DE10147659A1

DE10147659A1 - Chrom-plattiertes Gleitelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10147659A1
Application number: DE10147659A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Shimizu
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: SE523385C2; DE10147659C2; KR20020025826A; JP2002106716A; SE0103208L; KR100456444B1; JP4059621B2; US20020060159A1; SE0103208D0; US6596410B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Chrom-plattiertes (verchromtes) Gleitelement, das frei von einer periodischen Abnahme der Verschleißfestigkeit oder Beständigkeit gegen Festfressen ist, ohne dass es erforderlich ist, einen Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilm absichtlich zu wölben. Dabei handelt es sich um ein Gleitelement, das einen Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilm auf der gleitenden Oberfläche des Substrats 1 aufweist. Mikrorisse 6, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der einzelnen Hartchromplattierungsschichten hin öffnen, sind in den Hartchromplattierungsschichten 2, 3, 4 und 5 verteilt. Die Mikrorisse der einzelnen Hartchromplattierungsschichten umfassen verhältnismäßig flache Abschnitte 6a, deren Böden innerhalb einer einzigen Schicht enden, und verhältnismäßig tiefe Abschnitte 6b und 6c, deren Risse zwei oder mehr Schichten durchlaufen. Die Mengen der Mikrorisse, ausgedrückt durch die Flächenanteile der Mikrorisse auf einem Querschnitt des Hartchromplattierungsfilms, umfassen eine Menge der Abschnitte, in denen die Risse innerhalb einer einzigen Schicht enden, in einem Bereich von 1,5 bis 35,0% und eine Menge der Abschnitte, in denen die Risse über zwei oder Schichten durchlaufen, innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 25,0%, wobei die Gesamtmenge der Mikrorisse innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 40,0% liegt.

Description

Hintergrund der Erfindung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gleitelement, das einen harten Chromplattierungsfilm aufweist, der auf eine gleitende Oberfläche desselben aufgebracht ist.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Gleitelemente, wie z. B. ein Kolbenring für einen Verbrennungsmotor, eine Zy linderlaufbuchse, die daran entlanggleitet, ein Kipphebel und eine Nockenwelle, müssen frei von einem Festfressen an einem Gegenstück-Element, verschleiß fest in dem Gleitelement selbst und nicht aggressiv gegenüber dem Gegen stück-Element sein. Um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, ist es übli che Praxis, eine Hartchromplattierung (Hartverchromung) mit einer ausge zeichneten Verschleißfestigkeit auf die Oberfläche eines Gleitelements, insbe sondere auf die äußere Umfangsoberfläche eines Kolbenringes, aufzubringen.

Das einfache Aufbringen einer Chromplattierung allein auf das Substrat des Kolbenringes führt jedoch nicht zu einer ausreichenden Beständigkeit gegen Festfressen, weil der Hartchromplattierungsfilm ein geringes Ölrückhaltever mögen aufweist. Eine übliche Gegenmaßnahme gegen dieses Problem besteht darin, eine Reihe von maschenförmigen Mikrorissen auf der Oberfläche des Chromplattierungsfilms durch Aufbringen einer Chromplattierung zu erzeugen und dann in dem gleichen Chromplattierungsbad eine Ätzung durchzuführen durch Anwendung einer Polaritätsumkehr-Behandlung. Diese Mikrorisse die nen als Schmiermittel-Sümpfe, wodurch das Ölrückhaltevermögen des Hart chromplattierungsfilms verbessert und eine ausgezeichnete Beständigkeit des chromplattierten Gleitelements gegen Festfressen erzielt werden.

Neuerdings sind jedoch die Anforderungen an einen niedrigeren Treibstoffver brauch und eine höhere Leistung strenger geworden und gleichzeitig steigt die Belastung, die auf verschiedene Teile von Verbrennungsmotoren einschließlich der Kolbenringe einwirkt. Als Folge davon genügen einige Verbrennungsmoto ren heutzutage nicht mehr den Anforderungen in bezug auf Verschleißfestig keit, Beständigkeit gegen Festfressen und Ermüdungsbeständigkeit, selbst wenn sie einen Hartchromplattierungsfilm, der Mikrorisse aufweist, tragen. Ins besondere werden in dem Hartchromplattierungsfilm des Kolbenringes durch die Polaritätsumkehr-Behandlung des Films Mikrorisse mit einem V-förmigen Querschnitt gebildet. Als Folge davon weist der Hartchromplattierungsfilm an fänglich zwar ein ausreichendes Ölrückhaltevermögen auf. Da jedoch die Dicke mit fortschreitendem Verschleiß (Abrieb) abnimmt, werden die Öffnungsfläche und das gesamte Hohlraumvolumen der Mikrorisse kleiner, was zu einer Ver schlechterung des Ölrückhaltevermögens und zu einem Mangel an Beständig keit gegen Festfressen führt. Wenn der Chrom-plattierte Kolbenring in dem Zy linder gleitet, konzentriert sich die Spannung am Boden der V-förmigen Risse (Kerben) des Hartchromplattierungsfilms als Basen, wodurch ein so genannter "Einkerbungseffekt" und eine Beschleunigung der Ausbreitung (Fortpflanzung) der Risse hervorgerufen werden. Dies führt zu einer Beeinträchtigung (Verschlechterung) des Films und kann schließlich zu einem Bruch führen.

Als Lösung dieses Problems wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, das die Stufen umfasst: Abscheidung einer Hartchromplattierungsschicht in einer geringen Dicke unter Anwendung eines positiven Polaritäts-Verfahrens auf der gleitenden Oberfläche eines Gleitelements, anschließende Bildung einer Hart chromplattierungs-Dünnfilmschicht, die Mikrorisse aufweist, durch Erzeugung eines geringfügigen Wachstums der Mikrorisse durch eine nachfolgende Polari tätsumkehrstufe und Versiegelung der Öffnungen der Mikrorisse in einer darun terliegenden Schicht mit einer darüberliegenden Schicht, die als Hartchrom plattierungs-Dünnfilmschicht dient, Wiederholung dieser positiven Polaritätsstu fe und der Polaritätsumkehrstufe und dadurch Bildung eines Hartchromplattie rungsfilms, der viele Poren von Mikrorissen unabhängig von der Filmherstel lungsrichtung aufweist (vgl. die ungeprüfte japanische Patentpublikation Nr. 10- 53881).

Bei dem Hartchromplattierungsfilm dieses Vorschlags erreicht der Einker bungs-Effekt, der durch den Gleitvorgang hervorgerufen wird, erst dann die Mikrorisse der untersten Schicht, wenn die unterste Hartchromplattierungs schicht als Folge des Fortschreitens des Verschleißes des Hartchromplattie rungsfilms freigelegt wird, wodurch die Beständigkeit gegen Ermüdung verbes sert wird. Obgleich in beiden Fällen die Mikrorisse einen V-förmigen Quer schnitt haben, werden diese Mikrorisse in allen Schichten unabhängig von der Filmbildungsrichtung erzeugt. Deshalb werden selbst dann, wenn die Fläche der Öffnung der Mikrorisse und das gesamte Hohlraumvolumen mit fortschrei tendem Verschleiß abnehmen, immer dann neue Mikrorisse sichtbar, wenn die darunterliegende Hartchromplattierungsschicht freigelegt wird, und das Ölrück haltevermögen wird beibehalten.

Aber auch in einem Hartchromplattierungsfilm, der Mikrorisse aufweist, die un abhängig von der Filmbildungsrichtung sind, wie beispielsweise in der unge prüften japanischen Patentpublikation Nr. 10-53881 beschrieben, werden in allen Schichten freie Mikroriss-Porengruppen mit im wesentlichen einheitlicher Größe gebildet. Das heißt mit anderen Worten, der Boden jeder freien Mikro riss-Porengruppe endet innerhalb der Hartchromplattierungsschicht, in der die se selbst sich öffnet. In dem Film sind deshalb die freien Mikroriss-Porengrup pen parallel entlang der Richtung, in der sich die Hartchromplattierungsschich ten erstrecken, verteilt. Es treten periodisch Bereiche auf, in denen eine freie Mikroriss-Porengruppe in der Filmwachstumsrichtung nicht vorhanden ist. In diesem Fall nehmen die Verschleißfestigkeit und die Beständigkeit gegen Festfressen periodisch ab zusammen mit dem Fortschreiten des Verschleißes des Hartchromplattierungsfilms.

Als eine Lösung dieses Problems wird in der oben genannten ungeprüften ja panischen Patentpublikation Nr. 10-53881 ein Verfahren beschrieben, das die Stufen Bildung einer Hartchromplattierungsschicht mit einer wellenförmigen Aufwölbung wie eine Wölbung (Biegung) in einer ebenen Schicht durch An wendung einer Plattierungsstufe nach der Erzeugung geeigneter Oberflächen- Unregelmäßigkeiten durch Honen oder dgl. auf der Gleitoberfläche des Gleite lements, Bildung von Mikrorissen durch eine Polaritätsumkehrstufe und an schließende Wiederholung der Plattierungs- und Polaritätsumkehrstufen um fasst. Bei einem nach diesem Verfahren hergestellten Mehrschichten-Hart chromplattierungsfilm sind die freien Mikroriss-Porengruppen in Form von wel lenförmigen Wölbungen entsprechend der Wölbung der Schichten verteilt. Beim Fortschreiten des Verschleißes (Abriebs) des Hartchromplattierungsfilms treten deshalb stets Mikrorisse in gleichförmiger Verteilung auf der Oberfläche des Films auf.

Um die Hartchromplattierungsschichten nach diesem Verfahren zu wölben, ist es jedoch erforderlich, das Ausmaß der Oberflächen-Unregelmäßigkeiten an der Grenzfläche gegenüber dem zu plattierenden Substrat durch eine Oberflä chenbehandlung, beispielsweise durch Honen, zu steuern. Selbst wenn geeig nete Oberflächen-Unregelmäßigkeiten durch Anwendung einer Oberflächenbe handlung, z. B. durch Honen, auf der Grenzfläche zu dem Substrat des Gleite lements erzeugt werden, wird die Wölbung zusammen mit dem Wachsen und der Vervielfältigung der Hartchromplattierungsschichten geringer und die Hart chromplattierungsschicht in der Nähe der Oberfläche ist verhältnismäßig eben, wodurch es unmöglich wird, eine periodische Abnahme der Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Festfressen vollständig zu verhindern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt im Hinblick auf die Umstände, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, und ein erstes Ziel der Erfindung be steht darin, ein Chrom-plattiertes (verchromtes) Gleitelement bereitzustellen, das die Verhinderung einer periodischen Abnahme der Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Festfressen auch ohne absichtliche Erzeugung einer Wellung (Wölbung) des Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilms erlaubt bei gleichzeitiger wirksamer Ausnutzung einer Chromplattierung, die üblicherweise zu geringen Herstellungskosten verfügbar ist.

Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein Chrom-plattiertes (verchromtes) Gleitelement zur Verfügung zu stellen, das die Verhinderung einer periodischen Abnahme der Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Festfressen eines Mehrschichten-Chrom-plattierten Films erlaubt, ohne dass es erforderlich ist, absichtlich Oberflächen-Unregelmäßig keiten auf der Grenzfläche zu dem Substrat zu erzeugen.

Um die oben genannten Ziele der Erfindung zu erreichen, betrifft die vorliegen de Erfindung ein Chrom-plattiertes (verchromtes) Gleitelement, das einen Hart chromplattierungsfilm aufweist, der mindestens zwei Hartchromplattierungs schichten umfasst, und auf der Grenzfläche zu einem Substrat vorgesehen ist, wobei Mikrorisse, die sich zu der äußeren Oberflächenseite der Hartchromplat tierungsschichten hin öffnen, in den einzelnen Hartchromplattierungsschichten verteilt sind; wobei jeder der Mikrorisse in jeder Hartchromplattierungsschicht umfasst einen Abschnitt, in dem der Riss innerhalb einer die Öffnung dessel ben enthaltenden Schicht endet, und einen Abschnitt, in dem sich der Riss in die Hartchromplattierungsschicht hinein fortsetzt, die unter der die Öffnung des Risses enthaltenden Schicht liegt, bezogen auf die Richtung der Tiefe; und die Mengen der Mikrorisse, ausgedrückt durch die Flächenanteile der Mikrorisse in einem Querschnitt des Hartchromplattierungsfilms, umfassen eine Menge des Abschnitts, in dem der Riss innerhalb der Schicht endet, welche die Rissöff nung enthält, innerhalb eines Bereiches von 1,5 bis 35,0%, und eine Menge des Abschnitts, in dem der Riss sich in die Hartchromplattierungsschicht unter halb der Schicht, welche die Rissöffnung enthält, hinein erstreckt, innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 25,0%, wobei die Gesamtmenge der Mikrorisse innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 40,0% liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Chrom-plattierten (verschromten) Gleitelements umfasst eine Hartchromplattierungsstufe an der Grenzfläche zu einem Substrat durch Verwendung eines Chromplattierungsba des, eine anschließende Ätzstufe durch Polaritätsumkehr über eine Zeitspanne innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs und das mindestens einmalige Wiederholen der Hartchromplattierungsstufe und der Ätzstufe, um dadurch ei nen Hartchromplattierungsfilm zu erzeugen, der mindestens zwei Hartchrom plattierungsschichten umfasst.

In dem erfindungsgemäßen Chrom-plattierten (verchromten) Gleitelement wei sen die Mikrorisse der einzelnen Hartchromplattierungsschichten, die den Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilm bilden, verhältnismäßig flache Ab schnitte, in denen ihre Böden in der Schicht enden, die ihre Öffnungen auf weist, und verhältnismäßig tiefe Abschnitt auf, in denen die Risse durchgehen, bis sie eine tiefere Position als die Schicht, welche ihre Öffnungen aufweist, erreichen. Die Poren der Mikrorisse sind daher auch in einem Bereich unmittel bar vor dem Übergang von einer oberen Schicht zu einer unteren Schicht der einzelnen Hartchromplattierungsschichten vorhanden. Eine periodische Ab nahme des Ölaufnahmevermögens tritt deshalb nicht auf oder das Auftreten derselben führt, wenn überhaupt, nur zu einer geringen Abnahme des Ölrück haltevermögens. Eine stabile Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen sind für eine lange Zeitspanne stets gewährleistet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Chrom- plattierten (verchromten) Gleitelements ist es möglich, das Chrom-plattierte (verchromte) Gleitelement so herzustellen, dass es ein ausgezeichnetes Gleit vermögen, wie vorstehend beschrieben, aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, absichtlich Oberflächen-Unregelmäßigkeiten zu erzeugen, um den Chrom-plattierten Film auf der Grenzfläche gegenüber dem Substrat zu wölben, wodurch eine Vereinfachung der Oberflächenbehand lungsstufen des Substrats möglich ist.

Durch die vorliegende Erfindung steht insbesondere ein Chrom-plattierter (verchromter) Kolbenring mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Festfressen und einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Ermüdung zur Verfügung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht, die in schematischer Form den Aufbau eines Chromplattierungsfilms für ein typisches erfindungsgemäßes Chrom-plattiertes (verchromtes) Gleitelement erläutert.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Das erfindungsgemäße Chrom-plattierte (verchromte) Gleitelement weist einen Hartchromplattierungsfilm auf, der mindestens zwei Hartchromplattierungs schichten umfasst und auf einer Fläche vorgesehen ist, die als Gleitoberfläche an der Grenzfläche zu einem Substrat dienen soll, wobei Mikrorisse, die sich in Richtung auf die äußere Oberflächenseite der Hartchromplattierungsschichten öffnen, in den einzelnen Hartchromplattierungsschichten verteilt sind; wobei jeder der Mikrorisse in jeder Hartchromplattierungsschicht umfasst einen Ab schnitt, in dem der Riss innerhalb einer Schicht, welche die Rissöffnung ent hält, endet, und einen Abschnitt, in dem sich der Riss fortpflanzt in die Hart chromplattierungsschicht, die unter der die Rissöffnung enthaltenden Schicht angeordnet ist, bezogen auf die Richtung der Tiefe; und worin die Mengen der Mikrorisse, ausgedrückt durch die Flächenanteile der Mikrorisse in einem Querschnitt des Hartchromplattierungsfilms, umfassen eine Menge des Ab schnitts, in dem der Riss innerhalb der die Rissöffnung enthaltenden Schicht endet, in einem Bereich von 1,5 bis 35,0% und eine Menge des Abschnitts, in dem der Riss sich in die Hartchromplattierungsschicht unterhalb der Schicht, welche die Rissöffnung enthält, fortpflanzt, in einem Bereich von 0,5 bis 25,0%, wobei die Gesamtmenge der Mikrorisse innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 40,0% liegt.

Das erfindungsgemäße Chrom-plattierte (verchromte) Gleitelement ist allge mein verwendbar für alle Gleitelemente. Beispielsweise ist es anwendbar auf den äußeren Umfang eines Kolbenringes, den inneren Umfang einer Zylinder laufbuchse, auf eine gleitende Oberfläche eines Kipphebels, den äußeren Umfang einer Nockenwelle und einen Lagerzapfen-Abschnitt und unter ande rem ist es zweckmäßig verwendbar für einen Kolbenring.

Die Fig. 1 erläutert in schematischer Form einen Querschnitt eines typischen erfindungsgemäßen Chrom-plattierten (verchromten) Gleitelements. In diesem Gleitelement 101 ist ein Hartchromplattierungsfilm der ein Laminat aus vier Hartchromplattierungsschichten (2, 3, 4 und 5) umfasst, auf die Gleitoberfläche des Substrats 1 des Gleitelements aufgebracht. Mikrorisse, die sich auf die Seite der äußeren Oberfläche der Hartchromplattierungsschichten hin öffnen, sind in allen Hartchromplattierungsschichten des Films verteilt. Das heißt mit anderen Worten, darin befinden sich Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der ersten Chromplattierungsschicht 2 hin öffnen, die der Grenzflä che zu dem Substrat am nächsten angeordnet ist, Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der zweiten Chromplattierungsschicht 3 hin öffnen, die unmittelbar darüber angeordnet ist, Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der dritten Chromplattierungsschicht 4 hin öffnen, die darauf auflaminiert ist, und Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der vierten Chromplattierungsschicht 5 hin öffnen, welche die äußerste Schicht darstellt. Die Mikrorisse sollten vorzugsweise in allen Schichten in dem Hart chromplattierungsfilm gleichmäßig verteilt sein.

Mikrorisse, die einen V-förmigen Querschnitt haben, sind in Form eines Ma schengitters auf allen Hartchromplattierungsschichten vorgesehen. Die einzel nen kontinuierlichen Mikrorisse sind so geformt, dass sie sich mindestens zu der Oberfläche hin öffnen. Davon unabhängige Mikrorisse mit einer geringeren Länge und/oder Tiefe können in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Maschengitter-förmigen Mikrorissen eingemischt sein. Die von dem Rissboden erreichte Tiefe ist von Ort zu Ort verschieden selbst unter den einzelnen Mikro rissen auf der Hartchromplattierungsschicht-Oberfläche. Unabhängige Mikro risse nehmen daher zu entsprechend dem Bearbeitungsgrad zum Polieren des Hartchromplattierungsfilms oder entsprechend dem fortschreitenden Verschleiß (Abrieb).

Mit Ausnahme der ersten Chromplattierungsschicht 2, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, umfassen die Mikrorisse der einzelnen Hart chromplattierungsschichten Abschnitte 6a, in denen die Risse in der Schicht enden, welche die Rissöffnungen enthalten, bezogen auf die Richtung der Tiefe (d. h. Abschnitte, in denen die Böden in der Schicht enden, welche die Rissöffnungen enthält), und Abschnitte 6b und 6c, in denen die Risse sogar das Innere der Hartchromplattierungsschicht, die unterhalb der die Rissöffnun gen enthaltenden Schicht liegt, erreichen (d. h. Abschnitte, in denen die Böden das Innere der Hartchromplattierungsschicht erreichen, die unterhalb der Schicht liegt, welche die Rissöffnungen enthält). Die Abschnitte, in denen die Mikrorisse durchlaufen, bis sie die darunterliegende Schicht erreichen, können nicht nur den Abschnitt 6b, in dem die Mikrorisse nur zwei Schichten umfassen, sondern auch den Abschnitt 6c enthalten, in dem die Risse drei oder mehr Schichten umfassen. Die Abschnitte der Mikrorisse, die durchlaufen, bis sie die darunterliegende Schicht erreichen, können teilweise integriert sein mit den Mikrorissen, die sich zu der darunterliegenden Schicht hin öffnen.

In dem erfindungsgemäßen Chrom-plattierten Gleitelement wird der Chrom plattierungsfilm gebildet durch Aufeinanderlaminieren von zwei oder mehr Hartchromplattierungsschichten, die Mikrorisse aufweisen. Die Öffnungen der Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche (zur Seite der gleitenden Oberfläche) der Hartchromplattierungsschichten hin öffnen, sind daher versie gelt (abgedichtet) durch die darüberliegende Hartchromplattierungsschicht. Als Folge davon sind, obgleich der oben genannte Einkerbungseffekt, der auf das erfindungsgemäße Chrom-plattierte Gleitelement einwirkt, die Mikrorisse be einflusst, die sich zu der äußersten Hartchromplattierungsschicht hin öffnen, die Mikrorisse, die sich zu der darunterliegenden Hartchromplattierungsschicht hin öffnen, bedeckt von und geschützt durch die darüberliegende Hartchrom plattierungsschicht, sodass die zuletzt genannten Mikrorisse erst dann durch den Einkerbungseffekt beeinflusst werden, wenn die darüberliegende Schicht als Folge der Abnutzung (des Verschleißes) verschwindet. Deshalb ist der Hartchromplattierungsfilm des erfindungsgemäßen Chrom-plattierten Gleitele ments kaum empfindlich für das Fortschreiten von Mikrorissen, die durch den Einkerbungseffekt hervorgerufen werden, er weist eine ausgezeichnete Be ständigkeit gegen Ermüdung auf und leidet kaum unter einer Beeinträchtigung (Verschlechterung) des Films oder unter einem Bruch des Gleitelements.

In dem erfindungsgemäßen Chrom-plattierten Gleitelement weisen die auf allen Hartchromplattierungsschichten erzeugten Mikrorisse einen im wesentlichen V- förmigen Querschnitt auf. Die Öffnungsfläche und das Volumen der offenen Poren der Mikrorisse nimmt daher ab mit fortschreitender Abnutzung (Verschleiß) des Hartchromplattierungsfilms. So sind beispielsweise die Öff nungsfläche und das Volumen der offenen Poren der Mikrorisse in der durch das Symbol b angezeigten Tiefe kleiner als diejenigen in der durch das Symbol a angezeigten Tiefe. Wenn jedoch eine darüberliegende Hartchromplattie rungsschicht durch die Abnutzung vollständig verschwindet, werden viele neue Mikrorisse freigelegt, die sich zu einer darunterliegenden Schicht hin öffnen. Die Öffnungsfläche und das Volumen der offenen Poren der Mikrorisse neh men wieder zu, sodass ein ausgezeichnetes Ölrückhaltevermögen wieder zu rückgewonnen wird. So sind beispielsweise die Öffnungsfläche und das Volu men der offenen Poren der Mikrorisse in der durch das Symbol d angezeigten Tiefe nahezu gleich denjenigen in der durch das Symbol a angezeigten Tiefe.

In dem erfindungsgemäßen Chrom-plattierten Gleitelement enthalten ferner die Mikrorisse der einzelnen Hartchromplattierungsschichten Abschnitte, die bis zum Innern der Hartchromplattierungsschicht durchlaufen, die unterhalb der die Öffnungen der Risse enthaltenden Schicht in Richtung der Tiefe liegt. Deshalb sind selbst in einer Tiefe unmittelbar vor der Freilegung einer darunterliegen den Hartchromplattierungsschicht als Folge der Abnahme der darüberliegen den Hartchromplattierungsschicht, hervorgerufen durch die Abnutzung (den Verschleiß), noch Mikrorisse in einer ausreichenden Menge vorhanden. So gibt es beispielsweise selbst in einer Tiefe des Hartchromplattierungsfilms, die durch das Symbol c angezeigt wird, noch offene Poren der Mikrorisse, darge stellt durch die Bezugsziffern 6b und 6c. Das erfindungsgemäße Chrom- plattierte Gleitelement leidet daher niemals an einer periodischen Abnahme des Ölrückhaltevermögens, auch nicht beim Fortschreiten des Verschleißes (der Abnutzung) des Hartchromplattierungsfilms, oder eine solche Abnahme weist, falls sie überhaupt auftritt, nur einen geringen Variations-Bereich auf, sodass es eine konstante Verschleißfestigkeit und eine konstante Beständig keit gegen Festfressen aufweist.

Die Menge der Mikrorisse, ausgedrückt durch den Flächenanteil der Mikrorisse über einen Querschnitt in Richtung der Dicke des Hartchromplattierungsfilms, sollte so eingestellt werden, dass die Abschnitte, in denen die Risse in der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht enden, in einem Bereich von 1,5 bis 35,0% liegen, die Abschnitte, in denen die Risse durchlaufen bis ins Innere der Hartchromplattierungsschicht, die unterhalb der die Rissöffnungen enthalten den Schicht liegt, in einem Bereich von 0,5 bis 25,0% liegen und die Gesamt menge der Mikrorisse innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 40,0% liegt. Um das Variieren des Ölrückhaltevermögens in Abhängigkeit von der Filmtiefe zu verringern unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines ausreichenden Ölrück haltevermögens und einer ausreichenden Festigkeit des Films als Ganzem ist es erforderlich, die Aufteilungsmengen der Mikrorisse innerhalb der oben ge nannten Bereiche einzustellen.

Die Aufteilungsmengen der Mikrorisse in der Hartchromplattierungsschicht werden innerhalb der oben genannten Bereiche in geeigneter Weise einge stellt. Wenn keine speziellen Umstände vorliegen, sollten die Abschnitte, in de nen die Risse in der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht enden, vorzugs weise innerhalb eines Bereiches von 1,5 bis 24,5% liegen, die Abschnitte, in denen die Risse bis in das Innere der Hartchromplattierungsschicht verlaufen, die unterhalb der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht liegt, sollten vor zugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 15,0% liegen und die Ge samtmenge der Mikrorisse sollte vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 25,0% liegen.

Wenn die Abschnitte, in denen die Mikrorisse in der Hartchromplattierungs schicht, welche ihre Öffnungen enthält, angeordnet sind, ausgedrückt durch den oben genannten Flächenanteil innerhalb des Querschnitts, unter 1,5% liegen, nehmen die freien Poren der Mikrorisse ab, was zu einem schlechteren Ölrückhaltevermögen führt. In diesem Fall beeinflusst der Einkerbungseffekt die darunterliegende Hartchromplattierungsschicht, wenn der Mangel an be grenzten Mikrorissen innerhalb einer Schicht zurückzuführen ist auf Mikrorisse, die über zwei oder mehr Schichten durchlaufen. In diesem Fall besteht die Nei gung, dass leicht eine Fortpflanzung der Risse auftritt und dadurch eine Beein trächtigung des Hartchromplattierungsfilms und eine Abnahme der Bruchbe ständigkeit hervorgerufen werden.

Wenn der Schnittflächenanteil der Abschnitte, in denen Mikrorisse lokal in einer Hartchromplattierungsschicht angeordnet sind, welche die Öffnungen der Risse enthält, mehr als 35,0% beträgt, wird die Menge der Mikrorisse, die sich über zwei oder mehr Schichten erstrecken, verhältnismäßig geringer und die Schwankung des Ölrückhaltevermögens, die durch die Filmtiefe verursacht wird, wird größer. Wenn Mikrorisse, die zwei oder mehr Schichten umfassen, in einer Menge gebildet werden, die ausreicht, um eine Änderung des Ölrückhal tevermögens zu verhindern, führt dies zu einer ausgeprägteren Neigung zur Beeinträchtigung des Hartchromplattierungsfilms.

Wenn der Querschnittsflächenanteil der Abschnitte, in denen die Mikrorisse durchlaufen, bis sie das Innere der Hartchromplattierungsschicht erreichen, die unterhalb der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht liegt, bei unter 0,5% liegt, wird die Veränderung des Ölrückhaltevermögens in Abhängigkeit von der Filmtiefe größer. Wenn der Querschnittsflächenanteil der Abschnitte, in denen die Mikrorisse durchlaufen, bis sie das Innere der Hartchromplattierungsschicht erreichen, die unter der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht liegt, mehr als 25,0% beträgt, beeinflusst der oben genannte Einkerbungseffekt die darunter liegende Hartchromplattierungsschicht. Dies führt dazu, dass die Risse sich leicht weiter ausbreiten, wodurch eine Beeinträchtigung des Hartchromplattie rungsfilms und eine Abnahme der Bruchbeständigkeit hervorgerufen werden.

Wenn die Gesamtmenge der Abschnitte, welche die Mikrorisse auf eine Schicht begrenzen, und der Abschnitte, die zwei oder mehr Schichten umfas sen, unter 2,0% liegt, besteht ein Mangel an freien Poren für das Zurückhalten von Schmiermittel, was zu einem schlechteren Ölrückhaltevermögen führt. Wenn andererseits die Gesamtmenge mehr als 40,0% beträgt, besteht eine ausgeprägtere Neigung zu einer Beeinträchtigung des Hartchromplattierungs films, was zu einer unzureichenden Festigkeit des Films führt.

Die Dicke der einzelnen Schichten, die den Hartchromplattierungsfilm aufbauen und die Breite der Öffnung der Mikrorisse in den einzelnen Schichten werden in geeigneter Weise eingestellt durch Berücksichtigung der Art und des Verwen dungszweckes des Gleitelements, auf das die vorliegende Erfindung angewen det wird. Wenn die Erfindung auf einen Kolbenring angewendet wird, kann die Menge der Abschnitte, in denen Mikrorisse lokal in einer Hartchromplattie rungsschicht vorhanden sind, die ihre Öffnungen enthält, und der Abschnitte, in denen die Mikrorisse durchlaufen bis zum Erreichen des Innern der Hart chromplattierungsschicht, die unterhalb der die Öffnungen der Risse enthalten den Schicht liegt, innerhalb der oben genannten Bereiche eingestellt werden unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer guten Ausgewogenheit in bezug auf verschiedene Leistungsanforderungen für den Kolbenring durch Einstellung der Dicke der Hartchromplattierungsschichten, die den Hartchromplattierungs film aufbauen, innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 30,0 µm und der Breite der Öffnung der Mikrorisse, die sich zu der äußeren Oberfläche der Schicht hin öffnen, auf bis zu 2,0 µm. Die Breite der Öffnung der Mikrorisse von bis zu 2,0 µm bedeutet, dass die Breite der Öffnung im wesentlichen aller Mikrorisse bis zu 0,2 µm beträgt; es gibt keinen Mikroriss mit einer Breite der Öffnung von mehr als 0,2 µm oder die Breite einer Öffnung von mehr als 0,2 µm hat, falls vorhanden, keinen nachteiligen Einfluss auf die Eigenschaften des Gleitele ments und ist daher vernachlässigbar.

In diesem Fall sollte die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die als Zwi schenschicht dient, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 30,0 µm liegen und gleichzeitig sollte die äußerste Hartchromplattierungsschicht vorzugsweise eine Dicke haben, die größer ist als diejenige der Hartchromplat tierungsschicht, die als Zwischenschicht dient, und sie sollte vorzugsweise bis zu 50 µm betragen. Die äußerste Hartchromplattierungsschicht sollte vorzugs weise eine Dicke von mindestens 5 µm haben. In diesem Fall sollte die Breite der Öffnung der Mikrorisse, die auf der äußersten Hartchromplattierungsschicht erzeugt worden sind, bis zu 0,2 µm betragen.

Eine Deformation des Chrom-plattierten Gleitelements, die durch den Gleitwi derstand verursacht wird, kann verhindert werden durch die Steifheit eines Ab schnitts des Hartchromplattierungsfilms in der Nähe der Oberfläche; die Bruchfestigkeit kann verbessert werden durch Erhöhung der Steifheit dieses Abschnitts. Es ist daher möglich, dem Gleitelement Bruchfestigkeit dadurch zu verleihen, dass man die äußerste Hartchromplattierungsschicht dicker macht als die Zwischenschicht, um die Steifheit dieses Abschnitts zu erhöhen. Wenn die Dicke der äußersten Hartchromplattierungsschicht geringer ist als diejenige der Hartchromplattierungsschicht, die als Zwischenschicht dient, weist der Ab schnitt des Films in der Nähe der Oberfläche nur eine unzureichende Steifheit auf. Wenn die Dicke der äußersten Hartchromplattierungsschicht mehr als 50 µm beträgt, ist die durch den Gleitwiderstand verursachte Deformation inner halb des äußersten Abschnittes beschränkt und es ist kein Effekt in bezug auf eine Absorption der Verschiebung (Verdrängung) durch den gesamten Film einschließlich der Zwischenschicht erzielbar.

Wenn der Hartchromplattierungsfilm drei oder mehr Schichten umfasst, ist es zweckmäßig, die Dicke der äußersten Schicht und der Zwischenschicht inner halb der oben genannten Bereiche einzustellen und die Dicke der Hartchrom plattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, sollte vorzugsweise die größte unter den Hartchromplattierungsschichten sein und bis zu 80 µm betragen. Das heißt mit anderen Worten, die Schicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, wird in der größten Dicke aus gebildet und die äußerste Plattierungsschicht wird in der zweitgrößten Dicke ausgebildet. In diesem Fall sollte die Breite der Öffnung der Mikrorisse, die in der Hartchromplattierungsschicht vorhanden sind, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, bis zu 0,2 µm betragen.

Die Anzahl der Mikrorisse der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzflä che zu dem Substrat am nächsten liegt, kann geringer gemacht werden und ihre Breite kann geringer gemacht werden durch Ausbildung dieser Hart chromplattierungsschicht in einer großen Dicke, wodurch die Steifheit des Hartchromplattierungsfilms insgesamt verbessert wird. Die Dicke der Hart chromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, wird größer gemacht als die Dicke der äußersten Hartchromplattierungs schicht im Hinblick auf die Einstellung eines Gleichgewichtes zwischen der Steifheit der äußersten Hartchromplattierungsschicht und der Zähigkeit der Zwischenschicht, um eine Verschiebung (Verdrängung) beim Gleiten durch den gesamten Film zu absorbieren. Wenn die Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, dünner ist als die anderen Plattierungsschichten, ist der Effekt der Verhinderung einer Verschiebung (Verdrängung) in der Nähe der Grenzfläche zu dem Substrat nicht ausrei chend. Wenn die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, mehr als 80,0 µm beträgt, wird das Ver hältnis zwischen der Dicke der untersten Schicht und der Gesamtdicke des Films größer, was zu einer relativen Abnahme der Anzahl der dünnen Plattie rungsschichten führt, die als Zwischenschichten dienen, wodurch die effektive Ausnutzung des Effekts der Zähigkeit des Mehrschichten- Chromplattierungsfilms erschwert wird. Wenn die Hartchromplattierungs schicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, in der größten Dicke in dem Film von etwa 80 µm ausgebildet wird, haben die Mikrorisse, die eine Breite der Öffnung von 0,2 µm aufweisen, eine Tiefe von etwa 50 µm und ein Anteil einer Dicke von etwa 30 µm der Plattierungsschicht, der keine Mikro risse enthält, verbleibt in der Nähe der Grenzfläche zu dem Substrat. Dieser bietet daher den Vorteil einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und Haftung an dem Substrat.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Chrom-plattierten (verchromten) Gleitelements beschrieben. Das erfindungs gemäße Chrom-plattierte Gleitelement kann hergestellt werden unter Verwen dung eines Chromplattierungsbades, durch Anwendung einer Hartchromplattie rungsstufe auf die Oberfläche eines Substrats (eines zu plattierenden Materi als), die anschließende Durchführung einer Ätzstufe durch Umkehr der Polari tät für eine Zeitspanne innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs und ein mindestens einmaliges Wiederholen der Hartchromplattierungsstufe und der Ätzstufe, wodurch ein Hartchromplattierungsfilm gebildet wird, der zwei oder mehr Hartchromplattierungsschichten umfasst.

Die Dicke der Hartchromplattierungsschichten und die Anzahl und Tiefe der Mikrorisse werden eingestellt unter Berücksichtigung der verschiedenen Be dingungen, beispielsweise der Plattierungs-Temperatur, der Stromdichte und der Anlegezeit in der Plattierungsstufe und in der Polaritätsumkehrstufe (Ätzstufe).

Erfindungsgemäß wird die Polaritätsumschaltungs-Geschwindigkeit beim Übergang von der Plattierungsstufe in die Polaritätsumkehrstufe eingestellt zum Zwecke der Bildung von Mikrorissen, die eine Mischung von verhältnis mäßig flachen Abschnitten und tiefen Abschnitten umfassen. Wenn die Um schaltung der Polarität von der Plattierungsstufe zu der Polaritätsumkehrstufe schnell beendet ist, bleibt die Tiefe der Mikrorisse innerhalb einer einzigen Hartchromplattierungsstufe. Wenn andererseits die Polaritätsumschaltung von der Plattierungsstufe in die Polaritätsumkehrstufe langsam durchgeführt wird, d. h. über einen verhältnismäßig langen Zeitraum, verbleibt ein Teil der Mikro risse nicht innerhalb einer einzigen Schicht, sondern läuft durch bis zum Errei chen der darunterliegenden Schicht, wodurch tiefe Risse gebildet werden, die sich über zwei oder mehr Schichten ausbreiten. Als Folge davon wird in dem Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilm eine Mikroriss-Gruppe gebildet, die Abschnitte, in denen die Risse innerhalb einer einzigen Schicht enden, und tiefe Abschnitte, die sich über zwei oder mehr Schichten ausbreiten, enthalten.

Das Verfahren beispielsweise zur Herstellung eines Kolbenringes wird nach stehend im Detail beschrieben. Bei der Herstellung eines Kolbenringes können die üblicherweise für Kolbenringe verwendeten Materialien, beispielsweise ein rostfreier Martensit-Stahl und ein Si-Cr-Stahl als Substrat verwendet werden. Vor der Chromplattierung (Verchromung) wird die Oberfläche des zu einer vor geschriebenen Gestalt geformten Substrats Vorbehandlungen, beispielsweise einem Entfetten, einem Spülen und einem Honen, je nach Bedarf, unterworfen. Beispielsweise umfasst eine Vorbehandlung die Stufen Abwaschen von Fett auf der Substrat-Oberfläche durch den Dampf eines organischen Lösungsmit tels wie Trichlorethylen (Entfetten) und anschließendes Entfernen von Oxiden und dgl. auf der Grenzfläche des Substrats durch Eintauchen des Substrats in Chlorwasserstoffsäure, die auf 30 bis 80°C erhitzt ist, für 15 bis 300 s, wodurch die Substrat-Oberfläche freigelegt wird (Beizen). Anschließend wird durch Auf sprühen einer wässrigen Lösung unter Anwendung eines gleichförmigen Druc kes (2 bis 10 kg/mm²), in der harte Teilchen, beispielsweise Keramik-Teilchen, suspendiert und gelöst sind, auf die gesamte Oberfläche des Substrats die Oberfläche kreppförmig gemacht, um die Haftfestigkeit an dem Plattierungsfilm zu verbessern (Flüssigkeits-Honen).

Nach dieser Vorbehandlung werden eine Plattierungsstufe (eine Stufe mit posi tiver Polarität) und eine Polaritätsumkehrstufe (Ätzstufe) wiederholt auf die Substrat-Grenzfläche (die Substrat-Oberfläche) angewendet zur Bildung von Hartchromplattierungsschichten, die Mikrorisse aufweisen, durch Aufeinander laminieren. Eine saure Chromsäure-Lösung, wie sie üblicherweise verwendet wird, kann als Chromplattierungsbad eingesetzt werden. Das Substrat wird in das Chromplattierungsbad eingetaucht und die Temperatur des Chromplattie rungsbades wird bei 45 bis 75°C gehalten. Durch Anlegen einer Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² für eine Anlegedauer von 10 bis 120 s mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wird ein elektrolytisches Polieren durchgeführt.

Nach Beendigung des elektrolytischen Polierens wird eine unterste Hart chromplattierungsschicht, die der Substrat-Grenzfläche am nächsten liegt, ge bildet. Unmittelbar nach dem elektrolytischen Polieren wird insbesondere die Polarität umgekehrt mit dem Substrat als Kathode und der Gegenstück- Elektrode als Anode und es wird ein Strom unter Bedingungen angelegt, die umfassen eine Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² und eine Anlegedauer von 10 bis 200 min. um eine Abscheidung von Hartchromplattierungsschichten in vor gegebenen Dicken zu bewirken. Dann wird die Polarität innerhalb einer ver hältnismäßig kurzen Umschaltzeit umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wird ein Strom unter solchen Bedingun gen angelegt, die umfassen eine Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² und eine Anlegezeit von 10 bis 200 s, um ein Eluieren der Hartchromplattierungsschich ten zu bewirken, sodass eine vorgegebene Dicke verbleibt (Polaritätsumkehr stufe). In dieser Stufe wird die unterste Hartchromplattierungsschicht gebildet und es ist erforderlich, die Mikrorissbildung innerhalb der untersten Schicht ab zustoppen. Zu diesem Zweck sollte die Umschaltzeit vom Plattieren auf die Polaritätsumkehr verhältnismäßig kurz sein. Wie vorstehend beschrieben, sollte die unterste Schicht des Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilms eines Kolbenringes vorzugsweise die dickste unter den Schichten des Films inner halb eines Bereiches von bis zu 80 µm sein. Unter Berücksichtigung dieser Dicke können Mikrorisse, die eine Breite der Öffnung von bis zu 0,2 µm und eine geeignete Tiefe haben, gebildet werden durch Einstellung der Umschalt zeit von der Plattierungsstufe in die Polaritätsumkehrstufe innerhalb von 100 µs in der Stufe der Bildung der untersten Schicht.

Dann wird eine Hartchromplattierungsschicht, die als Zwischenschicht dient, gebildet. Nach Beendigung der Polaritätsumkehrstufe bei der Bildung der un tersten Schicht wird insbesondere die Polarität erneut umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wird ein Strom bei einer Stromdichte von 30 bis 120 A/dm² bei einer Anlegedauer von 2 bis 100 min angelegt, um eine Abscheidung einer Hartchromplattierungsschicht mit einer vorgegebenen Dicke zu bewirken (Plattierungsstufe). Dann wird die Po larität für eine kurze Umschaltzeit umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wird ein Strom angelegt bei einer Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² und einer Anlegedauer von 10 bis 200 s, um ein Eluieren der Hartchromplattierungsschicht zu bewirken, sodass eine vorge gebene Dicke verbleibt (Polaritätsumkehrstufe).

Wie vorstehend beschrieben, sollte die Zwischenschicht des Mehrschichten- Hartchromplattierungsfilms des Kolbenringes vorzugsweise in einer Dicke von 5,0 bis 30,0 µm gebildet werden. Wenn eine Hartchromplattierungsschicht in einer Dicke dieser Größenordnung gebildet wird, können Mikrorisse, die eine Breite der Öffnung von bis zu 0,2 µm haben und eine Mischung von verhält nismäßig flachen Abschnitten, in denen die Risse innerhalb einer einzelnen Schicht enden, und verhältnismäßig tiefen Abschnitten, in denen die Risse sich über zwei oder mehr Schichten ausbreiten, aufweisen, gebildet werden durch Einstellung der Umschaltzeit von der Plattierungsstufe zu der Polaritätsum kehrstufe innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs.

Die Zwischenschicht unmittelbar auf der untersten Schicht wird gebildet durch diese zweite Plattierungsstufe und die Polaritätsumkehrstufe. Anschließend werden sofort Zwischenschichten in der erforderlichen Anzahl gebildet durch Aufeinanderlaminieren durch Wiederholung der Plattierungsstufe und der Po laritätsumkehrstufe wie bei den vorstehend beschriebenen zweiten Schichten.

Nach der Bildung der Zwischenschichten in der erforderlichen Anzahl wird die äußerste dickste Harz-Chromplattierungsschicht gebildet durch eine finale Plattierungsstufe und Polaritätsumkehrstufe. Nach Beendigung der Polari tätsumkehrstufe für die Bildung der Zwischenschichten wird die Polarität umge kehrt. Mit dem Substrat als Kathode und der Gegenstück-Elektrode als Anode wird ein Strom in einer Stromdichte von 30 bis 120 A/dm² für eine Anlegedauer von 2 bis 200 min angelegt, um eine Abscheidung einer Hartchromplattie rungsschicht in einer vorgegebenen Dicke zu bewirken (Plattierungsstufe). Dann wird die Polarität innerhalb einer kurzen Umschaltzeit umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wird ein Strom in einer Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² für eine Anlegedauer von 10 bis 200 s angelegt, sodass eine Hartchromplattierungsschicht eluiert wird, wo bei eine vorgegebene Dicke zurückbleibt (Polaritätsumkehrstufe). Wie vorste hend beschrieben, sollte die äußerste Schicht des Mehrschichten-Hartchrom plattierungsfilms des Kolbenringes vorzugsweise bis zu einer Dicke von 5 bis 50 µm gebildet werden. Innerhalb dieses Dickenbereiches ist es möglich, Mi krorisse zu bilden, die eine Breite der Öffnung von bis zu 0,2 µm aufweisen und eine Mischung von verhältnismäßig flachen Abschnitten, in denen die Risse innerhalb einer einzigen Schicht enden, und verhältnismäßig tiefen Abschnit ten, in denen die Risse sich über zwei oder mehr Schichten ausbreiten, um fasst, durch Einstellung der Umschaltzeit von der Plattierungsstufe zu der Po laritätsumkehrstufe innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs.

Der Mehrschichten-Hartchromplattierungsfilm wird durch die vorstehend be schriebenen Stufen vervollständigt und es wird ein Chrom-plattierter (ver schromter) Kolbenring erhalten.

Beispiele

Nachstehend werden Beispiele zur Herstellung eines Kolbenringes als ein Chrom-plattiertes (verschromtes) Gleitelement gemäß der vorliegenden Erfin dung und die Bewertungsergebnisse angegeben.

A. Herstellungsbeispiel (1) Herstellung eines erfindungsgemäßen Produkts

Es wurde Si-Cr als Substrat für den Kolbenring verwendet. Das Kolbenring- Substrat wurde durch Verwendung von Trichlorethylen-Dampf entfettet. Dann wurden Oberflächenoxide und dgl. durch Beizen entfernt durch Eintauchen des Substrats in auf 30 bis 80°C erhitzte Chlorwasserstoffsäure für 15 bis 300 s. Danach wurde eine wässrige Lösung, hergestellt durch Suspendieren und Auflösen von harten Teilchen, beispielsweise Keramik-Teilchen, unter Druck (5 kg/mm²) auf die gesamte Oberfläche des Substrats aufgesprüht unter Ausbil dung einer kreppförmigen Oberfläche.

Danach wurde ein bekanntes Fluoridierungsbad als Plattierungsbad hergestellt. Das Kolbenring-Substrat mit seiner kreppförmigen Oberflächen-Gestalt wurde in dieses Plattierungsbad eingetaucht und es wurde ein Strom unter den fol genden Bedingungen angelegt zum elektrolytischen Polieren:

Bedingungen zum elektrolytischen Polieren

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 20 s

Nach dem elektrolytischen Polieren wurde die Polarität umgekehrt. Mit dem Substrat als Kathode und der Gegenstück-Elektrode als Anode wurde eine Plattierungsstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchge führt. Unmittelbar danach wurde die Polarität mit einer Umschaltzeit von 750 µs umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wurde eine Polaritätsumkehrstufe unter den nachstehend angegebe nen Bedingungen durchgeführt, wodurch eine unterste Hartchromplattierungs schicht gebildet wurde:

Plattierungsstufe zur Bildung der untersten Schicht

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 30 min

Polaritätsumkehrstufe zur Bildung der untersten Schicht

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 90 s

Dann wurde die Polarität erneut umgekehrt. Mit dem Substrat als Kathode und der Gegenstück-Elektrode als Anode wurde die Plattierungsstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt. Unmittelbar danach wurde die Polarität mit einer Umschaltzeit von 750 µs umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wurde die Po laritätsumkehrstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durch geführt zur Bildung einer Hartchromplattierungsschicht, die als erste Zwischen schicht diente. Die Plattierungsstufe und die Polaritätsumkehrstufe zur Herstel lung der ersten Zwischenschicht wurden 10 mal wiederholt zur Bildung von 11 Zwischenschichten einschließlich der ersten Zwischenschicht.

Plattierungsstufe zur Herstellung der Zwischenschichten

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 15 min

Polaritätsumkehrstufe zur Herstellung der Zwischenschichten

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 90 s

Anschließend wurde die Polarität erneut umgekehrt. Mit dem Substrat als Ka thode und der Gegenstück-Elektrode als Anode wurde die Plattierungsstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt. Unmittelbar danach wurde die Polarität mit einer Umschaltzeit von 750 µs umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wurde die Polaritätsumkehrstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt zur Bildung einer äußersten Hartchromplattierungsschicht.

Plattierungsstufe zur Bildung der äußersten Schicht

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 20 min

Polaritätsumkehrstufe zur Bildung der äußersten Schicht

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 60 s

2. Herstellung eines konventionellen Produkts

Es wurde wie in dem oben genannten Fall der Herstellung des erfindungsge mäßen Produkts Si-Cr als Kolbenring-Substrat verwendet. Die Substrat- Oberfläche wurde zu einem kreppförmigen Finish bearbeitet durch Anwendung einer Entfettung, einer Beizung und einer Flüssigkeits-Honung auf das Kolben ring-Substrat unter Anwendung der gleichen Verfahren wie im Falle der Herstel lung des erfindungsgemäßen Produkts.

Dann wurde das Kolbenring-Substrat in ein Plattierungsbad mit der gleichen Zusammensetzung wie es zur Herstellung des oben genannten erfindungsge mäßen Produkts verwendet worden war, eingetaucht und es wurde ein elektro lytisches Polieren unter den gleichen Bedingungen wie bei dem erfindungsge mäßen Produkt durchgeführt. Anschließend wurde die Polarität umgekehrt. Mit dem Substrat als Kathode und der Gegenstück-Elektrode als Anode wurde ei ne Plattierungsstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt. Unmittelbar nach dem Plattieren wurde die Polarität mit einer Umschaltzeit von 1500 µs umgekehrt.

Mit dem Substrat als Anode und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wurde eine Polaritätsumkehrstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt zur Bildung eines Einzelschicht-Hartchromplattierungsfilms.

Plattierungsstufe zur Herstellung eines konventionellen Produkts

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 15 min

Polaritätsumkehrstufe zur Herstellung eines konventionellen Produkts

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 90 s

3. Herstellung von Vergleichsprodukten 1 bis 4

Durch Anwendung des gleichen Herstellungsverfahrens wie bei dem erfin dungsgemäßen Produkt wurden Plattierungs-Bedingungen, welche die Bildung von Filmen erlaubten, wie in der folgenden Tabelle 1 angegeben eingestellt, und es wurden Vergleichsprodukte 1 bis 4 hergestellt.

B. Bewertungsverfahren (1) Verschleißtest

Es wurde eine Amsler-Verschleißtest-Einrichtung verwendet. Ein hergestellter Kolbenring wurde fixiert. Im wesentlichen eine Hälfte eines rotierenden Teils, das als Gegenstück-Element diente, wurde in ein Öl eingetaucht und mit dem fixierten Stück in Kontakt gebracht, während eine Belastung angelegt wurde. Unter den nachstehend angegeben Bedingungen wurde ein Test durchgeführt und der Grad des Verschleißes (Abriebsmenge: µm) wurde bestimmt mit einem Stufenprofil mittels eines Rauhigkeitsmessers.

Verschleißtest-Bedingungen

Gegenstück-Element: FC25 (Härte (HRB): 98)
Schmiermittel: Turbinenöl (#100)
Öltemperatur: 80°C
Umfangs-Rotationsgeschwindigkeit: 1 m/s (478 Upm)
Belastung: 80 kg
Dauer: 7 h

(2) Festfress-Test

Es wurde eine Amsler-Verschleißtest-Einrichtung verwendet. Als fixiertes Teil wurde ein hergestellter Kolbenring verwendet. Es wurde Öl auf ein rotierendes Teil aufgebracht, das als Gegenstück-Element diente, und das rotierende Teil wurde mit dem fixierten Teil in Kontakt gebracht, während eine Belastung ange legt wurde. Die Belastung wurde linear und kontinuierlich mit einer Geschwin digkeit von 10 kg/min unter den nachstehend angegeben Bedingungen erhöht und die Belastung beim Auftreten eines Festfressens und ein Belastungssignal wurden verwendet als Festfress-Beständigkeits-Belastung (kg) des getesteten Stückes.

Festfressen-Testbedingungen

Gegenstück-Element: FC25 (HRB: 98)
Schmiermittel: Spindelöl #2
Öltmperatur: so wie es vorlag
Umfang-Rotationsgeschwindigkeit: 1 m/s (478 Upm)

(3) Ermüdungsbeständigkeitstest

Es wurde eine Ermüdungs-Testeinrichtung vom echten Ring-Typ verwendet. Der Test wurde 10⁷ mal mit einer Wiederholungs-Geschwindigkeit von 2000 Cyclen/min wiederholt, während eine vorgeschriebene Belastung auf den Ring einwirkte. Nach einem 10⁷-fachen Durchgang unter der vorgeschriebenen Be lastung wurde die Belastung erhöht und der Test wurde 10⁷ mal wiederholt. Die höchste Belastung mit einem 10⁷-fachen Durchgang wurde als Ermüdungsfe stigkeit (kg) des getesteten Elements angenommen.

(4) Test zur Bestimmung der Filmschlagfestigkeit

Es wurde eine Original-Schlagfestigkeitstest-Einrichtung der Firma verwendet. Die Schlagenergie einer vorgeschriebenen Belastung wurde angewendet, bis eine Ablösung des Plattierungsfilms durch das Auftreffen der Ringkante unter 45° des getesteten Elements bei einem Hub von 1,5 mm auftrat und die Anzahl der Aufschläge bis zum Auftreten der Ablösung wurde gezählt.

C: Ergebnisse

(1) Konfiguration des getesteten Elements, wie in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

(2) Die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle 2 angegeben durch Exponentialisierung mit dem gemessenen Wert für das konventionelle Produkt als 100.

Tabelle 2

Das erfindungsgemäße Chrom-plattierte Gleitelement weist einen Mehrschich ten-Hartchromplattierungsfilm aus zwei oder mehr aufeinanderlaminierten Hartchromplattierungsschichten auf und Mikrorisse, die sich zur Seite der äu ßeren Oberfläche der einzelnen Chromplattierungsschichten hin öffnen, sind in allen Hartchromplattierungsschichten vorgesehen. Daher ist der Einker bungseffekt, der durch das Gleiten verursacht wird, durch die äußerste Schicht ausgeschaltet und er beeinflusst nicht die in den darunterliegenden Schichten vorhandenen Mikrorisse, was zu einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Ermüdung führt und eine Verschlechterung des Films oder einem Bruch des Gleitelements selbst erschwert. Selbst bei der Abnahme der freien Poren der Mikrorisse, die sich zu der Oberfläche hin öffnen, als Folge des Abriebs (Verschleißes) der äußersten Schicht, treten neue Mikrorisse auf, wenn die darunterliegende Schicht freigelegt wird nach dem vollständigen Verschwinden der äußersten Schicht durch den Abrieb, wodurch eine Erholung des aus gezeichneten Ölrückhaltevermögens gewährleistet ist.

In dem erfindungsgemäßen Chrom-plattierten Gleitelement umfassen die Mik rorisse der einzelnen Hartchromplattierungsschichten, die den Mehrschichten- Hartchromplattierungsfilm aufbauen, verhältnismäßig flache Abschnitte, deren Böden innerhalb einer die Öffnungen der Risse enthaltenden Schicht enden, und tiefe Abschnitte, in denen die Risse durchlaufen, bis sie eine Schicht er reichen, die tiefer liegt als die die Öffnungen der Risse enthaltenden Schicht. Daher gibt es selbst in dem Bereich unmittelbar vor dem Übergang von einer oberen Hartchromplattierungsschicht zu einer darunterliegenden Schicht freie Poren von Mikrorissen. Dies verhindert eine periodische Abnahme des Ölauf nahmevermögens oder die Abnahme des Ölaufnahmevermögens ist, falls eine solche überhaupt auftritt, gering. Als Folge davon sind eine stabile Verschleiß festigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen bei der Langzeit-Verwendung gewährleistet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Chrom- plattierten Gleitelementes ist es möglich, ein Chrom-plattiertes Gleitelement herzustellen, das die vorstehend beschriebenen ausgezeichneten Gleiteigen schaften aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforder lich, absichtlich Oberflächen-Unregelmäßigkeiten zu erzeugen, um den Chromplattierungsfilm auf der Substrat-Grenzfläche zu wölben, wodurch eine Vereinfachung des Verfahrens zur Behandlung der Oberfläche des Substrats möglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man insbesondere einen Chrom- plattierten Kolbenring mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, Bestän digkeit gegen Festfressen und Beständigkeit gegen Ermüden. Der Chrom-plat tierte Kolbenring, auf den die Erfindung angewendet wird, ist bei niedrigen Kosten verfügbar und weist ein Leistungsvermögen auf, das demjenigen eines konventionellen Chrom-plattierten Kolbenringes überlegen ist, wodurch einer Verbesserung der Leistung eines Verbrennungsmotors mittlerer Qualität wegen des Gleichgewichts mit wirtschaftlichen Vorteilen erzielt werden kann.

Auf die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000- 300449, eingereicht am 29. September 2000, welche die Beschreibung, die Patentansprüche, Zeichnungen und eine Zusammenfassung umfasst, wird hier ausdrücklich Bezug genommen.

Claims

1. Chrom-plattiertes (verchromtes) Gleitelement, das einen Hartchromplat tierungsfilm aufweist, der mindestens zwei Hartchromplattierungsschichten umfasst und auf der Grenzfläche zu einem Substrat vorgesehen ist, wobei
Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der genannten Hart chromplattierungsschichten hin öffnen, in den einzelnen Hartchromplattierung sschichten verteilt sind;
jeder der Mikrorisse in jeder Hartchromplattierungsschicht Abschnitte, in denen die Risse innerhalb einer die Öffnungen der Risse enthaltenden Schicht enden, und Abschnitte, in denen die Risse sich in die Hartchromplattierungsschicht unterhalb der die Risse der Öffnungen enthaltenden Schicht, bezogen auf die Richtung der Tiefe, erstrecken, umfasst; und
die Mengen der Mikrorisse, ausgedrückt durch die Flächenanteile der Mik rorisse in einem Querschnitt des genannten Hartchromplattierungsfilms umfas sen eine Menge der Abschnitte, in denen die Risse innerhalb der die Öffnun gen der Risse enthaltenden Schicht enden, in einem Bereich von 1,5 bis 35,0% und eine Menge der Abschnitte, in denen die Risse sich in die Hartchrom plattierungsschicht unterhalb der Schicht, welche die Öffnungen der Risse ent hält, hinein erstrecken, in einem Bereich von 0,5 bis 25,0%, umfassen, wobei die Gesamtmenge der Mikrorisse in einem Bereich von 2,0 bis 40,0% liegt.

2. Chrom-plattiertes Gleitelement nach Anspruch 1, worin die Dicke der einzelnen Chromplattierungsschichten innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 30,0 µm liegt und die Breite der Öffnung der genannten Mikrorisse bis zu 0,2 µm beträgt.

3. Chrom-plattiertes Gleitelement nach Anspruch 1, worin die Dicke der äußersten Hartchromplattierungsschicht größer ist als die Dicke der übrigen Hartchromplattierungsschichten in dem genannten Hartchromplattierungsfilm und innerhalb eines Bereiches von bis zu 50 µm liegt; die Dicke der übrigen Hartchromplattierungsschichten innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 30,0 µm liegt und die Breite der Öffnung der Mikrorisse in den einzelnen Schichten ein schließlich der äußersten Hartchromplattierungsschicht bis zu 0,2 µm beträgt.

4. Chrom-plattiertes Gleitelement nach Anspruch 1, worin der genannte Hartchromplattierungsfilm drei oder mehr Hartchromplattierungsschichten um fasst; die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, in dem Hartchromplattierungsfilm am größten ist und innerhalb eines Bereiches von bis zu 80 µm liegt; die Dicke der äußersten Hartchromplattierungsschicht die nächst-größte ist, verglichen mit der Hart chromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat in dem Hart chromplattierungsfilm am nächsten liegt, und innerhalb eines Bereiches von bis zu 50 µm liegt; die Dicke der übrigen Hartchromplattierungsschichten innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 30,0 µm liegt; und die Breite der Öffnung der Mi krorisse in den Schichten einschließlich der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, und der äußersten Hart chromplattierungsschicht bis zu 0,2 µm beträgt.

5. Chrom-plattiertes Gleitelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das genannte Element ein Kolbenring ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Chrom-plattierten (verchromten) Gleitelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das umfasst eine Hart chromplattierungsstufe zur Hartchromplattierung der Grenzfläche zu einem Substrat durch Verwendung eines Chromplattierungsbades, eine anschließen de Ätzstufe durch Umkehr der Polarität über eine Zeitspanne innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs und die mindestens einmalige Wiederholung der genannten Hartchromplattierungsstufe und der genannten Ätzstufe zur Bil dung eines Hartchromplattierungsfilms, der mindestens zwei Hartchromplattie rungsschichten umfasst.

7. Verfahren zur Herstellung eines Chrom-plattierten Gleitelements nach Anspruch 6, das die Stufen umfasst:
Bildung einer Hartchromplattierungsschicht die der Grenzfläche zu einem Substrat am nächsten liegt, durch Anwendung einer Hartchromplattierungsstu fe auf die Grenzfläche zu dem Substrat mittels eines Chromplattierungsbades und anschließende Durchführung einer Ätzung durch Polaritätsumkehr inner halb einer Zeitspanne von weniger als 100 µs;
Bildung einer Hartchromplattierungsschicht, die als Zwischenschicht dient, durch erneute Anwendung einer Hartchromplattierungsstufe auf die Hart chromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, durch Polaritätsumkehr über eine Zeitspanne innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs; und
Bildung von Zwischenschichten und der äußersten Hartchromplattierungs schicht in der erforderlichen Anzahl durch mindestens einmalige Wiederholung der Hartchromplattierungsstufe zur Bildung der genannten Hartchromplattie rungs-Zwischenschicht und der Ätzstufe.