiteren Verbesserung des Schutzes von einer unter der Laufschicht angeordneten Schicht des Gleitlagerelementes kann nach einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Laufschicht eine Härte zwischen 10 HV 0,01 und 800 HV 0,1 aufweist.
Wie voranstehend ausgeführt, kann zur besseren Anpassbarkeit der Laufschicht an die Ein satzbedingungen und der Schutzfunktion der Laufschicht nach Ausführungsvarianten der Er findung vorgesehen sein, dass die Laufschicht als Gradientenschicht mit einem Konzentrati onsgradienten zumindest eines Bestandteils der Laufschicht ausgebildet ist, oder dass die Laufschicht als Abfolge von mehreren Teillauf schichten mit unterschiedlicher Zusammenset zung ausgebildet ist. Ein schnellerer Einlauf der Laufschicht kann erreicht werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen ist, dass die Laufschicht eine Schichtdicken toleranz zwischen ± 1 mhi und ± 10 mhi aufweist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein mehrschichtiges Gleitlagerelement in Seitenansicht;
Fig. 2 einen schematischen Aufbau einer Beschichtungsvorrichtung;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines Gleitlagerelementes;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Laufschicht.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Angaben zu den Legierungszusammensetzungen sind so zu verstehen, dass diese übliche Ver unreinigungen, wie sie in großtechnisch eingesetzten Rohstoffen auftreten, mitumfassen. Es besteht aber im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass Rein- bzw. Reinstmetalle bzw. Rein- oder Reinststoffe eingesetzt werden.
Weiter sind Angaben zu Zusammensetzungen in Gew.-% zu verstehen, sofern nicht etwas an deres ausdrücklich angegeben ist.
Fig. 1 zeigt ein Gleitlagerelement 1 (auch als Mehrschichtgleitlagerelement bezeichenbar) in Form einer Gleitlagerhalb schale. Dargestellt ist eine zweischichtige Variante des Gleitla gerelements 1, bestehend aus einer Trägerschicht 2 (auch als Stützschicht bezeichenbar) und einer Laufschicht 3, die auf einer Vorderseite 4 (radial inneren Seite) des Gleitlagerelements 1, die einem zu lagernden Bauteil zuwendbar ist, angeordnet ist.
Gegebenenfalls kann eine Lagermetallschicht 5 zwischen der Laufschicht 3 und der Träger schicht 2 angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist.
Der prinzipielle Aufbau derartiger Gleitlagerelemente 1, wie sie z.B. in Verbrennungskraft maschinen Verwendung finden, ist aus dem Stand der Technik bekannt, sodass sich weitere Ausführungen hierzu erübrigen. Es sei jedoch erwähnt, dass weitere Schichten angeordnet werden können, also beispielsweise zwischen der Lagermetallschicht 5 und der Trägerschicht 1 eine Haftvermittlerschicht und/oder eine Diffusionssperrschicht, etc., wenngleich dies nicht notwendig ist, wie im Folgenden bzw. im Voranstehenden ausgeführt wird bzw. ist. Bevor zugt kann also vorgesehen sein, dass die Laufschicht 3 direkt auf der Trägerschicht 1 angeord net ist, oder gegebenenfalls die Lagermetallschicht 5 direkt auf der Trägerschicht 1 und die Laufschicht 3 direkt auf der Lagermetallschicht 5 angeordnet sind.
Im Rahmen der Erfindung kann das Mehrschichtgleitlager 1 auch anders ausgeführt sein, bei spielsweise als Lagerbüchse, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. Ebenso sind andere Ausführungsformen von Mehrschichtgleitlagem 1 möglich.
Die Trägerschicht 2 ist aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Insbesondere kann sie aus Stahl bestehen. Sie kann aber auch aus einem anderen Werkstoff, der dem Gleitlagerele ment 1 die erforderliche Strukturfestigkeit verleiht, bestehen. Derartige Werkstoffe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann die Trägerschicht 2 aus einer Kupfer bronze bestehen.
Für die Lagermetallschicht 5 sowie die Zwischenschichten können (auch) die aus dem ein schlägigen Stand der Technik bekannten Legierungen bzw. Werkstoffe verwendet werden, und sei diesbezüglich darauf verwiesen. Beispielsweise kann die Lagermetallschicht 5 kann aus einer (bleifreien) Kupfer- oder Aluminium- oder Silber- oder Bismut- oder Zinnbasisle gierung bestehen. Beispiele hierfür sind:
1. Lagermetalle auf Aluminiumbasis (nach DIN ISO 4381 bzw. 4383):
Al-Sn-Legierungen, Al-Sn-Cu-Legierungen, Al-Sn-Ni-Mn-Legierungen, Al-Sn-Si-Legierun- gen, Al-Sn-Si-Cu-Legierungen, z.B. AlBil5Mo2, Al-BillCu0,5Ni0,5, AlBi25Cu, AlSn25Si7,5, AlSn20, AlSn20Cu, AlSn20Sbl0; AlSnöCuNi, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSillCu, AlSnöCu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSillCuMgNi;
2. Lagermetalle auf Kupferbasis (nach DIN ISO 4383):
CuSn8-10, CuA110Fe5Ni5, CuZn31Sil, CuPb24Sn2, CuSn8Bil0, CuBi40, CuBi20,
CuAg20;
3. Lagermetalle auf Zinnbasis:
SnSb8Cu4, SnSbl2Cu6Pb, SnCulO, SnAg20, SnSb20Cu5;
4. Lagermetalle auf Silberbasis:
AgSnl0-40, AgCuSn, AgSn20, AgBil5, AgCu20;
5. Lagermetalle auf Bismustbasis:
BiCu0,l-10Sn0,5-10, BiAg20, BiCu20.
Für den Fall, dass eine Lagermetallschicht 5 angeordnet wird, kann diese mit üblichen Metho den auf der Trägerschicht 2 angeordnet bzw. abgeschieden werden. Beispielsweise kann sie walzplattiert oder schmelzmetallurgisch oder galvanisch abgeschieden werden.
Die Laufschicht 3 besteht vorzugsweise aus einer Basislegierung die als Hauptlegierungsele ment ein Element aus einer Al, Cu, Ag, Sn, Bi, Sb umfassenden Elementgruppe aufweist. Das Basiselement stellt dabei (wie auch generell in der Beschreibung) - verglichen mit den weite ren Legierungselementen - mengenmäßig den größten Anteil dar. Die Laufschicht 3 kann ebenfalls aus den voranstehend genannten Legierungen ausgewählt sein, beispielsweise durch AlSn20Cul oder AlSn40 oder eine Legierung auf Zinnbasis oder auf Bismutbasis oder auf Silberbasis oder durch eine Schicht aus Reinsilber mit den erschmelzungs- und/oder abschei- dungsbedingten Verunreinigungen oder aus Reinkupfer oder aus CuSn oder CuAl gebildet sein. Die Zusammensetzung der Laufschicht 3 ist aber jedenfalls unterschiedlich zu jener der Lagermetallschicht 5, falls diese vorhanden ist. Die Diffusionssperrschicht und/oder Bindeschicht kann z.B. durch Al, Mn, Ni, Fe, Cr, Co,
Cu, Ag, Mo, Pd sowie NiSn- bzw. NiCr- bzw. CuSn-Legierungen gebildet sein. Andere be kannte Metalle und metallische Legierungen sind ebenfalls denkbar.
Es besteht weiter die Möglichkeit, dass auf der Laufschicht 3 eine Schicht angeordnet ist bzw. wird. Diese weitere Schicht kann die Funktion einer Einlauf Schicht haben. Beispielsweise kann diese weitere Schicht Zinn oder eine Gleitlackschicht bzw. generell Polymerschicht mit Festschmierstoffpartikeln sein.
Es ist vorgesehen, dass die Laufschicht 3 mittels Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern (Hi- PIMS) auf dem Substrat, also gemäß Ausführungsvarianten der Erfindung insbesondere ent weder direkt auf der Trägerschicht 2 oder der Lagermetallschicht 5, abgeschieden wird. Dabei lässt man während des Sputtervorgangs kurze Spannungsimpulse auf das Target (Kathode) einwirken und erhält mit einer hohen Plasma- Elektronendichte hohe Elektronenstoß-Ionisie- rungsraten, die zu einem hohen Ionisierungsanteil der gesputterten Spezies führt.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Sputteranlage 6.
Beim angewandten Verfahren werden geladene metallische Teilchen 7 in einem Feld einer entsprechenden magnetischen Quelle 3 beschleunigt und auf eine Zielelektrode bzw. zumin dest ein Target 9 gelenkt. Das Target 9 ist zugleich die Kathode.
Als Quelle der Teilchen 7 dient ein ionisiertes Edelgas bzw. ein Plasma 10. Die beschleunig ten Teilchen 7 schlagen beim Auftreffen auf das Target 9 Atome 11 aus der Oberfläche des Targetmaterials heraus. Weiter kommt es durch den hohen Ionisierungsgrad in der Abscheide kammer der Sputteranlage 6 ebenfalls zur Ionisierung von Metallteilchen (Atomen 11). Die Atome 11 bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit und Energiedichte in Richtung auf das Substrat 12 und schlagen sich dort als Laufschicht 3 nieder.
Das Target 9 wird während des Verfahrens mit hoch energetischen Impulsen beaufschlagt.
Das Substrat 12 soll nicht auf die in Fig. 2 dargestellte Plattenform beschränkt sein, sondern können erfindungsgemäß auch davon abweichende Formen, beispielsweise Lagerhalbschalen, verwendet werden. Das Prozessgas, also insbesondere das Inertgas, wie beispielweise Argon, kann über zumin dest einen Einlass 13 zugeführt werden.
Das Target 9 kann die gewünschte Zusammensetzung der Laufschicht 3 aufweisen. Es ist aber auch möglich mehrere Targets 9 einzusetzen, die jeweils unterschiedlich zusammengesetzt sind, und die Zusammensetzung der Laufschicht 3 aus diesen mehreren Targets 9 herzustel len. Dazu können die Abdampfraten der Targets 9 der gewünschten Zusammensetzung der Laufschicht 3 entsprechend unterschiedlich gestaltet werden.
Lür die Abscheidung der Laufschicht 3 auf dem Substrat 12 können folgende Parameter ange wandt werden:
Prozessdruck: 30xl02 mbar bis lxlO 3 mbar Prozesstemperatur: 50 °C bis 200 °C Puls ström: 10 A und 100 A Pulsfrequenz: 500 Hz und 2500 Hz Pulslänge: 10ps - 100 ps.
Targetleistung: 2 W/cm2 - 50W/cm2
Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Träger schicht 2 als Substrat 12 zur Direktbeschichtung mit der Laufschicht 3 während der Abschei dung der Laufschicht 3 in-situ gereinigt wird. Dazu wird die Trägerschicht 2, die gegebenen falls vorgereinigt worden ist, in der Beschichtungskammer 14 angeordnet, beispielsweise auf einem geeigneten Substratträger (wie auch bei voranstehend angeführter Verfahrensvariante), und nach Herstellung der geeigneten Atmosphäre in-situ gereinigt. Hierfür können die folgen den Parameter angewandt werden:
Prozessdruck: 90xl02 mbar bis lxlO 3 mbar Prozesstemperatur: 25 °C bis 150 °C Spitzenstrom: 50 A bis 1000 A Pulsfrequenz: 100 Hz und 1000 Hz Pulslänge: 10 ps bis 100 ps Targetleistung: 0,1 W/cm2 bis 10 W/cm2 Unterstützend zum Target 9 kann das Substrat 12 mit einer Bias-Spannung zwischen 100 V bis 1500 V beaufschlagt werden.
Danach kann die Abscheidung der Laufschicht 3 unmittelbar an diese Reinigung anschließend mit den voranstehend genannten Parametern erfolgen.
Es wird also bei dieser Ausführungsvariante der Prozessschritt „Abscheidung der Laufschicht 2“ auf mehrere Teilschritte aufgeteilt. Die Angabe „während der Abscheidung der Lauf schicht 3“ ist in diesem Sinne zu verstehen.
Der Substratträger kann während der Behandlung bzw. Abscheidung stillstehend verbleiben. Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann aber auch vorgesehen sein, das Substrat bewegt, insbesondere gedreht, wird. Der Substrathalter kann also beispielsweise ein Drehtel ler sein. Andere Bewegungsabläufe während der Abscheidung der Laufschicht 3 sind eben falls denkbar.
In Lig. 3 ist ein Ausschnitt aus einer Au sführungs Variante des Gleitlagerelementes 1 darge stellt. Bei dieser Ausführungsvariante weist die Laufschicht 3 ein Aufbau aus mehreren Teil laufschichten 15, 16 auf. Die Teillaufschicht 15 weist dabei eine zur Zusammensetzung der Teillaufschicht 16 unterschiedliche Zusammensetzung auf. Beispielsweise kann die Teillauf schicht 15 aus einer Kupferbasislegierung oder einer Aluminiumbasislegierung oder aus Sil ber bestehen, und die Teillauf Schicht 16 aus einem der Elemente Nickel, Kobalt, Chrom, Mo lybdän, Titan, Edelstahl, Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen, wobei das genannten Element das Basiselement (Element mit dem höchsten Anteil) bildet, gebildet sein.
Im einfachsten Lall ist die Laufschicht 3 nur aus einer Teillaufschicht 15 und einer Teillauf schicht 16 gebildet. Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die mehreren Teillaufschichten 15, 16 alternierend abgeschieden werden, sodass eine vielschichtige Laufschicht 3 entsteht, wie diese aus Lig. 3 zu ersehen ist.
Es sei dazu angemerkt, des weder die Anzahl der einzelnen Teillaufschichten 15, 16 noch de ren konkrete in Lig. 3 dargestellte Anordnung beschränkend zu verstehen ist. Die Lig. 3 soll lediglich das Prinzip verdeutlichen.
Die Teillauf schichten 15, 16 stehen bevorzugt in direkten Kontakt miteinander. Es besteht weiter die Möglichkeit, dass die Laufschicht 3 aus mehr als zwei unterschiedlichen Teillaufschichten 15, 16 aufgebaut wird.
Zur Herstellung des mehrschichtigen Lauf schichtaufb aus kann eine der Anzahl der unter schiedlichen Teillaufschichten 15, 16 entsprechende Anzahl an unterschiedlichen Targets 9 eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die unterschiedliche Zusammenset zung über die Abdampfrate(n) an Targetmaterial aus einem Target 9 oder mehreren Targets 9 zu erhalten.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lauf schicht 3 so abgeschieden wird, dass Teilchen der Laufschicht 3 zumindest teilweise in das Substrat 12, also beispielsweise die Trägerschicht 2 oder die Lagermetallschicht 5, eindrin- gen, also implantiert werden. Lür diese Ausführungsvariante können folgende Prozessparame ter angewandt werden:
Prozessdruck: 30xl02 mbar bis lxlO 3 mbar Prozesstemperatur: 50 °C bis 150 °C Pulsstrom: 10 A bis 500 A Pulsfrequenz: 100 Hz bis 1500 Hz Pulslänge: 10 ps bis 100 ps Targetleistung: 2 W/cm2 bis 20 W/cm2
Unterstützend zum Target 9 kann das Substrat mit einer Bias-Spannung zwischen 10 V bis 500 V beaufschlagt werden.
Bei sämtlichen Ausführungsvarianten des Verfahrens kann es von Vorteil sein, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ein Tastverhältnis zwischen 0,01 und 0,5 angewandt wird. Das Tastverhältnis beschreibt dabei das Ein- Aus-Verhältnis der Pulse.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann ein Gleitlagerelement 1 mit einer Laufschicht 3 her gestellt werden, die eine Oberfläche 17 mit einer Oberflächenrauigkeit Ra nach DIN EN ISO 4287:1984 von maximal 8 pm aufweist. Insbesondere kann die Oberflächenrauigkeit Ra zwi schen 1 pm und 8 pm betragen.
Weiter kann die gemittelte Rauhtiefe Rz nach DIN EN ISO 4287:1984 zwischen 1 pm und 10 pm betragen. Die Laufschicht 3 kann dabei gemäß einer Ausführungsvariante eine Schichtdickentoleranz zwischen 10 pm und 100 p m aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die in Fig, 4 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass die Laufschicht 3 eine kolumnare Struktur mit Säulen 18 aufweist, wobei die Säulen 18 einen Winkel zu einer Oberfläche 19 des Substrates, also beispielsweise der Trägerschicht 3, auf der die Laufschicht 3 angeordnet ist, einnehmen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 80 0 bis 110 °. Beispielsweise können die Säulen 18 zumindest annähernd rechtwinkelig zu dieser Oberfläche 19 angeordnet sein.
Der Winkel wird dabei zwischen der Höhe der Säulen 18 und der Oberfläche 19 ausgebildet. Die Höher der Säulen 18 ist bevorzugt (deutlich) größer, als ein Durchmesser 20 der Säulen 18. Dieser Durchmesser 20 der Säulen 18 kann nach einer weiteren Ausführungsvariante ei nen Wert aufweisen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,5 nm bis 300 nm. Der Durchmesser 20 ist dabei der maximale Durchmesser, als der Durchmesser eines Hüllkreises, der die jeweilige Säule 18 an der Oberfläche 19 gerade umgibt.
Die Laufschicht 3 kann generell eine Schichtdicke 21 zwischen 10 pm bis 100 pm aufweisen.
Weiter kann die Laufschicht 3 gemäß einer anderen Ausführungsvariante eine Härte zwischen 10 HV 0,01 und 800 HV 0,1 aufweisen.
Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann vorgesehen sein, dass die Laufschicht 3 als Ab folge von mehreren Teillaufschichten 15, 16 mit unterschiedlicher Zusammensetzung ausge bildet ist. Gemäß einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die Laufschicht 3 als Gradientenschicht mit einem Konzentrationsgradienten zumindest eines Bestandteils der Laufschicht 3 ausgebildet ist. Die Konzentration dieses Bestandteils kann dabei in Richtung auf die Trägerschicht 2 zunehmen oder abnehmen. Die Teillaufschicht 15 kann aus einer Kup ferbasislegierung oder einer Aluminiumbasislegierung oder aus Silber bestehen, und die Teil laufschicht 16 aus einem der Elemente Nickel, Kobalt, Chrom, Molybdän, Titan, Edelstahl, Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen, wobei das genannten Element das Basiselement (Element mit dem höchsten Anteil) bildet, bestehen.
Beispiele: Auf konventionellen Bleibronzen Trägerschicht 2 in Form von Lagerschalen mit und ohne Lagermetallschicht 5 als Substrat 12 wurde nach der Formgebung, Reinigung, etc., eine Lauf schicht 3 aus AlSn20Cul so abgeschieden, dass Teilchen der Laufschicht 3 zumindest teil weise in das Substrat 12, also die Trägerschicht 2 oder eine Lagermetallschicht 5, eindringen, also implantiert werden. Für diese Ausführungsvariante wurden folgende Prozessparameter angewandt:
Prozessdruck: 1,5x10-2 mbar bis 9,5x10-3 mbar Prozesstemperatur: 25 °C bis 80 °C Pulsstrom: 50 A bis 70 A Pulsfrequenz: 1200 Hz bis 1500 Hz Pulslänge: 25 ps bis 35 ps Targetleistung: 3 W/cm2 bis 4 W/cm2
Unterstützend dazu wurde das Substrat 12 mit einer Bias-Spannung zwischen 600 V bis 700 V beaufschlagt.
Anschließend wurde nach etwa 15 Minuten die Bias-Spannung vom Substrat 12 abgeschaltet und der Pulsstrom auf 40 A bis 50 A sowie die Pulsfrequenz auf 600 Hz bis 800 Hz reduziert um eine gute Beschichtungsrate mit erhöhter Targetleistung, welche zw. 8 W/cm2 bis 12 W/cm2 lag, zu erreichen.
Im Querschliff sind bei dem erfindungsgemäßen Gleitlagerelement 1 im Unterschied zu mit einem konventionellen Sputterverfahren AT 414 128 B auf einer Bleibronze abgeschiedenen Laufschicht 3 nahezu keine Fehlstellen zwischen der Laufschicht 3 und dem Substrat 12 er kennbar.
Die beschichteten Lagerschalen wurden einem Korrosionstest unterzogen, um die Dichtheit der Laufschicht 3 prüfen zu können. Auch hier zeigten die erfindungsgemäßen Gleitlagerele mente 1 bessere Werte als herkömmlich mittels einem konventionellen Sputterverfahren ge mäß AT 414 128 B beschichtete Gleitlagerelemente.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander mög lich sind. Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus das Gleitlagerelement 1 und die Sputteranlage 6 nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.
Bezugszeichenaufstellung Gleitlagerelement Trägerschicht Lauf Schicht Vorderseite Lagermetallschicht Sputteranlage Teilchen Quelle Target Plasma Atom Substrat Einlass Beschichtungskammer Teillauf Schicht Teillauf Schicht Oberfläche Säule Oberfläche Durchmesser Schichtdicke

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Gleitlagerelementes (1) umfas send die Schritte:
Bereitstellen eines Substrates (12) umfassend eine Trägerschicht (2),
Abscheiden einer Laufschicht (3) auf dem Substrat (12) mittels Magnetronsputtem; dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (3) mittels Hochleistungsimpulsmagnetronsput tern abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (3) di rekt auf der Trägerschicht (2) abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger schicht (2) während der Abscheidung der Laufschicht (3) in-situ gereinigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trägerschicht (2) vor der Abscheidung der Laufschicht (3) eine Lagermetallschicht (5) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) während der Abscheidung der Laufschicht (3) bewegt, insbesondere gedreht, wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (3) aus mehreren Teillauf schichten (15, 16) mit unterschiedlicher Zusammenset zung aufgebaut wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Teillauf schichten (15, 16) alternierend abgeschieden werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Laufschicht (3) zumindest ein Target (9) verwendet wird, wobei das Target (9) mit einer Pulsfrequenz betrieben wird, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 100 Hz bis 1500 Hz oder aus einem Bereich von 500 Hz bis 2500Hz.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung der Laufschicht (3) Pulse mit einer Pulslänge zwischen 10 ps und 100 ps eingesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Target (9) mit einer Leistung betrieben werden, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 2 W/cm2 bis 50 W/cm2.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastverhältnis zwischen 0,01 und 0,5 angewandt wird.
12. Gleitlagerelement (1) umfassend eine Trägerschicht (2) und eine Laufschicht (3), die metallische Teilchen, und gegebenenfalls zwischen der Trägerschicht (2) und der Lauf schicht (3) eine Lagermetallschicht (5), umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauf schicht (3) eine Oberflächenrauhigkeit Ra nach DIN EN ISO 4287:1984 von maximal 8 auf- weist.
13. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen der Laufschicht (3) zumindest teilweise in die Trägerschicht (2) oder die Lagermetallschicht (5) eingedrungen angeordnet sind.
14. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht (3) eine kolumnare Struktur mit Säulen (18) aufweist, wobei die Säulen (18) einen Winkel zu einer Oberfläche (19) der Trägerschicht (2) oder der Lagermetallschicht (5), auf der die Laufschicht (3) angeordnet ist, einnehmen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 800 bis 110 °.
15. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulen (18) in Draufsicht auf die Laufschicht (3) einen maximalen Durchmesser (20) aufweisen, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,5 nm bis 300 nm.
16. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeich net, dass die Laufschicht (3) eine Schichtdicke (21) zwischen 10 pm bis 100 pm aufweist.
17. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeich net, dass die Laufschicht (3) eine Härte zwischen 10 HV 0,01 und 800 HV 0,1 aufweist.
18. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeich net, dass die Laufschicht (3) als Gradientenschicht mit einem Konzentrationsgradienten zu mindest eines Bestandteils der Laufschicht (3) ausgebildet ist.
19. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeich net, dass die Laufschicht (3) als Abfolge von mehreren Teillaufschichten (15, 16) mit unter schiedlicher Zusammensetzung ausgebildet ist.
20. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeich net, dass die Laufschicht (3) eine Schichtdickentoleranz zwischen ± 1 pm und ± 10 pm auf weist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115007967A (zh) * 2022-04-19 2022-09-06 东南大学 一种高性能轴瓦双金属材料的增材制备方法及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT414128B (de) 2004-08-03 2006-09-15 Miba Gleitlager Gmbh Aluminiumlegierung für tribologisch beanspruchte flächen
AT517717B1 (de) 2016-01-28 2017-04-15 Miba Gleitlager Austria Gmbh Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf einem Gleitlagerelementrohling

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904362A (en) * 1987-07-24 1990-02-27 Miba Gleitlager Aktiengesellschaft Bar-shaped magnetron or sputter cathode arrangement
AT412877B (de) * 2003-07-01 2005-08-25 Miba Gleitlager Gmbh Schichtwerkstoff
AT501722B1 (de) * 2005-07-12 2006-11-15 Miba Gleitlager Gmbh Beschichtungsverfahren
US20120114971A1 (en) * 2007-01-05 2012-05-10 Gerd Andler Wear resistant lead free alloy sliding element method of making
CN100552247C (zh) * 2007-12-27 2009-10-21 重庆跃进机械厂有限公司 具有扩散层pvd轴瓦的生产方法
AT508962A1 (de) * 2009-11-05 2011-05-15 Miba Gleitlager Gmbh Verfahren zum herstellen eines gleitlagerelementes
DE102011080898A1 (de) * 2011-08-12 2013-02-14 Robert Bosch Gmbh Einglättende Schicht für metallische Werkstücke
EP2653583B1 (de) * 2012-04-20 2021-03-10 Oerlikon Surface Solutions AG, Pfäffikon Beschichtungsverfahren zur Abscheidung eines Schichtsystems auf einem Substrat
DE202015002779U1 (de) * 2015-04-14 2015-04-24 Wittmann Battenfeld Gmbh Schließeinheit einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, insbesondere einer Spritzgießmaschine
CN208701194U (zh) * 2018-06-29 2019-04-05 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 一种新型制备薄膜的装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT414128B (de) 2004-08-03 2006-09-15 Miba Gleitlager Gmbh Aluminiumlegierung für tribologisch beanspruchte flächen
AT517717B1 (de) 2016-01-28 2017-04-15 Miba Gleitlager Austria Gmbh Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf einem Gleitlagerelementrohling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115007967A (zh) * 2022-04-19 2022-09-06 东南大学 一种高性能轴瓦双金属材料的增材制备方法及其应用
CN115007967B (zh) * 2022-04-19 2024-04-09 东南大学 一种高性能轴瓦双金属材料的增材制备方法及其应用

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