DE69433475T2

DE69433475T2 - Kugel- und rollenlager

Info

Publication number: DE69433475T2
Application number: DE69433475T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Yao-shi TAKEBAYASHI; Kazunori Sayama-shi HAYASHIDA; Hisao Yabe; Isao Yokohama-shi IKEDA
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: US5575571A; EP0691483A1; EP0691483B1; EP0691483A4; WO1995012764A1; JPH07174143A; JP3549239B2; KR100355138B1; DE69433475D1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Wälzlager und insbesondere solche Wälzlager, bei denen ein Wälzkörper, und bei einer anderen Ausführungsform ein Wälzkörper und ein Laufring, aus einem Keramikmaterial aus Siliciumnitrid hergestellt ist bzw. sind.
Allgemeiner Stand der Technik
Als Wälzlager, die unter schwierigen Bedingungen, wie z. B. in einer korrodierenden Umgebung mit einer hohen Temperatur, im Vakuum oder einer schmiermittelfreien Umgebung, verwendet werden sollen, bei denen ein normales Metallmaterial nicht eingesetzt werden kann, können sogenannte Keramiklager genannt werden, bei denen zumindest ein Wälzkörper (und stärker bevorzugt ein Wälzkörper und ein Laufring) aus einem Keramikmaterial hergestellt ist (sind).
Solche für diese Verwendung bevorzugten Keramikmaterialien sind jene, die durch Sintern eines Sintermaterials hergestellt werden, das Partikel aus Siliciumnitrid (Si₃N₄) enthält, da diese eine hervorragende Wärmebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen.
Siliciumnitrid selbst hat jedoch relativ schlechte Sintereigenschaften. Deshalb wird dem Sintermaterial im allgemeinen eine Vielzahl von Sinterhilfsmitteln in der gewünschten Menge zugesetzt, die die Sintereigenschaften von Siliciumnitrid verbessern.
Zu Beispielen herkömmlicher Sinterhilfsmittel gehören unter anderem Oxide der seltenen Erden, wie z. B. Yttriumoxid (Y₂O₃), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Aluminiumnitrid (AlN).
Als Beispiel eines Sintermaterials aus Siliciumnitrid, das die beschriebenen Sinterhilfsmittel enthält, sind auf diesem Fachgebiet jene aus Si₃N₄-Y₂O₃-Al₂O₃ oder Si₃N₄-Y₂O₃-Al₂O₃-Aln bekannt.
Bei Keramiklagern, die aus dem Sintermaterial aus Siliciumnitrid hergestellt sind, korrodieren jedoch bestimmte Sinterhilfsmittel und insbesondere Yttriumoxid, wenn sie in einer korrodierenden Atmosphäre, wie z. B. einer stark sauren Atmosphäre und einer stark alkalischen Atmosphäre verwendet werden, so daß die Stärke der Bindung zwischen den Siliciumnitridpartikeln abnimmt. Das hat zu dem Problem geführt, daß die Festigkeit eines Keramiklagers deutlich abnimmt, so daß es noch innerhalb der geplanten Haltbarkeit zum Bruch kommt.
Das Dokument JP-A-1-037469 offenbart Kugellager, die bei einem Hochgeschwindigkeits-Drehteil verwendet werden, wobei ein Keramikmaterial verwendet wird, das durch Sintern eines Sintermaterials hergestellt wird, das die folgenden Bestandteile enthält:

– Siliciumnitrid mit einem Kristallisationsverhältnis vom α-Typ von mindestens 90% und einer mittleren Partikelgröße von bis zu 1 μm;
– 3 bis 10 Gew.-% MgAl₂O₄, mit einer Spinellstruktur; und
– 0,1 bis 1 Gew.-% Siliciumoxid.

Das Sinterverfahren erfolgt in einer N₂-Gasatmosphäre bei Normaldruck und bei einer Temperatur von 1600°C bis 1800°C.
Es ist folglich Aufgabe dieser Erfindung, Wälzlager mit langer Haltbarkeit anzugeben, die eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, wenn sie in einer korrodierenden Atmosphäre verwendet werden, sowie auch Wärmebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist ein Paar Laufringe und eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, die zwischen beiden Laufringen vorgesehen sind und hat eine Struktur wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Weiterentwicklungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Wälzkörper, oder bei einer anderen Ausführungsform sowohl die Wälzkörper als auch die Laufringe, die ein solches Keramikmaterial aufweisen, haben eine hervorragende Haltbarkeit in einer korrodierenden Atmosphäre sowie auch Wärmebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Die Erfindung kann folglich Wälzlager angeben, die eine hervorragende Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit in einer korrodierenden Atmosphäre und eine lange Haltbarkeit aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Es zeigen:
1(a) eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines scheibenförmigen Teststücks für den Drucktest zeigt, das aus einem Sintermaterial (Proben Nr. 1 bis 3) hergestellt worden ist, um die Eigenschaften des Keramikmaterials für erfindungsgemäße Wälzlager und die aus einem Keramikmaterial für herkömmliche Keramiklager (Proben Nr. 4 bis 5) auszuwerten;
1(b) eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines stabförmigen Teststücks für den Festigkeitstest zeigt, das aus einem Sintermaterial der Beispiele Nr. 1 bis 5 hergestellt worden ist;
2 eine graphische Darstellung der Rate der Gewichtsabnahme (%) des scheibenförmigen Teststücks bei der Durchführung eines Säuretauchtests, bei dem das scheibenförmige Teststück in eine Säure getaucht worden ist, damit es korrodiert;
3 eine graphische Darstellung der Änderung der Biegefestigkeit vor und nach der Durchführung des Säuretauchtests für das stabförmige Teststück;
4(a) eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung zeigt, die beim Haltbarkeitstest bei der Wälzbewegung für das scheibenförmige Teststück verwendet worden ist;
4(b) eine graphische Darstellung, die die Änderung der Belastung zeigt, wenn der Haltbarkeitstest bei der Wälzbewegung unter Verwendung der Vorrichtung von 4(a) durchgeführt wird;
5 eine graphische Darstellung, die die Haltbarkeit bei der Wälzbewegung des scheibenförmigen Teststücks zeigt, die nach der Durchführung des Säuretauchtests erhalten wurde, wobei die in 4(a) gezeigte Vorrichtung verwendet wird;
6 eine graphische Darstellung, die die Rate der Gewichtsabnahme (%) des scheibenförmigen Teststücks zeigt, wenn der Laugentauchtest durchgeführt wird, bei dem das scheibenförmige Teststück in eine Lauge getaucht wird, damit es korrodiert;
7 eine graphische Darstellung der Änderung der Biegefestigkeit vor und nach der Durchführung des Laugentauchtests für das stabförmige Teststück; und
8 eine graphische Darstellung, die die Haltbarkeit bei der Wälzbewegung des scheibenförmigen Teststücks zeigt, die nach der Durchführung des Laugentauchtests erhalten wird, wobei die in 4(a) gezeigte Vorrichtung verwendet wird.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Gemäß der Erfindung werden zumindest die Wälzkörper aus einem Keramikmaterial hergestellt, das durch Sintern eines Sintermaterials aus Siliciumnitrid hergestellt worden ist, das MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur und zumindest Siliciumoxid und Siliciumcarbid als Sinterhilfsmittel enthält.
Als Siliciumnitrid (Si₃N₄) kann eine Vielzahl von kristallinen Systemen, wie z. B. der α-Typ der β-Typ usw., verwendet werden, wobei der α-Typ bevorzugt ist. Obwohl der Partikeldurchmesser von Siliciumnitrid nicht begrenzt ist, wenn es in Form eines Sintermaterials, d.h. vor dem Sintern, vorliegt, liegt sein mittlerer Partikeldurchmesser vorzugsweise im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 1,5 μm, damit ein dichterer Sinterkörper erzeugt wird.
Von den Sinterhilfsmitteln verbindet MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur zum Zeitpunkt des Sinterns Siliciumnitridpartikel, so daß die Sinterstruktur dichter wird, was dessen wesentliche Rolle darstellt, und bewirkt auch eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Keramikmaterials, indem mit Hilfe der Siliciumnitridpartikel eme Korngrenzphase erzeugt wird, die eine hohe Beständigkeit, insbesondere gegenüber einer starken Säure oder einer starken Lauge, zeigt.
Siliciumoxid festigt die Bindung zwischen den Siliciumnitridpartikeln und den Sinterhilfsmitteln, wie MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur, so daß die Korrosionsbeständigkeit des heramikmaterials weiter zunimmt.
Siliciumcarbid unterstützt MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur, so daß die Korrosionsbeständigkeit des Keramikmaterials verbessert wird, und trägt auch zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Keramikmaterials, insbesondere seiner Härte, bei, so daß dessen Festigkeit verbessert wird. Außerdem verringert Siliciumcarbid den Reibungswiderstand des Keramikmaterials, so daß dessen Gleitvermögen der Oberfläche verbessert wird.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, auch andere Sinterhilfsmittel zu verwenden, wenn sie die beschriebenen Wirkungen der Verbindungen nicht beeinflussen.
Als Beispiele solcher Sinterhilfsmittel können unter anderem Oxide, wie Titanoxid, Hafniumoxid und Wolframoxid; Carbide, wie Titancarbid, Hafniumcarbid und Wolframcarbid genannt werden, diese sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Die als Beispiel genannten Sinterhilfsmittel wirken in Kombination mit MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur, so daß das Verdichten gefördert wird, d.h. als Sinterbeschleuniger. Außerdem verändern sie sich im Inneren eines Keramikmaterials zu unabhängigen Partikeln, deren Schmelzpunkt höher als der des gesinterten Keramikmaterials ist, und diese Partikel dispergieren dann in die Struktur des Keramikmaterials, so daß die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit des Keramikmaterials verbessert wird. Unter diesen Materialien wirkt Titanoxid auch als schwarz färbendes Mittel.
Der Anteil des MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur vom Gesamtgewicht des Sintermaterials liegt im Bereich von 0,5 bis 6 Gew.-%, wohingegen 2 bis 5 Gew.-% bevorzugt und etwa 3,5 Gew.-% besonders bevorzugt sind. Wenn der Anteil weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, kommt es nicht zum Verdichten der Sinterstruktur, so daß die Wärmebeständigkeit und die Verschleißbeständigkeit des Keramikmaterials abnehmen. Wenn er andererseits 6 Gew.-% übersteigt, kann die Korrosionsbeständigkeit des Keramikmaterials abnehmen.
Der Anteil von Siliciumoxid liegt im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-%, wobei etwa 0,5 Gew.-% bevorzugt sind. Wenn er weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, ist die Mischwirkung unzureichend, so daß keine befriedigende Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Keramikmaterials erreicht wird. Wenn er andererseits 1 Gew.-% übersteigt, können die Sintereigenschaften beeinträchtigt werden.
Der Anteil von Siliciumcarbid liegt im Bereich von 3 bis 5 Gew.-%, wobei 5 Gew.-% bevorzugt sind. Wenn er weniger als 3 Gew.-% beträgt, kann die Mischwirkung unzureichend sein, so daß weder die mechanischen Eigenschaften verbessert werden noch der Reibungswiderstand geringer wird. Wenn er andererseits 5 Gew.-% übersteigt, können die Sintereigenschaften beeinträchtigt werden.
Bei der Verwendung liegt jeweils der Anteil der anderen als der vorstehend beschriebenen Sinterhilfsmittel im Bereich von 0 bis 1 Gew.-%. Wenn er 1 Gew.-% übersteigt, kann die Korrosionsbeständigkeit des Keramikmaterials abnehmen.
Obwohl die Gesamtmenge der vorstehend genannten Sinterhilfsmittel gemäß der Erfindung nicht besonders begrenzt ist, liegt deren Gesamtmenge vorzugsweise im Bereich von 6 bis 11 Gew.-%. Wenn die Gesamtmenge der Sinterhilfsmittel unter der vorstehend genannten Untergrenze liegt, ist die Mischwirkung der Sinterhilfsmittel unzureichend, so daß keine befriedigende Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Keramikmaterials erreicht wird. Wenn sie andererseits die Obergrenze übersteigt, können die Wärmebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit des Keramikmaterials abnehmen.
Das Sintermaterial für ein System, das kein Siliciumcarbid enthält, hat den Vorteil, daß das Ausmaß der umgewandelten Schicht in der Oberfläche eines gesinterten Keramikmaterials gering wird, so daß ein solches Sintermaterial eine hervorragende Wirtschaftlichkeit besitzt und für Wälzlager für allgemeine Verwendungszwecke geeignet ist.
Wenn andererseits das erfindungsgemäße, Siliciumcarbid enthaltende System verwendet wird, obwohl das Ausmaß einer solchen umgewandelten Schicht größer als beim System ohne Siliciumcarbid wird, hat das gesinterte Keramikmaterial aufgrund der den Reibungswiderstand verringernden Wirkung, die sich aus dem Siliciumcarbid ergibt, selbstschmierende Eigenschaften. Dieses System ist folglich für Wälzlager geeignet, die in einer schmiermittelfreien Umgebung verwendet werden sollen, in der die Verwendung von Schmiermitteln, wie z. B. Fett, verboten ist.
Die Zunahme der umgewandelten Schicht beim Sintern eines Systems, das Siliciumcarbid enthält, kann wie folgt verursacht werden. Insbesondere erfordert das vollständige Sintern von Siliciumcarbid eine Sintertemperatur von 2000°C oder darüber, wohingegen Siliciumnitrid im allgemeinen schon bei etwa 1800°C bis 1850°C gesintert werden kann. Wenn das Sintermaterial des letztgenannten Systems folglich bei etwa 1800°C bis 1850°C gesintert wird, ist das Sintern von Siliciumcarbid unvollständig, so daß die umgewandelte Schicht zunimmt.
Die erfindungsgemäßen Wälzlager weisen ein Paar Laufringe und eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, die zwischen beiden Laufringen vorgesehen sind, wobei zumindest die Wälzkörper aus dem Keramikmaterial hergestellt sind, das mit der bestimmten Zusammensetzung hergestellt worden ist, wie es vorstehend aufgeführt ist. Insbesondere gehören die erfindungsgemäßen Wälzlager zu den beiden folgenden Typen:

(I) einem Typ, bei dem nur die Wälzlager aus dem bestimmten Keramikmaterial hergestellt sind; und
(II) einem Typ, bei dem sowohl die Wälzkörper als auch die Laufringe aus dem bestimmten Keramikmaterial hergestellt sind.

Das Wälzlager vom Typ (II) hat eine besonders hervorragende Wärmebeständigkeit, Verschleißbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. In Abhängigkeit von der Leistung oder der Verwendung kann jedoch auch ein Wälzlager vom Typ (I) verwendet werden.
In den Fällen, in denen nur die Wälzkörper aus dem speziellen Keramikmaterial hergestellt werden, sind die Laufringe vorzugsweise aus einer Vielzahl von herkömmlichen Materialien für Laufringe, wie z. B. rostfreiem Stahl (SUS440C) hergestellt.
Bei beiden Wälzlagertypen ist es erwünscht, daß eine Halterung vorliegt, um die Wälzkörper festzuhalten. Eine geeignete Halterung für ein Wälzlager, das in einer schmiermittelfreien Umgebung verwendet werden soll, ist eine, deren Oberfläche selbst hervorragende selbstschmierende Eigenschaften aufweist. Zu Beispielen einer solchen Halterung gehören eine, die vollständig aus Fluorcarbonkautschuken hergestellt ist, und eine, die aus rostfreiem Stahl (SUS304) hergestellt ist, deren gesamte Oberfläche mit einer Sinterschicht aus Fluorcarbonkautschuken überzogen ist.
Für die Herstellung des Wälzkörpers oder des Laufrings aus dem speziellen Keramikmaterial können normale Keramikform- und Sinterverfahren, wie z. B. das Verfahren angewendet werden, bei dem jeweils die angegebene Menge der beschriebenen Bestandteile gemischt wird, so daß ein Sintermaterial hergestellt wird, das dann durch Formpressen oder dgl. zu einer bestimmten Form geformt wird, und das Formteil für einen bestimmten Zeitraum in einer Inertgasatmosphäre gesintert wird. Als Sinterverfahren kann irgendeines der allgemein bekannten Verfahren, wie z. B. das Heißpressen (HP) das Komprimieren in Luft und das isostatische Heißpressen (HIP), angewendet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend erläutert, haben die erfindungsgemäßen Wälzlager eine hervorragende Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, wenn sie in einer korrodierenden Atmosphäre verwendet werden, sowie auch gute Wärmebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit. Folglich sind sie für Anwendungszwecke unter schwierigen Bedingungen, wie z. B. in einer korrodierenden Umgebung mit einer hohen Temperatur, im Vakuum und einer schmiermittelfreien Umgebung, geeignet, bei denen normales Metall nicht verwendet werden kann.
Herstellung von Proben
Proben Nr. 1 bis 3
Als ein Beispiel eines Keramikmaterials für das erfindungsgemäße Wälzlager wurden Siliciumnitrid vom α-Typ, dessen mittlerer Partikeldurchmesser 0,7 μm beträgt, und jeweils die angegebene Menge von Sinterhilfsmitteln, die in Tabelle 1 aufgeführt ist, gemischt, so daß ein Gemisch hergestellt wurde, dem Ethanol als Lösungsmittel zugesetzt wurde und das 48 Stunden mit einer Kugelmühle gerührt wurde. Damit wurde das jeweilige Sintermaterial aus Siliciumnitrid erhalten (Proben 1 bis 3). Es wird darauf hingewiesen, daß die Probe Nr. 1 kein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
Tabelle 1
Proben Nr. 4 und 5
Als Beispiel eines Keramikmaterials für ein herkömmliches Wälzlager wurden Siliciumnitrid vom α-Typ, dessen mittlerer Partikeldurchmesser 0,7 μm beträgt, und jeweils die angegebene Menge von Sinterhilfsmitteln, die in Tabelle 1 aufgeführt ist, gemischt, so daß ein Gemisch hergestellt wurde, dem Ethanol als Lösungsmittel zugesetzt wurde und das 48 Stunden mit einer Kugelmühle gerührt wurde. Damit wurde das jeweilige Sintermaterial aus Siliciumnitrid erhalten (Proben 4 bis 5).
Tabelle 2
Herstellen von Teststücken
Scheibenförmige Teststücke
Jedem Sintermaterial (Proben Nr. 1 bis 5) wurde unter Rühren die festgelegte Menge eines organischen Bindemittels zugesetzt, so daß ein Gemisch hergestellt wurde. Dieses Gemisch wurde dann mit einer Formpresse mit 1000 kgf/cm² formgepreßt, so daß ein Formteil erhalten wurde. Das Formteil wurde in einer auf 500°C erwärmten Stickstoffgasatmosphäre entfettet und außerdem für 2 Stunden dem Sintern bei Atmosphärendruck in einer auf 1800°C erwärmten Stickstoffgasatmosphäre unterzogen. Es wurden scheibenförmige Teststücke für den Drucktest hergestellt (Durchmesser d1 = 60 mm, Durchmesser des Mittellochs d2 = 25 mm, Dicke t = 5 mm), wie es in 1(a) gezeigt ist.
Stabförmige Teststücke
Die vorstehend genannten Schritte wurden wiederholt, um stabförmige Teststücke für den Biegefestigkeitstest herzustellen (Höhe h = 3 mm, Breite w = 4 mm, Länge L = 40 mm), wie es in 1(b) gezeigt ist.
Tests
Test der physikalischen Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften, wie z. B. Dichte (g/cm³), Härte nach Vickers Hv, Biegefestigkeit (kgf/mm²) und Bruchzähigkeit Klc (MPam^1/2), wurden für jedes stabförmige Teststück auf übliche Weise bestimmt.
Messung der umgewandelten Schicht Jedes Teststück wurde mit einem Mikroskop beobachtet, um die Dicke der umgewandelten Schicht auf seiner Oberfläche festzustellen. Tabelle 3 gibt die Ergebnisse an.
Tabelle 3
Säuretauchtest
Jedes scheibenförmige Teststück für den Drucktest, wie es in 1(a) gezeigt ist, wurde in eine auf 80°C erwärmte 35%ige Salzsäurelösung getaucht und 100 Stunden stehengelassen. Danach wurde die Rate der Gewichtsabnahme gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
2 und Tabelle 4 geben die Testergebnisse an.
Es ist ersichtlich, daß jedes scheibenförmige Teststück aus einem Keramikmaterial, das durch Sintern der Probe 1, 2 oder 3 hergestellt worden war, im Vergleich mit dem unter Verwendung der Probe Nr. 4 oder 5 eine sehr geringe Rate der Gewichtsabnahme aufwies.
Biegefestigkeitstest I
Bei jedem Teststück für den Biegefestigkeitstest, wie es in 1(b) gezeigt ist, wurde der gleiche Säuretauchtest durchgeführt, um dessen Biegefestigkeit zu bestimmen. 3 und Tabelle 4 geben die Testergebnisse zusammen mit entsprechenden Ergebnissen vor dem Säuretauchtest an. In 3 zeigen die linke bzw. rechte Säule die für jede Probe erhaltene Biegefestigkeit vor bzw. nach dem Säuretauchtest.
Es ist ersichtlich, daß das Teststück unter Verwendung der Probe Nr. 5 selbst vor dem Säuretauchtest den gewünschten Wert von 90 kgf/mm² nicht erreichte, wohingegen das unter Verwendung der Probe Nr. 4 vor dem Test den gewünschten Wert (nicht weniger als 90 kgf/mm²) erzielte, nach dem Test sank die Biegefestigkeit jedoch aufgrund der deutlichen Abnahme unter den erwünschten Wert.
Demgegenüber lag die Biegefestigkeit bei jedem Teststück unter Verwendung der Probe 1, 2 oder 3 vor dem Test über dem gewünschten Wert, und dies traf sogar nach dem Test zu, obwohl es zu einer leichten Abnahme kam.
Haltbarkeitstest bei der Wälzbewegung nach dem Säuretauchtest
Wie in 4(a) gezeigt, wurde eine Probe hergestellt, bei der eine Kombination aus drei Kugeln 2 für ein Lager (Durchmesser 3/8 inch (9,5 mm), aus Lagerstahl SUJ2), ein Laufring 3 aus Lagerstahl SUJ2 und eine Halterung 4 aus Messing auf das scheibenförmige Teststück 1 für den Drucktest gelegt wurden, das beim Säuretauchtest verwendet worden war. Die so vorbereitete Probe wurde auf der Scheibe 5 einer Vorrichtung für den Drucktest befestigt und in der mit dem Pfeil angegebenen Richtung gedreht, wobei der Laufring 3 entlang der Belastungsachse 6 einer Belastung ausgesetzt wurde.
Wenn die Obergrenze der Rotationszeit bei 400 Stunden festgelegt wurde, dann wurde die Haltbarkeit des scheibenförmigen Teststücks 1 als der Moment definiert, bei dem ein m der Vorrichtung installiertes Schwingungsmeßgerät einen Wert zeigte, der den fest gelegten Wert überstieg. Nach dem Haltbarkeitstest bei der Wälzbewegung wurde auch die Wälzkontaktoberfläche des scheibenförmigen Teststücks 1 beobachtet.
Testbedingungen

– Schmieröl: Spindelöl #60
– Belastung: Sie wurde allmählich erhöht, wie es in 4(b) gezeigt ist, d.h. für 24 Stunden 100 kgf, für 48 Stunden 250 kgf, für 328 Stunden 400 kgf; insgesamt 400 Stunden
– Rotationsgeschwindigkeit: 1200 U/min
– Testzeit: Max. 400 Stunden

5 und Tabelle 4 geben die Testergebnisse an.
Es ist ersichtlich, daß jedes scheibenförmige Teststück unter Verwendung der Probe 4 oder 5 aufgrund des Verschleißes, der vom Ablösen entlang der gesamten Wälzkontaktoberfläche begleitet war, in weniger als 100 Stunden zerbrach. Demgegenüber zeigte jedes scheibenförmige Teststück unter Verwendung der Probe 1, 2 oder 3 selbst nach einem 400-stündigen Test auf seiner Wälzkontaktoberfläche keine Ablösung, es behielt auch nach dem Säuretauchtest eine ausreichende Festigkeit bei.
Tabelle 4
Laugentauchtest
Jedes scheibenförmige Teststück, das dem beim Säuretauchtest verwendeten ähnlich war, wurde in eine auf 80°C erwärmte, 35%ige Kaliumhydroxidlösung getaucht und 100 Stunden stehengelassen. Die Rate der Gewichtsabnahme (%) wurde mit folgender Gleichung erhalten:
6 und Tabelle 5 geben die Testergebnisse an.
Es ist ersichtlich, daß jede Rate der Gewichtsabnahme für das scheibenförmige Teststück unter Verwendung der Probe 1, 2 oder 3 sehr viel geringer als die bei der Verwendung der Probe 4 oder 5 war.
Biegefestigkeitstest II
Unter Verwendung ähnlicher Teststücke, wie sie beim vorstehend genannten Biegefestigkeitstest verwendet worden waren, wurde ein weiterer Laugentauchtest unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend durchgeführt, um jeweils die Biegefestigkeit zu bestimmen. 7 und Tabelle 5 geben die Testergebnisse zusammen mit den entsprechenden Ergebnissen vor dem Laugentauchtest an. In 7 zeigen die linke bzw. rechte Säule die für jede Probe vor bzw. nach dem Laugentauchtest erhaltene Biegefestigkeit.
Es ist ersichtlich, daß die Biegefestigkeit für das Teststück unter Verwendung der Probe 5 sogar vor dem Laugentauchtest geringer als der gewünschte Wert von 90 kgf/mm² war. Andererseits überstieg der des Teststücks unter Verwendung der Probe 4 den gewünschten Wert von nicht weniger als 90 kgf/mm², nach dem Laugentauchtest fiel er jedoch aufgrund einer deutlichen Abnahme unter den gewünschten Wert.
Demgegenüber lag die Biegefestigkeit für das Teststück unter Verwendung der Probe 1, 2 oder 3 über dem gewünschten Wert, und das traf sogar nach dem Laugentauchtest zu, obwohl es zu einer leichten Abnahme kam.
Haltbarkeitstest bei der Wälzbewegung nach dem Laugentauchtest
Unter Verwendung der in 4(a) gezeigten Vorrichtung wurde die Haltbarkeit bei der Wälzbewegung für jedes scheibenförmige Teststück nach dem Laugentauchtest unter den gleichen Bedingungen bestimmt, wie es beim Haltbarkeitstest bei der Wälzbewegung nach dem Säuretauchtest beschrieben ist. Nach dem Laugentauchtest wurde bei jedem scheibenförmigen Teststück auch die Wälzkontaktoberfläche beobachtet. 8 und Tabelle 5 führen die Testergebnisse auf.
Es ist ersichtlich, daß jedes scheibenförmige Teststück unter Verwendung der Probe 4 oder 5 in weniger als 200 Stunden zerbrach, wohingegen das unter Verwendung der Probe 1, 2 oder 3 eine Haltbarkeit von mehr als 300 Stunden aufwies und auch nach dem Laugentauchtest eine ausreichende Festigkeit zeigte.
Tabelle 5
Beispiele
Beispiel 1
Unter Verwendung des Sintermaterials aus der Probe 3 wurden ein innerer und ein äußerer Ring und Kugeln für ein Radialkugellager hergestellt, das der Referenz-Nr. 6206 entspricht, das im Japanese Industrial Standard (JIS) definiert ist, und mit einer Halterung aus Polytetrafluorethylen kombiniert, so daß ein Lager erhalten wurde, das dann in einer Atmosphäre aus 10% Salzsäure und 30% Salpetersäure bei einer radialen Belastung von 5 kg kontinuierlich mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 10 U/min gedreht wurde. Damit wurde bestätigt, daß es mehr als 4000 Stunden zufriedenstellend rotierte.
Vergleichsbeispiel 1
Die Schritte in Beispiel 1 wurden wiederholt, mit der Abweichung, daß die Probe 4 verwendet wurde.
Im Ergebnis wurde bestätigt, daß der Abstand bzw. Spalt im Lager in 4000 Stunden größer wurde, so daß es nicht mehr als Lager dienen konnte.

Claims

Wälzlager, das ein Paar von Laufringen und eine Vielzahl von Wälzkörpern aufweist, die zwischen beiden Laufringen vorgesehen sind, wobei zumindest die Wälzkörper aus einem Keramikmaterial bestehen, das durch Sintern eines Sintermaterials aus Siliciumnitrid hergestellt worden ist, das MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur, Siliciumoxid und Siliciumcarbid als Sintermittel enthält und gegebenenfalls ein weiteres Sinterhilfsmittel enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Titanoxid, Hafniumoxid, Wolframoxid, Titancarbid, Hafniumcarbid und Wolframcarbid aufweist, wobei das MgAl₂O₄ mit einer Spinellstruktur in einer Menge von 0,5 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Sintermaterials, vorliegt, wobei Siliciumoxid in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Sintermaterials, vorliegt, wobei Siliciumcarbid in einer Menge von 3 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Sintermaterials, vorliegt und wobei jede der wahlfreien weiteren Komponenten in einer Menge von nicht mehr als 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Sintermaterials, vorliegt, wobei der Rest der Gesamtmenge des Sintermaterials Siliciumnitrid ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, wobei das Sintermaterial Siliciumnitrid vom α-Typ enthält.
Wälzlager nach Anspruch 1, oder 2, wobei das Sintermaterial Siliciumnitrid enthält, dessen mittlerer Partikeldurchmesser im Bereich von 0,4 bis 1,5 μm liegt.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sintermaterial drei Arten von Sinterhilfsmitteln enthält, zu denen Siliciumoxid, Siliciumcarbid und MgAL₂O₄ mit einer Spinellstruktur gehören, wobei die Sinterhilfsmittel in einer Menge von 6 bis 11 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Sintermaterials, vorhanden sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sintermaterial andere Komponenten als die drei Arten von Sinterhilfsmitteln enthält, zu denen Siliciumoxid, Siliciumcarbid und MgAL₂O₄ mit einer Spinellstruktur gehören.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sintermaterial MgAl₂O₄ mit der Spinellstruktur in einer Menge von 3,5 Gew.-% und Siliciumoxid in einer Menge von 0,5 Gew.-% enthält.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Sintermaterial Siliciumcarbid in einer Menge von 5 Gew.-% enthält.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, wobei das Sintermaterial Titanoxid in einer Menge von 1 Gew.-% enthält.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das eine Halterung aufweist, um die Wälzkörper festzuhalten, wobei die Halterung vollständig aus Fluorcarbonkautschuken besteht, oder die Oberflächen der Halterung vollständig mit einer Sinterschicht aus Fluorcarbonkautschuken überzogen sind.