CH634113A5 - Verschleissfester gegenstand aus zink oder einer zinklegierung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen verschleissfesten Gegenstand aus Zink oder einer Zinklegierung, ein Verfahren zu dessen Herstellung durch galvanische Abscheidung einer Verschleiss-Schutzschicht sowie ein dazu geeignetes Galvanisierungsbad.

Es wird eine grosse Anzahl von Gegenständen, wie z.B. Maschinenteile, auf metallischen Massen auf Zinkbasis, wie Zink- und Zinklegierungs-Spritzgusskörper hergestellt. Diese Gegenstände sind in der Regel mit Oberflächen-Finishes bzw. -Überzügen versehen, welche die mit der Einwirkung der Atmosphäre im Freien verbundene Korrosion hemmen, verhindern oder ausschalten. Ein üblicherweise für diese Zwecke verwendetes Oberflächen-Finish ist ein Verbundüberzug aus Kupfer, Nickel und Chrom, der in der Weise aufgebracht wird, dass man zuerst die Oberfläche des Gegenstandes poliert, entfettet und reinigt und anschliessend nacheinander Schichten aus Kupfer, Nickel und Chrom auf galvanischem Wege aufbringt. Wenn die Elemente längere Zeit der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt werden, beginnt jedoch eine Blasenbildung in den galvanisch aufgebrachten Oberflächen-Finishes und sie beginnen sich abzulösen.

Das Spritzgiessen (Schalengiessen) von Zinkgrundmetall ist ein ausserordentlich vielseitiges Verfahren zur Herstellung von komplizierten Metallformkörpern mit engen Dimensionstoleranzen bei verhältnismässig niedrigen Kosten. Weil sie jedoch der Korrosion unterliegen, ist in der Regel ein Schutzüberzug erforderlich. In der Regel werden derartige Schutzüberzüge durch galvanische Abscheidung aufgebracht, indem man zuerst einen Kupferüberzug und dann einen oder mehrere Überzüge aus Nickel und schliesslich einen Überzug aus Chrom aufbringt. Zwar haben die aus Zinkgrundmetallen hergestellten Spritzgussteile die grundsätzlichen Vorteile in bezug auf die Kosten und das Gewicht, die Korrosion ist aber immer noch ein Problem, selbst wenn sie Schutzüberzüge aufweisen. Ausserdem ist die Verschleissfestigkeit solcher Teile bekanntermassen unzureichend für Anwendungszwecke, bei denen ein Reibkontakt zwischen sich bewegenden Oberflächen auftritt.

Die für die Herstellung der Schutzüberzüge in der Regel verwendeten kommerziellen Chromplattierungselektrolyten bestehen aus wässrigen Chromsäureanhydrid (Cr03>-Lösungen, die allgemein auch als Chromsäurelösungen bezeichnet werden, die bestimmte Katalysatoren enthalten, welche die galvanische Abscheidung des in der Lösung enthaltenen Chroms ermöglichen. Bei diesen Katalysatoren handelt es sich in der Regel um Sulfationen (SO-r2) und Silikofluorid- oder Fluosilika-tionen (SiFe-2). Um die galvanischen Chromabscheidungsbe-dingungen zu optimieren, müssen diese Katalysatoren in bestimmten relativen Mengen, bezogen auf die Konzentration der in dem Galvanisierungsbad vorhandenen Chromsäure, vorhanden sein. Bei den sogenannten, sich selbst regelnden Galva-nisierungsbädern werden die Konzentrationen der kooperierenden Katalysatorionen automatisch durch die Löslichkeitsei-genschaften der Verbindungen gesteuert, die dazu verwendet

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

werden, um die Ionen in die Badlösung zu bringen. Beispiele für sich selbst regulierende Chromgalvanisierunsbäder sind in den US-Patentschriften 2 640 022 und 2 686 756 angegeben.

Die erfindungsgemässen Gegenstände weisen jedoch, obgleich sie zweckmässig aus in üblicher Weise vergossenen Zinkgrundmetallen hergestellt werden, im allgemeinen eine glänzende, harte Chromaussenhaut auf, die an dem Grundmetall gut haftet und sowohl eine ausgezeichnete Verschleissfe-stigkeit als auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Die Erfindung betrifft Metallgegenstände auf Zinkgrundlage, die eine im wesentlichen durchgehende, verschleissfeste, harte Chromaussenhautschicht auf mindestens einer Oberfläche derselben aufweisen. Unmittelbar daran angrenzend und unterhalb der Aussenhautschicht ist eine an Chrom angereicherte Zwischenschicht aus dem Zinkgrundmetall vorgesehen, die mindestens ebenso dick ist wie die Chromaussenhautschicht und in welcher der Chromgehalt in Richtung von der Aussenhautschicht weg nach innen allmählich abnimmt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Galvanisierungsbad, das sich für die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des oben genannten neuen Gegenstandes eignet, das eine wässrige Chromsäurelösung ist, die 209,7 bis 262,1 g Chromsäure enthält und Sulfationen in einer solchen Menge aufweist, dass das Gewichtsverhältnis von Chromsäure zu Sulfationen 75:1 bis 125:1 beträgt, und die ausserdem ein Alkalimetallfluosilikat in einer Menge von 0,749 bis 2,247 g/Liter, Borsäure in einer Menge von 0,112 bis 0,374 g/Liter sowie ein Alkalimetallcarbonat in einer Menge von 0,075 bis 0,225 g/Liter enthält. Es kann auch eine Spurenmenge eines Halogenidions, wie z.B. Chlorid oder Fluorid, vorhanden sein.

Zur Herstellung eines fertigen Gegenstandes aus Zinkgrundmetall mit einer verschleissfesten Aussenhaut und einer an Chrom angereicherten Zwischenschicht wird zweckmässig der zu veredelnde Gegenstand vorgereinigt und dann in das Galvanisierungsbad eingetaucht und in dem Stromkreis für die galvanische Abscheidung als Kathode geschaltet. Die galvanische Abscheidung wird in der Weise durchgeführt, dass man von einer untergetauchten Anode durch das Bad zu der Kathode einen Gleichstrom fliessen lässt, wobei man mit einer Anfangsbeschichtung einer verhältnismässig kurzen Dauer (weniger als 1 min) bei einer erhöhten Spannung von 7,5 bis 12,5 V beginnt. Danach wird auf der Kathode Chrom aus dem Bad bei einer verhältnismässig niedrigeren Spannung (um mindestens 20% niedriger als die anfängliche Abscheidungsspan-nung) innerhalb eines Zeitraumes von 1 bis 45 min abgeschieden. Die galvanische Chromabscheidung erfolgt bei einer verhältnismässig hohen Stromdichte und bei einer verhältnismässig niedrigen Badtemperatur. Die Temperatur des Galvani-sierungsbades kann von etwa 32 bis etwa 57 °C liegen, und sie liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 38 bis 54 °C. Die Stromdichte an der Kathode beträgt mindestens 54,25 A/dm2 und vorzugsweise 62,0 bis 77,5 A/dm2. Die bevorzugte Stromdichte an der Kathode variiert bis zu einem gewissen Grade mit der Konfiguration des Werkstückes, der Badtemperatur und sie nimmt bei einer gegebenen Stromausbeute im allgemeinen mit steigender Badtemperatur zu.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck «Zinkgrundmetall» ist Zink oder eine Zinklegierung zu verstehen, wie sie normalerweise für die Herstellung von Spritzgussteilen (Schalengussteilen) verwendet wird, die variierende Mengen an Aluminium, Magnesium, Kupfer und ähnlichen Legierungselementen enthält. Die Zwischenschicht wird im folgenden zuweilen als «Sub-Oberflächenschicht» bezeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt ein Diagramm, welches die Chromkonzentration der Aussenhautschicht und der an Chrom angereicherten Sub-Oberflächen-

634113

schicht als Funktion des Abstandes von der Oberfläche eines typischen, aus einem Zinkgrundmetall hergestellten Gegenstandes erläutert, der die Erfindung verkörpert.

Das Galvanisierungsbad zur Durchführung der Erfindung enthält 209,7 bis 262,1 g/1 (28 bis 35 ounces per gallon) Chromsäure, Sulfationen und andere Katalysatoren und es wird vorzugsweise unter Verwendung von entionisiertem Wasser hergestellt. Für die kontinuierliche galvanische Abscheidung beträgt das Gew.-Verhältnis von Chromsäure (CrOs) zu den in dem Bad enthaltenen Sulfationen vorzugsweise etwa 100:1, das Gewichtsverhältnis kann aber auch von 75:1 bis 125:1 variieren. Die übliche Quelle für die Sulfationen ist Schwefelsäure oder Natriumsulfat, es ist jedoch nicht wichtig, mit welcher speziellen Substanz die Sulfationen kombiniert sind, wenn sie in das Bad eintreten, so lange die Sulfationen beim Auflösen der eingeführten Substanz in der gewünschten Konzentration zur Verfügung stehen. Es sei jedoch darauf hingeweisen, dass etwas Sulfat als Verunreinigung in handelsüblicher Chromsäure vorliegen kann, und es dürfen die Sulfationen vorhanden sein, die auf die genannte Weise in das Bad eingeführt worden sind. Der sich selbst regulierende Charakter des Galvanisierungsbades wird erzeugt durch Zugabe von Fluosilikationen (SiF6~2), in der Regel in Form eines Alkalimetallfluosilikats, z.B. K2SÌF6 oder NaîSiFe, und durch Steuerung der Löslichkeitseigenschaften der Sulfate und Fluosilikate in dem Bad unter Anwendung des sogenannten gemeinsamen Ioneneffektes. Die Konzentration der gelösten Sulfationen in dem Bad variiert entsprechend dem gewünschten Verhältnis von CrOilSOt'2 und demjenigen des gelösten Fluosilikats von 0,749 bis 2,247 g/Liter (0,1 bis etwa 0,3 ounces per gallon).

Die Löslichkeit der Sulfat- und Fluosilikationen bei den gewünschten Chromsäurekonzentrationen, d.h. bei 209,7 bis 262,1 g/Liter (28 bis 35 oz./gallon) zur Erzielung eines Bades, das im wesentlichen gesättigt ist in bezug auf die Sulfationen und die Fluosilikationen, wird durch Zugabe eines alkalimetall-carbonats, vorzugsweise zusammen mit einem Alkalimetallbi-carbonat, gesteuert. Die relativen Mengen an Carbonat und Bicarbonat können variieren, das Gewichtsverhältnis von Carbonat zu Bicarbonat beträgt jedoch vorzugsweise 0,6:1 bis 1,3:1. Zur Erzielung des gemeinsamen Ioneneffektes wird dann, wenn als Sulfatquelle Natriumsulfat verwendet wird, besonders bevorzugt Natriumcarbonat allein oder in Mischung mit Natri-umbicarbonat zugegeben. In entsprechender Weise wird dann, wenn Kaliumfluosilikat als Fluosilikationenquelle verwendet wird, die Löslichkeit desselben gesteuert durch Zugabe von Kaliumcarbonat oder einer Mischung aus Kaliumcarbonat und Kaliumbicarbonat.

Borsäure wird dem Galvanisierungsbad zugesetzt, um die Stromausbeute zu erhöhen, und sie kann auch als Glanzbildner für den Chromüberzug dienen. Borsäure ist in dem Bad in einer Menge von 0,112 bis 0,374 g/Liter (0,015 bis 0,05 oz./gallon) vorhanden. In dem Masse, wie das Abscheidungsvermögen des Bades durch die Anwesenheit von Borsäure vermindert wird, wird vorzugsweise eine verhältnismässig niedrige Konzentration an Borsäure in dem Bad aufrechterhalten.

Es wurde nun gefunden, dass ein vorteilhafter Effekt erzielt werden kann durch Zugabe einer geringen Menge eines Alkali-metallhalogenids, wie z.B. Natrium- oder Kaliumchlorid oder -fluorid, zur Erzielung einer Spurenmenge eines Halogenidions in dem Bad. Vorzugsweise beträgt die Halogenidionenkonzen-tration in dem Bad 1 bis 100 Teile pro Million Teile (ppm).

Wenn kein Bicarbonat in dem Bad vorhanden ist, wird die Halogenidionenkonzentration vorzugsweise um etwa einen Faktor 2 erhöht.

Um das richtige Gleichgewicht zwischen Katalysator und Zusatz in dem Bad aufrechtzuerhalten, ist es zweckmässig, eine trockene chemische Zusammensetzung herzustellen, die in einer vorher festgelegten Menge in ein wässriges Chromgalva-

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

634113

4

nisierungsbad eingeführt werden kann. Ein Beispiel für eine solche Zusammensetzung ist in der folgenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

trockene chemische Zusammensetzung

Komponente

Gew.-Teile

NaîSiFs

37

H3BO3

22,2

NaiCOî

22,2

NaHCOs

18,5

NaCl

Spur

10

Das erfindungsgemässe galvanische Chrom-Abscheidungs-bad kann für die direkte galvanische Abscheidung von hartem Chrom auf einem Gegenstand aus einem Zinkgrundmetall verwendet werden, um die Verschleissfestigkeit, die Oberflächenhärte und die Korrosionsbeständigkeit desselben zu verbes- 20 sern. Wie weiter oben angegeben, ist unter dem hier verwendeten Ausdruck «Zinkgrundmetall» Zink oder eine Zinklegierung des Typs zu verstehen, wie er normalerweise zum Spritzgiessen verwendet wird. Beispiele für solche Legierungen sind die ASTM-Legierung AG 40A (SAE-Legierung 903), hergestellt 25 aus einem speziellen hochreinem Zink, das mit etwa 4 Gew.-% Aluminium, 0,04 Gew.-% Magnesium, höchstens 0,25 Gew.-% Kupfer, weniger als 0,1 Gew.-% Eisen, weniger als 0,005 Gew.-% Blei, weniger als 0,004 Gew.-% Cadmium und weniger als 0,003 Gew.-% Zinn legiert ist. Eine andere typische Legierung ist die 30 ASTM-Legierung AC 41A (SAE 925), die in ihrer Zusammensetzung der ASTM AG 40A ähnelt, jedoch einen höheren Kupfergehalt aufweist, d.h. 0,75 bis etwa 1,25 Gew.-% Kupfer enthält.

Eine weitere geeignete Legierung enthält etwa 95 Gew.-% 35 Zink, etwa 1,25 Gew.-% Kupfer, etwa 3,5 Gew.-% Aluminium,

etwa 0,1 Gew.-% Eisen, etwa 0,02 Gew.-% Magnesium, etwa 0,005 Gew.-°/o Blei, etwa 0,004 Gew.-% Cadmium und etwa 0,003 Gew.-% Zinn.

Vor der direkten galvanischen Abscheidung von Chrom 40 muss die Oberfläche des Gegenstandes aus dem Zinkgrundmetall geglättet und vorgereinigt werden, um Fett und Öl, Zinkoxide und Zinkhydroxide und andere unerwünschte Substanzen zu entfernen. Die Glättung kann auf mechanischem Wege erfolgen, beispielsweise durch mechanisches Polieren mit mit 45 einem Schleifmittel beschichteten Scheiben oder Bändern,

durch Behandeln in einer Trommel mit Schleifmedien oder durch Vibrationsoberflächenbehandlung mit geeigneten Schleifmedien.

Der geglättete Gegenstand kann vorgereinigt werden 50 unter Verwendung eines Fett- und Öl-Lösungsmittels, wie Trichloräthylen, Perchloräthlen oder dergleichen, mit einem Pulverspray alkalisch gewaschen werden, in gerührten Emulsionen von Seifen, Kerosin oder anderen Kohlenwasserstoffen und Wasser emulsionsgereinigt werden zur Entfernung von 55 nicht-verseifbarem öl und Fett, falls solches vorhanden ist,

oder mit einer Natriumtripolyphosphat und ein oder mehrere oberflächenaktive Mittel enthaltenden Lösung durch Eintauchen alkalisch gereinigt werden.

Nach der Vorreinigung kann der Gegenstand auch einer 60 Elektroreinigungsstufe unterworfen werden, in der Regel durch anodische Reinigung in einer gemischte Alkalien, wie Natriumtripolyphosphat und Natriummetasilikat, oberflächenaktive Mittel und eine geringe Menge Natriumhydroxid enthaltenden Lösung. Zwischen den verschiedenen Reinigungsstufen 65 wird in der Regel mit Wasser gespült.

Nach der alkalischen Reinigung und der Elektroreinigung wird der Gegenstand in ein saures Bad eingetaucht, um irgendwelche Zinkoxide oder -hydroxide, die vorhanden sein können, zu entfernen und auch um irgendwelche alkalischen Verbindungen, die aus der Elektroreinigung mitgeschleppt worden sein können, zu neutralisieren.

Während der praktischen galvanischen Abscheidung bildet der Gegenstand die Kathode und unmittelbar nach dem Eintauchen in das galvanische Chromabscheidungsbad wird er bei einer erhöhten Spannung von 7,5 bis 12,5 V für einen Zeitraum von weniger als etwa 1 min, vorzugsweise von 10 bis 45 Sek. einer Anfangsabscheidung unterworfen. Danach wird die galvanische Abscheidungsspannung auf einen Wert verringert, der mindestens 20% geringer ist als die Anfangsabscheidungs-spannung, vorzugsweise auf 4 bis 9 V, und die Abscheidung von Chrom wird bei einer durchschnittlichen, im wesentlichen konstanten Stromdichte von mindestens 54,25 A/dm2 (3,5 A/6,45 cm2), vorzugsweise von 62,0 bis 77,5 A/dm2 so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke der Aussenhautschicht erzielt ist. Zur Erzielung eines durchscheinenden, harten Chromüberzugs mit einer Dicke von etwa 20 bis 30 Mikron beträgt die erforderliche galvanische Abscheidungszeit etwa 10 bis 20 min. Gleichzeitig wandert auch Chrom in die Sub-Oberflächenschichtund erhöht deren Härte.

Die Badtemperatur und die Stromdichte stehen bis zu einem gewissen Grade in Wechselbeziehung zueinander. Bei der Durchführung der Erfindung werden die oben genannten Stromdichten bei Badtemperaturen von etwa 32 bis 57 °C eingehalten. Die Badtemperatur sollte 57 °C nicht übersteigen, weil unter höheren Badtemperaturen die Qualität des Überzugs (der Abscheidung) leidet und das Abscheidungsvermögen des Bades ebenfalls abnimmt. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse ist eine Badtemperatur von etwa 38 bis 54 °C bevorzugt. Badtemperaturen unterhalb 27 CC sind im allgemeinen unerwünscht, weil das bei solchen Temperaturen abgeschiedene Chrom eine andere, weniger erwünschte kristalline Form zu haben scheint.

Die Zusammensetzung der Anode ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht übermässig kritisch. Es können konventionelle Blei-Zinn-Legierungselektroden verwendet werden. Die Anodenkonfiguration wird bestimmt durch die Kathodenoberfläche des Werkstückes, auf der Chrom abgeschieden werden soll.

Ein erläuterndes Beispiel der Erfindung ist das folgende: ein Spritzguss-Legierungs-Maschinenteil, hergestellt aus einem Zinkgrundmetall, das etwa 95 Gew.-% Zink, etwa 1,25 Gew.-% Kupfer, etwa 3,5 Gew.-% Aluminium, etwa 0,1 Gew.-% Eisen, etwa 0,2 Gew.-% Magnesium, etwa 0,004 Gew.-% Cadmium, etwa 0,005 Gew.-% Blei und etwa 0,003 Gew.-% Zinn enthält, wird in geeigneter Weise gereinigt und gespült und dann in eine wässrige galvanische Chromabscheidungsbadlösung eingetaucht, die etwa 209,7 g/Liter CrÛ3, etwa 2,097 g/Liter Gesamtmenge an SO4-2 und SiFs~2, etwa 0,225 g/Liter (0,03 oz./gal) Borsäure, etwa 0,105 g/Liter (0,014 oz./gal.) Natriumcarbonat etwa 0,082 g/Liter (0,011 oz./gal.) Natriumbicarbonat und eine Spurenmenge Natriumchlorid enthält.

Sobald der Maschinenteil in die Badlösung eingetaucht wird, fliesst ein verhältnismässig geringer Strom durch das Bad und dann wird der Maschinenteil einer 15-Sekunden-Beschich-tung bei etwa 9 V unterworfen. Anschliessend wird die galvanische Abscheidung von Chrom etwa 5 min lang bei etwa 5 V und bei einer durchschnittlichen Stromdichte von etwa 4,5 A/6,45 cm2 fortgesetzt. Während der galvanischen Abscheidung beträgt die Badlösungstemperatur etwa 54 °C und der pH-Wert des Bades beträgt etwa 0,5 bis 1,5. Nach Beendigung der direkten galvanischen Abscheidung von Chrom erhält man eine praktisch reine Chromaussenhautschicht einer Dicke von etwa 36 Mikron. Die erhaltene Chromoberfläche weist eine aussergewöhnliche Härte (eine Rockwell C-Härte von etwa 64) und Verschleissfestigkeit auf.

5

634113

Eine Probe eines auf die vorstehend beschriebene Weise hergesteilen Zinklegierungs-Maschinenteils wurde mit einer Elektronen-Mikrosonde bei 20 kV auf ihren Chromgehalt hin analysiert. Die dabei erhaltenen Daten sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

Tabelle II Elektronenmikrosondenanalyse Bedingungen: 20 kV, 5 Nanoampere (nA) für Zn

Zeit Abstand von Probenstrom Röntgen-Zählimpulse Cr Zn

(Sekunden) der Oberfläche (nA) Cr Zn (Gew.-%) (Gew.-%)

(Mikron)

010.000

3

00005.02

0034998

0000059

100.0

010.000

6

00005.04

0034701

0000134

010.000

9

00005.03

0035074

0000069

010.000

12

00005.04

0035157

0000070

010.000

15

00005.04

0034868

0000062

010.000

18

00005.03

0035093

0000060

010.000

21

00005.03

0035112

0000053

010.000

24

00005.02

0034855

0000059

010.000

27

00005.03

0035117

0000060

010.000

30

00005.02

0035244

0000055

010.000

-33

00005.04

0034743

0000081

010.000

36

00005.00

0034920

0000064

100.0

010.000

39

00004.62

0030364

0001917

88.0

010.000

42

00005.02

0004982

0014120

15.0

010.000

45

00004.88

0001585

0015413

5.5

010.000

48

00004.83

0001083

0015627

3.5

010.000

51

00004.74

0000842

0015864

2.7

010.000

54

00004.90

0000635

0015122

010.000

57

00004.77

0000499

0016296

1.4

010.000

60

00004.82

0000420

0016213

010.000

63

00004.76

0000374

0017132

010.000

66

00004.80

0000302

0016854

010.000

69

00004.79

0000305

0017039

0.7

010.000

72

00004.80

0000268

0016461

010.000

75

00004.81

0000222

0016429

010.000

78

00004.77

0000200

0016780

0.4

010.000

81

00004.79

0000178

0016569

010.000

84

00004.77

0000182

0017062

010.000

87

00004.79

0000158

0016993

010.000

90

00004.81

0000158

0016462

0.2

010.000

110

00004.88

0000164

0017228

010.000

130

00004.86

0000149

0017603

010.000

150

00004.89

0000136

0017036

0.1

010.000

170

00004.94

0000113

0017135

010.000

190

00004.89

0000121

0017413

010.000

210

00004.88

0000104

0017188

010.000

230

00004.87

0000133

0017797

010.000

250

00004.90

0000110

0017428

010.000

270

00004.92

0000113

0017385

010.000

290

00004.84

0000111

0018371

010.000

310

00004.92

0000102

0017296

010.000

330

00004.91

0000118

0017548

010.000

350

00004.89

0000107

0017759

010.000

370

00004.87

0000099

0018422

010.000

390

00004.93

0000117

0017099

010.000

410

00004.92

0000104

0017422

010.000

430

00004.91

0000091

0017764

010.000

450

00004.92

0000108

0017833

010.000

470

00004.93

0000108

0017300

010.000

490

00004.97

0000130

0017013

010.000

510

00004.88

0000111

0018343

010.000

530

00004.93

0000112

0017215

010.000

550

00004.94

0000109

0017640

634113

6

Die obigen Daten zeigen, dass die gebildete Aussenhautschicht in Richtung nach innen für einen Abstand von etwa 36 Mikron aus praktisch reinem Chrom besteht und dann in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Sub-Oberfläche bis herunter zu einer Tiefe von mindestens etwa 150 Mikron eine beachtliche Chromkonzentration vorliegt. Die obigen Daten sind in der beiliegenden Zeichnung graphisch dargestellt.

Die Härte der erfindungsgemäss behandelten Gegenstände aus Zinkgrundmetall wurden in verschiedenen Tiefen und unterhalb ihrer chromtragenden Oberfläche ebenfalls untersucht. Die ermittelten Härtewerte sind in der folgenden Tabelle 5 III angegeben.

Tabelle III Härte der behandelten Gusskörper

Tiefe, von der Vickers-Härte

Oberfläche aus gemessen (Mikron)

Gusskörper Nr. 1 0 409

(Aussenhaut 5 408

5 Mikron) 14 57

19,4 45

20 41

32,4 40

45 37

64 41

Gusskörper Nr. 2 0 795

(Aussenhaut 4 94

3,5 Mikron) 10 60

11,4 72

33 52

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist die an 30 Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme Chrom angereicherte Sub-Oberflächenschicht, die während auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist der galvanischen Abscheidung gebildet wird, mindestens jedoch für den Fachmann selbstverständlich, dass sie darauf ebenso dick wie die Chromaussenhautschicht und in der Regel keineswegs beschränkt ist, sondern dass diese in vielfacher Hinist sie sogar noch dicker. Diese an Chrom angereicherte sieht abgeändert und modifiziert werden können, soweit Schicht ist auch härter als der Gusskörper aus Zinkgrundmetall 35 dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht Verlasselbst und trägt wesentlich zu der Verschleissfestigkeit des fer- sen wird.

tigen Teils bei. Der Chromgehalt der angereicherten Sub-Oberflächenschicht beträgt mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,4 Gew.-%.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

1. 634113

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verschleissfester Gegenstand aus Zink oder einer Zinklegierung, gekennzeichnet durch einen metallischen Grundkörper auf Zinkgrundlage mit einer im wesentlichen durchgehenden, verschleissfesten Chromaussenhautschicht auf mindestens einer Oberfläche desselben und einer an Chrom angereicherten Zwischenschicht aus dem Zinkgrundmetall unmittelbar unterhalb der Chromaussenhautschicht, wobei die Zwischenschicht einen von der Aussenhautschicht in Richtung nach innen zu allmählich abnehmenden Chromgehalt aufweist und mindestens so dick ist wie die Aussenhautschicht.
2. 2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Zwischenschicht eine höhere Härte aufweist als das Zinkgrundmetall unterhalb der Zwischenschicht.
3. 3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Chromgehalt der Zwischenschicht mindestens 0,1 Gew.-% beträgt.
4. 4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Chromgehalt der Zwischenschicht mindestens 0,4 Gew.-% beträgt.
5. 5. Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes nach Anspruch 1 durch direkte galvanische Abscheidung von Chrom auf einem Zinkgrundmetall, dadurch gekennzeichnet, dass man in ein galvanisches Chromabscheidungsbad, welches eine wässrige Lösung von Chromsäure ist, die Sulfationen, ein Alkalimetallfluosilikat, Borsäure und ein Alkalimetallcarbonat enthält, wobei die Chromsäure in der Lösung in einer Menge von 209,7 bis 262,1 g/Liter vorliegt, die Sulfationenkonzentration ausreicht, um ein Gew.-Verhältnis von Chromsäure zu Sulfationen von 75:1 bis 125:1 zu erzielen, das Fluosilikat in einer Menge von 0,749 bis 2,247 g/Liter vorliegt, die Borsäure in einer Menge von 0,112 bis 0,374 g/Liter vorliegt und das Alkalimetallcarbonat in einer Menge von 0,075 bis 0,225 g/Liter vorliegt; und das Bad bei einer Temperatur von 32 bis 57 °C gehalten wird, eine Anode und einen Gegenstand aus Zink oder einer Zinklegierung als Kathode einbringt, durch das Bad bei einer Spannung von 7,5 bis 12,5 V während weniger als 1 min einen Gleichstrom von der Anode zu der Kathode fliessen lässt und dabei auf der Kathode direkt galvanisch Chrom abscheidet, anschliessend die Spannung um mindestens 20% herabsetzt und die galvanische Abscheidung von Chrom aus dem Bad auf der Kathode bei einer Stromdichte von mindestens 54,25 A/dm2 fortsetzt unter Bildung einer harten'Chromaussenschicht auf dem Gegenstand.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Spannung bei der zweiten Stufe auf 4 bis 9 V herabsetzt und die Chromabscheidung bei einer Stromdichte von 62,0 bis 77,5 A/dm2 fortsetzt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bad bei einer Temperatur von 38 bis 54 °C hält.
8. 8. Galvanisierungsbad zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine wässrige, sulfathaltige Chromsäurelösung mit 209,7 bis 262,1 g/1 Chromsäuregehalt ist, wobei die Chromsäure und das Sulfat in einem Gew.-Verhältnis von 75:1 bis 125:1 vorliegen, und dass das Bad ein Alkalimetallfluosilikat in einer Menge von 0,749 bis 2,247 g/Liter, Borsäure in einer Menge von 0,112 bis 0,374 g/Liter und ein Alkalimetallcarbonat in einer Menge von 0,075 bis 0,225 g/Liter enthält.
9. 9. Galvanisierungsbad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich ein Alkalimetallbicarbonat in einer solchen Menge enthält, dass das Gew.-Verhältnis von Carbonat zu Bicarbonat in der Lösung 0,6:1 bis 1,3:1 beträgt.
10. 10. Galvanisierungsbad nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als Alkalimetallfluosilikat Natriumfluo-silikat enthält.
11. 11. Galvanisierungsbad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als Alkalimetallcarbonat Natriumcarbonat enthält.
12. 12. Galvanisierungsbad nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Spurenmenge eines Halogenidions enthält.
13. 13. Galvanisierungsbad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es das Halogenidion in einer Menge von 1 bis 100 ppm enthält.
14. 14. Galvanisierungsbad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es als Halogenidion ein Chloridion enthält.