In een onderzoeksproject dat is uitgevoerd in samen-werking met de Forschungs-vereinigung Antriebstechnik e.V. heeft Zollern een nieuwe witmetaal voor zwaarbelaste glijlagers ontwikkeld. Het doel was een zeer stijve witmetaallegering te ontwikkelen, die de huidig beschikbare legeringen op het gebied van belast-baarheid met 20 % moest overtreffen. De metaal- en machinefabrikant wil dit materiaal, WM2020-pro, dit najaar op de markt brengen.
Glijlagers vormen een universeel machineonderdeel met veel variaties voor het opnemen van krachten in bewegende oppervlakken. Hydrodynamische glijlager legeringen voor zwaarbelaste, sneldraaiende machines hebben een hoge belastbaarheid op vlaktedruk en goede dempingseigenschappen.
De glijlaag van deze hydrodynamische lagers bestaat, afhankelijk van de eisen, uit metalen grondstoffen met een verscheidenheid aan legerings-vormen. Witmetaallegeringen zijn geschikt voor hoge belastingen en zijn tegelijkertijd minder kritisch bij overbelastingen zoals stootbelasting.
Bovendien beschikken ze over uitstekende noodloopeigenschappen bij het wegvallen van de oliedruksmering. Met het oog op betrouwbaarheid en lange levensduur zijn glijlagers van een witmetaal dan ook eerste keus voor turbines, elektrische machines, grote transmissies en zeer grote diesel-motoren.
Slijpbeeld van het nieuwe stijve witmetaal Zollern WM 2020-pro (foto’s: Zollern)
Grenzen
Voor bepaalde toepassingen zitten ze echter aan de grenzen van belast-baarheid, waardoor de glijlagers extra groot moeten worden of uit andere materialen moeten worden samengesteld. In de praktijk betekent dit de stap naar aluminium-tin (AlSn) lager materiaal, dat een voldoende hoge reserve heeft tegen vermoeidheidsdefecten, maar niet beschikt over de andere eigenschappen van witmetaal. Hieruit is de eis ontstaan voor een witmetaal met hogere stijfheid.
Zollern had daarom als ontwikkelingsdoel een zeer stijve witmetaallegering, die de huidig beschikbare legeringen op het gebied van belastbaarheid met 20 % moest overtreffen. Dergelijke witmetalen bevatten echter vaak cadmium en arseen, en zowel deze als andere toxische elementen moesten bij de nieuwe ontwikkeling worden vermeden.
Het bedrijf kon de Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Arbeitskreis Gleitlager enthousiast maken voor het idee om dergelijke glijlagers te ontwikkelen. Die opzet slaagde, in het kader van een onder-zoeksproject van de Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungs-vereinigungen ‘Otto von Guericke”e.V. (AiF).
Ontwikkeling
De basis voor het nieuwe witmetaal is een betrouwbaar tin-antimoon-koper (SnSbCu)-systeem. Uit verschillende concepten werd een basislegering vastgesteld, die ruim voldeed aan de eisen wat betreft taaiheid en stijfheid. De technische modificaties aan de legering mochten geen nadelige invloed hebben op de technologische eigenschappen.
Ter verbetering van de stijfheidseigenschappen worden de legerings-elementen bismut (Bi) en zink (Zn) gebruikt. Het bros worden van de lagen wordt tegengewerkt door doelgerichte fijne structurering met het element telluur (Te). Hiervoor werd systematisch een veelvoud van legeringen en variaties uitgetest.
Parallel aan de modificatiestappen bij de ontwikkeling werden de techno-logische en mechanische eigenschappen van de legeringen uitgebreid onderzocht. Voor de op deze manier gevonden legering is een patentaanvraag ingediend en onder nummer WO 2012/028136 A2 gepubliceerd. Dit was de basis voor de verdere ontwikkeling van het materiaal WM2020-pro van Zollern.
Proeven met deze doorontwikkelde legering op de eigen testbank voor dynamische glijlagers toonden aan dat het doel – de vermoeidheidsgrens met 20 % te verbeteren – ruimschoots is gehaald. Dit gebeurde in een benchmark in vergelijking met op de markt beschikbare witmetaal soorten en met zowel cadmium als arseen bevattende als met cadmium- en ar-seenvrije hoogwaardige materialen.
