DE10147659C2

DE10147659C2 - Gleitelement mit elektrolytisch aufgebrachter Hartchromplattierung, dessen Verwendung und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10147659C2
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: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: DE10147659A1; JP2002106716A; KR20020025826A; SE523385C2; KR100456444B1; JP4059621B2; US20020060159A1; US6596410B2; SE0103208L; SE0103208D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gleitelement, mit Hartchromplattie rung, die auf einer Gleitoberfläche derselben aufgebracht ist.

Gleitelemente, wie z. B. ein Kolbenring für einen Verbrennungsmotor, eine Zylinder laufbuchse, die daran entlanggleitet, ein Kipphebel und eine Nockenwelle, dürfen keine Festfressneigung aufweisen und sollen verschleißfest in dem Gleitelement selbst und nicht aggressiv gegenüber dem Gegenstück-Element sein. Um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, ist es übliche Praxis, eine Hartchromplattierung mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit auf die Oberfläche eines Gleitele ments, insbesondere auf die äußere Umfangsoberfläche eines Kolbenringes, aufzu bringen.

Das einfache Aufbringen einer Chromplattierung allein auf das Substrat des Kolben ringes führt jedoch nicht zu einer ausreichenden Beständigkeit gegen Festfressen, weil die Hartchromplattierung ein geringes Ölrückhaltevermögen aufweist. Eine übliche Gegenmaßnahme gegen dieses Problem besteht darin, eine Reihe von ma schenförmigen Mikrorissen auf der Oberfläche der Chromplattierung durch Auf bringen einer Chromplattierung zu erzeugen und dann in dem gleichen Chromplat tierungsbad eine Ätzung durchzuführen durch Anwendung einer Polaritätsumkehr- Behandlung. Diese Mikrorisse dienen als Schmiermittel-Sümpfe, wodurch das Öl rückhaltevermögen der Hartchromplattierung verbessert und eine ausgezeichnete Beständigkeit des chromplattierten Gleitelements gegen Festfressen erzielt werden.

Neuerdings sind jedoch die Anforderungen an einen niedrigeren Treibstoffverbrauch 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 Verbrennungsmotoren heutzutage nicht mehr den Anforderungen in bezug auf Verschleißfestigkeit, Beständigkeit gegen Festfressen und Ermüdungsbeständigkeit, selbst wenn sie eine Hartchromplattie rung, die Mikrorisse aufweist, tragen. Insbesondere werden in der Hartchromplat tierung des Kolbenringes durch die Polaritätsumkehr-Behandlung des Films Mikro risse mit einem V-förmigen Querschnitt gebildet. Als Folge davon weist die Hart chromplattierung anfänglich zwar ein ausreichendes Ölrückhaltevermögen auf. Da jedoch die Dicke mit fortschreitendem Verschleiß (Abrieb) abnimmt, werden die Öff nungsfläche und das gesamte Hohlraumvolumen der Mikrorisse kleiner, was zu ei ner Verschlechterung des Ölrückhaltevermögens und zu einem Mangel an Bestän digkeit gegen Festfressen führt. Wenn der verchromte Kolbenring in dem Zylinder gleitet, so kommt es zu Spannungsspitzen, die ihren Ausgangspunkt in den Böden der V-förmigen Risse (Kerben) haben, wodurch eine Kerbwirkung und eine beschleunigte Ausbreitung der Risse hervorgerufen werden. Dies führt zu ei ner Beeinträchtigung der Plattierung 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 auf der Gleitoberfläche eines kationisch gestalteten Gleitelements, an schließende Bildung einer Hartchromplattierungs-Dünnfilmschicht, die Mikrorisse aufweist, durch Erzeugung eines geringfügigen Wachstums der Mikrorisse durch einen nachfolgenden Polwechsel und Versiegelung der Öffnungen der Mikrorisse in einer darunterliegenden Schicht mit einer darüberliegenden Schicht, die als Hartchromplattierungs-Dünnfilmschicht dient, Wiederholung dieser positiven Polung und des Polwechsels und dadurch Bildung einer Hartchromplattierung, die viele Poren von Mikrorissen, unabhängig von der Herstellung der Plattierung, aufweist (vgl. die ungeprüfte japanische Patentpublikation Nr. 10-53881).

Bei der Hartchromplattierungsschicht dieses Vorschlags erreicht der Kerbeffekt, der durch den Gleitvorgang hervorgerufen wird, erst dann die Mikrorisse der unters ten Schicht, wenn die unterste Hartchromplattierungsschicht als Folge des Fort schreitens des Verschleißes der Hartchromplattierung freigelegt wird, wodurch die Beständigkeit gegen Ermüdung verbessert wird. Obgleich in beiden Fällen die Mik rorisse einen V-förmigen Querschnitt 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 Hohlraumvolu men mit fortschreitendem Verschleiß abnehmen, immer dann neue Mikrorisse sicht bar, wenn die darunterliegende Hartchromplattierungsschicht freigelegt wird, und das Ölrückhaltevermögen wird beibehalten.

Aber auch in einer Hartchromplattierung, die Mikrorisse aufweist, die unabhängig von der Filmbildungsrichtung sind, wie beispielsweise in der ungeprüften japani schen 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 Mikroriss-Porengruppe endet innerhalb der Hartchromplattierungsschicht, in der diese selbst sich öffnet. In dem Film sind deshalb die freien Mikroriss-Porengruppen parallel entlang der Richtung, in der sich die Hartchromplattierungsschichten erstrecken, verteilt. Es treten periodisch Berei che auf, in denen eine freie Mikroriss-Porengruppe in der Filmwachstumsrichtung nicht vorhanden ist. In diesem Fall nehmen die Verschleißfestigkeit und die Bestän digkeit gegen Festfressen periodisch ab zusammen mit dem Fortschreiten des Ver schleißes des Hartchromplattierungsfilms.

Als eine Lösung dieses Problems wird in der oben genannten ungeprüften japani schen Patentpublikation Nr. 10-53881 ein Verfahren beschrieben, das die Stufen Bildung einer Hartchromplattierungsschicht mit einer wellenförmigen Schwellung in einer ebenen Schicht durch Abscheiden einer Schicht nach der Erzeugung geeig neter Oberflächen-Unregelmäßigkeiten durch Honen oder dgl. auf der Gleitoberflä che des Gleitelements, Bildung von Mikrorissen durch einen Polwechsel und an schließende Wiederholung der Abscheidungs- und Polwechsel umfasst. Bei einer nach diesem Verfahren hergestellten Mehrschichten-Hartchromplattierung sind die freien Mikroriss-Porengruppen in Form von wellenförmigen Schwellungen entspre chend der Wölbung der Schichten verteilt. Beim Fortschreiten des Verschleißes (Abriebs) der Hartchromplattierung treten deshalb stets Mikrorisse in gleichförmiger Verteilung auf der Oberfläche des Films auf.

Um die Hartchromplattierungsschichten nach jenem Verfahren zu wölben, ist es je doch erforderlich, das Ausmaß der Oberflächen-Unregelmäßigkeiten an der Grenz fläche gegenüber dem zu beschichteten Substrat durch eine Oberflächenbehand lung, beispielsweise durch Honen, zu steuern. Selbst wenn geeignete Oberflächen- Unregelmäßigkeiten durch Anwendung einer Oberflächenbehandlung, z. B. durch Honen, auf der Grenzfläche zu dem Substrat des Gleitelements erzeugt werden, wird die Wölbung zusammen mit dem Wachsen und der Vervielfältigung der Hart chromplattierungsschichten geringer und die Hartchromplattierungsschicht in der Nähe der Oberfläche ist verhältnismäßig eben, wodurch es unmöglich wird, eine pe riodische Abnahme der Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Festfres sen vollständig zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt im Hinblick auf die Umstände, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, und eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verchromtes Gleitelement bereitzustellen, das die Verhinderung einer periodischen Abnahme der Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Fest fressen auch ohne absichtliche Erzeugung einer Schwellung der Mehrschichten- Hartchromplattierung erlaubt bei gleichzeitiger wirksamer Nutzung einer Chrom plattierung, die üblicherweise zu geringen Herstellungskosten verfügbar ist.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein verchromtes Gleitelement zur Verfügung zu stellen, das die Verhinderung einer periodischen Abnahme der Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Fest fressen einer mehrschichtigen Chromplattierung erlaubt, ohne dass es erforder lich ist, absichtlich Oberflächen-Unregelmäßigkeiten auf der Grenzfläche zu dem Substrat zu erzeugen.

Die oben erstgenannte Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Die oben zweitgenannte Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 6 gelöst.

Im Rahmen der Erfindung ist "Plattieren" im Sinne von "elektrolytischem Ab scheiden" zu verstehen.

In dem erfindungsgemäßen verchromten Gleitelement weisen die Mikrorisse der einzelnen Hartchromplattierungsschichten, die die mehrschichtige Hartchromplat tierung bilden, verhältnismäßig flache Abschnitte, in denen ihre Böden in der Schicht enden, die ihre Öffnungen aufweist, 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 ei nem Bereich unmittelbar vor dem Übergang von einer oberen Schicht zu einer unte ren Schicht der einzelnen Hartchromplattierungsschichten vorhanden. Eine periodi sche Abnahme des Ölaufnahmevermögens tritt deshalb nicht auf oder das Auftreten derselben führt, wenn überhaupt, nur zu einer geringen Abnahme des Ölrückhalte vermögens. Eine stabile Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen sind für eine lange Zeitspanne stets gewährleistet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines verchromten Gleit elements ist es möglich, das verchromte Gleitelement so herzustellen, dass es ein ausgezeichnetes Gleitvermögen, wie vorstehend beschrieben, aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, absichtlich Oberflächen- Unregelmäßigkeiten zu erzeugen, um die Chromplattierung auf der Grenzfläche gegenüber dem Substrat zu wölben, wodurch eine Vereinfachung der Oberflächen behandlungsstufen des Substrats möglich ist.

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

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht, die in schematischer Form den Aufbau einer Chromplattierung für ein typisches erfindungsgemäßes verchromtes Gleitelement erläutert.

Das erfindungsgemäße verchromte Gleitelement weist eine Hartchromplattierung auf, die mindestens zwei Hartchromplattierungsschichten umfasst und auf einer Flä che 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 Hartchromplattierungs schichten verteilt sind; wobei jeder der Mikrorisse in jeder Hartchromplattierungs schicht umfasst einen Abschnitt, in dem der Riss innerhalb einer Schicht, welche die Rissöffnung enthält, endet, und einen Abschnitt, in dem sich der Riss fortpflanzt in die Hartchromplattierungsschicht, 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 Quer schnitt des Hartchromplattierungsfilms, umfassen eine Menge des Abschnitts, 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 ent hält, 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 verchromte Gleitelement ist allgemein verwendbar für alle Gleitelemente. Beispielsweise ist es verwendbar für den äußeren Umfang eines Kolbenringes, den inneren Umfang einer Zylinderlaufbuchse, für eine Gleitoberflä che eines Kipphebels, den äußeren Umfang einer Nockenwelle und einen Lagerzapfen-Abschnitt und unter anderem ist es zweckmäßig verwendbar für einen Kolben ring.

Die Fig. 1 erläutert in schematischer Form einen Querschnitt eines typischen erfin dungsgemäßen verchromten Gleitelements. In diesem Gleitelement 101 ist eine Hartchromplattierung, die ein Laminat aus vier Hartchromplattierungsschichten (2, 3, 4 und 5) umfasst, auf die Gleitoberfläche des Substrats 1 des Gleitelements auf gebracht. Mikrorisse, die sich auf die Seite der äußeren Oberfläche der Hartchrom plattierungsschichten 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 Grenzfläche 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 äu ßeren Oberfläche der dritten Chromplattierungsschicht 4 hin öffnen, die darauf auf laminiert 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 Hartchromplattierungsfilm gleichmäßig verteilt sein.

Mikrorisse, die einen V-förmigen Querschnitt haben, sind in Form eines Maschengit ters in allen Hartchromplattierungsschichten vorgesehen. Die einzelnen kontinuierli chen 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 Mik rorissen eingemischt sein. Die von dem Rissboden erreichte Tiefe ist von Ort zu Ort verschieden selbst unter den einzelnen Mikrorissen auf der Hartchromplattierungs schicht-Oberfläche. Unabhängige Mikrorisse 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 Hartchromplattie rungsschichten 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 Ab schnitte 6b und 6c, in denen die Risse sogar das Innere der Hartchromplattierungs schicht, die unterhalb der die Rissöffnungen 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 Schich ten 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 Mikro rissen, die sich zu der darunterliegenden Schicht hin öffnen.

Bei dem erfindungsgemäßen verchromten Gleitelement wird die Chromplattierung gebildet durch Aufeinanderlaminieren von zwei oder mehr Hartchromplattierungs schichten, die Mikrorisse aufweisen. Die Öffnungen der Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche (zur Seite der gleitenden Oberfläche) der Hartchromplattie rungsschichten hin öffnen, sind daher versiegelt (abgedichtet) durch die darüberlie gende Hartchromplattierungsschicht. Als Folge davon sind, obgleich der oben ge nannte Einkerbungseffekt, der auf das erfindungsgemäße verchromte Gleitelement einwirkt, die Mikrorisse beeinflusst, die sich zu der äußersten Hartchromplattie rungsschicht hin öffnen, die Mikrorisse, die sich zu der darunterliegenden Hart chromplattierungsschicht hin öffnen, bedeckt von und geschützt durch die darüber liegende Hartchromplattierungsschicht, sodass die zuletzt genannten Mikrorisse erst dann durch den Kerbeffekt beeinflusst werden, wenn die darüberliegende Schicht als Folge der Abnutzung (des Verschleißes) verschwindet. Deshalb ist die Hart chromplattierung des erfindungsgemäßen Gleitelements kaum empfindlich für das Fortschreiten von Mikrorissen, die durch den Kerbeffekt hervorgerufen werden, es weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Ermüdung auf und leidet kaum unter einer Beeinträchtigung (Verschlechterung) des Films oder unter einem Bruch des Gleitelements.

In dem erfindungsgemäßen Gleitelement weisen die in allen Hartchromplattierungs schichten 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 Öffnungsfläche und das Volumen der offenen Poren der Mik rorisse in der durch das Symbol b angezeigten Tiefe kleiner als diejenigen in der durch das Symbol a angezeigten Tiefe. Wenn jedoch eine darüberliegende Hart chromplattierungsschicht durch die Abnutzung vollständig verschwindet, werden vie le neue Mikrorisse freigelegt, die sich zu einer darunterliegenden Schicht hin öffnen. Die Öffnungsfläche und das Volumen der offenen Poren der Mikrorisse nehmen wieder zu, sodass ein ausgezeichnetes Ölrückhaltevermögen wieder zurückgewon nen wird. So sind beispielsweise die Öffnungsfläche und das Volumen 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 Gleitelement enthalten ferner die Mikrorisse der einzel nen Hartchromplattierungsschichten Abschnitte, die bis zum Innern der Hartchrom plattierungsschicht durchlaufen, die unterhalb der die Öffnungen der Risse enthal tenden Schicht in Richtung der Tiefe liegt. Deshalb sind selbst in einer Tiefe unmit telbar vor der Freilegung einer darunterliegenden Hartchromplattierungsschicht als Folge der Abnahme der darüberliegenden Hartchromplattierungsschicht, hervorgerufen durch die Abnutzung (den Verschleiß), noch Mikrorisse in einer ausreichenden Menge vorhanden. So gibt es beispielsweise selbst in einer Tiefe der Hartchromplattierung, die durch das Symbol c angezeigt wird, noch offene Poren der Mikrorisse, dargestellt durch die Bezugsziffern 6b und 6c. Das erfindungsgemäße Gleitelement leidet daher niemals an einer periodischen Abnahme des Ölrückhaltevermögens, auch nicht beim Fortschreiten des Verschleißes (der Abnutzung) der Hartchromplattierung, oder eine solche Abnahme weist, falls sie überhaupt auftritt, nur einen geringen Variations-Bereich auf, sodass es eine konstante Verschleißfestig keit und eine konstante Beständigkeit gegen Festfressen aufweist.

Die Menge der Mikrorisse, ausgedrückt durch den Flächenanteil der Mikrorisse über einen Querschnitt in Richtung der Dicke der Hartchromplattierung, sollte so einge stellt werden, dass die Abschnitte, in denen die Risse in der die Rissöffnungen ent haltenden Schicht enden, in einem Bereich von 1,5 bis 35,0% liegen, die Abschnit te, in denen die Risse durchlaufen bis ins Innere der Hartchromplattierungsschicht, die unterhalb der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht liegt, in einem Bereich von 0,5 bis 25,0% liegen und die Gesamtmenge der Mikrorisse innerhalb eines Berei ches von 2,0 bis 40,0% liegt. Um das Variieren des Ölrückhaltevermögens in Ab hängigkeit von der Filmtiefe zu verringern unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung ei nes ausreichenden Ölrückhaltevermögens und einer ausreichenden Festigkeit des Films als Ganzem ist es erforderlich, die Aufteilungsmengen der Mikrorisse inner halb der oben genannten Bereiche einzustellen.

Die Aufteilungsmengen der Mikrorisse in der Hartchromplattierungsschicht werden innerhalb der oben genannten Bereiche in geeigneter Weise eingestellt. Wenn kei ne speziellen Umstände vorliegen, sollten die Abschnitte, in denen die Risse in der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht enden, vorzugsweise innerhalb eines Berei ches 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 vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 15,0% liegen und die Gesamtmenge der Mikrorisse sollte vorzugsweise inner halb eines Bereiches von 2,0 bis 25,0% liegen.

Wenn die Abschnitte, in denen die Mikrorisse in der Hartchromplattierungsschicht, welche ihre Öffnungen enthält, angeordnet sind, ausgedrückt durch den oben ge nannten 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 Hart chromplattierungsschicht, wenn der Mangel an begrenzten Mikrorissen innerhalb einer Schicht zurückzuführen ist auf Mikrorisse, die über zwei oder mehr Schichten durchlaufen. In diesem Fall besteht die Neigung, dass leicht eine Fortpflanzung der Risse auftritt und dadurch eine Beeinträchtigung des Hartchromplattierungsfilms und eine Abnahme der Bruchbeständigkeit hervorgerufen werden.

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

Wenn der Querschnittsflächenanteil der Abschnitte, in denen die Mikrorisse durch laufen, bis sie das Innere der Hartchromplattierungsschicht erreichen, die unterhalb der die Rissöffnungen enthaltenden Schicht liegt, bei unter 0,5% liegt, wird die Ver änderung des Ölrückhaltevermögens in Abhängigkeit von der Filmtiefe größer. Wenn der Querschnittsflächenanteil der Abschnitte, in denen die Mikrorisse durch laufen, 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 darunterliegende Hartchromplattierungs schicht. Dies führt dazu, dass die Risse sich leicht weiter ausbreiten, wodurch eine Beeinträchtigung des Hartchromplattierungsfilms und eine Abnahme der Bruchbe ständigkeit hervorgerufen werden.

Wenn die Gesamtmenge der Abschnitte, welche die Mikrorisse auf eine Schicht be grenzen, und der Abschnitte, die zwei oder mehr Schichten umfassen, unter 2,0% liegt, besteht ein Mangel an freien Poren für das Zurückhalten von Schmiermittel, was zu einem schlechteren Ölrückhaltevermögen führt. Wenn andererseits die Ge samtmenge mehr als 40,0% beträgt, besteht eine ausgeprägtere Neigung zu einer Beeinträchtigung des Hartchromplattierungsfilms, was zu einer unzureichenden Fes tigkeit des Films führt.

Die Dicke der einzelnen Schichten, die die Hartchromplattierung aufbauen und die Breite der Öffnung der Mikrorisse in den einzelnen Schichten werden in geeigneter Weise eingestellt durch Berücksichtigung der Art und des Verwendungszweckes des Gleitelements, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird. Wenn die Erfin dung auf einen Kolbenring angewendet wird, kann die Menge der Abschnitte, in de nen Mikrorisse lokal in einer Hartchromplattierungsschicht vorhanden sind, die ihre Öffnungen enthält, und der Abschnitte, in denen die Mikrorisse durchlaufen bis zum Erreichen des Innern der Hartchromplattierungsschicht, die unterhalb der die Öff nungen der Risse enthaltenden Schicht liegt, innerhalb der oben genannten Berei che eingestellt werden unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer guten Ausgewo genheit in bezug auf verschiedene Leistungsanforderungen für den Kolbenring durch Einstellung der Dicke der Hartchromplattierungsschichten, die die Hart chromplattierung 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. "Breite der Öffnung der Mikrorisse von bis zu 2,0 µm" bedeutet, dass die Breite der Öffnung im wesentlichen aller Mikrorisse maximal 0,2 µm beträgt; dass es folglich keinen Mikroriss mit einer Breite der Öffnung von mehr als 0,2 µm gibt oder dass die Breite einer Öffnung von mehr als 0,2 µm, falls vor handen, keinen nachteiligen Einfluss auf die Eigenschaften des Gleitelements aus übt und daher vernachlässigbar ist.

In diesem Fall sollte die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die als Zwischen schicht 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 Hartchromplattierungsschicht, die als Zwischenschicht dient, und sie sollte vorzugsweise bis zu 50 µm betragen. Die äu ßerste Hartchromplattierungsschicht sollte vorzugsweise 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 betra gen.

Eine Deformation des verchromten Gleitelements, die durch die Gleitreibung ver ursacht wird, kann verhindert werden durch die Steifheit eines Abschnitts der Hart chromplattierung 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 Hart chromplattierungsschicht dicker macht als die Zwischenschicht, um die Steifheit die ses Abschnitts zu erhöhen. Wenn die Dicke der äußersten Hartchromplattierungs schicht geringer ist als diejenige der Hartchromplattierungsschicht, die als Zwi schenschicht dient, weist der Abschnitt des Films in der Nähe der Oberfläche nur eine unzureichende Steifheit auf. Wenn die Dicke der äußersten Hartchromplattie rungsschicht mehr als 50 µm beträgt, ist die durch die Gleitreibung verursachte De formation auf den äußersten Abschnitt beschränkt und es ist kein Effekt in bezug auf eine Absorption der Verlagerung durch den gesamten Film einschließlich der Zwischenschicht zu beachten.

Wenn die Hartchromplattierung drei oder mehr Schichten umfasst, ist es zweck mäßig, die Dicke der äußersten Schicht und der Zwischenschicht innerhalb der oben genannten Bereiche einzustellen und die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, 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 ausgebildet und die äußerste Plattierungs schicht 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 Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, kann verringert werden und ihre Breite kann gerin ger gemacht werden durch Ausbildung dieser Hartchromplattierungsschicht in einer großen Dicke, wodurch die Steifheit der Hartchromplattierung insgesamt verbes sert wird. Die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, wird größer gemacht als die Dicke der äußersten Hart chromplattierungsschicht, um ein Gleichgewicht zwischen der Steifheit der äußers ten Hartchromplattierungsschicht und der Zähigkeit der Zwischenschicht einzustel len, um eine Verlagerung 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 keine wirksame Verhinderung der Verlagerung in der Nähe der Grenzfläche zu dem Substrat gege ben. Wenn die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, mehr als 80,0 µm beträgt, wird das Verhältnis zwischen der Dicke der untersten Schicht und der Gesamtdicke des Films größer, was zu ei ner relativen Abnahme der Anzahl der dünnen Plattierungsschichten führt, die als Zwischenschichten dienen, wodurch die effektive Ausnutzung des Effekts der Zähig keit der mehrschichtigen Chromplattierung erschwert wird. Wenn die Hartchrom plattierungsschicht, 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 Mikrorisse 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 ver chromten Gleitelements beschrieben. Das erfindungsgemäße verchromte Gleit element kann hergestellt werden unter Verwendung eines elektrolytischen Chrom abscheidungbades durch Abscheiden einer Hartchromplattierung auf die Oberfläche eines Substrats (eines zu beschichteten Materials), ein anschließendes elektrolytisches Ätzen durch Umkehr der Polarität für eine Zeitspanne innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs und ein mindestens einmaliges Wiederholen des Beschichtens mit Chrom und des Ätzens, wodurch eine Hartchromplattie rung gebildet wird, die zwei oder mehr Hartchromplattierungsschichten umfasst.

Die Dicke der Hartchromplattierungsschichten und die Anzahl und Tiefe der Mikro risse werden eingestellt unter Berücksichtigung der verschiedenen Bedingungen, beispielsweise der Abscheidungstemperatur, der Stromdichte und der Einwirk dauer beim Beschichten und beim Ätzen durch Polwechsel (Umkehr der Polari tät).

Erfindungsgemäß wird die Polwechsel-Geschwindigkeit beim Übergang vom Be schichten mit Chrom zum Ätzen eingestellt zum Zwecke der Bildung von Mikroris sen, die eine Mischung von verhältnismäßig flachen Abschnitten und tiefen Ab schnitten umfassen. Wenn die Umschaltung der Polarität vom Beschichten zum Ätzen schnell beendet ist, bleibt die Tiefe der Mikrorisse innerhalb einer einzigen Hartchromplattierungsstufe. Wenn andererseits die Polaritätsumschaltung vom Be schichten zum Ätzen langsam durchgeführt wird, d. h. über einen verhältnismäßig langen Zeitraum, verbleibt ein Teil der Mikrorisse nicht innerhalb einer einzigen Schicht, sondern läuft durch bis zum Erreichen der darunterliegenden Schicht, wo durch tiefe Risse gebildet werden, die sich über zwei oder mehr Schichten ausbrei ten. Als Folge davon wird in der Hartchormplattierung eine Mikroriss-Gruppe ge bildet, 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 nachstehend im Detail beschrieben. Bei der Herstellung eines Kolbenringes können die üblicher weise für Kolbenringe verwendeten Materialien, beispielsweise ein rostfreier Mar tensit-Stahl und ein Si-Cr-Stahl als Substrat verwendet werden. Vor der Verchromung wird die Oberfläche des zu einer vorgeschriebenen Gestalt geformten Sub strats Vorbehandlungen, beispielsweise einem Entfetten, einem Spülen und einem Honen, je nach Bedarf, unterworfen. Beispielsweise umfasst eine Vorbehandlung die Stufen Entfernen von Fett von der Substrat-Oberfläche durch den Dampf eines or ganischen Lösungsmittels wie Trichlorethylen (Entfetten) und anschließendes Ent fernen von Oxiden und dgl. von 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 Aufsprühen einer wässrigen Lösung unter Anwendung eines gleichförmigen Druckes (2 bis 10 kg/mm²), in der harte Teilchen, beispielsweise Keramik-Teilchen, suspendiert und gelöst sind, auf die gesamte Oberfläche des Substrats die Oberflä che leicht aufgeraut, um das Haftvermögen der Plattierung zu verbessern (Flüs sigkeits-Honen).

Nach dieser Vorbehandlung werden eine Plattierung (mit positiver Polarität) und eine Polaritätsumkehr (Ätzstufe) wiederholt auf die Substrat-Grenzfläche (die Sub strat-Oberfläche) angewendet zur Bildung von Hartchromplattierungsschichten, die Mikrorisse aufweisen, durch Aufeinanderlaminieren. Eine saure Chromsäure- Lösung, wie sie üblicherweise verwendet wird, kann als Chromplattierungsbad ein gesetzt werden. Das Substrat wird in das Chromplattierungsbad eingetaucht und die Temperatur des Chromplattierungsbades wird bei 45 bis 75°C gehalten. Durch An legen einer Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² für eine Anlegedauer von 10 bis 120 s mit dem Substrat als Anode und der Gegenelektrode als Kathode wird ein elektroly tisches Polieren durchgeführt.

Nach Beendigung des elektrolytischen Polierens wird eine unterste Hartchromplat tierungsschicht, die der Substrat-Grenzfläche am nächsten liegt, gebildet. Unmittel bar nach dem elektrolytischen Polieren wird insbesondere die Polarität umgekehrt mit dem Substrat als Kathode und der Gegenelektrode 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 vorgegebenen Dicken zu bewirken. Dann wird die Polarität innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Umschaltzeit umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenelektrode als Kathode wird ein Strom unter sol chen Bedingungen angelegt, die umfassen eine Stromdichte von 20 bis 100 A/dm² und eine Anlegezeit von 10 bis 200 s, um ein geringfügiges Abtragen der Hart chromplattierungsschichten zu bewirken, so dass eine vorgegebene Dicke verbleibt (Polaritätsumkehr). In dieser Stufe wird die unterste Hartchromplattierungsschicht gebildet und es ist erforderlich, die Mikrorissbildung innerhalb der untersten Schicht abzustoppen. Zu diesem Zweck sollte die Umschaltzeit vom Plattieren auf die Polari tätsumkehr verhältnismäßig kurz sein. Wie vorstehend beschrieben, sollte die un terste Schicht des Mehrschichten-Hartchromplattierung eines Kolbenringes vor zugsweise die dickste unter den Schichten der Plattierung innerhalb eines Berei ches 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, ge bildet werden durch Einstellung der Umschaltzeit vom Plattieren zum Ätzen inner halb von 100 µs in der Stufe der Bildung der untersten Schicht.

Dann wird eine Hartchromplattierungsschicht, die als Zwischenschicht dient, gebil det. Nach Beendigung der Polaritätsumkehrstufe bei der Bildung der untersten Schicht wird insbesondere die Polarität erneut umgekehrt. Mit dem Substrat als A node und der Gegenelektrode 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 Ab scheidung einer Hartchromplattierungsschicht mit einer vorgegebenen Dicke zu be wirken (Plattieren). Dann wird die Polarität für eine kurze Umschaltzeit umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegenelektrode 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 geringfügiges Abtragen der Hartchromplattierungsschicht zu be wirken, so dass eine vorgegebene Dicke verbleibt (Polaritätsumkehrstufe).

Wie vorstehend beschrieben, sollte die Zwischenschicht des Mehrschichten- Hartchromplattierungs 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 verhältnismäßig flachen Abschnit ten, in denen die Risse innerhalb einer einzelnen Schicht enden, und verhältnismä ßig tiefen Abschnitten, in denen die Risse sich über zwei oder mehr Schichten aus breiten, aufweisen, gebildet werden durch Einstellung der Umschaltzeit von der Plat tierung zu der Polaritätsumkehr innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs.

Die Zwischenschicht unmittelbar auf der untersten Schicht wird gebildet durch diese zweite Plattierung und die Polaritätsumkehr. Anschließend werden sofort Zwi schenschichten in der erforderlichen Anzahl gebildet durch Aufeinanderlaminieren durch Wiederholung des Plattierens und der Polwechsel wie bei den vorstehend beschriebenen zweiten Schichten.

Nach der Bildung der Zwischenschichten in der erforderlichen Anzahl wird die äu ßerste dickste Hartchromplattierungsschicht gebildet durch eine finale Plattie rung und Polaritätsumkehr. Nach Beendigung der Polaritätsumkehrstufe für die Bildung der Zwischenschichten wird die Polarität umgekehrt. 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 Hartchromplattierungsschicht 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, so dass die Hartchromplattierungsschicht ein wenig abgetragen wird, wobei eine vorgegebene Dicke zurückbleibt (Polaritätsumkehrstufe). Wie vorstehend beschrieben, sollte die äußerste Schicht der Mehrschichten-Hartchromplattierung des Kolbenringes vorzugsweise bis zu einer Dicke von 5 bis 50 µm gebildet werden. Innerhalb dieses Dickenbereiches ist es möglich, Mikrorisse 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 Abschnitten, in denen die Risse sich über zwei oder mehr Schichten ausbreiten, umfasst, durch Ein stellung der Umschaltzeit von der Plattierungsstufe zu der Polaritätsumkehrstufe innerhalb eines Bereiches von 100 bis 2000 µs.

Die mehrschichtige Hartchromplattierung wird durch die vorstehend beschriebe nen Verfahrensschritte (Stufen) fertiggestellt, und es wird ein verchromter Kolbenring erhalten.

Beispiele

Nachstehend werden Beispiele zur Herstellung eines Kolbenringes als ein ver chromtes Gleitelement gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben und Be wertungsergebnisse 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 Ober flächenoxide 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 Oberflä che des Substrats aufgesprüht unter Ausbildung einer aufgerauten Oberfläche.

Danach wurde ein bekanntes fluoridhaltiges, elektrolytisches Plattierungsbad her gestellt. Das Kolbenring-Substrat mit seiner aufgerauten Oberflächen-Gestalt wurde in dieses Plattierungsbad eingetaucht und es wurde ein Strom unter den folgenden 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 Gegenelektrode als Anode wurde eine 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 eine Polaritätsumkehr stufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt, wodurch ei ne unterste Hartchromplattierungsschicht gebildet wurde:

Plattierung zur Bildung der untersten Schicht

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 30 min

Polaritätsumkehr 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 Gegenelektrode als Anode wurde die Plattierung unter den nachstehend angege benen Bedingungen durchgeführt. Unmittelbar danach wurde die Polarität mit einer Umschaltzeit von 750 µs umgekehrt. Mit dem Substrat als Anode und der Gegen stück-Elektrode als Kathode wurde die Polaritätsumkehrstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt zur Bildung einer Hartchromplattierungs schicht, die als erste Zwischenschicht diente. Die Plattierungsstufe und die Polari tätsumkehrstufe zur Herstellung der ersten Zwischenschicht wurden 10 mal wiederholt zur Bildung von 11 Zwischenschichten einschließlich der ersten Zwischen schicht.

Plattierung zur Herstellung der Zwischenschichten

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 15 min

Polaritätsumkehr zur Herstellung der Zwischenschichten

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 90 s

Anschließend 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 A node und der Gegenstück-Elektrode als Kathode wurde die Polaritätsumkehrstufe unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt zur Bildung einer äußersten Hartchromplattierungsschicht.

Plattierung zur Bildung der äußersten Schicht

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 20 min

Polaritätsumkehr 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 erfindungsgemäßen Produkts Si-Cr als Kolbenring-Substrat verwendet. Die Substrat-Oberfläche wurde durch Einfetten, Beizen und Flüssigkeits-Honen aufgeraut, wie im Falle der Her stellung des erfindungsgemäßen Produkts.

Dann wurde das Kolbenring-Substrat in ein Plattierungsbad mit der gleichen Zu sammensetzung wie es zur Herstellung des oben genannten erfindungsgemäßen Produkts verwendet worden war, eingetaucht und es wurde ein elektrolytisches Po lieren unter den gleichen Bedingungen wie bei dem erfindungsgemäßen Produkt durchgeführt. Anschließend wurde die Polarität umgekehrt. Mit dem Substrat als Ka thode und der Gegenstück-Elektrode als Anode wurde eine 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 Gegenelektrode als Kathode wurde ein Pol wechsel unter den nachstehend angegebenen Bedingungen durchgeführt zur Bil dung eines Einzelschicht-Hartchromplattierung.

Plattierung zur Herstellung eines konventionellen Produkts

Stromdichte: 60 A/dm²

Anlegedauer: 15 min

Polaritätsumkehr 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 erfindungsge mäßen 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 Kol benring 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 nachste hend angegeben Bedingungen wurde ein Test durchgeführt und der Grad des Ver schleißes (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 herstellter 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 angelegt wurde. Die Be lastung wurde linear und kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 10 kg/min un ter den nachstehend angegeben Bedingungen erhöht und die Belastung beim Auf treten eines Festfressens und ein Belastungssignal wurden verwendet als Festfress- Beständigkeits-Belastung (kg) des getesteten Stückes.

Festfressen-Testbdingungen

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 Belastung wurde die Be lastung erhöht und der Test wurde 10⁷ mal wiederholt. Die höchste Belastung mit einem 10⁷-fachen Durchgang wurde als Ermüdungsfestigkeit (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 Ablö sung des Plattierungsfilms durch das Auftreffen der Ringkante unter 45° des getes teten 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 folgeden Tabelle 1 ange geben.

Tabelle 1

1. Die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle 2 angegeben durch Expo nentialisierung mit dem gemessenen Wert für das konventionelle Produkt als 100.

Tabelle 2

Das erfindungsgemäße verchromte Gleitelement weist eine mehrschichtige Hart chromplattierung aus zwei oder mehr aufeinanderlaminierten Hartchromplattie rungsschichten auf und Mikrorisse, die sich zur Seite der äußeren Oberfläche der einzelnen Chromplattierungsschichten hin öffnen, sind in allen Hartchromplattie rungsschichten vorgesehen sind. Daher ist der Kerbeffekt, 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 aus gezeichneten 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 ausgezeichneten Ölrückhaltevermögens gewährleistet ist.

In dem erfindungsgemäßen verchromten Gleitelement umfassen die Mikrorisse der einzelnen Hartchromplattierungsschichten, die die mehrschichtige Hartchromplat tierung 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 erreichen, die tiefer liegt als die die Öff nungen der Risse enthaltenden Schicht. Daher gibt es selbst in dem Bereich unmit telbar vor dem Übergang von einer oberen Hartchromplattierungsschicht zu einer darunterliegenden Schicht freie Poren von Mikrorissen. Dies verhindert eine periodi sche Abnahme des Ölaufnahmevermögens oder die Abnahme des Ölaufnahmever mögens ist, falls eine solche überhaupt auftritt, gering. Als Folge davon sind eine stabile Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen bei der Langzeit- Verwendung gewährleistet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines verchromten Gleit elementes ist es möglich, ein verchromtes Gleitelement herzustellen, das die vor stehend beschriebenen ausgezeichneten Gleiteigenschaften aufweist. Bei dem er findungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, absichtlich Oberflächen- Unregelmäßigkeiten zu erzeugen, um die Chromplattierung auf der Substrat- Grenzfläche zu wölben, wodurch eine Vereinfachung des Verfahrens zur Behand lung der Oberfläche des Substrats möglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man insbesondere einen verchrom ten Kolbenring mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, Beständigkeit gegen Festfressen und Beständigkeit gegen Ermüden. Der verchromte Kolbenring, auf den die Erfindung angewendet wird, ist bei niedrigen Kosten verfügbar und weist ein Leistungsvermögen auf, das demjenigen eines konventionellen verchromten Kol benringes überlegen ist, wodurch einer Verbesserung der Leistung eines Verbren nungsmotors mittlerer Qualität wegen des Gleichgewichts mit wirtschaftlichen Vortei len 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. Verchromtes Gleitelement mit einer elektrolytisch aufgebrachten Hartchromplattie rung, die mindestens zwei Hartchromplattierungsschichten umfasst, auf einem Sub strat, wobei
in den einzelnen Hartchromschichten Mikrorisse verteilt sind, die sich zur Seite der vom beschichteten Substrat abgewandten Oberflächen der Hartchromschich ten hin öffnen,
jeder der Mikrorisse in jeder Hartchromschicht Abschnitte aufweist, in denen die Risse innerhalb einer die Öffnungen der Risse enthaltenden Schicht enden, und Abschnitte, in denen die Risse sich in die Hartchromschicht unterhalb der die Öff nungen der Risse enthaltenden Schicht, bezogen auf die Richtung der Tiefe, erstrecken,
die Mengen der Mikrorisse, ausgedrückt durch die Flächenanteile der Mikrorisse in einem Querschnitt der Hartchromplattierung, eine Menge der Abschnitte, in de nen die Risse innerhalb der die Öffnungen der Risse enthaltenden Schicht enden, in einem Bereich von 1,5 bis 35% und eine Menge der Abschnitte, in denen die Risse sich in die Hartchromschicht unterhalb der die Öffnungen der Risse enthal tenden Schicht 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% liegt.

2. Verchromtes Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der einzelnen Hartchromplattierungsschichten im Bereich von 5,0 bis 30 µm liegt und die Breite der Öffnungen der genannten Mikrorisse bis zu 0,2 µm beträgt.

3. Verchromtes Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke der äußersten Hartchromplattierungsschicht größer ist als die Dicke der übrigen Hartchromschichten und innerhalb eines Bereiches von bis zu 50 µm liegt;
die Dicke der übrigen Hartchromschichten innerhalb eines Bereiches von 5,0 bis 30,0 µm liegt und
die Breite der Öffnung der Mikrorisse in den einzelnen Schichten bis zu 0,2 µm beträgt.

4. Verchromtes Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Hartchromplattierung drei oder mehr Hartchromplattierungsschichten umfasst;
die Dicke der Hartchromplattierungsschicht, die der Grenzfläche zu dem Substrat am nächsten liegt, am größten ist und innerhalb eines Bereiches von bis zu 80 µm liegt;
die Dicke der äußersten Hartchromplattierungsschicht die nächst größte ist 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 Schichten bis zu 0,2 µm beträgt.

5. Verwendung des verchromten Gleitelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Kolbenring.

6. Verfahren zur Herstellung eines verchromten Gleitelements nach einem der Ansprü che 1 bis 4 mit folgenden Verfahrensschritten:

- elektrolytische Abscheidung einer Hartchromschicht auf einem als Kathode ge schalteten Substrat,
- elektrolytische Ätzung durch Umkehr der Polarität, d. h. durch Schaltung des Sub strats als Anode, innerhalb einer Zeitspanne von 100 bis 2000 µs und
- mindestens einmalige Wiederholung der Beschichtung und der Ätzung zur Bil dung einer Hartchromplattierung aus mindestens zwei Hartchromplattierungs schichten.

7. Verfahren zur Herstellung eines verchromten Gleitelements nach Anspruch 6 mit folgenden Verfahrensschritten:

- elektrolytische Abscheidung einer Hartchromschicht auf dem als Kathode ge schalteten Substrat und anschließende Ätzung durch Polaritätsumkehr innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 100 µs,
- elektrolytische Abscheidung einer weiteren Hartchromschicht als Zwischenschicht mit anschließender Ätzung durch Polaritätsumkehr innerhalb einer Zeitspanne von 100 bis 2000 µs und
- Bildung weiterer Zwischenschichten und einer äußersten Hartchromplattierungs schicht durch Wiederholung von elektrolytischer Abscheidung und Ätzung.