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Patent Searching and Data


Title:
SLIDING BEARING COMPOSITE MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/107288
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sliding bearing composite material with a substrate layer made of steel, an intermediate layer which lies on the substrate layer, and a bearing metal layer which lies on the intermediate layer and which is made of an aluminum alloy that is free of lead apart from impurities. The aluminum alloy contains 10.5 - 14 wt.% tin, 2 - 3.5 wt.% silicon, 0.4 - 0.6 wt.% copper, 0.15 - 0.25 wt.% chromium, 0.01 - 0.08 wt.% strontium, and 0.05 - 0.25 wt.% titanium. The silicon is present in the form of particles in the bearing metal layer in a distributed manner such that the percentage of the area of visible silicon particles with a diameter of 4 μm to 8 μm in an area of the metal bearing layer is at least 2.5%, preferably at least 2.75%, with respect to said area.

Inventors:
ANDLER GERD (DE)
LINDNER KARL-HEINZ (DE)
Application Number:
EP2012/051124
Publication Date:
August 16, 2012
Filing Date:
January 25, 2012
Export Citation:
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Assignee:
FEDERAL MOGUL WIESBADEN GMBH (DE)
ANDLER GERD (DE)
LINDNER KARL-HEINZ (DE)
International Classes:
C22C1/02; C22C1/04; C22C21/00; F16C17/00
Domestic Patent References:
WO2008003965A12008-01-10
WO2002040883A12002-05-23
Foreign References:
EP0131428A11985-01-16
DE102005023308A12006-11-16
DE10246848B42006-12-21
DE4323448C21995-11-23
GB2243418A1991-10-30
DE102010029158A12010-12-16
Attorney, Agent or Firm:
MEHLER ACHLER Patentanwälte (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer auf der Trägerschicht angeordneten Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht angeordneten Lagermetallschicht aus einer bis auf Verunreinigungen bleifreien Aluminiumlegierung, wobei die Aluminiumlegierung

10,5 - 14 Gew.-% Zinn,

2 - 3,5 Gew.-% Silizium,

0,4 - 0,6 Gew.-% Kupfer,

0,15 - 0,25 Gew.-% Chrom,

0,01 - 0,08 Gew.-% Strontium und

0,05 - 0,25 Gew.-% Titan

enthält.

2. Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aiuminiumlegierung der Lagermetallschicht mindestens ein weiteres Element aus der Gruppe bestehend aus V und Zr aufweist, wobei deren Anteil der Mikrolegierungselemente insgesamt 0,05 - 0,7 Gew.-% beträgt.

3. Gleitlagerschale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus Reinaluminium oder aus einer Aiuminiumlegierung besteht.

4. Gieitlagerschale nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil des Zinns in Aiuminiumlegierung der Lagermetallschicht 1 1 - 13 Gew.-% beträgt. Gleitlagerschale nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil des Siliziums in Aluminiumlegierung der Lagermetallschicht 2,25 - 2,75 Gew.-% beträgt.

Gleitlagerschale nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil des Titans in Aluminiumlegierung der Lagermetallschicht 0,05 - 0,15 Gew.-% beträgt

Gleitlagerschale nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Anteil des Strontiums in Aluminiumlegierung der Lagermetall- schicht 0,01 - 0,05 Gew.-% beträgt.

Gleitlagerschale nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass auf der Lagermetallschicht eine Deckschicht auf Polymerbasis angeordnet ist.

Gleitlagerschale nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das Silizium in Form von Partikeln in der Lagermetallschicht der Gestalt verteilt vorliegt, dass bezogen auf eine Fläche der Lagermetallschicht der Flächenanteil der in dieser Fläche sichtbaren Siliziumpartikel mit einem Durchmesser von 4 pm bis 8 pm wenigstens 2,5%, bevorzugt wenigstens 2,75% beträgt.

10. Gleitlagerschale nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

dass die Größenverteilung der Siliziumpartikel durch eine Abkühlrate nach dem Gießprozess von weniger als 75 K/s, bevorzugt weniger als 50 K/s eingestellt ist.

Description:
Gleitlagerverbundwerkstoff

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer auf der Trägerschicht angeordneten Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht angeordneten Lagermetalischicht aus einer bis auf Verunreinigung bleifreien Aluminiumlegierung.

Derartige Gleitlagerverbundwerkstoffe werden insbesondere für Lagerschalen oder Buchsen für den Einsatz in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen entwickelt. Neben solchen Verbundwerkstoffen mit einer Lagermetallschicht aus einer Aluminiumlegierung kommen hierfür ansonsten Kupfer bzw. Kupfer-Zinn- basierte Lagermetalllegierungen zum Einsatz, vgl. DE 10 2005 023 308 A1. Obgleich man lange Zeit davon ausgegangen war, dass im Hinblick auf die Anpassungsfähigkeit, Ermüdungsfestigkeit und das Fressverhalten die Kupferbasierten Legierungen den Aluminiumlegierungen überlegen sind, wurden in jüngster Vergangenheit verstärkt Anstrengungen unternommen, auch Alumini- um-basierte Lagermetallwerkstoffe den gestiegenen Anforderungen moderner Verbrennungsmotoren anzupassen. Aluminiumwerkstoffe haben den Vorteil der Gewichtsersparnis und sind vergleichsweise kostengünstig, weshalb sie bei gleicher Leistungsfähigkeit zu bevorzugen sind. Gleitlagerverbundwerkstoffe mit einer Lagermetallschicht auf Aluminiumbasis sind beispielsweise aus den Patentschriften DE 102 46 848 B4, DE 43 23 448 C5 oder aus den Offenlegungsschriften GB 2 243 418 A, WO 02/40883 A1 und DE 10 2010 029 158 A1 bekannt. In den beiden Schriften DE 43 23 448 C5 und WO 02/40883 A1 ist Blei als Festschmierstoff zur Verringerung der Fressneigung obligatorisch. Aus Umweltgründen sind bleihaltige Legierungen aber zu vermeiden. Der aus den Schriften DE 102 46 848 B4 und DE 10 2010 029 58 A1 bekannte Werkstoff ist bleifrei, wobei in der DE 10 2010 029 158 A1 nur ganz allgemein von einer nicht näher spezifizierten Aluminiumlegierung die Rede ist. Die DE 102 46 848 B4 ist diesbezüglich detaillierter und bildet daher den im Hinblick auf die vorliegende Erfindung gattungsgemäßen Stand der Technik. Die aus dieser Schrift bekannte Aluminiumlagerlegierung umfasst 1 ,5 bis 8 Gew.-% Si, 3 bis 40 Gew.-% Sn, ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe, bestehend aus Cu, Zn und Mg in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 6 Gew.-%, optional ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe, bestehend aus Mn, V, Mo, Cr, Ni, Co und B, in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 3 Gew.-% und im übrigen Aluminium. Der Schwerpunkt der Untersuchung in jener Schrift liegt auf der Partikelgrößenverteilung der in dem fertigen Aluminiumlagerlegierungsprodukt enthaltenen Si-Partikel, welche sowohl einen Anteil kleiner Si-Partikel mit einer Korngröße von weniger als 4 pm als auch größere Si-Partikel mit einer Korngröße von 4 bis 20 pm in einer bestimmten, jedoch sehr breiten Verteilung enthalten soll. Mit der angegebenen Verteilung soll die Neigung des Werkstoffes mit dem Gleitpartner zu verkleben (Fressneigung) vermindert und die Einbindung der Partikel in den Werkstoff verbessert werden. Zum Erreichen der geforderten Partikelgrößenverteilung trägt nach der Lehre jener Schrift die Abfolge eines Glühschritts bei einer Temperatur von 350°C bis 450°C über einen Zeit- räum von 8 bis 24 Stunden und ein nachfolgender Walzschritt bei.

Demgegenüber befasst sich die vorliegende Erfindung mit der Optimierung der chemischen Zusammensetzung der Aluminium-basierten Lagermetallschicht im Hinblick auf eine kostengünstige Materialauswahl bei gleichzeitiger Optimierung der mechanischen Eigenschaften Festigkeit, Verschleißbeständigkeit, Umform- barkeit und Reibwiderstand. Die Umformbarkeit soll im Hinblick auf die herstellungsbedingten hohen Umformgrade beim Walzen der Gleitlagerverbundwerk- stoffe optimiert werden. Moderne Motoren verlangen aufgrund höherer spezifischer Leistung gleichzeitig mehr Festigkeit, insbesondere Warmfestigkeit, unter geringstmöglichem Materialaufwand. Auch die Verschleißbeständigkeit unterliegt dabei einem ständigen Optimierungsbestreben und soll nicht der steigenden Leistungsanforderung geopfert werden, da mit zunehmendem Verschleiß abgesehen von einer potentiellen Ausfallgefahr auch die Effizienz und damit die Sparsamkeit des Motor abzunehmen droht. Ebenfalls im Hinblick auf die Spar- samkeit des Motors herrschen in den Lagern moderner Verbrennungsmotoren zunehmend Mischreibungsbedingungen vor, die einerseits der Verwendung von Ölen mit niedriger Viskosität und andererseits in zunehmendem Maße der Nachfrage nach Start-Stopp-Anwendungen geschuldet sind. Anders gesagt, soll ein modernes Lager schon bei geringsten Drehzahlen einen möglichst geringen Reibkoeffizienten haben. Es wird nicht verkannt, dass die Partikelgrößenverteilung eine entscheidende Einflussgröße in dieser Hinsicht darstellt.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit verbesserter Zusammensetzung im Hinblick auf ein hohes Maß an Umformbarkeit bei gleichzeitiger Steigerung der Warmfestigkeit und auf eine hohe Verschleißbeständigkeit, insbesondere unter den in Start- Stopp-Anwendungen vorherrschenden Mischreibungsbedingungen, unter geringstmöglichem Materialaufwand bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Gleitlagerverbundwerkstoff weist eine Trägerschicht aus Stahl und eine Lagermetallschicht aus einer bis auf Verunreinigung bleifreien Aluminiumlegierung auf, wobei die Aluminiumlegierung 10,5 - 14 Gew.-% Zinn,

2 - 3,5 Gew.-% Silizium,

0,4 - 0,6 Gew.-% Kupfer,

0,15 - 0,25 Gew.-% Chrom,

0,01 - 0,08 Gew.-% Strontium und

0,05 - 0,25 Gew.-% Titan enthält.

Die Erfinder haben erkannt, dass es gerade im Bereich von Mischreibungsbe- dingungen im Start-Stopp-Betrieb, d. h. wenn keine (hydrodynamische) Öl- schmierung des Lagers gegeben ist, in zunehmendem Maße auf die exakte Zusammensetzung der Lagermetalllegierung ankommt. Dabei spielen auch die Verhältnisse der in sehr geringen Anteilen zugesetzten Elemente eine entscheidende Rolle,

Die Zugabe von Ti verbessert, ungeachtet einer geeigneten Temperaturführung und geeigneter Umformgrade bei der Herstellung des Gleitlagerverbundwerk- Stoffes, die Kornfeinung des Matrixmaterials beim Gießprozess. Durch eine exakte Einhaltung des Ti-Gehalts von 0,05 - 0,25 Gew.-%, bevorzugt 0,05 - 0,15. Gew.-%, kann bei den im Hinblick auf die Si-Partikelgrößenverteilung angestrebten geringen Abkühlraten des Gießprozesses eine hinreichend feine Korngröße des AI-Matrixmaterials eingestellt werden, die eine hohe Festigkeit bei guten Dehneigenschaften des Matrixwerkstoffes sicherstellt. Die Korngrößenverteilung des Matrixmaterials hat wiederum sowohl Einfluss auf die Verteilung der Si-Partikel, da sich das Si in der AI-Matrix löst, als auch auf die Einlagerung der Weichphase, d.h. des unlöslichen Sn entlang der Komgrenzen. Deshalb bedingt der Ti-Gehalt eine möglichst exakte Abstimmung mit dem Anteil des Si und des Sn. Letzteres liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von 10,5 Gew.-% bis 14 Gew.-%, bevorzugt 11 Gew.-% bis 13 Gew.-%, vor. Genau in diesem Bereich weist das Legierungssystem die hervorragenden Gleiteigenschaften auf, die einen Einsatz bei Mischreibungsbedingungen möglich macht, ohne bereits dessen Festigkeit zu beeinträchtigen.

Der Si-Gehalt ist mit einer Obergrenze von 3,5 Gew.-%, bevorzugt 2,75 Gew.- %, erfindungsgemäß so niedrig eingestellt, dass die im Hinblick auf die hohen Umformgraden der Walzschritte geforderte Duktilität gegeben ist. Auf der anderen Seite ist ein Mindestgehalt der Si-Partikel von 2 Gew.-%, bevorzugt 2,25 Gew.-%, notwendig, um eine hinreichende Verschleißbeständigkeit des Lagermetall Werkstoff es einstellen zu können.

Für die Verschleißbeständigkeit ist neben dem Si-Anteil auch die Partikelgrößenverteilung des Si maßgeblich, die wiederum durch die chemische Zusammensetzung beeinfiusst wird. Die Erfinder haben erkannt, dass die gezielte Zugabe einer geringen Menge Sr im Bereich von 0,03 bis 0,08 Gew.-% bei dem oben genannten Si-Gehalt die Einstellbarkeit der Partikelgrößenverteilung begünstigt. Zusammen mit einer geringen Abkühlrate nach dem Gießprozess von < 75 K/sec, bevorzugt < 50 K/sec, sorgt das Sr im Hinblick auf eine Verschleiß- minimierung für eine optimierte Partikelgrößenverteilung. Gleichzeitig beeinfiusst es die Form der Si-Partikel, welche in Folge des Sr-Gehalts nach dem Gießen im Mittel eine gefeintere Erscheinungsform aufweisen als dies ohne die Zugabe von Sr beobachtet werden konnte. Auf diese Weise verschlechtert sich im Hinblick auf die Folgearbeitsschritte Wärmebehandeln und Walzen die Um- formbarkeit des Matrix Werkstoffs durch die Zugabe des Si nicht wesentlich. Der Sr-Gehalt ist insoweit exakt abgestimmt auf den Si-Gehalt. Den Cr-Gehalt muss man im Zusammenhang mit dem Cu-Gehalt betrachten. Beide Elemente haben sich in der Aluminiummatrix als besonders wichtig im Hinblick auf die Warmfestigkeit des Werkstoffes herausgestellt. Diese ist bei hochbelasteten Anwendungen stets gefordert. Der Cr-Gehalt von 0, 15 bis 0,25 Gew.-% hat sich bei gleichzeitiger Zulegierung von Cu mit einem Gehalt von 0,4 bis 0,6 Gew.-% als günstig erwiesen, um in der Matrix ausreichend festigkeits- steigernde Ausscheidungen zu bilden. Andererseits sollte ein Gehalt von 0,25 Gew.-% Cr und 0,6 Gew.-% Cu nicht überschritten werden, um wiederum die Umformbarkeit nicht negativ zu beeinflussen. Schließlich wirkt sich die Kombi- nation aus Cr und Cu auch dahingehend positiv aus, dass eine Obergrenze des eingesetzten Cu von 0,6 Gew.-% die Kosten senkt und die Recyclingfähigkeit des Materials erhöht.

Als„bis auf Verunreinigungen bleifrei" wird im Sinne dieser Schrift verstanden, dass ein Bleianteil, der gegebenenfalls durch Verunreinigung einzelner Legierungselemente vorhanden sein könnte, jedenfalls einen Anteil von 0,1 Gew.-% nicht überschreiten darf.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Aluminäumle- gierung der Lagermetallschicht mindestens ein weiteres Element aus der Gruppe bestehend aus V und Zr auf, wobei deren Anteil insgesamt 0,05 bis 0,7 Gew.-% beträgt.

Beide Elemente dienen der Erhöhung der Warmfestigkeit. V wirkt dabei hem- mend auf die Rekristallisation des Matrixmaterials, was im Zusammenspiel mit dem Ti die Einstellung einer auf die Weichphase und das Si abgestimmten Korngröße erlaubt.

Zwischen der Lagermetallschicht und der Trägerschicht ist erfindungsgemäß eine Zwischenschicht angeordnet. Die Zwischenschicht bewirkt eine höhere Bindungsfestigkeit der Lagermetallschicht auf der Stahl-Trägerschicht, da diese speziell im Hinblick auf die Eigenschaft der Bindungsfestigkeit optimiert werden kann und nicht die Eigenschaften einer Lagermetallschicht aufweisen muss. Hierfür kommen bevorzugt entweder Reinaluminium oder eine Aluminiumlegierung zum Einsatz. Vorzugsweise werden die Zwischenschicht und die Lagermetallschicht in einem Walzverfahren vorplattiert und der Schichtverbund anschließend in einem weiteren Walzverfahren auf die Stahl-Trägerschicht aufgetragen.

Vorteilhaft, insbesondere bei besonders hoch beanspruchten Lageranwendungen in Verbrennungsmotoren, ist auf der Lagermetallschicht eine Deckschicht auf Polymerbasis angeordnet. Die Polymerschicht führt dazu, dass, insbesondere bei hohen Lasten, eine gleichmäßigere Lastverteüung über die gesamte Lagerbreite erfolgt. Durch die elastische und plastische Anpassungsfähigkeit der Polymerschicht kann hierdurch die Betriebssicherheit des gesamten Lagers nochmals gesteigert werden. Bevorzugt liegt das Silizium in Form von Partikeln in der Lagermetallschicht der Gestalt verteilt vor, dass bezogen auf eine Fläche der Lagermetallschicht der Flächenanteil der in dieser Fläche sichtbaren Siliziumpartikel mit einem Durchmesser von 4 μητι bis 8 μιτι wenigstens 2,5%, bevorzugt wenigstens 2,75% beträgt.

Diese Partikelgrößenverteilung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, weil die Si-Hartteilchen ausreichend groß sind, um als harte Tragkristalle eine hohe Verschleißbeständigkeit des Werkstoffes zu gewährleisten, andererseits wiederum nicht so groß, dass sie zu einer Reduzierung der Festigkeit der Mat- rix, insbesondere unter dynamischer Beanspruchung, führen. Die Erfinder ha- ben einen Vergleichsversuch auf einem speziell entwickelten Prüfstand durchgeführt, in dem Kurbelwellenlager mit dem erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff und zwei Vergleichs-Lagerwerkstoffen gegenübergestellt wurden. Zum Vergleich wurden ein Si-freier AISnCuMn-Lagermetallwerkstoff und ein AISnSiCuCrMn-Lagermetallwerkstoff herangezogen. Ersterer wurde bei der bevorzugten Abkühlrate von < 75 K/s, letzterer ohne die Zugabe von Sr bei einer vergleichsweise hohen Abkühlrate von > 400 K/s gegossen und weist im Ergebnis deutlich feinere Si-Partikel auf. Der Verschleiß des Si-freien Lagermetallwerkstoffes in 15000 Start-Stopp-Zyklen des Prüfstands fiel mit 1 58 μπι erwartungsgemäß hoch aus. Überraschend war hingegen, dass auch der AISnSiCuCrMn-Lagermetallwerkstoff trotz eines vergleichsweise hohen Si- Anteiis einem inakzeptabel hohen Verschleiß von 86 pm unterlag, während die Lagermetallschicht des erfindungsgemäßen Gleitlagers verschleißbedingt nur um 9 pm abnahm.

Zur Ermittlung der Partikelgrößenverteilung wird ein Flächenausschnitt der Lagermetailschicht einer bestimmen Abmessung unter einem Mikroskop vorzugsweise bei 500-facher Vergrößerung betrachtet. Die Lagermetallschicht kann dabei in einer beliebigen Ebene betrachtet werden, da von einer im Wesentli- chen homogenen Verteilung der Si-Partikel in der Schicht ausgegangen wird oder zumindest davon, dass eine Verteilung, die gewollt oder ungewollt inhomogen ist, also beispielsweise in einer Richtung graduell zu- oder abnimmt, jedenfalls die beanspruchten Grenzen nicht verlässt. Die Lagermetallschicht wird dazu vorzugsweise der Gestalt präpariert, dass zunächst ein ebener Schliff angefertigt wird. Die in dem Flächenausschnitt sichtbaren Si-Partikel werden der Gestalt vermessen, dass deren längste erkennbare Ausdehnung ermittelt wird. Die Fläche eines Kreises mit entsprechendem Durchmesser wird als Flächenäquivalent für das Partikel registriert. Schließlich werden die Flächen aller Si- Partikel in dem Flächenausschnitt mit einem Durchmesser zwischen 4 pm und 8 pm aufaddiert und auf die Gesamtmessfläche des untersuchten Flächenaus- schnitts normiert. Es können auch die Si-Partikel zunächst nach deren Durchmesser in Klassen eingeteilt und die Anzahl der Si-Partikel in jeder Klasse mit der der Klasse zugeordneten gemittelten Flächen multipliziert und danach die Produkte aller Klassen von Si-Partikel in dem Flächenausschnitt mit einem Durchmesser zwischen 4 μιη und 8 μιη aufaddiert werden. Das Ergebnis wird bei ausreichender Statistik nicht wesentlich abweichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen prinzipiellen Schichtaufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffes;

Figur 2 einen prinzipiellen Schichtaufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffes;

Figur 3 eine Illustration der Bestimmung der Si-Partikelgrößenverteilung und

Figur 4 ein Diagramm der Partikelgrößenverteilung der Si-Partikel in der

Lagermetallschicht des Gleitlagerverbundwerkstoffes.

Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Gleitlagerverbundwerkstoff gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Er weist insgesamt 3 Schichten auf. Als oberste Schicht ist in Figur 1 eine Lagermetallschicht 10 dargestellt, die die anspruchsgemäße Zusammensetzung auf AI- Basis aufweist. Die Lagermetallschicht 10 ist über eine Zwischenschicht 12 auf einer Stütz- oder Trägerschicht 14 aus Stahl aufgebracht. Die Zwischenschicht dient als Haftvermittler zwischen der Lagermetallschicht 10 und der Stahl- schicht. Sie besteht typischerweise aus Reinaluminium oder eine Aluminiumlegierung.

Ferner ist in Figur 1 ein Flächenausschnitt 20 symbolisch dargestellt, der ver- größert die in Figur 3 illustrierte innere Struktur aufweist. Um ein Bild eines solchen Flächenausschnittes anzufertigen, wird vorzugsweise ein ebener Schliff an geeigneter Stelle der Lagermetallschicht präpariert. Abweichend von der Darstellung in Figur 1 kann der Flächenausschnitt beispielsweise auch parallel zur Gleitfläche betrachtet werden.

Die Schichtdicke der Zwischenschicht in dem erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff beträgt vorzugsweise 30 pm bis 120 pm und besonders bevorzugt 40 pm bis 100 pm. Das zweite Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 weist einen dahingehend abweichenden Schichtaufbau auf, dass auf der Lagermetallschicht 10 eine Polymerbeschichtung 16 aufgebracht ist, welche insbesondere in besonders hoch beanspruchten Lageranwendungen vorteilhaft ist. Die Erfindung ist nicht auf die beiden gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Es ist ebenso gut möglich eine Mehrschichtanordnung mit weiteren Funktionsschichten vorzusehen. Gradientenschichten sind ebenfalls nicht ausgeschlossen. Grundsätzlich ist die Zahl und Form der Schichten daher nicht begrenzt. Vor allem aus dem eingangs erwähnten Grund der Kostenersparnis wird jedoch ein Gleitlagerverbundwerkstoff bevorzugt werden, der so wenige Schichten aufweist, wie ein sicherer Betrieb zulässt.

Anhand der Figur 3 wird im Folgenden die Methode zur Bestimmung der Si- Partikelgrößenverteilung erläutert. Nachdem zunächst ein ebener Flächenschliff von der Lagermetallschicht präpariert wurde, der beispielsweise zur Gleitfläche verläuft, wird unter einer einem Mikroskop, beispielsweise bei 500-facher Vergrößerung ein Flächenausschnitt 20 der Lagermetallschicht mit einer bestimmten Kantenlänge und -breite ausgewählt und markiert. Sei dieses beispielsweise ein Rechteck mit Kantenlängen von 500 pm und 800 μιτι, also der Gesamtmessfläche von 400.000 μιτι 2 . In diesem Flächenausschnitt erkennt man eine Vielzahl von Si-Partikein 22, die sich erfahrungsgemäß durch einen bestimmten Grauoder Farbwertbereich optisch von anderen Einschlüssen, insbesondere von der Weichphase, aber auch von Fremdpartikeln, beides hier nicht dargestellt, unterscheiden lassen. Die Erfassung der Si-Partikeln erfolgt vorzugsweise automatisiert in einem elektronischen Bilderfassungssystem. Die Si-Partikeln 22 werden der Gestalt vermessen, dass ungeachtet der Form deren längste erkennbare Ausdehnung ermittelt wird. Diese Ausdehnung wird als Durchmesser bezeichnet. Ihrem Durchmesser entsprechend werden die Si-Partikel in Klassen, wie beispielsweise 2-4μιη, 4-6pm, usw., eingeteilt. Die Anzahl der jeder Klasse zugeordneten Si-Partikel wird mit der der Klasse zugeordneten gemittelten Fläche, hier π * (3/2μιτι) 2 , Tr * (5/2pm) 2 , usw., multipliziert und die Produkte aller relevanter Klassen so erfasster Si-Partikel in dem Flächenausschnitt mit einem Durchmesser von 4 pm bis 8 μηι aufaddiert und auf die Gesamtfläche des untersuchten Flächenausschnitts normiert.

Diese Verfahren auf ein Beispiel des Lagermetalls nach der Erfindung angewandt ergab das aus der folgenden Tabelle ersichtliche Resultat:

Durch- Korngrößen- Gemittelte Partikelzahl Gesamtfläche, Flächenanteil messer, Si- klasse, Si- Fläche je auf 400.000 Si-Partikel Si-Partikel an

Partikel Partikel Klasse, Si- μιτη 2 Ge- pm 2 Gesamtmess- pm μιη Partikel samt- fläche

μιη 2 messfläche %

3 2-4 7,07 592 4184,60 1 ,05

5 4-6 19,63 340 6675,88 1 ,67

7 6-8 38,48 147 5657,22 1 ,41

9 8-10 63,62 72 4580,44 1 ,15 Die entsprechende Verteilung ist in dem Diagramm der Figur 4 gezeigt. Entscheidend für die vorteilhaften Materialeigenschaften ist der Anteil der Si- Partikel mit einem Durchmesser von 4 μηι bis 8 μιτι, welche erfindungsgemäß nicht weniger als 2,5%, vorzugsweise nicht weniger als 2,75% und dem gezeigten Beispiel sogar mehr als 3% der Lagermetalloberfläche einnehmen. Diese Partikelgrößenverteilung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, weil die Si-Hartteilchen ausreichend groß sind um als harte Tragkristalle eine hohe Verschleißbeständigkeit des Werkstoffes zu gewährleisten, andererseits wiede- rum nicht so groß, dass sie zu einer Reduzierung der Festigkeit der Matrix, insbesondere unter dynamischer Beanspruchung führen.

Bezugszeichenliste

10 Lagermetallschicht

12 Zwischenschicht

14 Stahlträgerschicht

16 Polymerbeschichtung 0 Flächenausschnitt 2 Si-Partikel