DE102018204638A1

DE102018204638A1 - Kettenbauteil und Kette

Info

Publication number: DE102018204638A1
Application number: DE102018204638.7A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Ebinuma; Misa Asada; Takashi Kawata; Tomoaki Nakayasu; Kota Yoshimoto; Nobuhiro Uchida; Shouta Miyanaga
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: DE102018204636A1

Abstract

Es werden ein Kettenbauteil, das eine einfache Oberflächenbehandlungsstruktur aufweist und über eine lange Zeit eine gute Verschleißbeständigkeit aufrechterhalten kann, und eine Kette, welche das Kettenbauteil beinhaltet und eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung aufrechterhält, bereitgestellt. Das Kettenbauteil einer Kraftübertragungskette zur industriellen Verwendung beinhaltet eine Chrom-Nitrid-Schicht, die an einer äußeren Seite eines Stahl-Basismaterials ausgebildet ist und mehr als 0 Gew.-%, aber nicht mehr als 55 Gew.-% Eisen enthält. Mindestens eine Oberfläche der Chrom-Nitrid-Schicht, die gegen andere Bauteile gleitet, ist eine raue Oberfläche mit Bergen und Tälern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kettenbauteile, wie etwa Stifte, Buchsen, Kettenlaschen und Rollen, die Kraftübertragungsketten zur industriellen Verwendung darstellen, wie etwa Rollenketten und Zahnketten, die beispielsweise als Automobil-Steuerketten verwendet werden, und eine Kette, die diese Kettenbauteile beinhaltet.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass eine auf einer Metalloberfläche ausgebildete Chrom-Nitrid-Schicht die Verschleißbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit des Metalls verbessert. Die Abscheidung der Chrom-Nitrid-Schicht wird somit vielfach in der Praxis angewendet, um die Lebensdauer von Maschinenteilen, Metallformen, Werkzeugen und dergleichen zu verlängern.
Chrom-Nitrid-Schichten werden im Allgemeinen durch physikalische Gasphasenabscheidungs(physical vapor deposition - PVD)-Verfahren, wie etwa Ionenplattierung oder Sputtern, ausgebildet. Im ersteren Verfahren wird Stickstoffgas während des Beschusses eines Basismaterials mit verdampftem und ionisiertem Cr in eine Vakuumkammer eingeleitet. Im letzteren Verfahren wird eine Hochspannung zwischen einem Target und einem Substrat aufgebracht um eine Glimmentladung zu generieren, sodass Ar-Ionen des Plasmas auf die Target-Oberfläche stoßen, um Cr-Atome auszuschleudern, die auf dem Substrat abgelagert werden sollen.
Ein Problem bei durch ein PVD-Verfahren ausgebildeten Chrom-Nitrid-Schichten bestand darin, wenn als Oberflächenbehandlungsschicht hochbelasteter Gleitbauteile einer Kette verwendet, dass die Schicht sich von dem Metall-Basismaterial, wie etwa Stahl, leicht abschält, und dass es schwierig war, die Schicht zu veranlassen, an der Oberfläche des Basismaterials zu haften und sich mit ihr derart zu vereinigen, dass sie sich kaum abschälen würde.
PVD bringt auch die gelegentliche Ausbildung von Tröpfchen auf der Oberfläche mit sich. Wenn Tröpfen vorliegen, erhöht sich die Oberflächenrauigkeit und Risse beginnen sich von den Tröpfchen aus zu bilden, was die Verschleißbeständigkeit verschlechtert. Obwohl Tröpfchen durch Polieren entfernt werden können, bleiben Öffnungen dort zurück, wo die Tröpfchen vorgelegen haben. Wenn eine Last aufgebracht wird, vergrößern und verbinden sich diese Öffnungen miteinander, aus welchem Grund die Verschleißbeständigkeit nicht verbessert werden kann.
Aufgrund der Risse und der Verschlechterung der Verschleißbeständigkeit, die bei PVD-Verfahren auftreten, konnte die Schichtdicke nicht vergrößert werden, um die Lebensdauer zu erhöhen.
Ein weiteres Problem bestand darin, dass, wenn das zu verarbeitende Material porös ist, es schwierig war, eine Schicht auf den Innenflächen der Poren auszubilden.
Ein Beispiel für die oben erwähnten Maschinenteile sind Stifte, die bei Steuerketten von Fahrzeugmotoren verwendet werden. Beispiele für Steuerketten beinhalten Rollenketten, Buchsenketten und Zahnketten und dergleichen.
Eine Rollenkette weist Rollen auf, die an zylindrischen Buchsen angebracht sind, welche an beiden Enden in Buchsenöffnungen eines Paars innerer Laschen eingepresst sind, wohingegen Stifte, die in die Buchsen gepasst sind, an beiden Enden in Stiftöffnungen eines Paars äußerer Laschen eingepresst sind, die an beiden äußeren Seiten des Paars innerer Laschen angeordnet sind. Buchsenketten weisen keine Rollen auf.
Bei herkömmlichen Steuerketten würde das Stahl-Basismaterial der Stifte zum Zweck des Verbesserns der Verschleißbeständigkeit der Buchsen und Stifte einer Verchromungsbehandlung unterzogen werden.
Jedoch waren Steuerketten, die mit viel altem Motoröl innerhalb des Fahrzeugmotorraums verwendet wurden, anfällig für Verschleiß an Stiften und Buchsen, weswegen ihre Lebensdauer tendenziell kurz war.
Darüber hinaus stellte Ruß, der während des Verbrennungsprozesses des Motors erzeugt wurde und sich mit dem Maschinenöl mischte, ein Risiko dafür dar, dass sich der Reibungskoeffizient der Stifte und Buchsen erhöhen konnte oder sich der Verschleiß trotz der Beschichtung beschleunigen konnte, da Schmieröl, das den Ruß enthielt, zwischen die Bauteile, wie etwa Stifte und Buchsen, der Steuerkette eindringen konnte, die bei hoher Geschwindigkeit unter hoher Last läuft, und der Ruß, der eine harte Substanz ist, die Beschichtung zwischen den Stiften und Buchsen beschädigen konnte.
Dementsprechend war eine Oberflächenbehandlung erwünscht, welche die Verschleißbeständigkeit von Ketten verbessert.
Die Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H11-29848 offenbart ein Verfahren zum Ausbilden von Chrom-Nitrid-Schichten als eine Lösung der Probleme, welche die Abscheidung von Chrom-Nitrid-Schichten auf Metalloberflächen mit sich bringt, d.h., Schichtentrennung aufgrund der Temperaturbeanspruchung über die Zeit (heat history) und der schlechten Haftung am Basismaterial. Nach der Cr-Plattierung der Oberfläche eines Metallmaterials wird die Cr-plattierte Oberfläche gereinigt und durch Erwärmen des Metallmaterials in einem Reaktivgas aktiviert, das Halogenverbindungen oder Halogen enthält, vor dem Nitrieren der Cr-plattierten Oberfläche durch Aufbringung von Wärme in einer nitrierenden Atmosphäre.
Es ist auch bekannt, winzige Öffnungen auf der Oberfläche bereitzustellen, so dass der im Schmieröl enthaltene Ruß in die Öffnungen tropft, um die Zunahme des durch den Ruß verursachten Reibungskoeffizienten oder Verschleiß zu minimieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Verfahren des Ausbildens von Chrom-Nitrid-Schichten gemäß der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnr. H11-29848 betrifft einen sehr komplexen Prozess, wobei eine industrielle Cr-Plattierung auf einem Basismaterial wie etwa Stahl durchgeführt wird, gefolgt von einer speziellen Cr-Beschichtung wie etwa einer hochkorrosionsbeständigen Cr-Beschichtung ohne Risse, einer makroporösen Cr-Beschichtung, und einer amorphen Cr-Beschichtung, enthaltend 2% bis 4% Kohlenstoff, sowie die Vorbehandlung mit Halogen vor dem Nitrierschritt. Wie in den Arbeitsbeispielen 1 bis 3 der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnr. H11-29848 gezeigt, weist die so erhaltende Chrom-Nitrid-Schicht eine Vickers-Härte von 1700 bis 2000 HV auf. Der Unterschied in der Härte zwischen der Chrom-Nitrid-Schicht und dem weichen Basismaterial ist so groß, dass die Adhäsion nicht ausreichend groß ist, um die Verschleißbeständigkeit über eine lange Zeit aufrecht zu erhalten.
Wenn das Oberflächenbehandlungsverfahren der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H11-29848 auf Kettenbauteile, wie etwa Stifte von Steuerketten, angewendet würde, gäbe es die Probleme eines komplexen Herstellungsprozesses, hoher Herstellungskosten und einer Verschleißbeständigkeit, die nicht über eine lange Zeit vorteilhaft aufrechterhalten werden kann.
Beim Bereitstellen einer Oberfläche mit winzigen Öffnungen würde das einfache Herstellen einer rauen Oberfläche mit Bergen und Tälern dazu führen, dass die Berge nur die Gegenfläche berühren, was zu einer Zunahme des Oberflächendrucks führen und die Gegenfläche beschädigen kann.
Berge würden so stark wie möglich abgeflacht werden müssen, aber je mehr die Berge abgeflacht würden, desto weniger zufriedenstellend wären die Täler für die Freisetzung des Rußes, so dass bei Anwendungen mit mehr Ruß oder bei langzeitigem Betrieb keine ausreichende Rußentfernungswirkung erzielt würde. Auch kann sich der Ruß in den Tälern ansammeln, sich aufbauen, durch die Gegenfläche dringen und letztendlich diese nachteilig beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf derartige Umstände gemacht, und es ist ein Ziel der Erfindung, ein Kettenbauteil bereitzustellen, das eine einfache Oberflächenbehandlungsstruktur aufweist und eine gute Verschleißbeständigkeit über eine lange Zeit aufrechterhalten kann, und eine Kette, die dieses Kettenbauteil beinhaltet und eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung aufrechterhält.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kettenbauteil einer Kraftübertragungskette zur industriellen Verwendung und beinhaltet ein Stahl-Basismaterial und eine Chrom-Nitrid-Schicht, die an einer äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildet ist und mehr als 0 Gew.-%, aber nicht mehr als 55 Gew.-% Eisen enthält, mindestens eine Oberfläche der Chrom-Nitrid-Schicht, die gegen andere Bauteile gleitet, die eine raue Oberfläche mit Bergen und Tälern darstellt.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: mehrere Paare von äußeren Laschen, wobei die gepaarten äußeren Laschen durch zwei Stifte verbunden sind; und mehrere Paare von inneren Laschen, wobei die gepaarten inneren Laschen durch zwei Buchsen verbunden sind, wobei die mehreren Paare von äußeren Laschen und die mehreren Paare von inneren Laschen abwechselnd miteinander verbunden sind, wobei die Stifte locker in den Buchsen angebracht sind. Bei mindestens einem aus dem Stift, der Buchse, der inneren Lasche und der äußeren Lasche handelt es sich um das oben beschriebene Kettenbauteil.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: mehrere Paare von äußeren Laschen, wobei die gepaarten äußeren Laschen durch zwei Stifte verbunden sind; und mehrere Paare von inneren Laschen, wobei die gepaarten inneren Laschen durch zwei Buchsen verbunden sind, die jeweils eine darauf angebrachte Rolle aufweisen, die mehreren Paare von äußeren Laschen und die mehreren Paare von inneren Laschen abwechselnd mit den Stiften verbunden sind, die locker in den Buchsen angebracht sind. Bei mindestens einem aus dem Stift, der Buchse, der inneren Lasche, der äußeren Lasche und der Rolle handelt es sich um das oben beschriebene Kettenbauteil.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kette, die aus Folgendem gebildet ist: mehrere innere Laschen, die jeweils ein Paar von V-förmigen Zahnlaschen an einem Ende in einer Richtung der kurzen Seite aufweisen, und ein Paar von vorderen und hinteren Stiftöffnungen, wobei die inneren Laschen schwenkbar durch Stifte verbunden sind, die in die Stiftöffnungen derart eingeführt sind, dass eine Zahnlasche eines von angrenzenden inneren Laschen den anderen Zahnlasche der anderen der angrenzenden inneren Laschen in einer Breitenrichtung der Kette überlappt; und Führungslaschen, die auf beiden äußeren Seiten in der Breitenrichtung angeordnet sind und durch welche die Stifte fest eingesetzt sind. Bei mindestens einem aus dem Stift, der inneren Lasche und der Führungslasche handelt es sich um das oben beschriebene Kettenbauteil.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung weist die auf der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildete Chrom-Nitrid-Schicht auf. Das Kettenbauteil weist eine einfache Oberflächenbehandlungsstruktur auf und kann problemlos preiswerter mit weniger Verfahrensschritten hergestellt werden.
Chrom-Nitrid weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Festigkeit auf, sodass das mit der Chrom-Nitrid-Schicht ausgebildete Kettenbauteil eine geringe Aggressivität an Gegenstücken zeigt und kaum durch feine Rußpartikel oder ähnliches, was eine große Härte aufweist, Schaden nimmt.
Die Chrom-Nitrid-Schicht erzeugt aufgrund des niedrigen Reibungskoeffizienten eine geringe Gleitreibungswärme. Da Chrom-Nitrid eine hohe Oxidationsinduktionstemperatur aufweist und sogar bei hoher Temperatur kaum oxidiert, wird die Verschleißbeständigkeit des Kettenbauteils vorteilhaft aufrechterhalten.
Da die Chrom-Nitrid-Schicht Eisen enthält, zeigt sie eine gute Adhäsion am Stahl-Basismaterial. Der Eisengehalt beträgt mehr als 0 Gew.-%, doch nicht mehr als 55 Gew.-%, sodass die Verschleißbeständigkeit der Kettenbauteil über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten wird.
Die Chrom-Nitrid-Schicht zeigt eine geringe Aggressivität an Gegenstücken und nimmt kaum Schaden durch feine Rußpartikel oder dergleichen, die eine große Härte aufweisen, sodass der Freiheitsgrad beim Einstellen des Zwischenraumbereichs von gleitenden Teilen erhöht wird.
Mindestens eine Oberfläche der Chrom-Nitrid-Schicht, die gegen andere Bauteile gleitet, ist eine raue Oberfläche, die Berge und Täler aufweist, sodass der Ruß in die Täler auf der rauen Oberfläche abgesetzt und aus Lücken entfernt werden kann, wodurch die Aggressivität an Gegenflächen reduziert wird.
Die Chrom-Nitrid-Schicht weist eine hohe Härte auf, sodass, sogar wenn nur die Berge der rauen Oberfläche die Gegenfläche berühren und der Oberflächendruck erhöht wird, dies die Gegenfläche nicht beschädigt.
Die Kette der vorliegenden Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung auf, da sie das Kettenbauteil beinhaltet, welche die oben beschriebenen Wirkungen zeigt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Beispiels für eine Rollenkette darstellt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Beispiels für eine Zahnkette darstellt;
3 ist eine grafische Darstellung, die eine Zusammensetzungsverteilung von Fe, Cr und N in einem Querschnitt eines Stifts aus Arbeitsbeispiel 1 zeigt, die durch Linienanalyse unter Verwendung eines Geräts zur Elektronenstrahlmikroanalyse (electron probe micro-analyzer - EPMA) bestimmt wurde;
4 ist eine grafische Darstellung, welche die Untersuchungsergebnisse über den Verschleißbetrag an Stiften und Buchsen, in denen die Stifte angebracht sind, einer Rollenkette unter Verwendung der Stifte aus Arbeitsbeispiel 1 und einer Rollenkette unter Verwendung der Stifte aus Vergleichsbeispiel 1 nach einer vorbestimmten Betriebszeit der Kette zeigt;
5 ist eine optische Mikroskopaufnahme der Oberfläche des Stifts gemäß Arbeitsbeispiel 1;
6 ist eine optische Mikroskopaufnahme der Oberfläche des Stifts gemäß Vergleichsbeispiel 2;
7 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Fe-Gehalt in der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Verhältnis der verschleißbedingten Längung zeigt;
8 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Verhältnis der verschleißbedingten Längung zeigt;
9A ist eine Ansicht einer Buchsenkette;
9B ist eine Querschnittansicht, die Zwischenräume zwischen einem Stift und einer Buchse einer Buchsenkette darstellt;
10 ist eine grafische Darstellung, die den Verschleißbetrag, aufgetragen gegen die Zeit, von Stiften und Buchsen zeigt, wenn der Abstand und die Oberflächenschicht verschieden sind;
11A bis 11D sind optische Mikroskopaufnahmen der Oberflächen, wenn altes Motoröl verwendet wurde, wobei 11A und 11C diejenigen von herkömmlichen Beispielen sind und 11B und 11D diejenigen der vorliegenden Erfindung sind; und
12 ist eine grafische Darstellung, die den Verschleißbetrag aufgetragen gegen die Zeit zeigt, wenn die Oberfläche aufgeraut ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Stahl-Basismaterial und eine auf einer äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildete Chrom-Nitrid-Schicht.
Die Chrom-Nitrid-Schicht enthält mehr als 0 Gew.-%, doch nicht mehr als 55 Gew.-% Fe. Die untere Grenze des Fe-Gehalts sollte bevorzugt 1 Gew.-%, bevorzugter 5 Gew.-%, und noch bevorzugter 8 Gew.-% betragen. Die obere Grenze sollte bevorzugt 45 Gew.-% und bevorzugter 32 Gew.-% betragen.
Die Schicht sollte bevorzugt eine Fe-Verteilung aufweisen, wobei die Fe-Konzentration von der Oberfläche des Stahl-Basiselements zur äußeren Seite hin allmählich abnimmt.
Der Cr- und der N-Gehalt sollten bevorzugt von der äußeren Seite zur Oberfläche des Stahl-Basismaterials hin allmählich abnehmen.
Die Chrom-Nitrid-Schicht sollte bevorzugt mehr als 0 Gew.-%, doch nicht mehr als 55 Gew.-% Fe, 45 Gew.-% oder mehr und 90 Gew.-% oder weniger Cr, und 5 Gew.-% oder mehr und 25 Gew.-% oder weniger N enthalten, bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Gew.-%.
Die untere Grenze des Fe-Gehalts sollte bevorzugt 1 Gew.-%, bevorzugter 5 Gew.-% und noch bevorzugter 8 Gew.-% betragen. Die obere Grenze sollte bevorzugt 45 Gew.-% und bevorzugter 32 Gew.-% betragen.
Die untere Grenze des Cr-Gehalts sollte bevorzugt 48 Gew.-% und bevorzugter 51 Gew.-% betragen. Die obere Grenze sollte bevorzugt 77 Gew.-% und bevorzugter 67 Gew.-% betragen.
Die untere Grenze des N-Gehalts sollte bevorzugt 9 Gew.-% und bevorzugter 13 Gew.-% betragen.
Die Werte des Fe-Gehalts sind diejenigen, die durch qualitative/quantitative Analyse unter Verwendung eines EPMA bestimmt wurden. Die Werte des Cr- und N-Gehalts sind diejenigen, die durch qualitative/quantitative Analyse unter Verwendung eines EPMA bestimmt wurden und unter Betrachtung der Werte von Bezugsmustern von Chrom-Nitrid korrigiert wurden.
Die Chrom-Nitrid-Schicht sollte bevorzugt eine Dicke von 2 µm oder mehr und von 30 µm oder weniger aufweisen. In diesem Bereich ist die Oberflächenrauigkeit gering, es bilden sich kaum Risse, und die Verschleißbeständigkeit ist gut, was zu einer guten Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung einer Kette führt, welche das darin montierte Kettenbauteil aufweist.
Eine Zwischenschicht kann zwischen der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Stahl-Basismaterial bereitgestellt werden, um die Adhäsion der Chrom-Nitrid-Schicht an dem Stahl-Basismaterial zu erhöhen.
Beispiele für die Zwischenschicht beinhalten Cr, CrB, CrB₂, CrC, Cr₂N, Cr₂O₃, CrSi₂, CrNi, CrB-O, CrB₂-O, (V,Cr)C, (Cr,Zr)N, CrBN, CrB₂+Ni, (Cr,Mn)C, (Cr,Mo)N, (V,Cr)B, (Cr,Fe)C, (Cr,W)N, (Cr,Mn)B, (Cr,Co)C, (Cr,Cu)N, (Cr,Fe)B, (Cr,Ni)C, (Cr,V)N, (Cr,Co)B, (Cr,Cu)C, (Cr,Ni)B, (Cr,Zn)C, (Cr,Cu)B, (Cr,Zr)C, (Cr,Zn)B, (Cr,Nb)C, (Cr,Zr)B, (Cr,Mo)C, (Cr,Nb)B, (Cr,Hf)C, (Cr,Mo)B, (Cr,Ta)C, (Cr,Hf)B, (Cr,W)C, (Cr,Ta)B, (Cr,W)B und dergleichen.
Die Chrom-Nitrid-Schicht auf dem Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials auf die folgende Weise ausgebildet: das Stahl-Basismaterial und ein Behandlungsmittel, das Cr-Pulver, Aluminiumoxid (nachfolgend als Aluminiumoxid bezeichnet) und Ammoniumhalogenid enthält, werden in einen Heizofen gesetzt; die Temperatur des Heizofens wird auf einen Zielwert angehoben; und nachdem die Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird, wird der Heizofen langsam abgekühlt. Das Behandlungsmittel kann eine Verbindung enthalten, aus der das in der oben erwähnten Zwischenschicht enthaltene Element stammt.
Im Folgenden wird ein Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei das Bauteil Stifte einer Rollenkette sind, die als eine Steuerkette oder dergleichen eines Fahrzeugmotors verwendet wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Beispiels für eine Rollenkette 1 darstellt.
Die Rollenkette 1 weist Buchsen 3 auf, die an beiden Enden in Buchsenöffnungen 2a eines Paars von inneren Laschen 2 eingepresst sind, und Stifte 6, die in den Buchsen 3 angebracht und an beiden Enden in Stiftöffnungen 5a eines Paars von äußeren Laschen 5 eingepresst sind, die auf beiden äußeren Seiten des Paars von inneren Laschen 2 angeordnet sind. Rollen 4 sind an den Buchsen 3 angebracht.
Die oben beschriebene Chrom-Nitrid-Schicht ist an der äußeren Seite der Stifte 6 bereitgestellt.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Herstellen der Stifte 6 als ein Beispiel für ein Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Walzdraht aus Baustahl, Chrom-Molybdän-Stahl (SCM) oder kohlenstoffreichem Chromlagerstahl (SUJ) und dergleichen werden als das Stahl-Basismaterial der Stifte 6 verwendet.
Die Chrom-Nitrid-Schicht wird auf der Oberfläche des Stahl-Basismaterials der Stifte 6 durch Diffusionsbeschichtung von Cr und N ausgebildet.
Für das Cr-Diffusionsbeschichtungsverfahren kann das als „Pulverbett“-Verfahren bezeichnete Verfahren eingesetzt werden.
Insbesondere werden der Stift 6 und ein Behandlungsmittel, das Cr-Pulver, Aluminiumoxid und Ammoniumhalogenid beinhaltet, beispielsweise in einen Aluminiumoxidtiegel gegeben, welcher dann in einen Heizofen, wie etwa beispielsweise einen elektrischen Ofen, gesetzt wird. Das Behandlungsmittel sollte bevorzugt 60 bis 67 Gew.-% Cr-Pulver, 30 bis 37 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,2 bis 3 Gew.-% Ammoniumhalogenid beinhalten, bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Gew.-%.
Beispiele für Ammoniumhalogenid beinhalten Ammoniumchlorid, Ammoniumbromid, Ammoniumiodid, Ammoniumfluorid und dergleichen. Ein Typ oder zwei oder mehr Typen von Ammoniumhalogenid werden gemäß der Targetschichtstruktur ausgewählt.
Die Atmosphäre wird mit einem inerten Gas wie etwa Ar oder N₂ ausgetauscht, bevor die Temperatur erhöht wird.
Die Temperatur wird dann auf eine bestimmte Höhe angehoben.
Während der Erwärmung kann eine voreingestellte Strömungsmenge von NH₃ und/oder N₂ gemäß der Dicke, Schichtenkonfiguration, Gesamt-Schichtdicke und dergleichen der Target-Chrom-Nitrid-Schicht eingeleitet werden.
Der Ofen wird abgekühlt, nachdem die Temperatur für einen vorbestimmten Zeitraum gehalten wurde.
Wenn sich die Targetschicht noch nicht ausgebildet hat, wird der Ofen noch einmal auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt, während NH₃ und/oder N₂ eingeleitet werden, und nach Halten der Temperatur für eine voreingestellte Zeit abgekühlt.
Das Zusammensetzungsverhältnis des Behandlungsmittels, der Behandlungstemperatur und der Haltezeit werden unter Berücksichtigung der Zusammensetzung des Stahl-Basismaterials und der Dicke, Schichtkonfiguration, Gesamt-Schichtdicke und/oder dergleichen der Target-Chrom-Nitrid-Schicht bestimmt.
Eine Nitridierung der Oberfläche oder der CrC-Schicht des Stahl-Basismaterials ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden einer Chrom-Nitrid-Schicht.
Gemäß diesem Verfahren zum Ausbilden einer Chrom-Nitrid-Schicht kann eine Chrom-Nitrid-Schicht mit ein paar Verfahrensschritten auf der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials leicht und kostengünstig ausgebildet werden. Cr, C und Fe weisen Konzentrationsgradienten auf und es wird eine gute Adhäsion zwischen der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Stahl-Basismaterial erreicht.
Das durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erhaltene Kettenbauteil weist eine gute Verschleißbeständigkeit auf, da es die Chrom-Nitrid-Schicht auf der äußeren Seite aufweist, welche eine hohe Oxidationsinduktionstemperatur aufweist und sogar bei einer hohen Temperatur kaum oxidiert. Ebenfalls wird aufgrund der guten Adhäsion zwischen der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Stahl-Basismaterial eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.
Während ein Beispiel oben beschrieben wurde, wobei die Chrom-Nitrid-Schicht auf dem Stift 6 ausgebildet wurde, ist das Target nicht auf den Stift beschränkt. Die Chrom-Nitrid-Schicht kann auf der Oberfläche von mindestens einem aus der inneren Lasche 2, Buchse 3, Rolle 4 und der äußeren Lasche 5 ausgebildet werden.
Die Kette 1, welche das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, hält eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung über einen langen Zeitraum aufrecht.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Buchsenkette sein, die keine Rollen aufweist.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Zahnkette sein.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Beispiels für eine Zahnkette 10 darstellt.
Die Zahnkette 10 ist aus mehreren inneren Laschen 11 gebildet, die jeweils ein Paar von V-förmigen Zahnlaschen 11a an einem Ende in der Richtung der kurzen Seite aufweisen, und Führungslaschen 13, die an beiden äußeren Seiten in einer Breitenrichtung der Zahnkette 10 angeordnet sind, und durch welche Stifte fest eingesetzt sind. Die inneren Laschen 11 sind schwenkbar durch Stifte 12 miteinander verbunden, die derart in Stiftöffnungen eingeführt sind, dass eine Zahnlasche 11a einer der angrenzenden inneren Laschen 11 die andere Zahnlasche 11a der anderen aus den angrenzenden inneren Laschen 11 in Breitenrichtung überlappt.
Die Zahnkette 10 beinhaltet die Chrom-Nitrid-Schicht an der Oberfläche von mindestens einem aus den Kettenbauteilen, einschließlich der inneren Laschen 11, der Stifte 12 und der Führungslaschen 13.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird untenstehend in spezifischeren Begriffen aufgrund von Arbeitsbeispielen beschrieben.
Arbeitsbeispiel 1
Ein SUJ2-Walzdraht, der in eine vorbestimmte Länge und Querschnitt geschnitten wurde, wurde als das verarbeitete Material aus Arbeitsbeispiel 1 verwendet, um ein Stift-6-Material wie das Stahl-Basismaterial zu erhalten.
Ein Behandlungsmittel, das Cr-Pulver, Aluminiumoxid und NH₄Cl jeweils in einer Menge innerhalb der oben angegebenen Bereiche enthält, wurde in einen Aluminiumoxidtiegel mit dem Stift 6 gegeben, und der Aluminiumoxidtiegel wurde in einen Heizofen gesetzt. Nach Austausch mit einem inerten Gas wurde der Ofen auf die voreingestellte Temperatur erhitzt, während eine geeignete Strömungsmenge eines Zusatzgases (NH₃ und N₂) eingeleitet wurde. Die Temperatur wurde für eine Weile gehalten, um eine Chrom-Nitrid-Schicht an der äußeren Seite des Stifts 6 auszubilden. Die Stromquelle der Heizvorrichtung wurde danach ausgeschaltet und der Ofen wurde langsam abgekühlt.
Somit wurde ein Stift 6 mit einer auf der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildeten Chrom-Nitrid-Schicht erhalten.
Die Chrom-Nitrid-Schicht enthielt 13 Gew.-% Fe, 74 Gew.-% Cr und 13 Gew.-% N und wies eine Dicke von 13 µm auf.
3 ist eine grafische Darstellung, die eine Zusammensetzungsverteilung von Fe, Cr und N in einem Querschnitt des Stifts 6 aus dem Arbeitsbeispiel 1 zeigt, die durch Linienanalyse unter Verwendung eines EPMA bestimmt wurde. Die horizontale Achse stellt die Länge in der Dickenrichtung dar und die vertikale Achse stellt die Nachweisintensität jedes Bauteils dar.
Die Messbedingungen waren wie folgt.

Beschleunigungsspannung: 15kV
Abtaststrom: 50nA
Strahldurchmesser: 1 µm

3 zeigt an, dass der Fe-Gehalt allmählich ansteigt, während der Cr- und N-Gehalt von der äußeren Seite hin zur Oberfläche des Basismaterials des Stifts 6 allmählich abnimmt.
Die obenstehenden Ergebnisse bestätigten, dass eine Chrom-Nitrid-Schicht an der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildet wurde, wobei Cr und N teilweise an der Oberflächenseite des Stift 6-Materials gestreut sind. Cr und N weisen Konzentrationsgradienten auf, weil sie gestreut sind. Die Schicht weist auch eine Fe-Konzentrationsverteilung auf, wobei der Fe-Gehalt von der Oberfläche des Stahl-Basismaterials zur äußeren Seite hin allmählich abnimmt. Aufgrund dieser Konzentrationsgradienten von Fe, Cr und N ist es sichtbar, dass eine gute Adhäsion zwischen dem Basismaterial des Stifts 6 und der Chrom-Nitrid-Schicht vorliegt.
Vergleichsbeispiel 1
Stifte als Vergleichsbeispiel 1 wurden durch ein herkömmliches Pulverbettverfahren erhalten, wobei eine CrC-Schicht von 15 µm Dicke auf einem Stahl-Basismaterial ausgebildet wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Stifte als Vergleichsbeispiel 2 wurden durch ein herkömmliches PVD-Verfahren erhalten, wobei eine Chrom-Nitrid-Schicht von 6 µm Dicke auf einem Stahl-Basismaterial ausgebildet wurde.
Rollenketten wurden unter Verwendung der Stifte 6 aus dem Arbeitsbeispiel 1, der Stifte aus dem Vergleichsbeispiel 1 und der Stifte aus dem Vergleichsbeispiel 2 montiert.
Die Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung jeder Rollenkette wurde bewertet.
Ein Auto wurde in der Tat 5.000 km, 10.000 km und 15.000 km in der Stadt unter Verwendung eines SAE 5W-30-Motoröls gefahren und das alte Motoröl wurde nach jeder Fahrt gesammelt.
Unter Verwendung jedes Motoröls wurde jede Rollenkette, die jeweils Stifte aus Arbeitsbeispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 aufwies, unter erschwerten Bedingungen getestet, wobei sie bei hoher Geschwindigkeit für 100 Stunden laufen gelassen wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt die verschleißbedingte Längung in Prozent an (Verhältnis der verschleißbedingten Längung) aus Arbeitsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 in Bezug zu dem der Rollenkette aus Vergleichsbeispiel 1 als 100. [Tabelle 1]

Tabelle 1 (%)

Fahrstrecke (km) Arbeitsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2

5.000 80 100 118

10.000 70 100 146

15.000 63 100 182
Tabelle 1 zeigt, dass Arbeitsbeispiel 1 eine bessere Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung als Vergleichsbeispiel 1 aufwies, welches eine bessere Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung als Vergleichsbeispiel 2 aufwies. Konkret ist sichtbar, dass die Rollenkette 1 aus Arbeitsbeispiel 1, die eine Chrom-Nitrid-Schicht, enthaltend mehr als 0 Gew.-%, aber nicht mehr als 55 Gew.-% Fe an der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials, eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung aufweist. Bei einer Zunahme der Fahrstrecke (wenn das Motoröl älter ist) erhöht sich die Wirkung der Verbesserung der Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung durch die Chrom-Nitrid-Schicht.
4 ist eine grafische Darstellung, welche die Ergebnisse der Untersuchung über den Verschleißbetrag an Stiften und Buchsen, in welchen die Stifte angebracht sind, einer Rollenkette unter Verwendung der Stifte 6 aus Arbeitsbeispiel 1 und einer Rollenkette unter Verwendung der Stifte aus Vergleichsbeispiel 1 nach einer vorbestimmten Betriebszeit der Kette zeigt.
4 zeigt, dass der Verschleißbetrag an Stiften und Buchsen reduziert wird, wenn die Rollenkette verwendet wird, welche die Stifte 6 aus Arbeitsbeispiel 1 aufweist, verglichen mit dem Verwenden der Rollenkette, welche die Stifte aus Vergleichsbeispiel 1 aufweist. Der Verschleiß an den Buchsen ist besonders stark reduziert. Dies liegt daran, dass die Chrom-Nitrid-Schicht auf den Stiften 6 aus Arbeitsbeispiel 1 eine geringe Aggressivität an den gleitenden Gegenstücken (Buchsen) zeigt.
5 ist eine optische Mikroskopaufnahme, welche die Oberfläche des Stifts 6 aus Arbeitsbeispiel 1 zeigt. 6 ist eine optische Mikroskopaufnahme, welche die Oberfläche des Stifts aus Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
Während auf der Oberfläche des Stifts 6 aus Arbeitsbeispiel 1 in 5 keine Tröpfchen vorliegen, liegt eine große Anzahl von Tröpfchen auf der Oberfläche des Stifts aus Vergleichsbeispiel 2 vor. Es ist sichtbar, dass der Stift aus Vergleichsbeispiel 2 eine höhere Oberflächenrauigkeit aufweist und aufgrund der Risse, die von den Tröpfchen ausgehen werden, eine geringere Verschleißbeständigkeit aufweisen wird.
Als Nächstes werden die Ergebnisse des Bewertungstests auf Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung beschrieben. Der Test wurde an der Rollenkette unter Verwendung von altem Motoröl mit variierendem Fe-Gehalt in der Chrom-Nitrid-Schicht durchgeführt.
Ähnlich wie bei Arbeitsbeispiel 1 wurden Stifte 6 aus Arbeitsbeispielen 2 bis 6 und Stifte aus Vergleichsbeispiel 3 hergestellt, jeder mit der Elementzusammensetzung wie unten in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 zeigt auch Arbeitsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.

Die Werte des Fe-Gehalts der Elemente in Tabelle 2 sind diejenigen, die durch qualitative/quantitative Analyse unter Verwendung eines EPMA bestimmt wurden. Die Werte des Cr- und N-Gehalts sind diejenigen, die durch qualitative/quantitative Analyse unter Verwendung eines EPMA bestimmt und in Anbetracht der Werte von Bezugsmustern von Chrom-Nitrid korrigiert wurden. [Tabelle 2]

Tabelle 2									(%)
	Arbeitsbeispiel 2	Arbeitsbeispiel 3	Arbeitsbeispiel 4	Arbeitsbeispiel 1	Arbeitsbeispiel 5	Arbeitsbeispiel 6	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 3
Cr	90	77	67	74	51	45		30
N	9	18	25	13	17	5		15
Fe	1	5	8	13	32	55		60
Total	100	100	100	100	100	105		105
Verhältnis der verschleiß -bedingten Längung	80	67	60	59	60	98	100	122

Ein Auto wurde in der Tat 10.000 km in der Stadt unter Verwendung eines SAE 0W-20-Motoröls gefahren, und das alte Motoröl wurde gesammelt und im Test verwendet.
Unter Verwendung dieses Motoröls wurden die Rollenketten, die jeweils die Stifte aus den Arbeitsbeispielen 1 bis 6, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 3 beinhalteten, unter erschwerten Bedingungen getestet, wobei sie bei hoher Geschwindigkeit für 150 Stunden laufen gelassen wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 zeigt die verschleißbedingte Längung in Prozent (Verhältnis der verschleißbedingten Längung) verschiedener Arbeitsbeispiele und Vergleichsbeispiel 3 in Bezug auf die der Rollenkette aus Vergleichsbeispiel 1 als 100.
7 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Fe-Gehalt in der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Verhältnis der verschleißbedingten Längung zeigt. Die horizontale Achse stellt den Fe-Gehalt (Gew.-%) dar und die vertikale Achse stellt das Verhältnis der verschleißbedingten Längung (%) dar.
Tabelle 2 und 7 zeigen, dass die Rollenketten 1 verschiedener Arbeitsbeispiele, die eine Chrom-Nitrid-Schicht aufweisen, die mehr als 0 Gew.-%, aber nicht mehr als 55 Gew.-% Fe enthält, eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung aufweisen.
Die untere Grenze des Fe-Gehalts sollte bevorzugt 1 Gew.-%, bevorzugter 5 Gew.-%, und noch bevorzugter 8 Gew.-% betragen. Die obere Grenze sollte bevorzugt 45 Gew.-% und bevorzugter 32 Gew.-% betragen.
Die untere Grenze des Cr-Gehalts sollte bevorzugt 48 Gew.-% und bevorzugter 51 Gew.-% betragen. Die obere Grenze sollte bevorzugt 77 Gew.-% und bevorzugter 67 Gew.-% betragen.
Die untere Grenze des N-Gehalts sollte bevorzugt 9 Gew.-% und bevorzugter 13 Gew.-% betragen.
Nun werden die Ergebnisse des Bewertungstests auf Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung beschrieben, der unter Verwendung von altem Motoröl bei unterschiedlicher Dicke der Chrom-Nitrid-Schicht auf der Rollenkette durchgeführt wurde.
Ein Auto wurde in der Tat 10.000 km in der Stadt unter Verwendung eines SAE 0W-30-Motoröls gefahren, und das alte Motoröl wurde gesammelt und im Test verwendet.
Unter Verwendung dieses Motoröls wurden die Rollenketten, die jeweils die Stifte aus verschiedenen Arbeitsbeispielen mit verschiedenen unterschiedlichen Dicken der Chrom-Nitrid-Schicht beinhalteten, unter erschwerten Bedingungen, wobei sie bei hoher Geschwindigkeit für 180 Stunden laufen gelassen wurden, getestet.
8 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke der Chrom-Nitrid-Schicht und dem Verhältnis der verschleißbedingten Längung zeigt. Die horizontale Achse stellt die Schichtdicke (µm) dar und die vertikale Achse stellt den Prozentsatz der Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung (%) in Beziehung zu jener der Rollenkette aus Vergleichsbeispiel 1 als 100 dar.
8 zeigt, dass die Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung vorteilhaft ist, wenn die Dicke der Chrom-Nitrid-Schicht 2 µm oder mehr und 30 µm oder weniger beträgt. Wenn die Schichtdicke größer ist als 30 µm, bilden sich Risse aus und verschlechtern die Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung.
Wie oben demonstriert, wurde bestätigt, dass die Chrom-Nitrid-Schicht der Stifte 6 gemäß Arbeitsbeispielen der vorliegenden Erfindung keine Tröpfchen aufwies, sodass sie sich kaum abschälen würde, die Schicht eine geringe Aggressivität an den Gegenstücken zeigen würde, und da die Schichtdicke sich im Bereich von 2 µm bis 30 µm befinden konnte, würde die Rollenkette 1 eine vorteilhafte Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung aufweisen, die über einen langen Zeitraum vorteilhaft aufrechterhalten würde.
Als Nächstes werden die Ergebnisse des Tests beschrieben, der unter Verwendung von altem Motoröl an der in 9A und 9B gezeigten Buchsenkette 20 durchgeführt wurde.
Im Allgemeinen ist der Zwischenraum CL zwischen dem Stift 6 und dem Innenumfang der Buchse 3 für eine bessere Verschleißbeständigkeit klein konzipiert, um den Oberflächendruck auf Lagerteile zu reduzieren, wenn Zugspannung aufgebracht wird.
Jedoch führt ein zu kleiner Zwischenraum CL zu einer schlechteren Verdrehbarkeit und Flexibilität der gesamten Kette und einer schlechteren Montierbarkeit in den Motor sowie zu einer geringeren Festigkeit aufgrund der durch die Kette selbst aufgebrachten Last.
Ein zu kleiner Zwischenraum CL gestattet auch, dass sich Ruß oder dergleichen leichter im Motoröl ansammelt. Der Reibungskoeffizient steigt an durch den Schaden, der durch den Ruß oder dergleichen an den Oberflächen der Stifte und Innenumfängen der Buchsen verursacht wurde, wodurch eine Wärmeentwicklung verursacht werden kann sowie eine Zunahme des Widerstands und des Verschleißes.
Dementsprechend ist der Zwischenraum CL streng in einem sehr kleinen Bereich konzipiert, gemäß dem Zweck und der Verwendungsumgebung unter Betrachtung der Beziehung zwischen dem Oberflächendruck an Lagerteilen, wenn Zugspannung aufgebracht wird, und anderen Einflüssen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch die Anwendung der Chrom-Nitrid-Schicht an der Oberfläche mit einer geringen Reibung und einer hohen Härte, der Zwischenraum CL erhöht werden, was den Oberflächendruck an den Lagerteilen ohne Verlust der Verschleißbeständigkeit erhöht.
Da die Chrom-Nitrid-Schicht eine geringe Aggressivität an Gegenstücken zeigt und wenig Schaden durch feine Rußpartikel von großer Härte nimmt, kann der Zwischenraum CL verringert werden, um zu gestatten, dass Ruß oder dergleichen sich problemloser mit einer geringeren Möglichkeit der Schädigung durch den Ruß an den Oberflächen der Stifte und dem Innenumfang der Buchsen ansammeln kann, was wiederum die Möglichkeiten der Wärmeerzeugung und eines erhöhten Widerstands oder Verschleißes reduziert, die durch einen erhöhten Reibungskoeffizienten verursacht werden.
Dies erhöht den Freiheitsgrad beim Einstellen des Zwischenraums CL und ermöglicht somit, flexibel mit verschiedenen Zwecken und Änderungen in der Verwendungsumgebung umzugehen.
Insbesondere wurde bestätigt, dass die Kette problemlos mit dem Zwischenraum CL zwischen den Stiften 6 und Buchsen 3 im Bereich von 30 µm bis 120 µm verwendet werden konnte.
Es wurde ebenfalls bestätigt, dass die Kette problemlos bei 60 ≥ CL/N ≥ 2,8 verwendet werden konnte, wobei N die Dicke der Chrom-Nitrid-Schicht ist, und dass der Zwischenraum CL ausreichend groß hergestellt werden konnte, sogar wenn die Schichtdicke klein war.
10 zeigt Änderungen bei der verschleißbedingten Längung, aufgetragen gegen die Zeit, einer Kette mit einer herkömmlichen Chromierungsbehandlung an der Oberfläche der Stifte 6 und der Kette mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung bei Verwenden von altem Motoröl.
Die Längung der Kette mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung wurde ungeachtet des Zwischenraums CL zweifelsfrei reduziert.
Sogar wenn der Zwischenraum CL groß war, war die Längung der Kette mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger dieselbe wie die der Kette mit der herkömmlichen Chromierungsbehandlung, wenn der Zwischenraum CL klein war, was bestätigte, dass der Freiheitsgrad beim Einstellen des Zwischenraums CL erhöht wurde.
11A bis 11D zeigen Abbildungen der Oberflächenzustände des Stifts mit der herkömmlichen Chromierungsbehandlung und des Stifts mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung.
FIG. 11A und 11B zeigen gekratzte Oberflächenzustände des Stifts mit der herkömmlichen Chromierungsbehandlung und des Stifts mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung, wenn altes Motoröl verwendet wurde. FIG. 11C und 11D zeigen die Oberflächenzustände mit Riffelbildung (Brinellierung) des Stifts mit der herkömmlichen Chromierungsbehandlung und des Stifts mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung, als ein Vickers-Härtetest durchgeführt wurde.
Wie aus den Kratzzuständen in FIG. 11A und 11B ersichtlich, wies der Stift mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung aufgrund des geringen Reibungskoeffizienten und der hohen Härte kaum einen Kratzer auf, während der Stift mit der herkömmlichen Chromierungsbehandlung viele Kratzer aufwies.
Wie aus FIG. 11C und 11D ersichtlich, zeigte der Stift mit der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung aufgrund der hohen Härte keine Risse, während der Stift mit der herkömmlichen Chromierungsbehandlung Risse um die Brinellierung aufwies.
12 ist eine grafische Darstellung, welche die Menge des Verschleißes an gleitenden Oberflächen zeigt, wenn die gleitende Oberfläche der Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung einer Oberflächenaufrauungsbehandlung unterzogen wurde.
Die grafische Darstellung auf der linken Seite von 12 zeigt den Verschleißbetrag an den oberflächenbehandelten Stiften einer Zahnkette nach 100 Stunden Betrieb unter Verwendung von altem, Ruß enthaltendem 0W-16-Öl.
Der Verschleißbetrag war sowohl an den Stiften und den Kettenlaschen sehr gering, wobei die Stifte die Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung aufwiesen, verglichen damit, wenn Stifte verwendet wurden, die eine herkömmliche Vanadium-Karbidschicht aufwiesen.
Die grafische Darstellung auf der rechten Seite von 12 zeigt den Verschleißbetrag an den oberflächenbehandelten Stiften einer Buchsenkette nach 100 Stunden Betrieb unter Verwendung von altem, Ruß enthaltendem 0W-16-Öl.
Bei den Stiften, welche die Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung aufwiesen, war der Verschleiß an den Buchsen, welche die Gegenfläche bilden, klein, ungeachtet der Oberflächenrauigkeit, während der Verschleiß an den Stiften im Wesentlichen derselbe war, verglichen damit, wenn Stifte, die eine herkömmliche Vanadium-Carbid-Schicht aufweisen, verwendet wurden.
Bei den Stiften, welche die Chrom-Nitrid-Schicht der vorliegenden Erfindung aufweisen, konnte die Oberflächenrauigkeit auf 0,32 µm erhöht werden und der Verschleißbetrag an den Buchsen, welche die Gegenfläche bildeten, war noch geringer als derjenige der Stifte, die eine herkömmliche Chrom-Carbid-Schicht mit einer Oberflächenrauigkeit von 0,15 µm aufwiesen, was annehmen lässt, dass die Wirkung des Entfernens von Ruß sogar in einer Umgebung mit sogar noch mehr Ruß zur Genüge erreicht werden kann.
Wie oben beschrieben, ist das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kettenbauteil einer Kraftübertragungskette zur industriellen Verwendung und dadurch gekennzeichnet, dass es ein Stahl-Basismaterial und eine an einer äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildete Chrom-Nitrid-Schicht beinhaltet und mehr als 0 Gew.-%, doch nicht mehr als 55 Gew.-% Eisen enthält, mindestens eine Oberfläche der Chrom-Nitrid-Schicht, die gegen andere Bauteile gleitet, bei der es sich um eine raue Oberfläche mit Bergen und Tälern handelt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die Oberflächenrauigkeit Rk im Bereich von 0,05 µm bis 0,5 µm, sodass Ruß, der in altem Motoröl enthalten ist und eine Teilchengröße aufweist, die nicht in Lücken zwischen Berge und Täler auf der Oberfläche passt, zufriedenstellend von gleitenden Oberflächen entfernt werden kann, wodurch eine Aggressivität an Gegenflächen gemildert werden kann.
An Stelle von Rk können andere Oberflächenrauigkeitsparameter verwendet werden, solange sie eine Wertebereich darstellen, der im Wesentlichen gleich dem Bereich von Rk von 0,05 µm bis 0,5 µm ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Chrom-Nitrid-Schicht an der äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildet. Das Kettenbauteil weist eine einfache Oberflächenbehandlungsstruktur auf und kann problemlos kostengünstig mit weniger Prozessschritten hergestellt werden.
Chrom-Nitrid weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf, sodass das mit der Chrom-Nitrid-Schicht ausgebildete Kettenbauteil eine geringe Aggressivität an Gegenstücken zeigt. Die Chrom-Nitrid-Schicht erzeugt eine geringe Gleitreibungswärme. Weiterhin weist Chrom-Nitrid eine hohe Oxidationsinduktionstemperatur auf und oxidiert sogar bei hoher Temperatur kaum, sodass die Verschleißbeständigkeit des Kettenbauteils vorteilhaft aufrechterhalten wird.
Da die Chrom-Nitrid-Schicht Eisen enthält, zeigt sie eine gute Adhäsion an dem Stahl-Basismaterial. Ebenfalls, da der Eisengehalt mehr als 0 Gew.-%, doch nicht mehr als 55 Gew.-% beträgt, wird die Verschleißbeständigkeit des Kettenbauteils über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Chrom-Nitrid-Schicht eine Eisenkonzentrationsverteilung aufweist, wobei die Eisenkonzentration von einer Oberfläche des Stahl-Basismaterials zu einer äußeren Seite hin allmählich abnimmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Adhäsion an das Stahl-Basismaterial sogar noch vorteilhafter.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Chrom-Nitrid-Schicht Chrom- und Stickstoffkonzentrationsverteilungen aufweist, wobei die Chrom- und Stickstoffkonzentrationen von einer äußeren Seite zu der Oberfläche des Stahl-Basismaterials hin allmählich abnehmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Adhäsion an das Stahl-Basismaterial sogar noch vorteilhafter.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Eisengehalt 1 Gew.-% oder mehr und 45 Gew.-% oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verschleißbeständigkeit sogar noch besser.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Chrom-Nitrid-Schicht mehr als 0 Gew.-%, doch nicht mehr als 55 Gew.-% Eisen, 45 Gew.-% oder mehr und 90 Gew.-% oder weniger Chrom, und 5 Gew.-% oder mehr und 25 Gew.-% oder weniger Stickstoff enthält, bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Gew.-%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verschleißbeständigkeit vorteilhafter aufrechterhalten und die Adhäsion an das Stahl-Basismaterial ist sogar noch besser.
Das Kettenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Chrom-Nitrid-Schicht eine Dicke von 2 µm oder mehr und 30 µm oder weniger aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberflächenrauigkeit gering, Risse bilden sich kaum aus, und die Verschleißbeständigkeit ist gut.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: mehrere Paare von äußeren Laschen, wobei die gepaarten äußeren Laschen durch zwei Stifte verbunden sind; und mehrere Paare von inneren Laschen, wobei die gepaarten inneren Laschen durch zwei Buchsen verbunden sind, die mehreren Paare von äußeren Laschen und die mehreren Paare von inneren Laschen abwechselnd miteinander mit Stiften verbunden sind, die locker in den Buchsen angebracht sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins aus dem Stift, der Buchse, der inneren Lasche und der äußeren Lasche eines aus den oben beschriebenen Kettenbauteilen ist.
Die Buchsenkette der vorliegenden Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung auf.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: mehrere Paare von äußeren Laschen, wobei die gepaarten äußeren Laschen durch zwei Stifte verbunden sind; und mehrere Paare von inneren Laschen, wobei die gepaarten inneren Laschen durch zwei Buchsen verbunden sind, die jeweils eine daran angebrachte Rolle aufweisen, die mehreren Paare von äußeren Laschen und die mehreren Paare von inneren Laschen abwechselnd miteinander mit den Stiften verbunden sind, die locker in den Buchsen angebracht sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins aus dem Stift, der Buchse, der inneren Lasche, der äußeren Lasche und der Rolle eines der oben beschriebenen Kettenbauteile ist.
Die Rollenkette der vorliegenden Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung auf.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins aus dem Stift und der Buchse eins aus den oben beschriebenen Kettenbauteilen ist und dass ein Zwischenraum zwischen dem Stift und der Buchse 30 µm bis 120 µm beträgt.
Die Kette der vorliegenden Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung auf und kann flexibel mit verschiedenen Zwecken und Änderungen der Verwendungsumgebung umgehen.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kette, die aus mehreren inneren Laschen hergestellt ist, die jeweils ein Paar von V-förmigen Zahnlaschen an einem Ende in einer Richtung der kurzen Seite aufweisen, die inneren Laschen miteinander schwenkbar durch Stifte verbunden sind, die in die Stiftöffnungen derart eingeführt sind, dass eine Zahnlasche einer von benachbarten inneren Laschen die andere Zahnlasche einer anderen von benachbarten inneren Laschen in einer Breitenrichtung der Kette überlappt, und Führungslaschen, die an beiden äußeren Seiten in der Breitenrichtung angeordnet sind und durch welche die Stifte fest eingesetzt sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins aus dem Stift, der inneren Lasche und der Führungslasche eines aus den oben beschriebenen Kettenbauteilen ist.
Die Zahnkette der vorliegenden Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung auf.
Die Kette gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins aus dem Stift und der inneren Lasche eines aus den oben beschriebenen Kettenbauteilen ist, und dass ein Zwischenraum zwischen dem Stift und der Stiftöffnung in der inneren Lasche in Gleitkontakt mit dem Stift 30 µm bis 120 µm beträgt.
Die Kette der vorliegenden Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegen verschleißbedingte Längung auf und kann flexibel mit verschiedenen Zwecken und Änderungen in der Verwendungsumgebung umgehen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausführungsformen in allen Merkmalen zu veranschaulichenden und nicht einschränkenden Zwecken gegeben sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obenstehende Beschreibung bestimmt und beabsichtigt, Inhalte, die den Patentansprüchen äquivalent sind, und jegliche innerhalb des Umfangs der Patentansprüche vorgenommene Änderungen einzubeziehen.
Das Kettenbauteil der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise nicht auf Bauteile der oben beschriebenen Rollenkette, Buchsenkette und Zahnkette beschränkt. Auch kann das Kettenbauteil auf Bauteile von Kraftübertragungsketten zu einer von Steuerketten verschiedenen industriellen Verwendung angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H1129848 [0014, 0016, 0017]

Claims

Kettenbauteil einer Kraftübertragungskette zur industriellen Verwendung, wobei das Kettenbauteil Folgendes umfasst: ein Stahl-Basismaterial; und eine Chrom-Nitrid-Schicht, die an einer äußeren Seite des Stahl-Basismaterials ausgebildet ist und mehr als 0 Gew.-%, aber nicht mehr als 55 Gew.-% Eisen enthält, mindestens eine Oberfläche der Chrom-Nitrid-Schicht, die gegen andere Bauteile gleitet, die eine raue Oberfläche mit Bergen und Tälern ist.
Kettenbauteil nach Anspruch 1, wobei die raue Oberfläche eine Oberflächenrauheit Rk von 0,05 µm bis 0,5 µm aufweist.
Kettenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Chrom-Nitrid-Schicht eine Eisenkonzentrationsverteilung aufweist, wobei die Eisenkonzentration allmählich von einer Oberfläche des Stahl-Basismaterials hin zu einer äußeren Seite abnimmt.
Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Chrom-Nitrid-Schicht Chrom- und Stickstoffkonzentrationsverteilungen aufweist, wobei die Chrom- und Stickstoffkonzentrationen allmählich von einer äußeren Seite hin zu einer Oberfläche des Stahl-Basismaterials abnehmen.
Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gehalt des Eisens 1 Gew.-% oder mehr und 45 Gew.-% oder weniger beträgt.
Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Chrom-Nitrid-Schicht mehr als 0 Gew.-%, aber nicht mehr als 55 Gew.-% Eisen, 45 Gew.-% oder mehr und 90 Gew.-% oder weniger Chrom, und 5 Gew.-% oder mehr und 25 Gew.-% oder weniger Stickstoff enthält, bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Gew.-%.
Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Chrom-Nitrid-Schicht eine Dicke von 2 µm oder mehr und 30 µm oder weniger aufweist.
Kette, Folgendes umfassend: mehrere Paare von äußeren Laschen, wobei die gepaarten äußeren Laschen durch zwei Stifte verbunden sind; und mehrere Paare von inneren Laschen, wobei die gepaarten inneren Laschen durch zwei Buchsen verbunden sind, wobei die mehreren Paare von äußeren Laschen und die mehreren Paare von inneren Laschen abwechselnd miteinander verbunden sind, wobei die Stifte locker an den Buchsen angebracht sind, mindestens eins aus dem Stift, der Buchse, der inneren Lasche und der äußeren Lasche das Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Kette, Folgendes umfassend: mehrere Paare von äußeren Laschen, wobei die gepaarten äußeren Laschen durch zwei Stifte verbunden sind; und mehrere Paare von inneren Laschen, wobei die gepaarten inneren Laschen durch zwei Buchsen verbunden sind, die jeweils eine daran angebrachte Rolle aufweisen, wobei die mehreren Paare von äußeren Laschen und die mehreren Paare von inneren Laschen abwechselnd miteinander verbunden sind, wobei die Stifte locker in den Buchsen angebracht sind, mindestens eins aus dem Stift, der Buchse, der inneren Lasche, der äußeren Lasche und der Rolle das Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Kette nach Anspruch 8 oder 9, wobei mindestens eins aus dem Stift und der Buchse das Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist, und ein Zwischenraum zwischen dem Stift und der Buchse 30 µm bis 120 µm beträgt.
Kette, Folgendes umfassend: mehrere innere Laschen, die jeweils ein Paar von V-förmigen Zahnlaschen an einem Ende in einer Richtung der kurzen Seite und ein Paar vorderer und hinterer Stiftöffnungen aufweisen, wobei die inneren Laschen schwenkbar miteinander verbunden sind durch Stifte, die in die Stiftöffnungen eingeführt sind, sodass eine Zahnlasche von einer der angrenzenden inneren Laschen die andere Zahnlasche der anderen der angrenzenden inneren Laschen in einer Breitenrichtung der Kette überlappt; und Führungslaschen, die an beiden äußeren Seiten in der Breitenrichtung angeordnet sind und durch welche die Stifte fest eingesetzt sind, mindestens eins aus dem Stift, der inneren Lasche und der Führungslasche das Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Kette nach Anspruch 11, wobei mindestens eins aus dem Stift und der inneren Lasche das Kettenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist, und ein Zwischenraum zwischen dem Stift und der Stiftöffnung in der inneren Lasche in Gleitkontakt mit dem Stift 30 µm bis 120 µm beträgt.