CH370994A - Process for the production of two metal surfaces which are intended to slide on each other with high surface pressure - Google Patents

Process for the production of two metal surfaces which are intended to slide on each other with high surface pressure

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CH370994A
CH370994A CH2715055A CH2715055A CH370994A CH 370994 A CH370994 A CH 370994A CH 2715055 A CH2715055 A CH 2715055A CH 2715055 A CH2715055 A CH 2715055A CH 370994 A CH370994 A CH 370994A
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CH2715055A
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Bucek Hans
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Berghaus Elektrophysik Anst
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding

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Description

  

  Verfahren zur Herstellung von zwei     Metallflächen,    die dazu bestimmt     sind,     mit hoher     Flächenpressung    aufeinander zu gleiten    Die vorliegende     Erfindung    bezieht sich auf Mass  nahmen zur Verminderung der     Gleitreibung    zwischen  zwei mit hoher Flächenpressung aufeinander gleiten  den Metallflächen, wobei als     Gleitmittelfilm    zwischen  denselben eine Gasschicht verwendet wird.  



  Es ist bereits seit längerem bekannt, dass eine  Gasschicht zwischen solchen, mit hohem Druck pro  Flächeneinheit aufeinander gleitenden Metallflächen  die Reibung merklich vermindern kann. Dies ist ins  besondere in jenen Fällen von Bedeutung, bei welchen  infolge äusserer Umstände, beispielsweise wegen der  hohen Temperatur der beiden Metallteile, andere  Gleitmittel zur Verminderung der Reibung     nicht    mehr  anwendbar sind und sogenannte selbstschmierende  Werkstoffe, z. B.     graphithaltige        Metalle,    aus Festig  keitsgründen nicht in Frage kommen.

   Der gasförmige  Gleitmittelteil wird dabei den aufeinander gleitenden  Flächen nicht von aussen zugeführt, sondern wird  - was natürlich nur bei hohem Flächendruck mög  lich ist - durch Verdampfung     gasbildungsfähiger     Stoffe aus den sich berührenden Flächen oder durch  das Austreten von im Metall gelösten bzw. an der  Metalloberfläche gebundenen Gaskomponenten ge  liefert.  



  Natürlich ist eine normale     unpräparierte    Gleit  fläche nicht in der Lage, über längere Zeiten einen  gasförmigen     Gleitmittelfilm        aufrechtzuerhalten,    da  hierbei ein gewisser Gasverlust durch Eindiffusion  in die jeweils andere Fläche und durch Abwande  rung zu den Rändern der gleitenden Flächenteile  unvermeidlich ist.  



  Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden,  die Gasabgabe einer     gleitreibungsbeanspruchten    Me  tallfläche zu steigern, indem deren Oberfläche mit  Gasen beladen wird, oder     gasbildungsfähige        Stoffe     in dieselbe eindiffundiert werden.     Geeignete        Stoffe       sind etwa Phosphor, Schwefel, gewisse Metalle, Sauer  stoff usw.

   Beispielsweise hat sich bei Geschützrohren,  bei welchen beim Schiessen     bekanntlich    extrem hohe  Flächendrücke bis zu einigen Tausend     kg(cm2    herr  schen und die Temperatur über 500  C steigen kann,  die Anreicherung der Innenwandung mit Stickstoff gut  bewährt, wie aus der Schweizer     PatentschriftNr.    308295  hervorgeht.

   Wenngleich die dort beschriebene     Le-          bensdauererhöhung    zum grossen Teil auf der Ver  besserung der     Oberflächenhärte    und der Bildung einer  splitterfesten,     duktilen    nitrierten     Stahlo'berfläche    be  ruht, so ist doch zu vermuten, dass auch das an der  mit Stickstoff angereicherten     Laufoberfläche    sich bil  dende     Gaspölster    hierzu merklich beiträgt.  



  Es ist auch bereits     vorgeschlagen    worden, anstelle  der schwierig zu behandelnden Innenwand der Ge  schützrohre, die Führungsringe der     hierfür    bestimm  ten Geschosse entsprechend auszubilden und mit gas  bildungsfähigen Stoffen anzureichern bzw. an der  Oberfläche mit Gas zu beladen.  



  Bei ausgedehnten     Untersuchungen    der unter sehr  hohem Flächendruck aufeinander gleitenden Metall  flächen, wie sie     beispielsweise    bei Waffen vorliegen,  hat sich eine Verminderung der Gleitreibung durch  die Anreicherung entweder des Geschützrohres oder  der     Geschossführungsringe    mit gasbildungsfähigen       Stoffen,    in gewissen Fällen erzielen lassen,     allerdings     meist nur kurzzeitig.

   Die Bestrebungen. zur Erzielung  einer weitergehenden     Gleitreibungsverminderung     durch Beeinflussung des     Anreicherungsgrades    der  betreffenden     Metallflächen        (Tiefenverteilu:ng,    Kon  zentration usw.) blieben erfolglos und zeigten. nur  geringen Einfluss auf die     maximale    Reibungsvermin  derung. Es erschien deshalb unnötig und aussichtslos,  die Verhältnisse bei Verwendung von mit gasbildungs  fähigen Stoffen angereicherten Geschossen in eben-      falls entsprechend behandelten Geschützrohren näher  zu untersuchen, zumal solche Versuche ausserordent  lich kostspielig sind.  



  überraschenderweise hat sich aber nach Er  arbeitung der weiter unten noch     dargelegten    Erkennt  nisse ergeben, dass eine sprunghafte Verminderung  der Gleitreibung gemäss dem     erfindungsgemässen    Ver  fahren möglich ist.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung  von zwei Metallflächen, die dazu bestimmt sind, mit  hoher Flächenpressung aufeinander zu. gleiten, wobei  die Gleitreibung vermindert wird durch eine als       Gleitmittelfilm    zwischen     denselben    wirkende Gas  schicht, die erst beim Auftreten der hohen Beanspru  chung entsteht und aus allen beteiligten Flächen  elementen der beiden Metallflächen gespeist wird,  kennzeichnet sich dadurch, dass gasbildungsfähige  Stoffe mittels     elektrischer    Glimmentladungen in  beiden Metallflächen und den daran angrenzenden  tiefer gelegenen Zonen     angereichert    werden.  



  Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhal  tene Metallflächen einer Feuerwaffe und ihres Ge  schosses sind gekennzeichnet durch eine Anreiche  rung mindestens der zur gegenseitigen Berührung     vor-          all        sehenen    Flächenteile und der angrenzenden tiefer  gelegenen Zonen mit     gasbildungsfähigen    Stoffen sol  cher Art, dass die unter den beim Schuss herrschenden  Druck- und Temperaturverhältnissen austretenden  Gase miteinander und mit der Umgebung verträglich  sind und sich volumenmässig addieren.  



  Die vorliegende Erfindung beruht auf der bei  ausgedehnten     Schusswaffenerprobungen    gewonnenen  Erkenntnis, dass bei allen unter derart extremen     Drük-          ken    und Temperaturen     gleitreibungsbeanspruchten          Metallflächen    nicht nur die erstmalige Bildung der  als     Gleitmittelflm    dienenden Gasschicht wichtig ist,  sondern vielmehr deren dauernde Aufrechterhaltung  während des Einzelschusses und bei     Dauerfeuer    ein  Hauptproblem darstellt.  



  Bei den bisher bereits mit beachtlichem Erfolg  verwendeten, in einer elektrischen     Glimmentladung     an der Innenwandung mit Stickstoff angereicherten  Geschützrohren sind die vom Geschoss     berührbaren     Flächenteile durchaus in der Lage, eine zur Bildung  von Gaspolstern ausreichende Gasmenge zu liefern.  Beim Durchgang normaler, also     mit        unpräparierten     Führungsringen versehener Geschosse wird aber an  scheinend eine gewisse Gasmenge verbraucht, und  es tritt eine nachteilige Verminderung des gasförmigen       Gleitmittelfilms    auf.

   Es wird vermutet, dass bereits  beim     Einzelschuss,    bei welchem die     Führungsringe     sich, vom Patronenlager bis zur     Rohrmündung,    an  der gleitenden und verformten Oberfläche bis auf über       l000     C erhitzen, die reibungsvermindernde Gas  schicht wegen dieser hohen Temperatur der Führungs  ringe     in    steigendem Masse verzehrt und verbraucht  wird. Die Führungsringe dürften jedenfalls eine Ver  minderung des     gasförnugen        Gleitmittelfilms    bewirken.  



  Dieser bereits beim     Einzelschuss    auftretenden       Benachteiligung    der reibungsvermindernden Gas-         schicht    überlagert sich noch eine     mit    zunehmendem  Gebrauch des Geschützrohres wirksam werdende Ver  armung der vom Geschoss     berührbaren    Flächen der       Rohrinnenwand    an gasbildungsfähigen Stoffen.

   Diese  Verarmung beruht, soweit bisher ermittelt werden  konnte, auf der Tatsache, dass infolge der Erwär  mung der     Rohrinnenwand    die in derselben befind  lichen gasbildungsfähigen Stoffe, soweit dieselben  nicht austreten und die erwünschte Gasschicht bilden,  durch einen Diffusionsvorgang in tiefer gelegene  Zonen der Metalloberfläche wandern. Da aber neue  derartige Stoffe von der Oberfläche aus nicht     ein-          diffundieren,    verarmen die äussersten Metallschichten  in entsprechendem Masse.  



  Etwas     andere        Verhältnisse    ergeben sich bei der  bereits versuchsweise früher erfolgten Verwendung  von gasnitrierten Geschossen in normalen, also nicht       besonders    präparierten Geschützrohren. Die auf die  übliche Weise in Bädern oder Öfen nitrierten Füh  rungsringe konnten zwar zu Beginn in den noch  kalten Geschützrohren ein reibungsverminderndes  Gaspolster liefern, jedoch konnte bei rascher Schuss  folge diese vorteilhafte Gasschicht nicht aufrechter  halten werden. Anscheinend erfolgt der Verzehr der  aus den Führungsringen austretenden Gase seitens der  erhitzten     Rohrinnenwand    viel zu schnell, als dass ein  gasförmiger     G'le@itmittelfi:lm    aufrechterhalten werden  kann.  



  Die obengenannten, nur als Arbeitshypothese zu  betrachtenden Erklärungen des Verhaltens von mit  gasbildungsfähigen Stoffen präparierten, unter extre  men Verhältnissen     gleitreibu.ngsbeanspruchten    Me  tallflächen, sind das Resultat ausgedehnter Schiess  versuche. Eine derartige Arbeitshypothese - die den  Anlass zum erfindungsgemässen Verfahren gegeben  hat - konnte bisher nicht gewonnen werden, weil  für die vorliegenden hohen Anforderungen geeignete,  mit gasbildungsfähigen Stoffen, z. B. mit Stickstoff,  angereicherte     Feuerwaffenrohre    nicht zur Verfügung  standen.

   Die in Gasöfen oder Salzbädern nitrierten  Geschützrohre weisen eine derart spröde nitrierte  Oberflächenschicht auf, dass dieselbe beim Beschuss  zu Absplitterungen neigt, was eine relativ geringe  Lebensdauer sowie ein ständiges Absinken der Mün  dungsgeschwindigkeit zur Folge hat. An derartigen  Rohren wird natürlich die durch eine Verminderung  der Gleitreibung eventuell :erzielbare Verbesserung  vollständig von den nachteiligen Effekten der absplit  ternden Schichten überdeckt. Erst nach Schaffung  gehärteter, aber     dukti'ler    und weitgehend splitter  sicherer     Nitrierschichten    durch Behandlung der Rohr  innenwandung in einer elektrischen Glimmentladung  (siehe das Schweizer Patent Nr. 308295), konnte die  oben dargelegte Arbeitshypothese aufgestellt werden.  



  Die obengenannten Erkenntnisse liessen es - im  Gegensatz zu den bisherigen allgemeinen technischen  Ansichten der Feuerwaffentechnik - als aussichtsreich  erscheinen, sowohl die Innenwand der Geschützrohre  als auch die zur Berührung dieser Innenwand be-      stimmten Teile der Geschosse, in einer elektrischen  Glimmentladung mit gasbildungsfähigen Stoffen an  zureichern.  



  Die     diesbezüglichen    Versuche ergaben     über-          raschenderweise    eine sprunghafte Verminderung der  Gleitreibung über die bisher bestenfalls kurzzeitig er  reichten Werte hinaus. In günstigen Fällen wurde eine  Verminderung der Gleitreibung um 80 bis. 90% er  reicht.  



  Die oben dargelegte Arbeitshypothese     lässt    diese  Ergebnisse verständlich erscheinen, denn     nunmehr     wird die     beim    Auftreten der hohen     Gleitreibungs-          beanspruchung    entstehende Gasschicht nicht wie bis  her nur aus der     einen        Metallfläche        gespeist    und von  der anderen mehr oder weniger stark     verzehrt.    Viel  mehr tragen alle     beteiligten        Flächenelemente        beider     Metallflächen zur Speisung der Gasschicht bei.

   Er  hitzen sich nun beim     Einzelschuss    die     Führungsringe     beim Durchgang durch das Rohr, so findet trotzdem  eine Gasabgabe derselben statt und eine     nachteilige     Beeinflussung der reibungsvermindernden Gasschicht  tritt nicht ein. Anderseits wird die     Verarmung    der       Rohrinnenwandung    an gasbildungsfähigen Stoffen  weitgehend     verhindert,    da nunmehr seitens der Füh  rungsringe entsprechende Stoffe geliefert werden, von  denen ein gewisser Teil in die erhitzte     Rohrinnenwand          eindiffundieren    kann.  



  Dabei ist natürlich eine     Voraussetzung,        dass    die  aus beiden hochbeanspruchten Metallflächen aus  tretenden Gase     nicht    in     unerwünschter    Weise mit  einander reagieren, sondern bei den herrschenden  Temperatur- und Druckverhältnissen miteinander und  mit den in der Umgebung vorhandenen Explosions  gasen verträglich sind. Vorzugsweise werden beide  Flächen mit den gleichen gasbildungsfähigen Stoffen  angereichert. Es können aber auch verschiedene  Stoffe verwendet werden, deren gasförmige Kompo  nenten     miteinander    verträglich sind und sich     volü-          menmässig    addieren.

   Es darf also in der Rohrinnen  wandung nicht etwa ein solcher gasbildungsfähiger  Stoff angereichert werden, dessen Gaskomponente  mit derjenigen der     Führungsringe    eine chemische  Verbindung eingeht, welche die     reibungsvermindernde     Gasschicht nachteilig beeinflusst oder die Rohrinnen  wand korrodiert. Dagegen können chemische Verbin  dungen zwischen den austretenden Gasen und den  Explosionsgasen durchaus     erwünscht    sein, wenn da  durch die Gasschicht nicht nachteilig beeinflusst wird.  



  Ferner ist von Wichtigkeit, dass die Konzentra  tionen der in beiden     Metallflächen.    angereicherten gas  bildungsfähigen Stoffe aufeinander abgestimmt sind.  Da die Geschützrohre zwecks Erzielung einer gehär  teten aber     duktilen    und splitterfesten Innenfläche vor  zugsweise in einer elektrischen     Glimmentladung     nitriert werden, empfiehlt es sich,

   die     gesamte    oder  wenigstens die zur Berührung mit dieser Innenwan  dung vorgesehenen Teile der     Geschossaussenseite    eben  falls in einer ionisierten Gasatmosphäre mit ent  sprechenden gasbildungsfähigen Stoffen     anzureichern.       Die     gasbildungsfähigen        Stoffe        können    entweder  als chemische     Verbindungen    in den obersten Zonen  der     Metallflächen    angereichert     sein,    oder Legierungs  bestandteile dieser     Metalle    bilden bzw.     mit    dem Me  tall eine feste Lösung bilden.

       Beispielsweise    wurden  bereits einige der     nachstehenden        Verbindungen    in  bezug auf     ihre        reibungsvermindernden        Wirkungen     untersucht und als. geeignet     gefunden,    so     d'ass    die ganze  Stoffgruppe mehr oder weniger gut     verwendbar    sein       dürfte:

            Fe0    /     Fe203    /     Fe304    /     Fe2N    /     Fe2P    /     Fe3P    /     FeS    /     FeS2;          Cu0    /     Cu20    /     CuN3    /     Cu-S:    /     Cu2S;          Cr0    /     Cr203    /     Cr03    /     CrN;

            A'1203        /A-IN        /A12S3.       Diese Stoffe besitzen     natürlich        unterschiedliche     Zersetzungstemperaturen oder Siedetemperaturen  (Dampfbildung), so dass je nach Verwendungszweck  eine geeignete Auswahl getroffen werden muss.  



  Ausser solchen chemischen Verbindungen     sind     natürlich auch Metalle und     Metalloide    als     Legierungs-          bestandteile    günstig, wenn     dieselben    bei     Beansprur          chung    der     Metallflächen    verdampfen und     :einen    aus  reichenden Dampfdruck aufweisen,     beispielsweise          Zink,    Blei, Chrom usw.  



  Zwecks     Anreicherung    von     Teilen    oder der ganzen  Aussenseite von Geschossen bzw. von     Führungsringen     hierfür, können z. B. diese fertig bearbeiteten, ent  fetteten und gut gereinigten Metallteile     in        einem          evakuierbaren    Entladungsgefäss     angeordnet    und über  eine     isolierte        Stromdurchführung        mit    einer .äusseren       Spannungsquelle    verbunden werden.

   Bei der gleich  zeitigen     Behandlung    mehrerer     solcher        Metallteile     können dieselben entweder sämtlich parallel geschaltet  am gleichen     Anschiuss    liegen oder zu Gruppen zu  sammengeschaltet und mit je     einer    getrennten isolier  ten Stromeinführung verbunden     sein.    Ferner können  Gegenelektroden vorgesehen werden, die über     eine     isolierte     Stromeinführung    am anderen Pol der Span  nungsqueue     liegen.    Auch     :ein        metallisches    Entladungs  gefäss kann als Gegenelektrode benützt werden.

   Die  Werkstücke sollen derart angeordnet werden, dass       mindestens    an den für die     Gleitreibungsbeanspru-          chung    vorgesehenen     Oberflächenteilen        eine    gleich  mässige Temperatur und eine     Glimmentladung    glei  cher Intensität erzielt werden     kann.     



  Zu diesem Zweck wird durch eine     geeignete          Pumpeinrichtung    im     Entladungsgefäss        ein    Unterdruck       im    Bereich von 0,1 bis 100 mm     Hg    hergestellt, wäh  rend     gleichzeitig    ein Gas oder     Gasgemisch        in    regel  barer Menge     zugeführt    wird, so dass     eine        erwünschte     Atmosphäre konstanten Druckes und     g@eichbfeiben-          der    Zusammensetzung entsteht.

   Beim     Anlegen        einer          entsprechenden        Gleich-,    Wechsel- oder     Wellenspan-          nung    zwischen den zu behandelnden Werkstücken und  den Gegenelektroden :entsteht eine     Glimmentladung,          die    durch     Wahl    niedrigen Druckes und     möglichst     kleiner     Spannung        anfangs    einen nur     geringen        Energie-          umsatz    aufweisen     :

  soll.    Durch zunehmende Druck  erhöhung und Spannungsvergrösserung wird der      Energieumsatz der     Glimmentladung    dann stetig ver  grössert und die Entladung,     falls    erwünscht, weit  gehend auf die zu behandelnden Flächen konzentriert,  bis die zur Umwandlung der betreffenden Ober  flächenteile vorgesehene Energiekonzentration der       Glimmentladung    an denselben erreicht ist. Diese An  laufperiode der Glimmentladung ist in ihren Einzel  heiten im Hauptpatent Nr. 364850 ausführlich be  schrieben.

   Dieser     Anlaufvorgang    bewirkt auch die  Befreiung der zu behandelnden     Oberflächenteile    von  absorbierten oder     adsorbierten    Fremdsubstanzen, von  Bearbeitungsrückständen aller Art und von jegli  chen Verunreinigungen. Beim Beginn der eigent  lichen Behandlungsphase liegt also die     betreffende     Oberfläche in sehr reinem Zustand vor, was für die  Erzielung völlig gleichmässiger Oberflächen wichtig  ist.

   Gegebenenfalls kann auch der Anlaufvorgang  in einer Gasatmosphäre anderer Zusammensetzung  als der eigentliche     Glimmbehandiungsprozess    erfol  gen, beispielsweise in Anwesenheit eines reduzierend  wirkenden Gases wie     Wasserstoff.    Dann wird nach  Abschluss des Anlaufvorgangs anstelle dieser Gasart  nunmehr das zur eigentlichen     Behandlung    der Metall  flächen vorgesehene Gas oder Gasgemisch in das Ent  ladungsgefäss eingeleitet,

       zweckmässigerweise    unter  Aufrechterhaltung des erwünschten Unterdruckes und  der bestehenden     Glimmentladung.    Falls das für den  Anlaufvorgang     erwünschte    Gas     mit    demjenigen für  die nachfolgende Behandlungsphase vorgesehenen  nicht vermischt werden soll, kann auch die Gasatmo  sphäre der Anlaufperiode gegen eine     Schutzgasatmo-          sphäre,    beispielsweise ein Edelgas, ausgetauscht, und  dann dieses Schutzgas durch das für die Behandlungs  periode vorgesehene Gas ersetzt werden.  



  Sollen beispielsweise an Stahlgeschossen die eben  falls aus Stahl bestehenden Führungsringe ausgeglüht  und gleichzeitig mit gasbildungsfähigen     Stoffen    an  gereichert werden, so kann eine Anordnung nach vor  liegender Zeichnung verwendet werden. Hierzu wird  in einem     evakuierbaren,    doppelwandigen und kühl  baren     Gasentladungsgefäss    1 mit abnehmbarem  Deckel 2 eine     metallische        Halteplatte    3 auf Isola  toren 4 befestigt, die mit federnden Metallbolzen 5  zum Aufstecken der zu behandelnden     Stahlgeschosse     6 versehen ist.

   Parallel zur     Halteplatte    3 und mit  dieser leitend verbunden ist eine metallische Blende 7  angebracht, die mit den Führungsringen 8 der Ge  schosse 6 in einer Ebene gelegen ist, und runde     Aus-          nehmungen    9 aufweist, durch welche die Geschosse 6       hindurchragen.    Die Dicke der Blende 7 ist derart ge  wählt, dass die     Innenseite    der     Ausnehmungen    9 gerade  beiden Führungsringen 8 gegenübersteht. Die Innen  seite der     Ausnehmungen    9 soll die beiden Führungs  ringe 8 konzentrisch umschliessen und einen überall  gleich breiten Ringspalt mit denselben bilden.  



  Die Halteplatte 3 und die Blende 7 sind über  eine isolierte Stromdurchführung 10 mit dem nega  tiven Anschluss des     Iüemmenpaars    11 verbunden,  während der positive Anschluss am     metallischen    Ent  ladungsgefäss 1 angeschlossen ist. Im Entladungs-         gefäss    1, 2 wird über geeignete Mittel (nicht gezeich  net) eine Gasatmosphäre aus 30<B>%</B>     N2    und 70%     HZ     bei einem     Druck    von 5 bis 10 mm     Hg    hergestellt  und während des Betriebs aufrechterhalten.

   Nach Be  endigung des oben beschriebenen     Anlaufvorgangs     wird bei einer Spannung von 400 bis 500 Volt zwi  schen dem Entladungsgefäss 1 und den Geschossen 6  sowie der auf gleichem Potential liegenden Blende 7  eine     Glimmentladung        hergestellt,    die bei geeigneter  Breite des Ringspaltes zwischen den Führungsringen  8 und der Innenwand der     Ausnehmungen    9     in    diesem  eine besonders hohe Energiekonzentration von 0,1  bis 10 Watt     !cm2    Oberfläche der Führungsringe lie  fert. Dieser als      Hohlkathodeneffekt     bezeichnete  Betriebszustand ist im Schweizer Patent Nr. 314340  ausführlich beschrieben.

   Die Führungsringe 8 errei  chen bei dieser     Betriebsweise    innerhalb kurzer Zeit,  beispielsweise 0,5 bis 2 Minuten, die erwünschte  Glühtemperatur und reichern sich durch das Ionen  bombardement mit Stickstoff an. Die hohe Energie  dichte im Ringspalt gewährleistet ein relativ rasches       Eindiffundieren    des hier atomaren Stickstoffs in die  Führungsringe, so dass nach erfolgtem Weichglühen  die erforderliche     Eindringtiefe    erreicht ist und die  Behandlung beendet werden kann. Innerhalb der  relativ kurzen Behandlungsdauer erfährt das Geschoss  6 in seinen übrigen Teilen nur eine so geringe Tem  peraturerhöhung, dass die Festigkeit nicht beeinflusst  wird.  



  Bei dem     Eindiffundieren    der Behandlungsgase in  die Metalloberfläche, im oben beschriebenen Beispiel       also    des     Stickstoffs,    entstehen in einer gewissen Tiefe  sogenannte Mischkörper, die chemische und physi  kalische Bindungen     MetalliiGas    darstellen. Erfahrungs  gemäss geben solche Mischkörper bei den extremen  Temperatur- und Druckverhältnissen während des  Schiessvorgangs den Stickstoff wieder     als    Gas ab.  



  Ausserdem erfolgt aber bei     einer    Behandlung von  Metalloberflächen in einer Glimmentladung - auch  ohne dass dieselben, wie im oben beschriebenen Bei  spiel bis auf Glühtemperatur erhitzt werden - eine  Umwandlung der Oberflächenstruktur durch eine Ma  terialwanderung, hervorgerufen durch eine     Heraus-          lösung    feinster     Metallpartikel    aus der Oberflächen  zone. Es ist nicht genau bekannt, ob die Metall  partikel infolge Verdampfung an den Aufprallstellen  einzelner Ionen, oder infolge unmittelbarer Stoss  befreiung aus dem Kristallverband herausgelöst wer  den. Jedenfalls ist eine Materialabwanderung experi  mentell feststellbar.

   Gleichzeitig erfolgt aber eine       Materialzuwanderung,    da die Gasatmosphäre mit  Metallpartikeln, die aus der     Werkstückoberfläche     selbst oder aus der Gegenelektrode stammen, durch  setzt ist und solche Metallpartikel im     Glimmraum     elektrisch geladen, im     Kathodenfallraum    in Richtung  auf die     Werkstückoberfläche    beschleunigt werden  und dort mit hoher kinetischer Energie auftreffen.  



  Das Ausmass der Materialwanderung in der     einen     und anderen Richtung kann durch geeignete Wahl der  geometrischen Anordnung des Werkstückes und der      Gegenelektrode sowie durch den Druck     im    Ent  ladungsgefäss und die Art und Polarität der Span  nung     beeinflusst    werden.     Vorzugsweise    werden die       Entladungsverhältnisse        derart    gewählt, dass     die    Ma  terialabwanderung überwiegt.

       Jedenfalls    entsteht nach  genügend langer Aufrechterhaltung der     Glimment-          ladung    an der     Werkstückoberfläche,    die     beim    oben       beschriebenen    Beispiel nur einige     Minuten    dauert,  aber auch Stunden betragen kann, eine     Oberflächen-          zone    auf dem     Metallkörper,    die eine äusserst gleich  mässige     Mikroporos.ität    aufweist, welche sich bis  in molekulare Dimensionen     erstrecken    dürfte.

   Gleich  zeitig ist aber diese     Oberflächenzone    in ihrer Festig  keit nicht merklich geringer als nicht umgewandelte  Metallschichten.  



  Diese mikroporöse     Oberflächenschicht    reichert  sich begierig mit dem im Entladungsgefäss befind  lichen Gas an und behält diese sogenannte Gas  beladung auch nach Beendigung der Behandlung  unter atmosphärischen     Bedingungen.     



  Somit ist die Oberfläche nach dieser     Glimment-          ladungsbehandlung    in zweifacher     Hinsicht    mit Gas  angereichert. Einerseits ist     eindiffundierter        Stickstoff     in der Metallschicht gelöst oder in Form von Misch  körpern gebunden. Anderseits sind gasförmige Be  standteile in der     mikroporösen        Oberflächenschicht     eingeschlossen.

   Unter den beim Schuss herrschenden  Druck- und     Temperaturbedingungen    tragen sowohl  die Gasbeladung     als    auch die     Mischkörper    zur Spei  sung der reibungsvermindernden Gasschicht     zwischen     den aufeinander gleitenden     Metallflächen        bei.    Bei den       Führungsringen    dürfte     anfänglich    die Gasbeladung  wirksam sein, aber nach     Beginn    der Deformation im  wesentlichen tiefere     Zonen    mit Mischkörpern zur Gas  abgabe beitragen.  



  Nach dem oben für     Führungsringe    von Geschos  sen beschriebenen     Verfahren    lassen     sich    die für     Gleit-          reibungsbeanspruchung        bestimmten    Flächen von be  liebig geformten, auch sehr     kompliziert    gestalteten  Werkstücken mit den     erfindungsgemässen    mikro  porösen Oberflächenzonen versehen.

   Auch weitere  oder enge     Bohrungen    lassen sich auf der Innenwan  dung derart behandeln,     gegebenenfalls    unter Verwen  dung einer koaxial in der Bohrung     angeordneten,          draht-    oder     .stiftartigen    Gegenelektrode. Von grossem       Vorteil    ist hierbei,     dass    die Umwandlung der Ober  flächenzone nach     vollständiger    Fertigstellung des  betreffenden     Werkstücks    erfolgen     kann,    da bei der  sehr gleichmässigen     Temperaturbehandlung    kein Ver  ziehen der Werkstücke auftritt.

   Die     Massänderungen     durch die Materialwanderung,     falls    dieselbe überhaupt  feststellbar ist, kann an einem Probestück leicht er  mittelt und dann bei der vorausgehenden     Bearbeitung     der Werkstücke berücksichtigt werden, da die     Glimm-          entladungsbe'handlung    unter genau     reproduzierbaren     Bedingungen     erfolgt.     



  Die Umwandung von     Metalloberflächen    nach  dem     beschriebenen        Ausführungsbeispiel    .ist natürlich  nicht auf     Stahlteile    beschränkt, sondern     kann,        meist     mit     unterschiedlichen    Behandlungszeiten, auch an    allen Buntmetallen und Legierungen durchgeführt  werden.

   Insbesondere können auch sehr harte metalli  sche Werkstoffe, wie sie beispielsweise für     Reibungs-          kupplungen,        Getriebe,        Zahnkränze    usw.     verwendet     werden, in gleicher Weise mit einer erfindungs  gemässen mikroporösen     Oberflächenzone    versehen  und mit     gaslieferungsfähigen    Stoffen     angereichert    wer  den.  



       Als        gasbildungsfähige        Stoffe    sind natürlich je nach  Verwendungszweck ausser den oben     erwähnten        Stick-          stoff-Metall-Mischkörpern    auch zahlreiche andere       Stoffe        geeignet.    Beispielsweise können die Metall  flächen     mit    Phosphor oder mit Schwefel angereichert  werden, entweder in elementarer Form, gelöst     im    be  treffenden     Metall,    als     Mischkörper    oder     in        Form    ge  eigneter Verbi'nd'ungen.

   Die     angereicherten    Stoffe ver  dampfen bei den auftretenden extremen Drücken und  Temperaturen. und bilden     eine        reibungsvermindernde     Gasschicht. Schliesslich lassen sich auch andere Gase,  etwa Wasserstoff,     Sauerstoff,    und unter gewissen Um  ständen sogar Edelgase, in den     gleitreibungsbean-          spruchten        Metallflächen    in solcher Form     anreichern,     dass dieselben. zur     Büd'ang    einer reibungsvermindern  den     Gasschicht        beizutragen        vermögen.     



  Die in den Metallflächen     anzureichernden    Stoffe       können,    wie in den oben beschriebenen Beispielen, vor  allem aus dem Gas     im        Entladungsgefäss    gewonnen  werden.

   Natürlich lassen sich derartige     gasbildungs-          fähige    Stoffe auch auf andere Weise in     die        Glimm-          ent-Iad'ung    bzw. an den zu behandelnden Werkstück  flächen     einbringen.        Beispielsweise    kann eine ent  sprechende Substanz im Entladungsgefäss verdampft  und mit der Gasatmosphäre vermischt werden,

   oder  es wird ein entsprechender Nebel aus     derartigen    Stoff  partikeln in     das    Entladungsgefäss     eingespritzt.    Ferner  kann die     bekannte    Technik der     Kathodenzerstäubung     oder der     Lichtbogenabstäubung    benützt werden, um       Fremdstoffpartikel        mit    der Gasatmosphäre zu ver  mengen.  



  Es sei     schliesslich    noch darauf hingewiesen,     d'ass     das reibungsvermindernde Gaspolster bei     Feuerwaffen     noch wegen der     guten    Abdichtung des Geschosses,     im     Rohr von Vorteil ist. Ferner scheint die entstehende       reibungsvermindernde    Gasschicht auch eine Schutz  schicht auf den stark     beanspruchten        Teilen    der Rohr  innenwand gegenüber den     aggressiven    Produkten der  Explosion zu bilden.

   Es     kann        durchaus        sein,    dass  die sprunghafte Verbesserung der     Lebensdauer    von       Feuerwaffen:rohren,    die mit dem vorliegenden Ver  fahren erzielt werden kann, nicht durch die     Vermin-          derung    der     Gleitreibungsverluste    selbst     bedingt    ist,  sondern durch     Verringerung        schädlicher    Folgen     der          üblichen    hohen     Gleitreibung,    wie Abnützung, er  höhte     Erosionsgefahr    usw.,

   erzielt werden.



  The present invention relates to measures to reduce the sliding friction between two metal surfaces that slide on each other with high surface pressure, a gas layer being used as a lubricant film between them.



  It has been known for a long time that a gas layer between such metal surfaces sliding on one another at high pressure per unit area can markedly reduce the friction. This is particularly important in those cases in which, due to external circumstances, for example because of the high temperature of the two metal parts, other lubricants for reducing friction are no longer applicable and so-called self-lubricating materials, e.g. B. graphite-containing metals, for reasons of strength not come into question.

   The gaseous lubricant part is not supplied from the outside to the surfaces sliding on each other, but is - which is of course only possible at high surface pressure, including - by evaporation of gas-forming substances from the contacting surfaces or by the escape of substances dissolved in the metal or bound to the metal surface Gas components delivered.



  Of course, a normal unprepared sliding surface is not able to maintain a gaseous film of lubricant over long periods of time, as a certain loss of gas through diffusion into the other surface and through migration to the edges of the sliding surface parts is inevitable.



  It has therefore already been proposed to increase the gas output of a metal surface subject to sliding friction by loading its surface with gases or by diffusing gas-forming substances into the same. Suitable substances are phosphorus, sulfur, certain metals, oxygen, etc.

   For example, in the case of gun barrels, which are known to have extremely high surface pressures of up to a few thousand kg (cm2) and the temperature can rise to over 500 C, enriching the inner wall with nitrogen has proven to be effective, as can be seen from Swiss patent specification No. 308295.

   Although the increase in service life described there is largely based on the improvement of the surface hardness and the formation of a splinter-resistant, ductile nitrided steel surface, it can be assumed that the gas cushion that forms on the nitrogen-enriched running surface is also responsible for this noticeably contributes.



  It has also been proposed, instead of the difficult-to-treat inner wall of the Ge protection tubes, to train the guide rings of the projectiles certain th accordingly and to enrich them with gas-forming substances or to load the surface with gas.



  In extensive investigations of the metal surfaces sliding on each other under very high surface pressure, as is the case with weapons, for example, a reduction in sliding friction has been achieved in certain cases by enriching either the gun barrel or the bullet guide rings with substances capable of forming gas, but mostly only for a short time.

   The aspirations. to achieve a further reduction in sliding friction by influencing the degree of enrichment of the metal surfaces concerned (depth distribution: ng, concentration, etc.) remained unsuccessful and showed. only minor influence on the maximum reduction in friction. It therefore seemed unnecessary and hopeless to investigate more closely the situation when using projectiles enriched with gas-forming substances in gun barrels that had also been treated accordingly, especially since such tests are extremely costly.



  Surprisingly, however, after working out the knowledge set out below, it has emerged that a sudden reduction in sliding friction is possible according to the method according to the invention.



  The method according to the invention for the production of two metal surfaces which are intended to come together with high surface pressure. sliding, whereby the sliding friction is reduced by a layer of gas acting as a lubricant film between the same, which only arises when the high stress occurs and is fed from all surface elements of the two metal surfaces involved, is characterized by the fact that gas-forming substances by means of electrical glow discharges in both Metal surfaces and the adjacent deeper zones are enriched.



  Metal surfaces of a firearm and its projectile obtained by the process according to the invention are characterized by an enrichment of at least the surface parts provided for mutual contact and the adjacent deeper zones with gas-forming substances of such a type that the pressure prevailing during the shot - and temperature conditions are compatible with each other and with the environment and add up in terms of volume.



  The present invention is based on the knowledge gained in extensive firearm tests that with all metal surfaces subjected to sliding friction under such extreme pressures and temperatures, not only the initial formation of the gas layer serving as a lubricant film is important, but rather its permanent maintenance during the single shot and during continuous fire The main problem.



  In the case of the gun barrels enriched with nitrogen in an electric glow discharge on the inner wall, which have already been used with considerable success, the surface parts that can be touched by the projectile are quite capable of supplying a sufficient amount of gas to form gas cushions. However, when normal projectiles, i.e. those provided with unprepared guide rings, pass through, a certain amount of gas is apparently consumed, and a disadvantageous reduction in the gaseous lubricant film occurs.

   It is assumed that even with a single shot, in which the guide rings, from the cartridge chamber to the barrel muzzle, heat up to over 1000 C on the sliding and deformed surface, the friction-reducing gas layer is increasingly consumed due to this high temperature of the guide rings is consumed. The guide rings should in any case cause a reduction in the gaseous lubricant film.



  This disadvantage of the friction-reducing gas layer, which occurs even with a single shot, is superimposed on a depletion of gas-forming substances in the areas of the inner wall of the barrel that can be touched by the bullet, which becomes effective with increasing use of the gun barrel.

   This impoverishment is based, as far as it could be determined so far, on the fact that as a result of the heating of the inner wall of the pipe, the gas-forming substances located in the same, if they do not escape and form the desired gas layer, migrate through a diffusion process into deeper zones of the metal surface. But since new such substances do not diffuse in from the surface, the outermost metal layers are depleted to a corresponding extent.



  Somewhat different conditions result from the earlier experimental use of gas nitrided projectiles in normal, i.e. not specially prepared, gun barrels. The guide rings nitrided in the usual way in baths or ovens could initially provide a friction-reducing gas cushion in the still cold gun barrel, but this advantageous gas layer could not be maintained with rapid firing. Apparently the gases emerging from the guide rings are consumed by the heated inner wall of the pipe much too quickly for a gaseous lubricant film to be maintained.



  The above-mentioned explanations of the behavior of metal surfaces prepared with gas-forming substances and exposed to sliding friction under extreme conditions, which are only to be regarded as a working hypothesis, are the result of extensive shooting tests. Such a working hypothesis - which gave rise to the method according to the invention - could not be obtained so far, because for the present high requirements suitable, with gas-forming substances such. B. with nitrogen, enriched firearm tubes were not available.

   The gun barrels nitrided in gas furnaces or salt baths have such a brittle nitrided surface layer that the same tends to splinter when fired, which results in a relatively short service life and a constant drop in the muzzle velocity. On pipes of this type, the improvement that may possibly be achieved by reducing the sliding friction is of course completely covered by the disadvantageous effects of the splitting layers. Only after the creation of hardened, but ductile and largely fragment-proof nitrided layers by treating the inner wall of the pipe in an electric glow discharge (see Swiss patent No. 308295), could the working hypothesis set out above be established.



  The above-mentioned findings made it appear promising - in contrast to the previous general technical views of firearm technology - to enrich both the inner wall of the gun barrel and the parts of the projectiles intended for contact with this inner wall with gas-forming substances in an electric glow discharge.



  The tests in this regard surprisingly resulted in a sudden reduction in sliding friction beyond the values previously achieved at best for a short time. In favorable cases, the sliding friction was reduced by 80 to. 90% achieved.



  The working hypothesis presented above makes these results seem understandable, because now the gas layer that arises when the high sliding friction stress occurs is not fed from one metal surface as it has been up to now and is more or less consumed by the other. All the surface elements involved in both metal surfaces contribute much more to the supply of the gas layer.

   If the guide rings heat up when they pass through the pipe when they are shot individually, the same gas is released and the friction-reducing gas layer is not adversely affected. On the other hand, the depletion of gas-forming substances on the inner wall of the pipe is largely prevented, since the guide rings are now supplying corresponding substances, some of which can diffuse into the heated inner wall of the pipe.



  It is of course a prerequisite that the gases emerging from the two highly stressed metal surfaces do not react with one another in an undesirable manner, but are compatible with one another and with the explosive gases in the environment under the prevailing temperature and pressure conditions. Both surfaces are preferably enriched with the same gas-forming substances. However, different substances can also be used whose gaseous components are compatible with one another and add up in terms of volume.

   So it must not be enriched in the pipe inner wall such a gas-forming substance whose gas component enters into a chemical compound with that of the guide rings that adversely affects the friction-reducing gas layer or corrodes the inner pipe wall. In contrast, chemical connec tions between the escaping gases and the explosion gases can be quite desirable, if there is not adversely affected by the gas layer.



  It is also important that the concentrations of in both metal surfaces. enriched gas-forming substances are coordinated. Since the gun barrels are nitrided, preferably in an electric glow discharge, in order to achieve a hardened but ductile and shatterproof inner surface, it is advisable to

   Enriching all or at least the parts of the projectile exterior provided for contact with this inner wall in an ionized gas atmosphere with appropriate gas-forming substances. The gas-forming substances can either be enriched as chemical compounds in the uppermost zones of the metal surfaces, or they can form alloy components of these metals or form a solid solution with the metal.

       For example, some of the following compounds have already been investigated for their friction-reducing effects and as. found suitable, so d'ass the whole group of substances should be more or less usable:

            Fe0 / Fe203 / Fe304 / Fe2N / Fe2P / Fe3P / FeS / FeS2; Cu0 / Cu20 / CuN3 / Cu-S: / Cu2S; Cr0 / Cr203 / Cr03 / CrN;

            A'1203 / A-IN / A12S3. These substances naturally have different decomposition temperatures or boiling temperatures (vapor formation), so that a suitable selection must be made depending on the intended use.



  In addition to such chemical compounds, metals and metalloids are of course also beneficial as alloy components if they evaporate when the metal surfaces are stressed and: have a sufficient vapor pressure, for example zinc, lead, chromium, etc.



  For the purpose of enriching parts or the entire outside of floors or guide rings for this purpose, z. B. these finished, ent greased and well cleaned metal parts are arranged in an evacuable discharge vessel and connected to an .äusseren voltage source via an isolated power feedthrough.

   If several such metal parts are treated at the same time, they can either all be connected in parallel to the same connection or connected to form groups and each connected to a separate isolated power inlet. In addition, counter-electrodes can be provided which are connected to the other pole of the voltage queue via an insulated current inlet. Also: a metallic discharge vessel can be used as a counter electrode.

   The workpieces should be arranged in such a way that a uniform temperature and a glow discharge of the same intensity can be achieved at least on the surface parts provided for the sliding friction load.



  For this purpose, a suitable pumping device is used to create a negative pressure in the range of 0.1 to 100 mm Hg in the discharge vessel, while a gas or gas mixture is fed in at the same time in a controllable amount, so that a desired atmosphere of constant pressure and calibration is achieved. the composition arises.

   When a corresponding direct, alternating or wave voltage is applied between the workpieces to be treated and the counter-electrodes: a glow discharge occurs, which initially has only a low energy conversion due to the selection of low pressure and the lowest possible voltage:

  should. As the pressure increases and the voltage increases, the energy conversion of the glow discharge is then steadily increased and the discharge, if desired, is largely concentrated on the surfaces to be treated until the energy concentration of the glow discharge intended for the conversion of the surface parts concerned is reached on the same. This start-up period of the glow discharge is described in detail in its details in main patent no. 364850.

   This start-up process also causes the surface parts to be treated to be freed from absorbed or adsorbed foreign substances, from processing residues of all kinds and from any impurities. At the beginning of the actual treatment phase, the surface in question is in a very clean state, which is important for achieving completely uniform surfaces.

   If necessary, the start-up process can also take place in a gas atmosphere with a different composition than the actual glow treatment process, for example in the presence of a reducing gas such as hydrogen. Then after the start-up process has been completed, instead of this type of gas, the gas or gas mixture intended for the actual treatment of the metal surfaces is now introduced into the discharge vessel.

       expediently while maintaining the desired negative pressure and the existing glow discharge. If the gas required for the start-up process is not to be mixed with that provided for the subsequent treatment phase, the gas atmosphere of the start-up period can also be exchanged for a protective gas atmosphere, for example a noble gas, and then this protective gas for the gas provided for the treatment period be replaced.



  If, for example, the guide rings made of steel are to be annealed on steel projectiles and at the same time enriched with gas-forming substances, an arrangement according to the drawing above can be used. For this purpose, a metal retaining plate 3 is attached to Isola gates 4 in an evacuable, double-walled and cool ble gas discharge vessel 1 with removable cover 2, which is provided with resilient metal bolts 5 for attaching the steel projectiles 6 to be treated.

   A metallic screen 7 is attached parallel to the retaining plate 3 and conductively connected to it, which is located in one plane with the guide rings 8 of the projectiles 6 and has round recesses 9 through which the projectiles 6 protrude. The thickness of the diaphragm 7 is selected such that the inside of the recesses 9 is just opposite the two guide rings 8. The inside of the recesses 9 should surround the two guide rings 8 concentrically and form an annular gap with the same width everywhere.



  The holding plate 3 and the cover 7 are connected to the negative connection of the pair of terminals 11 via an insulated current feedthrough 10, while the positive connection is connected to the metallic discharge vessel 1. In the discharge vessel 1, 2, a gas atmosphere of 30% N2 and 70% HZ at a pressure of 5 to 10 mm Hg is produced using suitable means (not shown) and is maintained during operation.

   After completion of the start-up process described above, a glow discharge is produced at a voltage of 400 to 500 volts between tween the discharge vessel 1 and the projectiles 6 and the aperture 7 at the same potential, which with a suitable width of the annular gap between the guide rings 8 and the inner wall of the recesses 9 in this a particularly high energy concentration of 0.1 to 10 watts! cm2 surface of the guide rings delivers. This operating state, known as the hollow cathode effect, is described in detail in Swiss Patent No. 314340.

   In this mode of operation, the guide rings 8 reach the desired annealing temperature within a short time, for example 0.5 to 2 minutes, and are enriched by the ion bombardment with nitrogen. The high energy density in the annular gap ensures a relatively rapid diffusion of the atomic nitrogen here into the guide rings, so that the required penetration depth is reached after soft annealing and the treatment can be ended. Within the relatively short treatment time, the remaining parts of the projectile 6 only experience such a slight increase in temperature that the strength is not affected.



  When the treatment gases diffuse into the metal surface, i.e. nitrogen in the example described above, so-called mixed bodies are created at a certain depth, which represent chemical and physical bonds of metal / gas. Experience has shown that such mixing bodies give off the nitrogen as a gas again during the shooting process under the extreme temperature and pressure conditions.



  In addition, when metal surfaces are treated in a glow discharge - even without them being heated up to the annealing temperature as in the example described above - the surface structure is transformed by material migration, caused by the detachment of the finest metal particles from the surface zone . It is not known exactly whether the metal particles are released from the crystal structure as a result of evaporation at the points of impact of individual ions or as a result of direct impact. In any case, material migration can be determined experimentally.

   At the same time, however, there is an influx of material, since the gas atmosphere with metal particles, which come from the workpiece surface itself or from the counter electrode, is through and such metal particles are electrically charged in the glow chamber, accelerated in the cathode drop chamber towards the workpiece surface and hit there with high kinetic energy .



  The extent of the material migration in one direction and the other can be influenced by a suitable choice of the geometrical arrangement of the workpiece and the counter-electrode as well as by the pressure in the discharge vessel and the type and polarity of the voltage. The discharge ratios are preferably selected in such a way that material migration predominates.

       In any case, if the glow discharge is maintained for a sufficiently long time on the workpiece surface, which in the example described above only lasts a few minutes, but can also be hours, a surface zone with extremely uniform microporosity arises on the metal body likely to extend into molecular dimensions.

   At the same time, however, the strength of this surface zone is not noticeably less than that of unconverted metal layers.



  This microporous surface layer is eagerly enriched with the gas located in the discharge vessel and retains this so-called gas load even after the treatment has ended under atmospheric conditions.



  Thus, after this glow discharge treatment, the surface is enriched with gas in two ways. On the one hand, diffused nitrogen is dissolved in the metal layer or bound in the form of mixed bodies. On the other hand, gaseous components are included in the microporous surface layer.

   Under the pressure and temperature conditions prevailing during the shot, both the gas load and the mixing body contribute to the feeding of the friction-reducing gas layer between the metal surfaces sliding on each other. In the case of the guide rings, the gas loading should initially be effective, but after the deformation begins, essentially deeper zones with mixing bodies contribute to the gas release.



  According to the method described above for guide rings of bullets, the surfaces of any shaped, even very complex workpieces intended for sliding friction can be provided with the micro-porous surface zones according to the invention.

   Further or narrow bores can also be treated in this way on the inner wall, if necessary using a wire or pin-like counter-electrode arranged coaxially in the bore. It is of great advantage here that the conversion of the upper surface zone can take place after the workpiece in question has been completely finished, since the workpieces are not warped during the very even temperature treatment.

   The dimensional changes caused by the material migration, if the same can be determined at all, can easily be determined on a test piece and then taken into account in the previous processing of the work pieces, since the glow discharge treatment takes place under precisely reproducible conditions.



  The conversion of metal surfaces according to the embodiment described is of course not limited to steel parts, but can also be carried out on all non-ferrous metals and alloys, usually with different treatment times.

   In particular, very hard metallic materials, such as those used for friction clutches, gears, gear rims, etc., can be provided in the same way with a microporous surface zone according to the invention and enriched with substances capable of delivering gas.



       In addition to the nitrogen-metal mixed bodies mentioned above, numerous other substances are of course also suitable as gas-forming substances, depending on the intended use. For example, the metal surfaces can be enriched with phosphorus or sulfur, either in elemental form, dissolved in the metal concerned, as a mixed body or in the form of suitable compounds.

   The enriched substances evaporate at the extreme pressures and temperatures that occur. and form a friction-reducing gas layer. Finally, other gases, such as hydrogen, oxygen, and under certain circumstances even noble gases, can also be enriched in the metal surfaces exposed to sliding friction in such a way that they are. contribute to the burden of a friction-reducing gas layer.



  The substances to be enriched in the metal surfaces can, as in the examples described above, primarily be obtained from the gas in the discharge vessel.

   Of course, such gas-forming substances can also be introduced into the glow discharge or onto the workpiece surfaces to be treated in other ways. For example, a corresponding substance can be vaporized in the discharge vessel and mixed with the gas atmosphere,

   or a corresponding mist made of such material particles is injected into the discharge vessel. Furthermore, the known technique of cathode sputtering or arc sputtering can be used to mix foreign matter particles with the gas atmosphere.



  Finally, it should be pointed out that the friction-reducing gas cushion in firearms is advantageous because of the good sealing of the projectile in the barrel. Furthermore, the resulting friction-reducing gas layer also appears to form a protective layer on the heavily stressed parts of the inner wall of the pipe against the aggressive products of the explosion.

   It may well be that the sudden improvement in the service life of firearms: tubes that can be achieved with the present method is not due to the reduction in sliding friction losses itself, but rather to a reduction in the harmful consequences of the usual high sliding friction, such as wear and tear , it increased the risk of erosion, etc.,

   be achieved.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung von zwei Metall- flächen, die dazu bestimmt sind, mit hoher Flächen- pressung aufeinander zu gleiten, wobei, die Gleitrei- bung vermindert wird durch. PATENT CLAIMS I. Process for the production of two metal surfaces which are intended to slide on one another with high surface pressure, the sliding friction being reduced by. eine als Gleitmitte '1f, m zwischen denselben wirkende Gasschicht, die erst beim Auftreten der hohen Beanspruchung entsteht und aus allen beteiligten Flächenelementen der bei den Metallflächen gespeist wird, dadurch gekenn zeichnet, dass gasbildungsfähige Stoffe mittels elektri scher Glimmentladungen in beiden Metallflächen und den daran angrenzenden tiefer gelegenen Zonen an gereichert werden. Il. a gas layer acting as a sliding center between the same, which only arises when the high stress occurs and is fed from all surface elements involved in the metal surfaces, characterized in that gas-forming substances by means of electrical glow discharges in both metal surfaces and the adjacent ones deeper zones are enriched. Il. Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1 erhaltene, mit hoher Flächenpressung aufeinander zu gleiten bestimmte Metallflächen einer Feuerwaffe und ihres Geschosses, gekennzeichnet durch eine An reicherung mindestens der zur gegenseitigen Berüh- rung vorgesehenen Flächenteile und der angrenzen den tiefer gelegenen Zonen mit gasbildungsfähigen Stoffen solcher Art, According to the method according to claim 1, certain metal surfaces of a firearm and its projectile that slide towards each other with high surface pressure, characterized by an enrichment of at least the surface parts intended for mutual contact and the adjoining the deeper zones with gas-forming substances of this type, dass die unter den beim Schuss herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen austretenden Gase miteinander und mit der Um gebung verträglich sind und sich volumenmässig addieren. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch 1 zur Herstel lung von zwei mit hoher Flächenpressung aufeinan der zu gleiten bestimmten Metallflächen einer Feuer waffe und ihres Geschosses, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in die Rohre bzw. that the gases escaping under the pressure and temperature conditions prevailing during the shot are compatible with one another and with the environment and add up in terms of volume. SUBClaims 1. The method according to claim 1 for the produc- tion of two metal surfaces of a firearm and its projectile intended to slide on one another with high surface pressure, characterized in that both the tubes and Läufe, mindestens an den vom Geschoss berührbaren Teilen: der Innen wandung, als auch in die Geschosse, mindestens an den für eine Berührung dieser Innenwandung vorge sehenen Teilen, gasbildungsfähige Stoffe, die zur Spei sung eines beim Schiessvorgang entstehenden gasför migen Gleitmittelfilms geeignet sind, in einer ioni sierten Gasatmosphäre mittels elektrischer Glimment- ladungen eindiffundiert werden. Barrels, at least on the parts that can be touched by the bullet: the inner wall, as well as in the bullets, at least on the parts intended for contact with this inner wall, gas-forming substances that are suitable for feeding a gaseous film of lubricant that forms during the shooting process, in an ionized gas atmosphere can be diffused in by means of electrical glow discharges. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, d'ass als gasbildungsfähige Stoffe ver- dampfbare Metalle und Met koide angereichert wer den. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als gasbildungsfähige Stoffe gasförmige Komponenten sich zersetzender chemi scher Verbindungen angereichert werden. 4. 2. The method according to claim I, characterized in that as gas-forming substances, vaporizable metals and metcoids are enriched. 3. The method according to claim I, characterized in that gaseous components of decomposing chemical compounds are enriched as gas-forming substances. 4th Verfahren nach Patentanspruch 1, d'ad'urch ge kennzeichnet, dass als gasbildungsfähige Stoffe Schwe fel oder Phosphor angereichert werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass als gasbildungsfähige Stoffe im Metall lösbare Gase angereichert werden. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, d'ass als gasbildungsfähige Stoffe Gase in einer mikroporösen Oberflächenzone des Metalles angereichert werden. 7. The method according to claim 1, d'ad'urch characterized in that sulfur or phosphorus are enriched as gas-forming substances. 5. The method according to claim 1, characterized in that soluble gases are enriched as gas-forming substances in the metal. 6. The method according to claim I, characterized in that gases are enriched as gas-forming substances in a microporous surface zone of the metal. 7th Mit hoher Flächenpressung aufeinander zu gleiten bestimmte Metallflächen einer Feuerwaffe und ihres Geschosses nach Patentanspruch 1I, gekenn zeichnet durch eine gehärtete, aber duktile und split terfeste Nitrieroberfl'äche der Rohrinnenwandung, und durch ein mit Stickstoff angereicherten Stahlführungs- ringen versehenes Stahlgeschoss. B. Certain metal surfaces of a firearm and its projectile slide towards each other with high surface pressure according to claim 1I, characterized by a hardened, but ductile and splinter-resistant nitriding surface of the inner tube wall, and a steel projectile provided with nitrogen-enriched steel guide rings. B. Mit hoher Flächenpressung aufeinander zu gleiten bestimmte Metallflächen einer Feuerwaffe und ihres Geschosses nach Patentanspruch II, ge kennzeichnet durch eine, die maximal mögliche De formation der Geschossführungsringe übertreffende Tiefe der mit gasbildungsfähigen Stoffen angereicher ten Oberflächenzone an den Führungsringen. 9. With high surface pressure to slide certain metal surfaces of a firearm and its projectile according to claim II, characterized by a, the maximum possible de formation of the projectile guide rings exceeding depth of the enriched with gas-forming substances th surface zone on the guide rings. 9. Mit hoher Flächenpressung aufeinander zu gleiten bestimmte Metallflächen einer Feuerwaffe und ihres Geschosses nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch eine Anreicherung der Geschossfüh- rungsringe und der Rohrinnenwandung mit Stoffen, welche die gleichen Gase bilden. 10. Mit hoher Flächenpressung aufeinander zu gleiten bestimmte Metallflächen einer Feuerwaffe und ihres Geschosses nach Patentanspruch 1I, ge kennzeichnet durch eine mikroporöse Oberflächen zone an mindestens einer der zur gegenseitigen Be rührung vorgesehenen Metallflächen. Certain metal surfaces of a firearm and its projectile slide towards one another with high surface pressure according to patent claim II, characterized by an enrichment of the projectile guide rings and the inner wall of the tube with substances which form the same gases. 10. Certain metal surfaces of a firearm and its projectile slide towards each other with high surface pressure according to claim 1I, characterized by a microporous surface zone on at least one of the metal surfaces intended for mutual contact.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2460167A1 (en) * 1974-12-19 1976-06-24 Krauss Maffei Ag SPLIT SCREEN WITH INTERCHANGEABLE SCREENS

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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