BRPI0603696B1

BRPI0603696B1 - Elemento de mancal e processo para fabricação de um elemento de mancal

Info

Publication number: BRPI0603696B1
Application number: BRPI0603696-1A
Authority: BR
Inventors: Walter Gärtner; Manfred Kienberger; Hubert Lang
Original assignee: Miba Gleitlager Austria Gmbh
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2020-03-31
Also published as: DE502006004358D1; JP2007092995A; EP1764522A3; AT502546B1; BRPI0603696A; EP1764522B1; CN1975188A; EP1764522A2; ATE438041T1; US20070065067A1; CN100532872C; US7541086B2; AT502546A1

Abstract

elemento de mancal e processo para fabricação de um elemento de mancal. a invenção descreve um elemento de mancal (1) abrangendo uma camada de apoio (2), uma camada de metal de mancal (3) disposta por cima da camada de apoio (2) e uma camada deslizante (4) de bombardeio iônico ("sputter"), disposta por cima da camada de metal de mancal (3). sobre a camada deslizante (4) está disposta uma camada de laca deslizante (5).

Description

ELEMENTO DE MANCAL E PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM

ELEMENTO DE MANCAL

A invenção refere-se a um elemento de mancal abrangendo uma camada de apoio, uma camada de metal de mancal disposta por cima da camada de apoio e uma camada deslizante de bombardeio iônico (sputter), disposta por cima da camada de metal de mancal, bem como a um processo para produção do elemento de mancal.

O progresso técnico na indústria de motores faz com que a elementos de mancal, como p.ex. mancais deslizantes, sejam feitas exigências sempre mais rigorosas. Mancais deslizantes de uma só camada não mais estão à altura dessas exigências, por exemplo no tocante devido a uma película de óleo que a desgaste corrosivo, se adelgaça com altos números de rotação, de modo que a indústria de mancais deslizantes tende cada vez mais a mancais deslizantes de várias camadas. Estes consistem, usualmente, em uma camada de apoio de aço, sobre outras camadas mediante por bombardeio iônico são, por um eventualmente ligante sobre lado, a a qual são laminação, ( sputter) camada de é fixada aplicadas uma ou várias chapeamento ou aplicação

Essas metal sob intercalação outras camadas de de a camada de apoio de aço. Sobre mancal, que uma essa de metal de mancal, eventualmente com intercalaçao camada camada de uma camada ligante ou de uma camada de bloqueio de difusão, é aplicada a camada deslizante feita de uma liga, por exemplo de uma liga de alumínio com fração de estanho maior ou menor, ou de uma laca deslizante.

Mediante tais sucessões de revestimento de componentes ou áreas tribologicamente solicitadas devem, de

2/24 um lado, ser possibilitadas maiores pressões de ignição para melhor termodi nâmi γά p, isso, por sonsoquereia, menor desgaste ou quantidades de gás de descarga minimizadas. De outro lado, a indústria de motores requer, 5 ao lado do aumento do grau de eficácia, isto é, da potência específica e portanto da economicidade e da maior compatibilidade ecológica de motores de combustão interna, também motores mais leves, do que resultam dimensões menores dos distintos componentes. Isso implica também, especialmente a temperaturas mais altas, o emprego de óleos lubrificantes mais viscosos para obtenção de menores índices de automotores, em torno de atrito. A vida útil especialmente veículos ao menos 1 milhão intervalos de manutenção devem requerida de utilitários, de quilômetros e veículos se situa também os ser cada vez mais longos, disponibilizando-se em escala menor possibilidades de inspeção para elementos deslizantes visando à verificação de um seu desgaste. Em outras elemento deslizante deve

Essas exigências específica dos elementos tensões dinâmicas. Além palavras, a vida útil média de ser nitidamente aumentada.

conduzem a deslizantes, disso, são fendas de lubrificação, resultando em maior solicitação bem como a executadas atrito misto maiores menores maior e mais intenso. Isso pode levar a que localmente, p.ex. em arestas, surja atrito por contato próximo e localmente não se forme uma película lubrificante sustentável. Devido à reduzida descarga do quando do processo de combustão interna, aproximadamente calor resultante em conseqüência podem surgir picos de temperatura localizados, que podem destruir ao menos regionalmente camadas de mancais

3/24 desiizantes ou influenc iar a vida útil de manca1 des 1 izaiiLe .

Partindo disso, constitui obj et ivo da invenção colocar à disposição um elemento deslizante que esteja à 5 altura dessas exigências.

Esse objetivo da invenção é alcançado respect ivamente de mane ira independente por um elemento de mancai, que é executado como assim chamado mancai de bombardeio iônico (sputter) e que apresenta como quarta

camada sobre a camada de bombardeio iônico (sputter) uma camada de laca deslizante, ou por fabricaçao desse elemento processo de aplicação por para separação da camada um processo para de mancai bombardeio deslizante, metal de mancai é aplicada uma camada em que, depois do iônico (sputter), sobre a camada de de laca deslizante adicional.

Em princípio, o método de reduzir desvantagens tribológicas camada macia atingimento geométrica atrito por de uma camada adicional é do objetivo sólida mediante aplicação de uma conhecido, mas aqui local se dá por contato próximo proposto erosão da é de se pois camada não leva ao a adaptação macia, e com esperar um elevado desgaste e, portanto, uma curta vida útil. Ademais, camadas metálicas amolecem a temperaturas mais altas, de modo que 25 partículas das mesmas são arrastadas e em faixas de temperatura mais baixa, devido à afinidade interior do material, se aglomeram e novamente se compactam. Disso resultam perturbações na geometria de fenda de lubrificação, que são tanto maiores quanto mais espessa a 30 camada. Além disso, o valor de atrito de camadas metálicas

4/24 se comprovou como demasiado alto para o objetivo aqui proposto. Veiif iLuu-tit xg úctliueiiLe cpo uma laca deslizante, sobre substratos convencionais de elementos deslizantes não atinge a vida útil requerida.

as à combinação de acordo com a invenção de uma camada de bombardeio iônico (sputter) como camada deslizante ou camada corrediça e uma camada de laca deslizante disposta sobre aquela é obtida a vantagem de que a camada de laca deslizante, que é concebida inclusive como 10 camada de entrada, não apenas é localmente erodida como também o substrato é deformado pelas solicitações dinâmicas. Portanto, ambas as camadas cooperam na adaptação na fase de entrada e a taxa de desgaste da camada de entrada é assim nitidamente reduzida. Basicamente, há um 15 outro mecanismo de ação que não o de elementos de mancai convencionais. É assim possível também que apenas o substrato, portanto a camada deslizante ou corrediça, seja deformado sem que a camada de laca deslizante seja plasticamente deformada. Não foram observadas no elemento 2 0 de mancai de acordo com a invenção regiões em que partículas erodidas da camada de entra ou deslizante ocorrem acumuladas, de modo que a geometria de fenda de lubrificação permanece ao menos essencialmente mantida.

Assim, também é possível executar a camada de laca 25 deslizante como camada fina. Em comparação com camadas deslizantes convencionais, especialmente também camadas de bombardeio iônico (sputter), pode ser assim alcançada uma maior capacidade de adaptação ao elemento a ser sustentado, por exemplo um eixo. É ainda vantajoso que a camada de laca 30 deslizante possa ser aplicada diretamente sobre a camada

5/24 deslizante, isto é, não mais seja necessária como bloqueio de difusão uma camada dc níquel empregada usuulmente em mancais deslizantes convencionais, conhecidos do estado atual da técnica, de modo que um elemento de mancai de 5 acordo com a invenção é aperfeiçoado não apenas quanto a suas propriedades mecânicas em comparação com mancais deslizantes de várias camadas conhecidos, mas sim, além disso, pode ser obtida uma correspondente vantagem de custo quando da fabricação do elemento de mancai de acordo com a invenção.

A camada de laca deslizante pode propriedades anisotrópicas, especialmente em solicitação, isto é, em direção perpendicular apresentar direção de às camadas, pode possibilitar uma elevada solicitação mecânica com 15 resistência de cisalhamento simultaneamente menor em direção paralela à camada de laca deslizante.

A camada de laca deslizante pode conter como componente principal ao menos uma resina termoplástica, sendo que essa resina termoplástica é especialmente 20 selecionada de um grupo abrangendo poliimidas, especialmente aromáticas, poliamidimidas, especialmente aromáticas, poliarileterimidas, eventualmente modificadas com isocianatos, resinas fenólicas, poliarileteretercetonas, poliamidas, especialmente aromáticas, resinas 25 epóxi, politetrafluoretileno, resinas contendo flúor, como p.ex. copolímeros de polifluoralcóxi-politetrafluoretileno, etileno-tetrafluoretileno, copolímeros de etileno-propileno fluorados, difluoreto de polivinilideno, fluoreto de polivinila, sulfeto de alileno, poli-triazo30 piromelitimidas, poliesterimidas, sulfetos de poliarila,

6/24 u

sulfetos de polivinileno, polissulfonas , poliarilssul fonas , ρυχχai x 1 uxidus , cοροί rmenos c ”>isturns doc ccemos , coto p. ex. poli imidas e/ou poliamidimidas e/ou poliarileterimidas e/ou resinas fenólicas e/ou 5 poliarileter-etercetonas e/ou poliamidas e/ou resinas epóxi e/ou politetrafluoret ileno e/ou resinas contendo flúor, como p. ex. copolímeros de polifluoralcoxipolitetrafluoretileno, etileno-tetrafluoretileno, copolímeros de etileno-propileno fluorados, difluoreto de polivinilideno, fluoreto de polivinila, sulfeto de alquileno e/ou poli-triazo-piromelitimida e/ou poliesterimida e/ou sulfeto de polivinileno polissulfonas e/ou poliarilssulfonas e/ou óxidos de poliarila com polimidas e/ou poliamidimideno e/ou poliarileterimideno e/ou resinas fenólicas e/ou cetonas de poliarileter-éter e/ou poliamidas e/ou resinas epóxi e/ou politetrafluoretileno e/ou resinas contendo flúor, como copolímeros de polifluoralcoxi-politetrafluoretileno, etileno-tetrafluoretileno, copolímeros de etileno-propileno fluorados, difluoretos de polivinilideno, fluoretos de polivinila e/ou sulfetos de alileno e/ou piromelitimidas e/ou poliesterimidas e/ou poli-triazosulfetos de poliarila e/ou sulfetos de polivinileno e/ou poliarilssulfonas e/ou poliarilóxidos.

É então vantajoso que pela camada de laca deslizante consistindo fundamentalmente na resina termoplástica ou misturas de resina ou copolímeros é possibilitado um mecanismo de amolecimento e compactação cíclico, dependente da temperatura, com o que podem ser aumentada a vida útil da camada de laca deslizante. É ainda

7/24 • · · · ·· · · · ·· ···· vantaj oso que pelas resinas ou misturas de resina ou função a distintos casos de solicitação, de modo que portanto por exemplo podem ser usados tipos de resina mais caros apenas para elementos de mancai altamente solic itáveis e, por conseguinte, para elementos de mancai menos solicitados pode então ser obtida uma vantagem de custo.

A fraçao de resina na laca deslizante pode

selecionada de uma faixa com um limite um limite superior de assim possibilitada uma variaçao da capacidade de transmissão da deformação ao substrato, de modo que a adaptabilidade da camada de laca deslizante, especialmente na fase de entrada, pode ser melhor adaptada aos respectivos requisitos.

Para maior aperfeiçoamento desse efeito, segundo outras configurações da invenção é possível selecionar a fração de resina da camada de laca deslizante de uma faixa com um limite inferior de 50% em peso e um limite superior 20 de 85% em peso ou de uma faixa com um limite inferior de

70% em peso e um limite superior de 75 % em peso.

A resina termoplastj aditivo, selecionado de um deslizamento, especialmente politetrafluoretileno, Pb, 1:

de materiais de elevada res CrO₃, Fe₃O₄ , PbO, ZnO, CdO, além de argila, talco, TiO₂, Fe₂B, Ni₂B, FeB, sulfetos de

0 CuS, FeS, FeS₂, Sb₂S₃,

Lca pode conter ao menos um grupo abrangendo agentes de MoS₂, h-BN, WS₂, grafite,

Ígas de Pb-Sn, CF₂, PbF₂, além istência mecânica, como p.ex. A1₂O₃, SiC, Si₃N₄, SiO₂, Si₃N₄, mulite, CaC₂, Zn, AIN, Fe₃P, metal, como p.ex. Zns, Ag₂S, PbS, Bi₂S₃, CdS, fibras,

8/24 iA especialmente inorgânicas, como de exemplo SiC, fibras de metal, por

p.ex. vidro, carbono, exemplo de Cu ou aço, bem como misturas dos mesmos, como p.ex. ao menos um agentes de deslizamento, especialmente do tipo mencionado, e/ou ao menos um material e/ou ao menos um mencionado, e/ou duro, especialmente do tipo mencionado, sulfeto de metal, especialmente do tipo ao menos um aditivo em forma de fibra, especialmente do tipo mencionado, com ao menos um agente de deslizamento e/ou um material duro e/ou um sulfeto de metal e/ou ao menos um aditivo em forma de fibra, todos especialmente do tipo mencionado.

Com isso, entre outros, topografia da camada de laca exemplo a aspereza superficial, pode ser deslizante, e, afinal é influenciada a portanto por assim possível influenciar o comportamento da laca deslizante no tocante ao atrito. Especialmente, com o ao menos um agente de deslizamento à laca deslizante pode ser conferida maior capacidade de deslizamento ou com o ao menos um material duro ou o ao menos um aditivo em forma de fibra ser variada a dureza da laca deslizante, podendo assim também especialmente resistência ao influenciada ou aperfeiçoada a desgaste da camada de laca deslizante e/ou o valor de atrito da camada de laca deslizante.

E vantajoso que a camada de laca deslizante contenha ao menos um aditivo, que apresente uma disposição em forma de plaquetas, pois assim podem ser aperfeiçoadas a anisotopia das propriedades da laca deslizante e com isso, por conseqüência, a propriedades de nivelamento da camada deslizante, de modo que a fração do atrito por contato

9/24 fb proximo é nitidamente passada a segundo plano em

O aditivo é de preferência adicionado em comparaçao uma fraçao selecionada de uma faixa com um limite limite superior de 30 podendo aproveitados também para misturas de inferior de 5% e um esses limites distintos aditivos, para reforçar ainda mais o efeito acima mencionado.

É então vantajoso que o aditivo uma fração selecionada de uma faixa com de 10% e um limite superior de ou, variante de execução, em uma faixa com um limite inferior de seja adicionado em um limite inferior segundo uma outra fração selecionada de uma

15% e um limite superior de

20%, podem assim ser igualmente obtida ulterior melhoria dos efeitos acima.

O ao menos um aditivo tem de preferência um tamanho de partícula selecionado de uma faixa com um limite inferior de 0,5 pm faixa indicada do relação equilibrada e um limite superior de 20 tamanho de partículas, se entre decomposição de nivelamento da camada de laca deslizante pm. Nessa obtém uma pontas, portanto ou da superfície de um elemento a ser apoiado, por exemplo um eixo, e atrito reduzido quando da constituição do aditivo como agente de deslizamento.

Para melhorar ainda mais esses efeitos é vantajoso que o ao menos um adi t i vo apresente um tamanho de partícula, selecionado de uma faixa com um limite inferior de 2 pm e um variante de limite superior de 10 pm ou, segundo uma outra execução, de uma faixa com um limite inferior de 3 pm e um limite superior de 5 pm.

Ê especialmente vantajoso que o ao menos um aditivo

10/24 seja formado por partículas de dissulfeto de molibdênio com um comprimento médio se 1 eciorado de uma f a ixa com u.m J. ϊ mί te inferior de 10 pm e um limite superior de 40 pm e/ou uma largura média selecionada de uma faixa com um limite 5 inferior de 10 pm e um limite superior de 4 0 pm e/ou uma altura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 2 nm e um limite superior de 2 0 nm, apresentando portanto as partículas de dissulfeto de molibdênio especialmente de nova disposição essencialmente

em forma de plaquetas, com o que se consegue que essas plaquetas de MoS₂ se ergam ao menos parcialmente perpendicularmente à direção de curso e, com isso, façam com que partículas seguintes mais ou menos encalhem, de modo que assim pode ser alcançada uma redução do desgaste.

Para aperfeiçoar ainda mais esse efeito é vantajoso que, segundo variantes de execução, o sulfeto de molibdênio apresente um tamanho de partícula com um comprimento

selecionado de uma faixa com um limite inferior de 15 pm e um limite superior de 3 5 pm e/ou uma largura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 15 pm e um limite superior de 35 pm e/ou uma altura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 5 nm e um limite superior de 15 nm, ou com um comprimento médio selecionado de uma faixa com um limite inferior de 18 pm e um limite superior de 2 5 pm e / ou uma largura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 18 pm e um limite superior de 2 5 pm e/ou uma altura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 5 nm e um limite superior de 8 nm.

Para se poder variar o comportamento

11/24 η

autolubrificante da camada de laca deslizante dentro de a mp 1 os 1 i mi bp? a pose 1 ·μ j que a o menos urn ad i ^r i s e j a formado por grafite, especialmente com um tamanho de grão selecionada de uma faixa com um limitem inferior de 2 pm e um limite superior de 8 pm.

A camada de laca deslizante pode apresentar uma espessura de camada selecionada de uma faixa com um limite inferior de 2 pm e um limite uma outra execução, com limite superior de execução, superior pode ser um

0 pm ou, com um limite de 15 pm, adaptado

p.ex. mancal propriedades longo prazo, com ao grande superior de 40 pm limite inferior de segundo uma outra inferior de o que o elemento respectivo caso ou inalteradas, do elemento de de mancal pequeno, confiaveImente ou, segundo pm e um variante de pm e um limite mancal novamente aplicação, e assim, garantidas de mancal pode ser alcançada como com por uma correspondente otimização de custos.

Ê especialmente vantajoso que a laca deslizante seja formada por uma resina de poliimida, especialmente uma resina de poliamidimida, que contenha dissulfeto de molibdênio e grafite, sendo que a poliimida em solvente é selecionada limite inferior fração de MoS₂ inferior de 15% fração da resina de uma faixa com de um de 6 0% e um limite selecionada de uma e um limite superior superior de faixa com um limite de 25% e a fraçao de grafite selecionada de uma faixa com um limite e um limite superior de 15%, pois composição, surpreendentemente, apesar da

MoS₂ e grafite em resina de poliimida, é graças a essas elevada fração possibilitado aperfeiçoamento inesperado da resistência ao desgaste de um do

12/24 elemento de mancai. Inesperado porque com fração considerada como agente ligante para os aditivos redutores de atrito, seria de se esperar que a coesão da camada se deteriorasse, que esta afinal se esfarelasse

Graças fração selecionada de

MoS₂ e grafite, especialmente relação da fração de MoS₂ e grafite, isso não ocorre, não tendo a Depositante uma teoria explicativa para isso no presente momento.

partículas de MoS₂

Com isso

Mas é de se supor uma interação entre e grafite.

pode ser obtido um aperfeiçoamento as do comportamento de cavitação e, além disso, também constatada menor suscetibilidade à corrosão por parte do elemento de mancai.

Para maior aperfeiçoamento dessas propriedades é possível que a fração da resina de poliimida em solvente seja selecionada de uma faixa com um limite inferior de 65% e um limite superior de 75% ou um limite inferior de 67,5 e um limite poliimida que ainda um limite limite

20% ou com um de uma em superior solvente fração inferior inferior de de de 72,5% ou a fração importa especialmente

MoS₂ de 17% e

18,5% e da resina de em 7 0 sendo é selecionada de uma faixa com um limite superior um limite superior ainda a fração de grafite é selecionada de de de limite inferior de 7% e um limite superior faixa com um limite inferior de 8,5% e

2 % ou um

21,5% ou uma faixa de 13% ou um limite superior de 11,5% ou 10%.

É especialmente vantaj oso que a relação de MoS₂ para grafite seja selecionada de uma faixa com um limite inferior de 1,5:1 e um limite superior de 4,5:1, e assim

13/24 novamente o comportamento da camada de laca deslizante aperfeiçoadas as propriedades de entrada.

camada deslizante pode ser executada com uma espessura de camada selecionada de uma faixa com um imite de 10 pm e um limite superior de 30 pm ou um limite inferior de pm e um limite superior de pm ou com um limite inferior de pm e um limite superior de pm. É especialmente vantaj oso que a relação da espessura de

camada da camada deslizante para a espessura de camada da camada de um limite laca deslizante seja selecionada de uma faixa com inferior de 2:1 e um limite superior de 5:1.

Graças a essa relação de espessuras de camada ou às faixas de espessura de camadas indicadas, é aperfeiçoado o efeito de que a camada de entrada não apenas seja localmente escavada, mas sim também deformado o substrato devido a solicitações dinâmicas e, com isso, ambas as camadas cooperam na adaptação durante a fase de entrada. Além disso, pela espessura de camada selecionada da camada

deslizante é aperfeiçoada a resistência duradoura do elemento de mancai.

Segundo uma variante de execução, a relação da espessura de camada de camada da camada da camada de laca deslizante para deslizante pode a espessura importar ao menos aproximadamente

Também pode espessura de espessura de de um faixa superior de camada camada com um

15:1 ou em 3:1.

estar previsto que a da camada de metal da camada deslizante limite inferior de relaçao da de mancai para seja selecionada

7:1 e um 1 imite essa relação podem importar ao menos

14/24 aproximadamente em 10:1, sendo que a camada de metal de devo apresentar propriedades de riir^n ma s sim pode contribuir exclusivamente ao lado da camada de apoio para a resistência mecânica do elemento de mancai

Eventualmente, essa camada de metal de mancai pode apresentar propriedades de curso de emergência.

Finalmente, também é vantajoso que a relação da espessura de camada metal de mancai seja da camada de apoio para a selecionada de uma faixa com inferior de 7:1 e um limite superior de 15:1 camada de um limite ou que a relação da espessura de camada da camada de apoio para a espessura de camada da camada de metal de mancai importe ao menos aproximadamente em 10:1, com o que pode ser obtida uma relação equilibrada de um lado entre os custos 15 resultantes na produção do elemento de mancai e a resistência mecânica do elemento de mancai.

Ê especialmente vantajoso que para as distintas camadas sejam empregados materiais isentos de chumbo ao menos até impurezas; portanto o elemento de mancai é essencialmente isento de chumbo, porque assim pode ser reduzida a poluição ambiental.

O elemento de mancai pode ser executado especialmente como bronzina de mancai deslizante, bucha de mancai ou anel de fricção.

Para melhor entendimento da invenção, a mesma será explicada mais detalhadamente com auxílio da figura a seguir. Em representação simplificada, bem esquemática, mostra-se então;

Figura 1 - um elemento de mancai de acordo com a invenção em forma de uma bronzina de mancai deslizante.

15/24

Inicialmente cabe anotar que dados des<

lado, etc., se referem à figura imediatamente de posição descrita bem como representada e devem ser transpostos convenientemente à nova posição quando de uma alteração de posição. Além disso, também características individuais ou combinações de característica dos distintos exemplos de execução descrito representam soluções inventivas ou de acordo com a invenção, em si independentes.

Todos os dados sobre faixas de valor na presente descrição devem ser entendidos de tal quaisquer e todas as faixas deve ser de tal maneira parciais a partir do limite maneira que incluam parciais, entendido inferior 1

p.ex. o dado de 1 a que e do estejam conjuntamente incluídas, isto é, todas as faixas limite superior todas as faixas parciais comecem com um limite inferior de 1 ou mais e terminem a um limite superior de 10 ou menos, p. ex. 1 a

1,7, ou 3,2 a 8,1 ou 5,5 a 10.

Os exemplos de execução mostram possíveis variantes de execução do elemento de mancai, sendo que nesse ponto cabe assinalar que a invenção não está restrita às variantes de execução especialmente representadas da mesma, mas sim, antes, também são possíveis diversas combinações das variantes possibilidade de execução individuais entre de variação está ao alcance do si e essa especialista atuante nessa área técnica devido aos ensinamentos para o tratamento técnico pela presente invenção. Portanto, estão incluídas no de execução combinação de âmbito da proteção concebíveis, que também todas as variantes sejam possíveis mediante detalhes individuais da variante de execução

16/24 representada e descrita.

g· a invenção abrangendo uma camada de apoio 2, uma camada de metal de mancai 3, uma camada deslizante 4 bem como uma camada de laca deslizante disposto sobre aquela de acordo com a invenção.

A camada de apoio é usualmente formada por aço, mas pode naturalmente consistir também em comparáveis, com os quais possa ser obtida função igual ou semelhante, a saber, a provisão da resistência mecânica do elemento de mancai.

A resistência mecânica de todo elemento de de emprego, empregadas mancai 1 de modo ligas de

Ademais, pela camada forma ao elemento de

A camada de então dependente da respectiva área que por exemplo também podem ser cobre, de apoio mancai 1.

metal de como p.ex. latão, bronze.

é conferida estabilidade de mancai disposta por cima dessa camada de apoio 2 é formada por uma liga de metal de mancai. Esta pode consistir p.ex. em uma liga à base de alumínio, isto é, com uma matriz de alumínio, em que podem estar incorporadas ao menos uma fase macia e/ou ao menos um material duro em forma de partículas.

A ao menos uma fase macia pode ser formada por ao menos um elemento de um primeiro grupo abrangendo estanho, antimônio, índio e bismuto. Eventualmente é possível que a camada de metal de mancai 3 contenha também chumbo, sendo que de preferência para tanto são empregadas ligas isentas de chumbo.

As partículas duras podem

p.ex. ser formadas de ao menos um elemento de um grupo de elementos abrangendo

17/24 cobre, manganês, zinco, cobalto, cromo, silício, magnésio e ferre ou pelos elementos escândío e/ou ^'^η/,π-in Tgualmente é possível que essas partículas duras sejam constituídas de fases intermetálicas, que são formadas por exemplo entre os elementos por último mencionados ou os elementos com alumínio. Igualmente é possível que ao menos uma fração dessas partículas duras seja formada por fibras.

Naturalmente, também pode estar contidas na liga de metal de mancai da camada de metal de mancai 3 quaisquer outras fases macias e/ou partículas duras conhecidas do estado atual da técnica.

Com auxílio da fase macia é possível, como se sabe, conferir ao elemento de mancai 1 propriedades de curso de emergência, quando na camada deslizante 4 ou camada de laca deslizante 5 disposta acima resultam pontos falhos devido à operação do elemento de mancai 1 e, assim, a camada de metal de mancai 3 entra em contato ao menos aproximadamente direto com um componente a ser sustentado, como p. ex. um eixo. Assim, ao elemento de mancai 1 é conferida eventualmente também uma capacidade de embutição para partículas sólidas provenientes do desgaste em conseqüência do emprego do elemento de mancai 1. As partículas duras conferem ã liga de alumínio a requerida resistência mecânica.

Como camada de metal de mancai 3 são apropriadas especialmente ligas à base de estanho, bismuto, índio, chumbo ou alumínio bem como ligas base de CuPb eventualmente com alto teor de chumbo ou base de AlSn ou

AIBi. Especialmente vantajosas são ligas base de estanho com alto teor de estanho. Também podem ser empregadas ligas

18/24 <7 à base de cobre isentas de chumbo.

Metais dc mancai empregareit à ba^A 8p cobre são por exemplo CuPb₂₂Sn₂, CuPb_1DSn_lc., CuPb_I5Sn_?, CuSn_e, CuSn₄Zn. Especialmente ligas de cobre isentas de chumbo à base de CuAl, CuSn, CuZn, CuZnSn bem como CuBi são vantajosas sob o aspecto da menor poluição ambiental.

Metais de mancai empregavais à base de estanho são por exemplo Sn₈Cu₄, SnSbi₂, Cu₆Pb.

Metais de mancai empregáveis à base de chumbo são por exemplo PbSb₁₀Sn₆, Ρό3ό₁₅3η₁₀, PbSb₁₅SnAs.

Metais de mancai à base de alumínio podem formar

p.ex. AlSn40, AlSn20, AlSn2 5, AlSnlO, AlSnG,

É ainda possível empregar metais de mancai à base de AlZn, como p.ex.

AlZn4SiPb, ou à base de AISi, como

p.ex. AlSillCuMgNi, ou a base de

AlSnSi, como p.ex.

AlSn20Si4.

A camada de sobre a camada de chapeamento, etc. , técnica.

Sobre essa metal apoio 2 como é de mancai pode ser

p.ex. galvanicamente, conhecido do estado aplicada mediante atual da estrutura de duas ou mais camadas é metalizada por vácuo em seguida a camada deslizante 4 com auxílio de um processo de bombardeio iônico, por exemplo, de uma liga de alumínio. Naturalmente, também podem ser metalizadas por vácuo outras ligas ou metais conhecidos do estado atual da técnica, como são usualmente processadas em método de bombardeio iônico para essa finalidade de aplicação, por exemplo liga à base de alumínio com chumbo e/ou bismuto e/ou índio e/ou estanho como elementos de liga, base de cobre, ligas à base de prata com chumbo e/ou

19/24 bismuto e/ou índio e/ou estanho, ligas de prata-chumbo ou semelhantes. A enumeração pnç-RívpjR ligas a serem empregadas não está esgotada e podem naturalmente ser processadas também outras ligas ou misturas que não as 5 mencionadas, podendo-se novamente empregar especialmente de preferência ligas isentas de chumbo.

Como processos de bombardeio iônico são em si conhecidos, remete-se nesse ponto à literatura pertinente.

Tais ligas podem conter alumínio na faixa entre 50% em peso a 90% em peso, por exemplo na faixa entre 55% em peso e 80% em peso, de preferência na faixa entre 60% em peso e 79% em peso, especialmente na faixa entre 64% em peso e 70% em peso, bem como estanho na faixa entre 5% em peso e 45% em peso, por exemplo na faixa entre 10% em peso e 39% em peso, de preferência na faixa entre 12% em peso e

32% em peso, especialmente na faixa entre 17% em peso e 20% em peso. Outros elementos de liga, como p.ex. manganês, ferro, cobalto ou semelhantes, podem naturalmente estar contido para formação de determinadas fases de liga, p.ex.

materiais duros.

Outros elementos de liga seriam p.ex. Ag, Al, Fe,

Cu, Ni, Sc, Si, Zn, Mn, Co, Cr, Zr, Mg.

Tais mancais deslizadas com a estrutura camada de apoio 2, camada de metal de mancai 3 e camada deslizante 4 25 já são estado atual da técnica e, para tanto, se remete à literatura pertinente, para repetições desnecessárias nesse ponto. Cabe apenas ainda assinalar que a composição da camada de metal de mancai 3 se distingue daquela da camada deslizante 4.

De acordo com a invenção, ac ima da camada %

20/24 deslizante 4 está disposta a camada de laca deslizante 5 .

ta pode ser aplicada p (“χ p-inrel . por borrifaçao ou semelhante.

De preferência, as distintas camadas do elemento de mancai 1 estão dispostas diretamente uma sobre a outra, portanto, a camada de metal de mancai 3 diretamente sobre a camada de apoio 2 e/ou a camada deslizante 4 diretamente sobre a camada de metal de mancai 3 e/ou a camada de laca deslizante 5 diretamente sobre a camada deslizante 4.

Naturalmente, também é possível no âmbito da invenção, por exemplo quando a resistência de aderência de distintas camadas não por exemplo de mancai deslizante deslizante é suficiente, dispor entre entre a camada de apoio 2 e/ou e/ou uma as mesmas, e a camada portanto de metal forma de uma alumínio ou a camada de metal de a camada deslizante mancai 3 e a camada a camada de laca outra camada funcional, por exemplo em camada ligante, p.ex. de um metal puro como de uma liga, como p.ex. AlZn4,5, ou então também em forma de uma camada de bloqueio,

p.ex. uma

barragem de níquel, para por exemplo impedir a difusão de distintos componentes de liga entre as distintas camadas.

Também essas camadas j á são estado atual da técnica, de modo que se dispensa maior explicação neste ponto.

A camada de laca deslizante 5 consiste de preferência predominantemente em uma resina termoplástica, como j á explicado acima. Por exemplo, como resina termoplástica pode ser empregada uma resina de poliamidimida ou também ao menos uma das resinas termoplásticas anteriores. A resina pode se apresentar em ao menos um solvente, especialmente um solvente orgânico, ·· · ······ ··· ·· · ·

21/24 : .:, ·.· \· ·.· ’.· ’.· como p.ex. xileno, podendo assim ser facilitada a proccssabi 1 idade . A fração da ςοΊ λλρτί.γρ pode então ser selecionada de uma faixa com um limite inferior de 40% em peso e um limite superior de 80% em peso, especialmente com 5 um limite inferior de 50% em peso e um limite superior de

70% em peso, de preferência com um limite inferior de 60% em peso e um limite superior de 65% em peso, com relação à fração de resina, isto é, resina com solvente. A fração de resina seca, especialmente da resina de poliamidimida, pode assim ser selecionada de uma faixa com um limite inferior de 2 0% em peso e um limite superior de 5 0% em peso, especialmente um limite inferior de 30 superior de 40% em peso, de preferência em peso e um limite um limite inferior de 35% relação acordo em peso a isso, com a e um limite superior de uma camada de laca deslizante invenção pode apresentar por composição seca de 35%

45% em peso de composição seca

MoS₂ que em se peso de

20% em calcula indicadas para os distintos em peso. Com aplicada de exemplo uma resina de poliamidimida, peso das insumos de grafite faixas de da camada ou uma valores de laca deslizante

De modo laca deslizante forma de um exemplo, é dissulfeto especialmente apresenta ao preferido, essa camada menos um outro aditivo agente de deslizamento e/ou material duro.

possível misturar à resina de molibdênio e/ou grafite de em

Por de poliamidimida especialmente nas faixas quantitativas indicadas, para assim aumentar a capacidade de lubrificação.

Para se evitar também então repetições novamente desnecessárias, no que concerne à composição da camada de

22/24 : .:. ·.' ·.' ·.· ’.· ..· laca deslizante 5 ou da resina termoplástica para a camada de laca des 1i zant c 5 reme te - se às espe^^fú rações ac ima.

elemento de mancai 1 de acordo com a invenção, que pode ser executado como bronzina de mancai deslizante como representado na fig. 1, pode igualmente ser executado

- como indicado em linha tracejada na fig. 1 - como mancai pleno ou como anel de fricção ou bucha de mancai ou em geral como mancai radial ou axial, é predominantemente operado na área de atrito misto (correspondendo à curva de

Strineck). Caso então, por exemplo, na superfície do outro elemento a ser suportado, portanto, por exemplo, um eixo, ocorra arestas ou semelhantes, então isso pode levar a um deslocamento para a assim chamada área de atrito limite.

Com auxílio do elemento de mancai 1 de acordo invenção, isto é, sua camada de laca deslizante possível, especialmente quando essa camada

5, de com a agora laca deslizante apresenta propriedades mecânicas anisotrópicas, atrito misto deslocar o atrito novamente para a área de mais favorável.

De modo especialmente preferido, então, é disposição em forma empregado entre outros MoS₂ com de plaquetas, pois essas partículas

MoS₂ não têm qualquer afinidade mútua;

elementos deslizantes convencionais ou com camadas deslizantes com metais estanho, em que as partículas propriedade de serem removidas em um ponto e se acumularem pelo contrário, em elementos de mancai macios, como p.ex.

de metal macio apresentam a pela decomposição de pontas de preferência em um outro ponto da camada deslizante pela afinidade das partículas de fase macia entre si, de modo que um tipo de efeito Lawinen está associado ã redução da fenda de lubrificação. Por esse

23/24 * motivo, de acordo com a invenção de preferência é empregada uma laca de^l í zant-p qnp contenha agente de deslizamento, portanto por exemplo MoS₂, que não apresente essa afinidade.

Além disso, de preferência é empregado um agente de deslizamento em forma de plaqueta pelos motivos mencionados no início.

Cabe, no entanto, assinalar que isso não é obrigatoriamente necessário, pois o objetivo da invenção também é alcançado com uma outra laca deslizante, embora o emprego de partículas de agente de deslizamento em forma de plaquetas, sem afinidade mútua, produza propriedades aperfeiçoadas dos elementos de mancai 1.

As partículas da camada de laca deslizante 5 deslizando por abrasão ou erosão, que também serve como camada de entrada, não mais se ligam portanto ao substrato, tendo lugar portanto um arraste dessas partículas, podendo ser assim obtida uma fenda de lubrificação ao menos aproximadamente inalterada pela vida útil do elemento de mancai 1.

ainda possível que a camada de laca deslizante 5 apresente faixa com de 45 HV uma dureza segundo Vickers, um limite inferior de 20 HV e ou com um limite inferior de superior de 35 HV,

HV e um limite laca deslizante sele c ionada de uma um limite superior

2 HV e um limite especialmente com um limite inferior de superior de 30 HV. Assim, à camada de é conferida uma correspondente resistência com simultânea capacidade de

A camada deslizante 4 apresenta dureza segundo Vickers selecionada de limite inferior de 60 HV, especialmente lubrificação.

de preferência uma uma faixa com um

HV, e um limite

24/24 superior de 200 HV, especialmente 130 HV.

a Aiipprf i ci p da camada de laca deslizante 5 apresente urn valor aritmético de aspereza médio Ra segundo DIN EN

ISO selecionado de uma faixa com um limite inferior de 0,02 pm e um limite superior de

1,5 pm ou um limite inferior de 0,5 pm e um limite superior de urn da pm, limite especialmente com um limite inferior de 0,8 pm e superior de laca deslizante ou apresentar uma altura segundo DIN EN limite inferior

0,9 pm. Além disso, da camada de laca deslizante 5 pode máxima de perfil de aspereza

ISO 4287 selecionada de uma faixa com de 0,5 pm e um limite superior de 10 pm

Rz um ou um limite inferior de 3 pm e um limite superior de 8 pm, preferencialmente um limite inferior de 5 pm e um limite superior de 6 pm.

Graças a essa topografia da camada de laca deslizante 5 é obtida uma execução muito uniforme de uma fenda de lubrificação ou fenda de óleo.

Cabe alertar finalmente melhor compreensão da estrutura este ou seus componentes foram para o fato do elemento representados de que, para de mancai 1, parcialmente fora de escala e/ou ampliados e/ou reduzidos.

RELAÇÃO DE REFERÊNCIAS elemento de mancai camada de apoio

3 camada de metal de mancai camada deslizante camada de laca deslizante

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Elemento de mancal (1) abrangendo uma camada de apoio (2), uma camada de metal de mancal (3) disposta por cima da camada de apoio (2) e uma camada deslizante (4) de bombardeio iônico (sputter), disposta por cima da camada de metal de mancal (3), caracterizado pelo fato de que sobre a camada deslizante (4) está disposta uma camada de laca deslizante (5) e a camada de laca deslizante (5) apresenta propriedades mecânicas anisotrópicas.
2. Elemento de mancal (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de laca deslizante (5) contém como componente principal ao menos uma resina termoplástica.
3. Elemento de mancal (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ao menos uma resina termoplástica é selecionada de um grupo abrangendo poliimidas, especialmente aromáticas, poliamidimidas, especialmente aromáticas, poliarileterimidas, eventualmente modificadas com isocianatos, resinas fenólicas, poliarileter-etercetonas, poliamidas, especialmente aromáticas, resinas epóxi, politetrafluoretileno, resinas contendo flúor, como p.ex. copolímeros de polifluoralcóxi-politetrafluoretileno, etileno-tetrafluoretileno, copolímeros de etilenopropileno fluorados, difluoreto de polivinilideno, fluoreto de polivinila, sulfeto de alileno, poli-triazo-piromelitimidas, poliesterimidas, sulfetos de poliarila, sulfetos de polivinileno, polissulfonas, poliarilssulfonas, poliarilóxidos, copolímeros e misturas dos mesmos, como p.ex. poliimidas e/ou poliamidimidas e/ou poliarileterimidas e/ou resinas fenólicas e/ou poliarileter-etercetonas e/ou poliamidas e/ou resinas epóxi e/ou politetrafluoretileno e/ou resinas contendo flúor, como p.ex. copolímeros de polifluoralcoxi-politetrafluoretileno, etileno tetrafluoretileno, copolímeros de etileno-propileno fluorados, difluoreto de polivinilideno, fluoreto de polivinila, sulfeto de alquileno e/ou poli-triazo-piromelitimida e/ou poliesterimida e/ou sulfeto de polivinileno e/ou polissulfonas e/ou poliarilssulfonas e/ou óxidos de poliarila com polimidas e/ou poliamidimideno e/ou poliarileterimideno e/ou resinas fenólicas e/ou cetonas de poliarileter-éter e/ou poliamidas e/ou resinas epóxi e/ou

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2/5 politetrafluoretileno e/ou resinas contendo flúor, como copolímeros de polifluoralcoxipolitetrafluoretileno, etileno-tetrafluoretileno, copolímeros de etileno-propileno fluorados, difluoretos de polivinilideno, fluoretos de polivinila e/ou sulfetos de alileno e/ou poli-triazo-piromelitimidas e/ou poliesterimidas e/ou sulfetos de poliarila e/ou sulfetos de polivinileno e/ou poliarilssulfonas e/ou poliarilóxidos, misturas e copolímeros dos mesmos.
4. Elemento de mancal (1), de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que uma fração de resina na laca deslizante é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 30% em peso e um limite superior de 95% em peso.
5. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que a resina termoplástica contém ao menos um aditivo, selecionado de um grupo abrangendo agentes de deslizamento, especialmente MoS2, h-BN, WS2, grafite, politetrafluoretileno, Pb, ligas de Pb-Sn, CF2, PbF2, além de materiais de elevada resistência mecânica, como p.ex. CrOs, FesO4, PbO, ZnO, CdO, Al203, SiC, Si3N4, SiO2, Si3N4, além de argila, talco, TiO2, mulite, CaC2, Zn, AIN, FesP, Fe2B, Ni2B, FeB, sulfetos de metal, como p.ex. Zns, Ag2S,

CuS, FeS, FeS2, Sb2S3, PbS, Bi2S3, CdS, fibras, especialmente inorgânicas, como p.ex. vidro, carbono, titanato de potássio, whisker (cristal capilar), por exemplo SiC, fibras de metal, por exemplo de Cu ou aço, bem como misturas dos mesmos.
6. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a camada de laca deslizante (5) apresenta ao menos um aditivo, que apresenta uma disposição em forma de partículas.
7. Elemento de mancal (1), de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o aditivo é adicionado em uma fração selecionada de uma faixa com um limite inferior de 5% e um limite superior de 30%.
8. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que ao menos um aditivo apresenta um tamanho de

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3/5 partícula selecionado de uma faixa com um limite inferior de 0,5 pm e um limite superior de 20 pm.
9. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que ao menos um aditivo é formado por partículas de dissulfeto de molibdênio com um comprimento médio selecionado de uma faixa com um limite inferior de 10 pm e um limite superior de 40 pm e/ou uma largura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 10 pm e um limite superior de 40 pm e/ou uma altura média selecionada de uma faixa com um limite inferior de 2 nm e um limite superior de 20 nm.
10. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que ao menos um aditivo é formado por grafite com um tamanho de grão selecionado de uma faixa com um limite inferior de 2 pm e um limite superior de 8 pm.
11. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a camada de laca deslizante (5) é executada com uma espessura de camada selecionada de uma faixa com um limite inferior de 2 pm e um limite superior de 40 pm.
12. Elemento de mancal (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a laca deslizante abrange uma resina de poliimida, especialmente uma resina de poliamidimida, dissulfeto de molibdênio (MoS2) e grafite, sendo que a fração da resina de poliimida com solvente é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 60% e um limite superior de 80%, a fração de MoS2 é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 15% e um limite superior de 25% e a fração de grafite é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 5% e um limite superior de 15%.
13. Elemento de mancal (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a relação de MoS2 para grafite é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 1,5:1 e um limite superior de 4,5:1.

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4/5
14. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada deslizante (4) é executada com uma espessura de camada selecionada de uma faixa com um limite inferior de 10 μm e um limite superior de 30 μm.
15. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que uma relação da espessura de camada da camada deslizante (4) para a espessura de camada da camada de laca deslizante (5) é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 2:1 e um limite superior de 5:1.
16. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que uma relação da espessura de camada da camada de metal de mancal (3) para a espessura de camada da camada deslizante (4) é selecionada de uma faixa com um limite inferior de 7:1 e um limite superior de 15:1.
17. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que é selecionada uma relação da espessura de camada da camada de apoio (2) para a espessura de camada da camada de metal de mancal (3) selecionada de uma faixa com um limite inferior de 7:1 e um limite superior de 15:1.
18. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que as distintas camadassão isentas de chumbo ao menos até impurezas.
19. Elemento de mancal (1), de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que o mesmo é executado como bronzina de mancal deslizante ou bucha de mancal ou anel de fricção.
20. Processo para fabricação de um elemento de mancal (1) com uma camada de apoio (2), uma camada de metal de mancal (3) disposta por cima da camada de apoio (2) e uma camada deslizante (4) disposta por cima da camada de metal de mancal (3), sendo que a camada de metal de mancal (3) é aplicada por um

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5/5 processo galvânico ou por chapeamento sobre a camada de apoio (2), eventualmente depois da aplicação de uma camada ligante e/ou camada de bloqueio de difusão sobre a camada de apoio (2), e a camada deslizante (4) é depositada sobre a camada de metal de mancal (3) por um processo de bombardeio iônico (sputter), eventualmente depois da aplicação de uma camada ligante e/ou camada de bloqueio de difusão sobre a camada de metal de mancal (3), caracterizado pelo fato de que sobre a camada deslizante (4) é aplicada uma camada de laca deslizante (5) e a camada de laca deslizante (5) apresenta propriedades mecânicas anisotrópicas.
21. Processo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a camada de laca deslizante (5) é executada em correspondência às características da camada de laca deslizante (5) nas reivindicações de 1 a 13.
22. Processo, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que a camada deslizante (4) é executada com uma espessura de camada selecionada de uma faixa com um limite inferior de 10 pm e um limite superior de 30 pm.