DD219803A1

DD219803A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF CORROSION-RESISTANT WEAR PROTECTION COATINGS WITH CHROME END LAYER

Info

Publication number: DD219803A1
Application number: DD83257923A
Authority: DD
Inventors: Wolf-Dieter Schulz; Werner Kassner; Fritz-Eberhard Canzler; Karlheinz Hofmann; Alexander Strauch; Claus Striegler
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-03-13
Also published as: HUT36871A; DE3443329A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Verfahren zur Herstellung korrosions- und verschleissbestaendiger Metallschichten mit Chrom-Endschicht. Die Erfindung kann vorwiegend im allgemeinen Maschinenbau verwendet werden, wie z. B. in der Hydraulikindustrie, Fahrzeugindustrie, Textilmaschinenindustrie, polygrafischen Industrie. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von korrosionsbestaendigen Verschleissschutzschichten mit Chrom-Endschicht zu entwickeln bei geringen materiellen Aufwendungen und wesentlich hoeherer Lebensdauer. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Nickelzwischenschicht auf den Traegerwerkstoff aufgebracht wird, die erfindungsgemaess unter einer Druckeigenspannung von 20 bis 60 MPa steht.The invention relates to a galvanic process for producing corrosion-resistant and wear-resistant metal layers with a chromium end layer. The invention can be used primarily in general engineering, such. In the hydraulic industry, vehicle industry, textile machinery industry, polygraphic industry. The aim of the invention is to develop a process for the production of corrosion-resistant wear protection layers with chromium end layer at low material costs and significantly longer life. The invention is characterized in that a nickel intermediate layer is applied to the carrier material, which according to the invention is under a compressive residual stress of 20 to 60 MPa.

Description

Verfahren zur Herstellung von korrosionsbeständigen Verschleißschutzschichten mit Chrom-EndschichtProcess for the production of corrosion-resistant wear protection layers with chromium end layer

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Verfahren zur Her- stellung korrosions- und verschleißbeständiger Metall- . schichten mit Chrom-Endschicht« Die Erfindung kann vorwiegend im allgemeinen Maschinenbau verwendet werden, z.· 3. in der Hydraulikindustrie, Pahrzeugindustrie, Textilmaschine nindustrie, polygrafischen Industrie.The invention relates to a galvanic process for the production of corrosion- and wear-resistant metal. Chromium Finishing Coatings "The invention can be used mainly in general engineering, for example in the hydraulics industry, automotive industry, textile machinery industry, polygraphic industry.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind technische Chromschichten zum Zwecke des Verschleißschutzes (1). Derartige Schichten werden galvanisch aus schwefel- oder mischsauren, chromsäurehaltigen wäßrigen Elektrolyten vorwiegend bei Raumtemperatur aber- auch bei Temperaturen bis zu. 360 K in einer oder mehreren Schichten mit Schichtdicken von 20 ... 300 /Um, vorzugsweise aber 20 ... 50/um, je. nach Anwendungszweck auf Stahl oder anderen Trägerwerkstoffen abgeschieden. Nachteilig ist, daß derartige Chromschichten hohe innere Spannungen aufweisen (200'... 1500 MPa), die Risse in der Schicht hervorrufen und bei Korroaionsbeanspruchung z. B. durch die Atmosphäre oder Medien zur Korrosion des Trägerwerkstoffes führen. Alle Bemühungen, die Bildung durchgehender Risse zu vermeiden, z. B. durch Mehrfach-Chromschlchten, Heißverchromen, Anwendung pu-lsierenden Gleichstromes führten bisher zu keinem durchgreifenden positiven Ergebnis.Are known technical chrome layers for the purpose of wear protection (1). Such layers are electroplated from sulfuric or mixed acid, chromic acid-containing aqueous electrolyte predominantly at room temperature but also at temperatures up to. 360 K in one or more layers with layer thicknesses of 20 ... 300 / Um, but preferably 20 ... 50 / um, depending. deposited according to application on steel or other carrier materials. The disadvantage is that such chromium layers have high internal stresses (200 '... 1500 MPa), which cause cracks in the layer and z. B. lead by the atmosphere or media to corrosion of the carrier material. All efforts to avoid the formation of continuous cracks, eg. B. by multiple-Chromschlchten, hot chrome plating, application DC-DC have so far led to any sweeping positive result.

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,Weiterhin sind Nickelschichten bekannt (2). Diese können galvanisch oder chemisch hergestellt werden. V/ährend^galvanisch hergestellt Mckelachichten bzw. Nickel/Eisen-Legierungsschichten nahezu ausschließlich im dekorativen Korrosionsschutz Anwendung finden, werden chemisch hergestellte Mckelschichten in hohem Maße auch im Verschleißschutz eingesetzt, Die Nachteile der Nickelschich-.ten liegen entweder in ihrer zu geringen Härte (galvanisch 'lic kel) oder in ihrer Neigung zur Rißbildung auf Grund innerer Zugspannungen (chemisch Nickel). Durch Tempern chemisch abgeschiedener .Mckelschichten ist diese negative Eigenschaft nur teilweise zu beseitigen, außerdem tritt dadurch ein erheblicher Mehraufwand, an ,Kosten ein.Furthermore, nickel layers are known (2). These can be produced galvanically or chemically. Although galvanized nickel or nickel / iron alloy layers are used almost exclusively in decorative corrosion protection, chemically produced adhesive coatings are also used extensively in wear protection. The disadvantages of nickel coatings are either their too low hardness (galvanic) 'lic kel) or in their tendency to crack due to internal tensile stresses (chemically nickel). By annealing chemically deposited cap layers, this negative property can only be partially eliminated and, in addition, considerable additional costs are incurred.

Ferner ist bekannt, daß die Kombination von Nickel- und Chromschichten in vielen Fällen zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit derartiger Schichten führt (3> 4, 5, 6). nachteilig ist allerdings, daß die Rep.roduzierbarkeit derartiger Ergebnisse relativ gering ist und das im praktischen Einsatz auf Grund der Härte und hohen inneren.Spannungen der Chromschichten und in¹ Abhängigkeit von der mechanischen und korrosiven'Belastung des Schichtsystems iiickel/Chrom immer wieder Risse entstehen, die bis zum Trägermaterial durchgehen. Dadurch, wird die Anwendungsbreite der technischen Chrom-Endschichten .in der Praxis eingeschränkt. ' Literatur zum Stand der Technik siehe Anlage 1.It is also known that the combination of nickel and chromium layers leads in many cases to an improvement in the corrosion resistance of such layers (3> 4, 5, 6). A disadvantage, however, is that the Rep.roduzierbarkeit of such results is relatively low and that arise in practice due to the hardness and high internal stresses of the chromium layers and ¹ depending on the mechanical and corrosive'last load of the layer system nickel / chromium cracks again and again that go through to the substrate. As a result, the scope of application of the technical chrome end layers is limited in practice. For literature on the state of the art see Appendix 1.

Ziel der'Erfindung.Aim of the invention.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von verschleiß- und korroaionsbeatsndige-n Metallschichten mit Chrom-Sndschicht zu entwickeln bei geringen materiellen Aufwendungen und wesentlich höherer Lebensdauer.The aim of the invention is to develop a process for the production of wear and Korroaionsbeatsndige-n metal layers with chromium Sndschicht at low material costs and much longer life.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren ' > zur Herstellung von korrosionsbeständigen Verschleißschutzschichten mit Chrom-Endschicht zu schaffen, ohne daß besondere Anforderungen an das Verchromungsverfahren und die damit erzielbären Schichteigenschaften gestellt werden. ' .^The invention has for its object to provide a method '> for the production of corrosion-resistant wear protection layers with chromium end layer, without any special requirements are placed on the chromium plating process and the layer properties achieved thereby. '. ^

Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem Aufbringen der 10 . «· 40 /um dicken Chrom-Endschicht eine 5 ..* 30 /Um dicke Nickelschicht mit Druckeigenspannungen von vorzugsweise 20 ... 60MPa elektrolytisch abgeschieden wird. Zur. Herstellung der .,Nickelschicht können dabei Nickelelektrolyte verwendet werden, die ausgehend von den bekannten Grundbestandteilen (Nickelsulfat, 'Nickel-'oder Natriumchlorid, Borsäure) solche Zu-' sätze oder Zusatzkombinationen enthalten, die zu Druckspannungen in der Nickelschicht führen und durch Mitabscheidung oder Einbau von Reaktionsprodukten bewirken, daß die Nickelschicht im Korrosionselement*elektronegativer als die Chromschicht ist. Das bedeutet, daß das Korrosionselement Nickel/Chrom vorwiegend von Chrom kontrolliert wird und die Nickelschicht als Anode wirkt. _; Durch das erfindungsgemä-ße Aufbringen der Nickelzwischen-'schicht mit einer Druckeigenepannung (die bei Nickel- . schichten nicht üblich ist) und der Chrom-Sndscnicht nach bekannten Verchromungsverfahren wurde überraschend festgestellt, daß durchgehende Risse ganz vermieden werden und auch die Chrom-Endschicht ein für den Korrosionsschutz optimales Rißsystem aufweist. .'.' .According to the invention, this object is achieved in that before the application of the 10. «· 40 / to thick thick chrome end layer, a 5 .. * 30 / Um thick nickel layer with compressive residual stress of preferably 20 ... 60MPa is deposited electrolytically. To. Production of., Nickel layer can be used nickel electrolytes which, starting from the known basic constituents (nickel sulfate, 'nickel' or sodium chloride, boric acid) contain such additives or additional combinations which lead to compressive stresses in the nickel layer and by co-deposition or incorporation of reaction products cause the nickel layer in the corrosion element * to be more electronegative than the chromium layer. This means that the corrosion element nickel / chromium is predominantly controlled by chromium and the nickel layer acts as an anode. _; By applying the nickel intermediate layer according to the invention with a pressure of pressure (which is not usual in nickel layers) and chromium sintering according to known chromium plating processes, it has surprisingly been found that continuous cracks are completely avoided and also the final chromium layer has optimal cracking system for corrosion protection. . '.' ,

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Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an folgenden Ausführungsbeispielen erläutert werden.The invention will be explained below in the following embodiments.

Example 1 :

Auf eine in üblicher Weise entfettete und vorbehandelte Stahloberfläche wird aus einem Elektrolyten, bestehend. aus 200 bis 250 g/l Nickelsulfat,-20 bis 30 g/l Natriumchlorid, 30 bis 40 g/l Borsäure mit einem Zusatz von einem· handelsüblichen Gemisch"organischer Glanzbildner /der 1. und 2. Klasse, wie 1,0 bis 2,0 g/l Saccharin, 0,15 bis 0,20 g/l 2-Butin-1.4-diol, 0,15 bis 0,20 g/l U-Methoxycarbonylmethylpyridiniumbromid bei Temperaturen von 50 bis 60 ⁰C und Stromdichten von 4 bis 5 A/dm eine Mc ke !schicht mit einer Dicke von 5 /Um galvanisch abgeschieden· inschließend wird das noch feuchte Teil auf übliche Weise auf galvanisch verchromt.In a conventional manner degreased and pretreated steel surface is made of an electrolyte consisting. from 200 to 250 g / l nickel sulphate, -20 to 30 g / l sodium chloride, 30 to 40 g / l boric acid with an addition of a commercial mixture of organic brighteners / 1st and 2nd class, such as 1.0 to 2.0 g / l saccharin, 0.15 to 0.20 g / l 2-butyne-1,4-diol, 0.15 to 0.20 g / l U-Methoxycarbonylmethylpyridiniumbromid at temperatures of 50 to 60 ⁰ C and current densities of 4 to 5 A / dm a Mc ke! Layer with a thickness of 5 / To electrodeposited · in the remaining wet part is chromium plated in the usual way.

auf übliche Weise auf eine Gesamtschichtdicke von. 30 ,um in the usual way to a total layer thickness of. 30 , um

Example 2:

Auf eine in üblicher Weise entfettete und vorbehandelte Stahloberfläche wird aus einem Elektrolyten, entsprechend Beispiel 1 eine Nickelschicht mit einer Dicke von 30 /um galvanisch abgeschieden. Anschließend wird das noch feuchte Teil auf übliche Weise- auf eine Gesamtschichtdicke von 80 ,um galvanisch verchromt. Danach wird das galvanisierte Teil auf das gewünschte Endmaß von z. B. einer Gesamtdicke von 60 ,um. geschliffen.In a conventional manner degreased and pretreated steel surface is made of an electrolyte, according to Example 1, a nickel layer with a thickness of 30 / um galvanically deposited. Subsequently, the still wet part in the usual way- to a total layer thickness of 80 to chromium plating. Thereafter, the galvanized part to the desired final dimension of z. B. a total thickness of 60 to. ground.

Claims

, - 5 invention claim

1. Process for the production of corrosion-resistant

, Wear protection layers with chromium end layer, consisting of a 5 to 30 μm thick intermediate layer. and a 10 to 40 / To thick chrome end layer, characterized in that on the carrier material
the nickel intermediate layer is applied so that it is under a compressive residual stress of 20 to 60 MPa and then the CTarom final layer is applied in a known manner.

2. The method according to item 1, characterized in that to achieve the low compressive residual stress in the nickel interlayer the electrolyte of known Zu ·. composition a mixture of organic brighteners
is added.