MATERIAL COMPUESTO PARA COJINETE DESLIZANTE, EMPLEO Y MÉTODO DE PRODUCCIÓN.

Material compuesto para cojinete deslizante con una capa de soporte de acero,

una capa de metal antifricción de una aleación de cobre que exhibe 0,5 - 5 % en peso de níquel, 0,2 - 2,5 % en peso de silicio, ≤ 0,1 % en peso de plomo, opcionalmente 0,05 - 2 % en peso de manganeso, opcionalmente 0,05 - 0,4 % en peso de por lo menos un elemento de microaleación y residuos de cobre y con una capa deslizante aplicada sobre la capa de metal antifricción.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/004505.

Solicitante: FEDERAL-MOGUL WIESBADEN GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: STIELSTRASSE 11 65201 WIESBADEN ALEMANIA.

Inventor/es: ANDLER, GERD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B32B15/01 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B32 PRODUCTOS ESTRATIFICADOS.B32B PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS CAPAS DE FORMA PLANA O NO PLANA, p. ej. CELULAR O EN NIDO DE ABEJA. › B32B 15/00 Productos estratificados compuestos esencialmente de metal. › estando compuestas todas las capas exclusivamente de metal.
  • C22C9/10 QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 9/00 Aleaciones basadas en cobre. › con silicio como constituyente que sigue al que está en mayor proporción.
  • C22F1/08 C22 […] › C22F MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O ALEACIONES NO FERROSOS (procesos específicos para el tratamiento térmico de aleaciones ferrosas o aceros y dispositivos para el tratamiento térmico de metales o aleaciones C21D). › C22F 1/00 Modificación de la estructura física de metales o aleaciones no ferrosos por tratamiento térmico o por trabajo en caliente o en frío. › de cobre o aleaciones basadas en él.
  • F16C33/12 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16C ARBOLES; ARBOLES FLEXIBLES; MEDIOS MECANICOS PARA TRANSMITIR MOVIMIENTO EN UNA FUNDA FLEXIBLE; ELEMENTOS DE LOS MECANISMOS DEL CIGÜEÑAL; PIVOTES; UNIONES PIVOTANTES; PIEZAS ROTATIVAS DE INGENIERIA DISTINTAS A LAS PIEZAS DE TRANSMISION MECANICA, ACOPLAMIENTOS, EMBRAGUES O FRENOS; COJINETES.F16C 33/00 Elementos de los cojinetes; Procedimientos especiales de fabricación de los cojinetes o de sus elementos (trabajo de los metales u operaciones análogas, véanse las clases apropiadas). › Composición estructural; Empleo de materiales especificados o tratamiento particular de las superficies, p. ej. contra la herrumbre.
  • F16C33/14 F16C 33/00 […] › Procedimientos particulares de fabricación; Rodajes.

PDF original: ES-2376075_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Material compuesto para cojinete deslizante, empleo y método de producción La invención se refiere a un material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 1. Además la invención se refiere a un empleo y un método de producción.

A partir de la DE 44 15 629 C1 se conoce el empleo de una aleación de cobre-níquel-silicio para la producción de objetos resistentes a la fricción con propiedades de resistencia para la marcha en seco, como por ejemplo émbolo de fundición en máquinas de fundición a presión. La aleación descrita en la DE 44 15 629 C1 consiste en 1 - 4% de níquel, 0, 1 -1, 5% de silicio y residuos de cobre y es empleada como material macizo.

La US 2, 137, 282 describe una aleación de 0, 1 - 30% de níquel, 0, 05 - 3% de silicio y residuos de cobre. Después del correspondiente tratamiento en caliente, esta aleación se distingue por la elevada dureza y buena conductividad eléctrica.

La US 1, 658, 186 describe una aleación de cobre-níquel-silicio, donde se discuten extensamente los siliciuros que actúan como partículas que endurecen. Se indican diferentes tratamientos en caliente para el ajuste de la dureza.

Otra aleación de cobre-níquel-silicio se encuentra en US 2, 241, 815, donde la proporción de níquel está en 0, 5 - 5% y la proporción de silicio está en 0, 1 - 2%.

También en la DE 15 58 474 A1 se manifiesta una aleación de cobre-níquel-silicio con 0, 8 - 10% de níquel y 0, 2 2% de silicio a la cual, para alcanzar una elevada capacidad de deformación con un conformado previo en frío tan pequeño como sea posible, se le añade por aleación 0, 01 - 0, 5% de hierro y 0, 05 - 0, 5% de cromo.

La US 2, 185, 958 describe aleaciones de 1% de níquel, 3, 5% de silicio y residuos de cobre así como de 1, 5% de silicio y 1 % de níquel así como residuos de cobre.

A partir de la DE 36 42 825 C1 se conoce un material deslizante antifricción consistente en 4 a 10% de níquel, 1 2% de aluminio, 1 -3% de estaño y residuos de cobre así como impurezas comunes, el cual debería exhibir una elevada estabilidad y larga vida útil. A partir de este material deslizante antifricción se producen conectores de material sólido La GB 2384007 describe un material compuesto para cojinete deslizante con un dorso de acero, sobre el cual se aplica una capa sinterizada de una aleación de cobre que exhibe una dureza de max. 130 HV. La aleación de cobre exhibe 1 - 11 % en peso de estaño, hasta 0, 2 % en peso de fósforo, max. 10 % en peso de níquel o plata, max. 25 % en peso de plomo y bismuto.

Los elementos para cojinete deslizante de materiales sólidos tienen la desventaja de que para garantizar el ajuste forzado en el receptáculo tienen que exhibir una muy elevada estabilidad y con ello dureza. En los casos de aplicación donde se requiera capacidad de ajuste del metal antifricción ante por ejemplo corrosión local de la capa deslizante, tales materiales tienden fuertemente al desgaste o conducen a deterioro del eje.

Otra desventaja consiste en que debido a los diferentes coeficientes de expansión al calor, en un receptáculo de acero el elemento para cojinete deslizante se dilata más fuertemente y con ello se reduce desventajosamente el juego.

Es un objetivo de la invención crear un material compuesto para cojinete deslizante, cuyas propiedades mecánicas y tribológicas pueden ser ajustadas a las exigencias deseadas, donde también se garantice simultáneamente la rigidez requerida para el ajuste forzado. Además los elementos para cojinete deslizante de este material compuesto para cojinete deslizante deberían adecuarse particularmente para la construcción de receptáculos de acero. Es también un objetivo suministrar una aplicación y método de producción.

Este objetivo es solucionado con un material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 1.

Se ha mostrado que las propiedades mecánicas y tribológicas de las aleaciones de cobre con níquel-silicio pueden ser ajustadas en un amplio rango, de manera que se hace posible un ajuste a las propiedades requeridas.

Debido a su rigidez, los dorsos de acero garantizan el ajuste forzado requerido de modo que el armazón estructural del material antifricción puede ser ajustado independientemente de los requerimientos de estabilidad. Con ello, las aleaciones mencionadas de cobre pueden ser diseñadas respecto a su armazón estructural por ejemplo de modo

que, en referencia a la estabilidad y dureza así como propiedades tribológicas, como por ejemplo el comportamiento a la corrosión, están en un rango comparable al de los cojinetes clásicos de plomo-bronce.

En suma, esencialmente se amplía el rango de uso del material compuesto para cojinete deslizante.

También, en casos de aplicación con receptáculos de acero, los materiales compuestos con dorsos de acero ofrecen ventajas debido a su coeficiente de expansión térmica.

El ajuste de las propiedades tribológicas del metal antifricción ocurre preferiblemente mediante un tratamiento térmico y mecánico, en particular mediante enrollado y calentamiento al rojo.

Tal tratamiento térmico-mecánico del material compuesto puede ser diseñado de modo que no se perjudiquen las propiedades del acero, necesarias para el componente prefabricado.

El método de producción acorde con la invención provee, según otra alternativa, las siguientes etapas del método:

Producción de material en banda a partir de una aleación cobre-níquel-silicio y enchapado por rodillos del material en banda sobre una capa de acero de soporte, para producir un material compuesto. Con esto ocurre un conformado del metal antifricción y/o del acero de 50 - 70 %.

El subsiguiente tratamiento térmico-mecánico provee las siguientes etapas:

Primer calentamiento al rojo del material compuesto a 550º C a 700º C por 2 a 5 horas, por lo menos un pr imer enrollado del material compuesto, donde se ejecuta un grado de conformación de 20 a 30 %, por lo menos un segundo calentamiento al rojo a 500º C - 600º C por más de >1 h, dado el caso, un segundo enrollado del material compuesto, donde se ejecuta una conformación de max. 30 % con un subsiguiente tercer calentamiento al rojo a temperaturas >500º C durante por lo menos 1 h.

Según otra alternativa se aplica y se sinteriza o se vierte la aleación de cobre sobre la capa de soporte.

Por medio de la primera o bien la segunda etapa de enrollado en combinación con el subsiguiente calentamiento al rojo se ajusta el límite elástico del metal antifricción, donde preferiblemente el límite elástico del metal antifricción está en 150 a 250 MPa.

Cuando después del segundo calentamiento al rojo se ha alcanzado el calibre final, se termina el tratamiento térmico-mecánico. En este caso, se ajusta el límite elástico mediante el primer enrollado y el segundo calentamiento al rojo.

Cuando después del segundo calentamiento al rojo no se ha alcanzado el calibre final, se continúa con el segundo enrollado y la tercera etapa de calentamiento al rojo, con lo cual se ajusta el límite elástico al valor indicado.

La estructura después del tratamiento térmico-mecánico se distingue por depósitos intermetálicos finos simultáneamente distribuidos de modo isotrópico a base de NiSi dentro de la matriz de cobre.

El mencionado límite elástico del metal antifricción está claramente por debajo del acero, lo cual es posible porque aquí la capa de soporte de acero cuida el ajuste forzado requerido. La ventaja del material compuesto acorde con la invención consiste en que puede reducirse tanto el límite elástico del metal antifricción hasta alcanzar las propiedades tribológicas deseadas, en particular la capacidad de ajuste de la capa de metal antifricción, es decir que no ocurre o sólo ocurre un poco de desgaste del eje contrarrotatorio.

Para la producción de los elementos de cojinete deslizante, después se separan del material compuesto partes longitudinales de las placas de la banda y se conforman las platinas mediante etapas conocidas de conformado hasta dar elementos para cojinetes deslizantes. El proceso subsiguiente representa preferiblemente la elaboración de cojinete deslizante y la aplicación de la capa deslizante.

La capa deslizante es aplicada por medio de deposición galvánica, método PVD, en particular pulverización... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Material compuesto para cojinete deslizante con una capa de soporte de acero, una capa de metal antifricción de una aleación de cobre que exhibe 0, 5 - 5 % en peso de níquel, 0, 2 - 2, 5 % en peso de silicio, º 0, 1 % en peso de plomo, opcionalmente 0, 05 - 2 % en peso de manganeso, opcionalmente 0, 05 - 0, 4 % en peso de por lo menos un elemento de microaleación y residuos de cobre y con una capa deslizante aplicada sobre la capa de metal antifricción.

2. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de cobre exhibe 0, 05 - 2 % en peso de manganeso.

3. Material compuesto para cojinete deslizante según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la relación en peso de níquel a silicio está entre 2, 5 y 5.

4. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa de metal antifricción exhibe 0, 05 - 0, 4 % en peso de por lo menos un elemento de microaleación.

5. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos de microaleación son cromo, titanio, circonio, zinc y/o magnesio.

6. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque entre la capa de metal antifricción y la capa de soporte existe, dado el caso, un material compuesto enchapado por rodillos.

7. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa de metal antifricción es una capa sinterizada.

8. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa de metal antifricción es una capa vertida.

9. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la capa deslizante consiste en una capa galvánica.

10. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 9, caracterizado porque la capa galvánica consiste en aleación de plomo-estaño-cobre, aleación de estaño-cobre, aleación de bismuto-cobre o de bismuto.

11. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 10, caracterizado porque en las aleaciones de plomo-estaño-cobre la proporción de estaño está e.

4. 20 % en peso y la proporción de cobre está en 1 - 10 % en peso.

12. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 10, caracterizado porque en las aleaciones de bismuto-cobre la proporción de cobre es de 1 - 20 % en peso y en las aleaciones de estaño-cobre la proporción de cobre es d.

2. 20 % en peso.

13. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la capa deslizante consiste en una capa aplicada por medio de un método de revestimiento térmico.

14. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la capa deslizante consiste en una capa plástica.

15. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 14, caracterizado porque la matriz de la capa plástica deslizante consiste en resina resistente a las altas temperaturas, como PAI.

16. Material compuesto para cojinete deslizante según las reivindicaciones 14 o 15, caracterizado porque la capa plástica deslizante exhibe como material de relleno MoS2, nitruro de boro, PTFE y/o grafito.

17. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 16, caracterizado porque el material de relleno está en forma individual o en combinación e.

5. 50 % en volumen.

18. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque entre la capa de metal antifricción y la capa deslizante se dispone por lo menos una capa intermedia.

19. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 18, caracterizado porque la capa intermedia es una capa galvánica.

20. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 18, caracterizado porque la capa intermedia consiste en níquel o plata.

21. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 19, caracterizado porque se proveen dos capas intermedias de níquel y estaño-níquel.

22. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 18, caracterizado porque la capa intermedia es una capa de pulverización catódica de metales.

23. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 18 a 22, caracterizado porque la capa intermedia consiste en una aleación de níquel, una aleación de níquel-cromo, una aleación de níquel-cobre, aleación de zinc, zinc, cromo, cobre, aleación de cobre, níquel, aleación de cromo-níquel o níquel-cromo.

24. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 8 en unión con una de las reivindicaciones 18 a 23, caracterizado porque la capa deslizante consiste en una capa aplicada por medio del método PVD.

25. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 24, caracterizado porque la capa deslizante consiste en una capa de pulverización catódica de metales.

26. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 25, caracterizado porque la capa de pulverización catódica de metales consiste en una aleación de aluminio-estaño, aleación de aluminio-estaño-silicio, aleación de aluminio-estaño-cobre, una aleación de aluminio-estaño-silicio-cobre o una aleación de aluminio-estañoníquel-manganeso.

27. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 26, caracterizado porque en las aleaciones la proporción de estaño es d.

8. 40 % en peso, la proporción de cobre es de 0, 5 - 4, 0 % en peso, la proporción de silicio es de 0, 02 - 5, 0 % en peso, la proporción de níquel es de 0, 02 - 2, 0 % en peso y la proporción de manganeso es de 0, 02 - 2, 5 % en peso.

28. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 25, caracterizado porque la capa intermedia consiste en una capa galvánica y la capa deslizante consiste en una capa de pulverización catódica de metales.

29. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque sobre la capa deslizante se provee una capa de rodaje.

30. Material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 29, caracterizado porque la capa de rodaje está hecha como una capa de estaño, plomo, cobre o indio o como una capa plástica.

31. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 30, caracterizado porque el espesor de la capa de metal antifricción es de 0, 1 - 0, 8 mm.

32. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 31, caracterizado porque el espesor de la capa intermedia es de 1 - 12 μm.

33. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 1 a 32, caracterizado porque el espesor de la capa deslizante es d.

4. 30 μm.

34. Material compuesto para cojinete deslizante según una de las reivindicaciones 29 a 33, caracterizado porque el espesor de la capa de rodaje es de 0, 2 a 12 μm.

35. Empleo de un material compuesto para cojinete deslizante según la reivindicación 1 para semicojinetes deslizantes.

36. Método para la producción de material compuesto para cojinetes deslizantes, en particular para elementos para cojinetes deslizantes, como semicojinetes deslizantes, con las siguientes etapas del método:

- producción de material en banda de una aleación de cobre según la reivindicación 1, y chapeado por rodillos del material en banda dado el caso mediante aplicación de una capa intermedia sobre una capa de soporte de acero, para la producción de un material compuesto,

- tratamiento térmico-mecánico con las siguientes etapas:

- por lo menos un primer calentamiento al rojo del material compuesto a 550º C - 700º C por 2 a 5 horas

- por lo menos un primer enrollado del material compuesto, donde se ejecuta un grado de conformación d.

20. 30 %,

- por lo menos un segundo calentamiento al rojo a 500º C - 600º C por más de 1 h.

37. Método para la producción de material compuesto para cojinetes deslizantes en particular para elementos para cojinete deslizante, como semicojinetes deslizantes, con las siguientes etapas del método:

- aplicación de una aleación de cobre según la reivindicación 1 sobre una capa de soporte de acero para la producción de un material compuesto,

- sinterizado del material compuesto, donde con el proceso de sinterizado se integra un primer calentamiento al rojo,

- tratamiento térmico-mecánico con las siguientes etapas:

- por lo menos un primer enrollado del material compuesto donde se ejecuta un grado de conformación d.

20. 30 %,

- por lo menos un segundo calentamiento al rojo 500º C - 600º C por más de 1 h.

38. Método para la producción de material compuesto para cojinetes deslizantes en particular para elementos para cojinetes deslizantes, como semicojinetes deslizantes, con las siguientes etapas del método:

- fundido de una aleación de cobre según la reivindicación 1 sobre una capa de soporte de acero para producir un material compuesto,

- tratamiento térmico-mecánico con las siguientes etapas:

- por lo menos un primer calentamiento al rojo del material compuesto a 550º C - 700º C por 2 a 5 horas

- por lo menos un primer enrollado del material compuesto, donde se ejecuta un grado de conformación d.

20. 30 %,

- por lo menos un segundo calentamiento al rojo a 500º C - 600º C por más de 1 h.

39. Método según una de las reivindicaciones 36 a 38, caracterizado porque después del segundo calentamiento al rojo sigue un segundo enrollado con un grado de conformación de max. 30 % con un subsiguiente tercer calentamiento al rojo a temperaturas >500º C durante por lo menos 1 h.

40. Método para la producción de elementos para cojinetes deslizantes, en particular de semicojinetes deslizantes, caracterizado porque se produce un material compuesto según una de las reivindicaciones 36 a 39, que es separado de las platinas de material compuesto, porque éstas platinas son conformadas hasta elementos de cojinetes deslizantes y porque se aplica una capa deslizante.

41. Método según la reivindicación 40, caracterizado porque antes de la aplicación de la capa deslizante se aplica por lo menos una capa intermedia.

42. Método según una de las reivindicaciones 40 o 41, caracterizado porque sobre la capa deslizante se aplica una capa de rodaje.

 

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