DD285534A7 - CHEMICAL MEASURING METHOD FOR IMPROVING THE PHYSICO-CHEMICAL SURFACE TEXTURE OF METALLIC MATERIALS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein chemisches Meszverfahren zur Einschaetzung der physikalisch-chemischen Oberflaechenbeschaffenheit metallischer Werkstoffe, die auf irgendeine Art und Weise (z. B. mechanisch durch spanende Bearbeitung) beansprucht worden sind. Waehrend es das Ziel der Erfindung ist, mit geringem technischen Aufwand den physikalisch-chemischen Zustand der Oberflaeche einzuschaetzen, um daraus die effektivsten, materialsparendsten und zur Erzielung einer hohen Erzeugnisqualitaet besten Technologien hinsichtlich des weiteren Einsatzes dieser Bauteile bezueglich Korrosion, Verschleisz, Beizverhalten, Haftbarkeit aufgebrachter Schichten, Schweisz- und Loetbarkeit u. ae. festzulegen, besteht deren Aufgabe darin, mit einer einzigen Meszmethode die Oberflaeche hinsichtlich ihrer Gebrauchswerteigenschaften komplex einzuschaetzen bzw. die Technologie fuer weitere Berarbeitungsschritte zu optimieren. Erfindungsgemaesz wird von der zu untersuchenden Oberflaeche durch das zeitliche Verfolgen des Loeseverhaltens in einer Elektrolytloesung die Reaktionsschichtdicke ermittelt und aus der Groesze dieses Wertes nach entsprechender Eichung auf physikalisch-chemische Eigenschaften geschlossen.{Metallbearbeitung; Metalloberflaeche; Werkstoffpruefung, chemische; Analyse; Oberflaechenbeschaffenheit, physikalisch-chemische; Mikrohaerte; Beizverhalten; Korrosion; Fehlstellendichte; Schichten; Haftung; Schweiszbarkeit; Loetbarkeit}The invention relates to a chemical measuring method for assessing the physico-chemical surface properties of metallic materials which have been claimed in some way (eg mechanically by machining). While it is the object of the invention, with little technical effort to assess the physico-chemical state of the surface to make it the most effective, most material-saving and to achieve a high product quality best technologies in terms of further use of these components with respect to corrosion, wear, pickling behavior, liability applied Layers, Schweisz- and Loetbarkeit u. ae. Their task is to use a single measuring method to assess the surface in terms of its utility value properties in a complex manner or to optimize the technology for further processing steps. According to the invention, the reaction layer thickness is determined from the surface to be examined by time-tracking of the soldering behavior in an electrolyte solution, and the magnitude of this value is concluded after appropriate calibration for physico-chemical properties. Metalloberflaeche; Material testing, chemical; Analysis; Surface texture, physico-chemical; microhardness; pickling behavior; Corrosion; Defect density; Layers; Liability; Schweiszbarkeit; solderability}
Description
des in Lösung gehenden Metalls die Metallmenge zu dem Zeitpunkt ermittelt wird, bei dem nach einem anfänglichen Anstieg der Lösegeschwindigkeit und einer danach folgenden Stagnation oder Verringerung derselben die Lösegeschwindigkeit wieder stark ansteigt. Aus der ermittelten Metallmenge kann unter Annahme eines ebenmäßigen Abtrages die Dicke der oxidischen Reaktionsschicht berechnet werden.of the dissolving metal, the amount of metal is determined at the time at which, after an initial increase in the dissolution rate and subsequent stagnation or reduction thereof, the rate of dissolution rapidly increases again. From the determined amount of metal, the thickness of the oxidic reaction layer can be calculated assuming a uniform Abtrag.
Als Elektrolyt wird zum Beispiel eine Lösung des Dinatriumsalzesder Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) verwendet. Zur Erhöhung der Präzision der Messung wird in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Art der voranrj<»£ie'igenen mechanischen Beanspruchung ein pH-Wert eingestellt, bei dem die Lösekurve die günstigste Auswerteform hat. Die vorherige Kenntnis der Größenordnung der Reaktionsschichtdicke verringert dabei den Untersuchungsaufwand. So ist z. B. für gedrehte, unlegierte Stähle (Schichtdicke 0,1 ...0,4Mm) ein pH-Wert von 4 am besten.The electrolyte used is, for example, a solution of the disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). To increase the precision of the measurement, depending on the material and the nature of the preceding mechanical stress, a pH value is set at which the release curve has the most favorable evaluation form. The prior knowledge of the magnitude of the reaction layer thickness reduces the investigation effort. So z. For example, for turned, unalloyed steels (layer thickness 0.1 ... 0.4 μm) a pH value of 4 is best.
Bei der Untersuchung des Löseverhaltens spanend bearbeiteter metallischer Oberflächen in Komplexbildnerlösungen verschiedener pH-Werte, aber auch in Säuren bzw. Inhibitorhaitigen Säuren, wurde überraschend festgestellt, daß beim zeitlichen Erfassen des in Lösung gehenden Metalls charakteristische Kurven erstellbar sind, aus deren Verlauf die oxidische Reaktionsschichtdicke abgeschätzt werden kann. Die Lösegeschwindigkeit steigt zunächst an, erreicht auf niedrigem Niveau relativ konstante Werte und steigt dann nach Ablösen der oxidischen Reaktionsschicht wieder stärker an. Als Reaktionsschicht ist dabei die durch Zufuhr von Energie (z. B. thermisch, mechanisch) entstandene äußere oxidische Schicht zu verstehen, die z. B. beim Spanen von Stählen eine Dicke zwischen 0,1 und 0,5Mm erreicht.When investigating the dissolving behavior of machined metallic surfaces in complexing agent solutions of different pH values, but also in acids or inhibitor-containing acids, it was surprisingly found that characteristic curves can be generated when the metal in solution is detected over time, from whose course the oxidic reaction layer thickness is estimated can be. The rate of dissolution initially increases, reaches relatively constant values at a low level, and then rises more sharply after the oxide reaction layer has been removed. In this case, the reaction layer is to be understood as meaning the outer oxidic layer formed by the introduction of energy (eg thermally, mechanically), which, for B. when cutting steel, a thickness between 0.1 and 0.5 mm achieved.
Die lokale Lösegeschwindigkeit spiegelt trotz Verwendung unterschiedlicher abtragender Elektrolyte die Störstellenintensität und damit die Struktur der Randzone wider. Andere chemische Parallel- oder Folgereaktionen wirken sich überraschenderweise ebenso wie die Rauheit der Oberfläche nicht dominierend auf die Lösegeschwindigkeit aus.The local dissolution rate, despite the use of different erosive electrolytes, reflects the impurity intensity and thus the structure of the edge zone. Surprisingly, other chemical parallel or subsequent reactions as well as the roughness of the surface do not have a dominating effect on the dissolution rate.
Es wurde weiterhin überraschend festgestellt, daß die Dicke dieser.Schicht mit den verschiedensten physikalisch-chemischen Eigenschaften der Oberflächenrandschicht korrespondiert, wiez. B. Mikrohärte, Verfestigungstiefe, Fehlstellendichteund -verteilung. Rost- und Beizverhalten, Lot- und Schweißbarkeit sowie Haftfestigkeit nachträglich aufgebrachter metallischer oder nichtmetallischer Überzüge. Damit istdieseMeßgrößezurkomplexenCharakterisierungder physikalisch-chemischen Oberflächenbeschaffenheit geeignet (quasi zerstörungsfrei, da nur Abtrag von maximal 1 Mm). Ursache dieser Korrelationen ist anscheinend, daßdie Reaktionsschichtbildung entscheidend Störstellenverlauf und -dichte in der darunterliegenden Zone beeinflußt.damitderzwecksOxidationnotwendigenDiffusionvonMetallatomenandieOberflächeFehlstelleninslnnerewandern bzw. dort zurückbleiben. Die Fehlstellendichte und-Verteilung beeinflußt aber neben der Reaktionsschichtdicke an sich wesentlich die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Oberflächenrandschicht. So weisen z. B. dickt! Reaktionsschichten aufgedrehten unlegiertenStählen sowohl auf einehohe Fehlstellendichte im Randbereichalsauch auf einegroßeEindringtiefedieserStörungen hin. EntsprechendistauchdieGrößeundTiefederangeführtenphysikalischenundchemischen Eigenschaftender Randschicht. Bei unterschiedlicher Vorbearbeitung, z.B. unterschiedlichen Spanungsverfahren, bzw. Werkstoffen können.auch die Zusammenhänge zwischen Reaktionsschichtdicke und den einzelnen physikalisch-chemischen Oberflächeneigenschaften unterschiedlich sein. Diese lassen sich aber in jedem Fall durch Eichung bzw. Festlegung von Grenzwerten quantifizieren.It has further been surprisingly found that the thickness of this layer corresponds to the most diverse physico-chemical properties of the surface surface layer, such as. Microhardness, solidification depth, defect density and distribution. Rust and pickling behavior, solderability and weldability as well as adhesion of subsequently applied metallic or non-metallic coatings. Thus, this size is suitable for the complex characterization of physicochemical surface properties (virtually non-destructive, as only a maximum of 1 μm removal). The cause of these correlations appears to be that the reaction layer formation significantly affects the impurity trajectory and density in the underlying zone. Thus, for oxidation, necessary diffusion of metal atoms into the surface defects will remain unaffected. In addition to the reaction layer thickness itself, the defect density and distribution essentially influences the physicochemical properties of the surface layer of the surface. So z. B. thickens! Reaction layers unraveled steels raised both on a high defect density in the edge region as well as a large penetration of these disorders. Accordingly, the size and depth of the stated physical and chemical properties of the surface layer are also. With different preprocessing, e.g. The different relationships between reaction layer thickness and the individual physico-chemical surface properties can be different. However, these can be quantified in any case by calibration or definition of limit values.
Es wurde eine Welle aus Stahl C 60 mit verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten außenlängsgedreht. Wie folgende Tabelle zeigt, besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der ermittelten Reaktionsschichtdicke d und physikalischen (Mikrohärte HVo,oo6; Verfestigungstiefe VT; Abstand der größten Fehlstellendichte von der Oberfläche dF) sowie chemischen (Rosthäufigkeitsgrad Hn nach 90 Stunden bei 95% relativer Luftfeuchte, mittlere Beizgeschwindigkeit vL in 1N H2SO4) Eigenschalten der Metalloberfläche:A shaft made of steel C 60 with different cutting speeds was turned outwards. As the following table shows, there is a clear correlation between the determined reaction layer thickness d and physical (microhardness HVo, oo6, solidification depth VT, distance of the largest defect density from the surface d F ) and chemical (frequency of rust Hn after 90 hours at 95% relative humidity, average Pickling rate v L in 1N H 2 SO 4 ) Activation of the metal surface:
Ethylendiamintetraessigsäure) mit einem pH-Wert von 4 in Lösung gehende Eisen spektralanalytisch in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt. Aus dem Plateau der erhaltenen Kurve wurde die Reaktionsschichtdicke d berechnet.Ethylenediaminetetraacetic acid) having a pH of 4 in solution going iron spectrally determined as a function of time. The reaction layer thickness d was calculated from the plateau of the curve obtained.
Es wurdeeine Welle aus Stahl C45 bei sonst konstanten Schnittbedingungen mit verschiedenen Verschleißzuständen desMeißels außenlängsgedreht. Analog Beispiel 1 konnte ein Zusammenhang zwischen derermittelten Reaktionsschichtdicke d und Eigenschaftender Oberflächenrondschichtermittolt werden (MikrohärteHVo.oos.'Abstandder größten Fehlstellendichte vonder Oberflächedf; Rosthäufigkeitsgrad Hn nach 150 h bei 95% relativer Luftfeuchte; mittlere Beizgeschwindigkeit vLin30%igerHjSO,|):A steel C45 shaft was externally rotated in otherwise constant cutting conditions with different wear conditions of the bit. Analogously to Example 1, a connection between those mediated reaction layer thickness d and properties of Oberflächenrondschichtermittolt could be (MikrohärteHVo.oos.'Abstandder greatest defect density from said Oberflächedf; rust degree of frequency H n after 150 hours at 95% relative humidity, mean pickling speed v L in 30% igerHjSO, |):
Es wurden Führungsbahnen aus gehärtetem Stahl 100 Cr β bei unterschiedlichen Schnittbedingungen mit superhartem Schneidstoff Komposit 10 gefräst. Es ergaben sich folgende Werte für Reaktionsschichtdicke d, Beizgeschwindigkeit vL in 1N H2SO4, Mikrohärte HV0,ooe und dem Verfestigungsgrad in der Randschicht VG:Guideways made of hardened steel 100 Cr β were milled with superhard composite material 10 under different cutting conditions. The following values were obtained for reaction layer thickness d, pickling rate v L in 1N H 2 SO 4 , microhardness HV 0 , ooe and the degree of solidification in the boundary layer VG:
Außerdem konnten deutliche Unterschiede bei der Benetzbarkeit mit bestimmten ölen festgestellt werden. Die Reaktionsschichtdickenbestimmung erfolgte analog BeispielIn addition, significant differences in wettability with certain oils were found. The reaction layer thickness determination was carried out analogously to Example
festgestellt werden.be determined.
Der Stahl 16 MnCr 5 wurde mit verschiedenartig abgerichteter Schleifscheibe aus Korund geschliffen. Auch hier ist ein Zusammenhang zwischen Reaktionsschichtdicke d, Beizgeschwindigkeit vL in 1N H2SO4 und Mikrohärte HV0,005 festgestellt worden. In diesem Falle besteht aber eine indirekte Proportionalität:The steel 16 MnCr 5 was ground with corundum grinding wheel of various kinds. Again, a relationship between reaction layer thickness d, pickling rate v L in 1N H 2 SO 4 and microhardness HV 0 , 005 has been found. In this case, however, there is an indirect proportionality:
Beispiel βExample β
Gedrehte Oberflächen aus unlegiertem Stahl C 60 mit unterschiedlicher Fteaktionsschichtdicke wurden mit Nitrokombinationslackfarbe beschichtet. Es konnte eine eindeutige Korrespondenz zwischen der ermittelten Reaktionsschichtdicke und der Haftfestigkeit der Lackschicht, ermittelt mit der Gitterschnittmethode, festgestellt werden. Die Ermittlung der Reaktionsschichtdicke erfolgte analog BeispielTwisted surfaces of carbon steel C 60 with different reaction layer thickness were coated with nitro combination paint. It was possible to establish a clear correspondence between the determined reaction layer thickness and the adhesion of the lacquer layer, determined by the crosshatch method. The determination of the reaction layer thickness was carried out analogously to Example
Claims (3)
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DD32014188A DD285534A7 (en) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | CHEMICAL MEASURING METHOD FOR IMPROVING THE PHYSICO-CHEMICAL SURFACE TEXTURE OF METALLIC MATERIALS |
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DD285534A7 true DD285534A7 (en) | 1990-12-19 |
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DD (1) | DD285534A7 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1999030130A2 (en) * | 1997-12-04 | 1999-06-17 | Micronas Gmbh | Method for investigating or structuring a surface layer |
-
1988
- 1988-09-27 DD DD32014188A patent/DD285534A7/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1999030130A2 (en) * | 1997-12-04 | 1999-06-17 | Micronas Gmbh | Method for investigating or structuring a surface layer |
WO1999030130A3 (en) * | 1997-12-04 | 2002-08-29 | Micronas Gmbh | Method for investigating or structuring a surface layer |
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