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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegend Erfindung betrifft
eine Technologie zum Verhindern des Auftretens elektrolytischer
Korrosion von Befestigungsteilen in einer Befestigungsstruktur für ein Magnesiumlegierungselement
und ein Befestigungselement, hergestellt aus einem Metall, das von
demjenigen des Magnesiumlegierungselements verschieden ist.
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HINTERGRUND TECHNIK
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In jüngerer Zeit gab es in der Automobilindustrie
einen starken Anstieg der Anforderungen hinsichtlich Brennstoffökonomie
aufgrund dessen, dass die Umweltprobleme zunehmen. Um solche Anforderungen
zu erfüllen,
erforscht die Automobilindustrie Wege zum Verringern des Gewichts
von Karosserieren und versucht die Verwendung von Magnesiumlegierung
in Automobilteilen zu erhöhen,
da sie das geringste Gewicht unter den Metallen aufweist, welche
praktisch verwendet werden können.
In jüngerer
Zeit wurde insbesondere die Verwendung in Teilen erforscht, die
sehr hohe Korrosionsfestigkeit erfordern, wie etwa die Außenhülle und Strukturteile.
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Da jedoch Magnesiumlegierung die
häufigste
praktische Legierung ist, ist es wahrscheinlich, dass bei Befestigung
zusammen mit verschiedenen Metallen, wie etwa Eisen und Aluminium,
elektrolytische Korrosion in der Gegenwart von Elektrolyt-enthaltender
Feuchtigkeit auftritt. Im Besonderen im Motorraum und an der Unterseite
eines Fahrzeugs wird elektrolytische Korrosion extrem durch die
Wirkung von Elektrolyten gefördert,
die in Regenwasser, schmelzendem Schnee, Salz usw. enthalten sind,
und Probleme, d.h. ein Lösen
bzw. Lockern der befestigten Teile, können auftreten. Bisher wurden,
wie in dem japanischen Patent Nr. 2715758 offenbart, Aluminiumunterlegscheiben
durch anodische Oxidation isoliert oder Bolzen wurden mit Harz beschichtet,
wie in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. S58-40045 beschrieben.
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Jedoch ist anodische Oxidation von
Aluminiumunterlegscheiben sehr teuer. Im Falle der Beschichtung von
Bolzen mit Harz sind Kontaktadhäsion
von und Harzbeschichtungsfilme auf Bolzen und die Haltbarkeit unzureichend
und der Beschichtungsfilm kann sich ablösen bzw. abschälen, was
zu elektrolytischer Korrosion führt
und eine Verbesserung der Kontaktadhäsion ist erforderlich.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Gegenstand der Erfindung
eine Struktur und ein Verfahren für Beständigkeit gegenüber elektrolytischer
Korrosion bereitzustellen, welche ausreichende Kontaktbefestigung
eines Magnesiumlegierungselements, fest und mit geringen Kosten,
bei Verhinderung elektrolytischer Korrosion liefert, durch Isolieren
eines Befestigungselements, wie etwa Stahlbolzen oder Unterlegscheiben.
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Die Struktur der Erfindung, welche
widerstandsfähig
gegenüber
elektrolytischer Korrosion eines Magnesiumlegierungselements ist,
ist gekennzeichnet durch Beschichten von mindestens der Oberfläche eines Befestigungselements,
welche in Kontakt mit dem Magnesiumlegierungselement ist, mit einer
ersten Beschichtungsschicht durch Elektroabscheidung und Beschichten
einer zweiten Beschichtungsschicht mit darin dispergierten Polytetrafluorethylenteilchen
(PTFE-Teilchen) auf die erste Beschichtungsschicht.
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Das Verfahren zum Verhindern elektrolytischer
Korrosion eines Magnesiumslegierungselements der Erfindung ist gekennzeichnet
durch die Schritte des Aufbringens einer ersten Beschichtungsschicht
durch Elektroabscheidung auf mindestens der Oberfläche eines
Befestigungselement, welches in Kontakt mit dem Magnesiumlegierungselement
ist, und einen Schritt des Aufbringens einer zweiten Beschichtungsschicht
mit darin dispergierten PTFE-Teilchen auf die erste Beschichtungsschicht,
wobei eine quervernetzende Struktur der ersten Beschichtungsschicht
und zweiten Beschichtungsschicht gebildet wird.
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Gemäß der Erfindung besitzt die
erste Beschichtungsschicht, die durch Elektroabscheidung gebildet wird,
hervorragende Kontaktadhäsion
auf dem Befestigungselement und hervorragende Haltbarkeit, verglichen
mit herkömmlichen
Tauchbeschichtungen. Daher ist die erste Beschichtungsschicht schwer
von der Oberfläche
des Befestigungselements abzulösen
und elektrolytische Korrosion wird dadurch effektiv verhindert.
Die zweite Beschichtungsschicht, die durch Abscheiden von PTFE-Teilchen
gebildet wird, wird mit der ersten Beschichtungsschicht quervernetzt
und ist fest an die erste Beschichtungsschicht angehaftet. Die zweite
Beschichtungsschicht weist extrem geringen Reibungswiderstand auf
und die Kontaktadhäsion
und Haltbarkeit davon ist extrem hoch. Zusätzlich, da die zweite Beschichtungsschicht
wasserabweisend ist, sind die vorbeugenden Wirkungen für elektrolytische
Korrosion und die Witterungsbeständigkeit
der Beschichtung verbessert.
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Wenn das Befestigungselement ein
Bolzen ist, ist eine Veränderung
des Reibungswiderstands beim Befestigen verringert, da der Reibungswiderstand
gering ist. Dementsprechend ist das Befestigungsdrehmoment beim
Befestigen des Bolzens stabil, Variationen bzw. Veränderungen
der Axialkraft des Bolzens werden unterdrückt und eine gleichmäßige Axialkraft
wird erhalten. Bisher war es schwierig, eine gleichmäßige Axialkraft
in einem vollständig
entfetteten Zustand oder in einem mit Kühlmittel, Rostschutzmittel
oder anderem Öl oder
Fett verunreinigten Zustand oder wenn die Oberflächenbedingungen variierten,
zu erhalten; da jedoch die zweite Beschichtungsschicht, die die
Oberfläche
bildet, geringen Reibungswiderstand aufweist und wasserabweisend
ist, wird eine gleichmäßige Axialkraft
erhalten, unabhängig
von den Oberflächenbedingungen.
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Das Material für die erste Beschichtungsschicht
der Erfindung umfasst verschiedene Harze, wie etwa kationische oder
anionische Epoxy-, Acryl-, Polybutadien- und Alkydharze; kationische
Epoxyharze werden vorzugsweise unter dem Gesichtspunkt hoher Korrosionsbeständigkeit
und Kontaktadhäsion
verwendet. Die Dicke der ersten Beschichtungsschicht sollte 5 μm oder mehr
sein, um Kontaktadhäsion
und Haltbarkeit sicherzustellen; wenn jedoch die Dicke 50 μm überschreitet,
kann eine gleichmäßige Dicke
nicht erhalten werden, und eine Verbesserung des Effekts wird nicht
erwartet und die Elektroababscheidung verbraucht zuviel Energie.
Daher ist die Dicke der ersten Beschichtungsschicht bevorzugt 5
bis 50 μm
oder bevorzugter 20 bis 50 μm. Beim
Bilden der ersten Beschichtungsschicht auf dem Befestigungselement
ist es in dem Falle, in welchem das Befestigungselement aus Stahl
hergestellt ist, bevorzugt eine Grundbeschichtung eines Filmes aus
Phosphat oder schwarzem Oxid zu bilden. Als die Grundbeschichtung
kann eine Zn- oder Cr-Plattierung ebenfalls aufgebracht werden.
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Die zweite Beschichtungsschicht der
Erfindung wird gebildet durch Dispergieren von PTFE-Teilchen in
einem synthetischen Harz und einem organischen Lösungsmittel, wie etwa Alkohol
oder Keton, um noch stärker
an die erste Beschichtungsschicht anzuhaften, und Trocknen, und
die Konzentration von PTFE-Teilchen in dem Lösungsmittel ist z.B. 1 bis
30%. Zu dieser Zeit ist der Gehalt des synthetischen Harzes bevorzugt 10
bis 50 % des Feststoffgehalts des PTFE. Damit die zweite Beschichtungsschicht
einen gewünschten
niederen Reibungskoeffizienten zeigen kann, ist das Molekulargewicht
der PTFE-Teilchen bevorzugt 1000 oder weniger und die Teilchengröße sollte
1 μm oder
weniger sein. Die Dicke der zweiten Beschichtungsschicht ist bevorzugt
1 bis 10 μm,
um Haltbarkeit und Stabilität
des Reibungsdrehmoments zu erhalten. Diese Materialien für die erste
Beschichtungsschicht und zweite Beschichtungsschicht sind nicht
teuer und daher wird die Erfindung bei geringen Kosten realisiert.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die das Konzept der Erfindung zeigt, worin
eine Grundbeschichtung 2 auf die Oberfläche eines Befestigungselements 1,
wie etwa einen Stahlbolzen, aufgebracht ist und ein kationisches
Epoxyharz auf die Oberfläche
der Grundbeschichtung 2 durch Elektroababscheidung aufgebracht
ist, und eine erste Beschichtungsschicht 11 gebildet ist.
Nach Trocknen der ersten Beschichtungsschicht 11 wird die
erste Beschichtungsschicht 11 für eine bestimmte Zeit in ein
Lösungsmittel
eingetaucht, in welchem PTFE-Teilchen dispergiert sind, und die
erste Beschichtungsschicht 11 und die zweite Beschichtungsschicht 12 werden
erhitzt und gehärtet.
Durch Härten
werden die PTFE-Teilchen quervernetzt und auf der Oberfläche der
ersten Beschichtungsschicht 11 gehalten und eine quervernetzte
Struktur wird gebildet. Das Befestigungselement 1 wird
befestigt wenn die zweite Beschichtungsschicht 12 in Kontakt
mit Magnesiumlegierungselement 20 kommt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die die schematische Struktur zum Verhindern
elektrolytischer Korrosion gemäß der Erfindung
zeigt.
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2 ist
ein Diagramm, dass das Testverfahren durch ein Ring-auf-Scheibe-Verfahren
erklärt,
worin (a) eine perspektivische Ansicht eines Prüfkörpers ist und (b) eine Seitenansicht
ist, die die Vorrichtung schematisch zeigt.
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3 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse der Kontaktadhäsion des Beispiels und der
Vergleichsbeispiele durch das Ring-auf-Scheibe-Verfahren zeigt.
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4 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse der Kontaktadhäsion der ersten Beschichtungsschicht
in dem Beispiel durch das Ring-auf-Scheibe-Verfahren zeigt.
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5 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse der Kontaktadhäsion der zweiten Beschichtungsschicht
in dem Beispiel durch das Ring-auf-Scheibe-Verfahren zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das Veränderungen
der Axialkraft in dem Beispiel und im Stand der Technik zeigt.
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7 ist
ein Diagramm, das Veränderungen
der Axialkraft in einem öligen
Zustand und in einem entfetteten Zustand des Beispiels und nach
dem Stand der Technik zeigt.
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8 ist
eine schematische Seitenansicht einer Testvorrichtung des Kugel-auf-Scheibe-Verfahrens.
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9 ist
ein Diagramm, das Ergebnisse der Testunterschiede des Reibungskoeffizienten
des Beispiels durch das Kugel-auf-Scheibe-Vertahren zeigt.
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BESTES VERFAHREN ZUM DURCHFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Wirkungen und Effekte der Erfindung
werden unten unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben.
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(1) Testen durch das Ring-auf-Scheibe-Verfahren
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A. Adhäsionstest auf einer Oberflächenschicht
Bezugnehmend
auf 2 wird das Testvertahren
durch ein Ring-auf-Scheibe-Verfahren
erklärt.
Prüfkörper sind
Scheibe 1 und Ring 2, wie in 2(a) gezeigt, und wie in 2(b) gezeigt, unter Rotieren der Scheibe 1 um
die Achse durch eine Antriebsquelle 10, wobei die Stirnfläche von
Ring 2 gegen eine Oberfläche davon bei einem angegebenen
Druck gepresst wird, und Änderungen
des Reibungsdrehmoments auf der Basis des Antriebsdrehmoments für die rotierende
Scheibe 1 werden gemessen.
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Gemäß den in Tabelle 1 gezeigten
Beschreibungen wurden Beschichtungsschichten auf der Oberfläche von
Stahlscheiben mit 50 mm Durchmesser und 1 mm Dicke gebildet und
Prüfkörper des
Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurden erhalten. Unter
Rotieren der Scheiben um die Achse mit einer Geschwindigkeit von
20 UpM wurde die Stirnfläche
eines Magnesiumlegierungsrings mit einer Oberflächenrautiefe Ra von 0,13 bis
0,20 μm,
20 mm Innendurchmesser und 25,6 mm Außendurchmesser, gegen die Oberfläche gepresst
und unter Erhöhen
der Pressbelastung mit einer Rate von 100 kgf/min wurden Veränderungen des
Reibungsdrehmoments (kgf-cm) auf der Basis des Antriebsdrehmoments
zum Rotieren der Scheibe gemessen. Ergebnisse sind in
3 gezeigt. Tabelle
1
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Die Widerstandskraft gegenüber Scherablösung wird
als geringwertiger beurteilt wenn das Reibungsdrehmoment hoch ist,
wie im Vergleich mit der Belastung des Rings, und ist ausgezeichnet
wenn das Reibungsdrehmoment gering ist. Wie in 3, in Vergleichsbeispiel 1, gezeigt,
steigt das Reibungsdrehmoment in einem Bereich relativ geringer
Belastung an und in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 löst sich
der erste Beschichtungsfilm bei einer geringeren Belastung ab. In
diesen Vergleichsbeispielen 1 bis 3, worin nur die erste Beschichtungsschicht
gebildet wird, ist die Beschichtungsschicht, die gebildet wird durch
Eintauchen in das Lösungsmitteltyp-Epoxyharz
(Vergleichsbeispiel 2) am schlechtesten bezüglich Kontaktadhäsion und
die Adhäsion
steigt in der Reihenfolge Beschichtungsschicht, die durch Elektroabascheidung
von anionischem Epoxy (Vergleichsbeispiel 3) gebildet wird und Beschichtungsschicht,
die durch Elektroabascheidung von kationischem Epoxy (Vergleichsbeispiel
1) gebildet wird. Das heißt
das kationische Epoxy ist bevorzugt als das Harz und die Elektroabascheidung
ist als das Bildungsverfahren empfohlen. In Vergleichsbeispiel 4,
das mit der zweiten Beschichtungsschicht nach Härten der ersten Beschichtungsschicht
beschichtet wird, ist das Reibungsdrehmoment höher als in dem Beispiel der
quervernetzten Struktur der ersten Beschichtungsschicht und zweiten
Beschichtungsschicht und die Kontaktadhäsion ist niedriger. In dem
Beispiel wird, falls die Belastung erhöht ist, das Reibungsdrehmoment
nur sehr wenig erhöht
und die Kontaktadhäsion
ist im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen ausgezeichnet.
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B. Adhäsionstest für jede Beschichtungsschicht
in dem Beispiel
In dem Beispiel wurde die erste Beschichtungsschicht
in fünf
Dicken von 3 μm,
5 μm, 20 μm, 50 μm und 70 μm hergestellt
und an diesen ersten Beschichtungsschichten wurde das Reibungsdrehmoment ähnlich durch
das Ring-auf-Scheibe-Verfahren gemessen. Darüber hinaus wurde die zweite
Beschichtungsschicht, die auf die erste Beschichtungsschicht zu
laminieren ist, in fünf
Dicken von weniger als 1 μm,
1 μm, 3 μm, 10 μm und 15 μm hergestellt
und an diesen zweiten Beschichtungsschichten wurde das Reibungsdrehmoment ähnlich durch das
Ring-auf-Scheibe-Verfahren gemessen. Ergebnisse der ersten Beschichtungsschichten
sind in 4 gezeigt und
die Ergebnisse für
die zweiten Beschichtungsschichten sind in 5 angegeben. Gemäß 4 besteht in dem Dickebereich der ersten
Beschichtungsschicht von 5 bis 50 μm keine wesentliche Veränderung der
Kontaktadhäsion
und eine vorteilhafte Adhäsion
ist sichergestellt. Entsprechend 5 wurde
in dem Dickebereich der zweiten Beschichtungsschicht von 1 bis 10 μm Gleichmäßigkeit
des Reibungsdrehmoments bestätigt.
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(2) Haltbarkeitstest von
Harz durch den Salzsprühtest
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Eine Grundbeschichtung wurde auf
die Oberfläche
von Stahlprüfkörpern aufgebracht
und die erste Beschichtungsschicht wurde auf der Grundbeschichtung
durch Elektroabascheidung von Harzen, wie etwa kationisches oder
anionisches Epoxyharz, Acrylharz, Polybutadienharz und Alkydharz,
gebildet und Salzwasser wurde auf die Beschichtungsschichten für eine angegebene
Zeit gesprüht
und das Auftreten von Rost wurde untersucht. Das Testverfahren entspricht
JIS K 5400. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle
2 wurden die Ergebnisse beurteilt als: ☐ :kein Rost, O
kleine Rostflecken und Δ :
Anzeichen von Rost, jedoch keine praktischen Probleme. Tabelle
2
![Figure 00090001](https://patentimages.storage.googleapis.com/4f/71/ff/f0561ee3dd07f3/00090001.png)
Entsprechend Tabelle 2 wurde die Beschichtungsschicht
aus Epoxyharz durch einen Bleistift der Härte 3H nicht abgetragen und
sie wies daher hohe Festigkeit auf. Die Beschichtungsschichten durch
Acrylharz und Polybutadienharz waren stark genug gegenüber einem
Bleistift der Härte
2H und die Beschichtungsschicht aus Alkydharz hatte kein praktisches
Problem gegenüber
einem Bleistift der Härte
N. Daher können
diese Harze als Harze für
die erste Beschichtung verwendet werden und insbesondere ist das
kationische Epoxyharz das geeignetste.
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(3) Wasserabweisungstest
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Gereinigtes Wasser wurde auf die
Oberfläche
des Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 mit einem Tropfendurchmesser
von 2 mm getropft und der Kontaktwinkel des Wassertropfens auf jeder
Beschichtungsschicht wurde gemessen. Ergebnisse sind in Tabelle
3 gezeigt. Umso größer der
Kontaktwinkel, umso höher
ist die Wasserabweisung.
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Gemäß Tabelle 3 ist die zweite
Beschichtungsschicht des Beispiels überragend bezüglich Wasserabweisung
gegenüber
der Beschichtungsschicht nach dem Stand der Technik. Im Vergleich
mit der ersten Beschichtungsschicht ist die zweite Beschichtungsschicht
des Beispiels extrem verbessert bezüglich Wasserabweisung und die
Wirkung der zweiten Beschichtungsschicht als eine Schicht mit darin
dispergierten PTFE-Teilchen wurde beobachtet.
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(4) Messung der Axialkraft
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Mehrere Proben wurden hergestellt
durch Bilden der Beschichtungsschicht durch Anwenden des Beispiels
auf M8 Flanschbolzen und diese wurden in Eingriff gebracht und befestigt
mit Nusselementen bzw. Schraubenmutterelementen und das Befestigungsdrehmoment
und die Axialkraft wurden gemessen. Herkömmliche Proben, welche galvanisiert
wurden, wurden ähnlich
getestet. Ergebnisse sind in 6 gezeigt. Entsprechend 6 waren, verglichen mit
herkömmlich
galvanisierten Proben, die Schwankungen der Axialkraft bei den Bolzen
des Beispiels gering und daher wurde beurteilt, dass eine geeignete
Drehmomentkontrolle möglich
ist.
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(5) Messung der Axialkraft
(Vergleich zwischen geöltem
Zustand und entfettetem Zustand).
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Mehrere Proben wurden hergestellt
durch Bilden der Beschichtungsschicht durch Anwenden des Beispiels
auf M8-Flanschbolzen und diese wurden in einem öligen Zustand und in einem
entfetteten Zustand getestet und das Befestigungsdrehmoment und
die Axialkraft wurden gemessen.
Herkömmliche Proben, welche galvanisiert
waren, wurden ähnlich
getestet. Ergebnisse sind in 7 gezeigt. Gemäß 7 war im Vergleich mit herkömmlich galvanisierten
Proben die Axialkraft des Bolzens des Beispiels nicht wesentlich
verschieden zwischen dem geölten
Zustand und dem entfetteten Zustand und die Wasserabweisung war
ausgezeichnet und eine gleichmäßige Axialkraft
könnte
ungeachtet der Oberflächenbedingung
erhalten werden.
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(6) Test durch das Kugel-auf-Scheibe-Verfahren
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Als die zweite Beschichtungsschicht
wurden Schichten mit drei Typen von dispergierten PTFE-Teilchen
verwendet, die verschiedenes Molekulargewicht und verschiedene Teilchengröße aufwiesen,
und ihre Reibungskoeffizienten wurden durch das Kugel-auf-Scheibe-Verfahren
gemessen. In dem Kugel-auf-Scheibe-Verfahren, wie in 8 gezeigt, wurde unter Rotieren
einer Scheibe 3 aus Magnesiumlegierung um die Achse durch
eine Antriebsquelle 20 eine Stahlkugel 30 mit
einem Durchmesser von 10 mm, auf welcher die zweite Beschichtungsschicht
gebildet war, angepresst und gerollt. Die Kraft der Kugel 30,
die in der Rotationsrichtung zog, wurde durch einen Sensor nachgewiesen
und der Reibungskoeffizient wurde auf der Basis dieser Kraft gemessen.
In diesem Falle war die Belastung der Kugel 30, die auf
die Scheibe 3 drückt,
100 g und die Geschwindigkeit der Scheibe 3 zum Rollen der Kugel 30 war
0,2 m/sec. Die drei Typen PTFE-Teilchen hatten ein Molekulargewicht
von 1000 oder weniger, mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm oder weniger,
einem Molekulargewicht von 300.000 bis 400.000, mit einer mittleren
Teilchengröße von 1 μm oder weniger
und einem Molekulargewicht von 300.000 bis 400.000, bei einer mittleren
Teilchengröße von 4 μm. Ergebnisse
sind in 9 gezeigt. Gemäß 9 war im Falle von PTFE-Teilchen mit einem
Molekulargewicht von 1000 oder weniger mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm oder weniger
der Reibungskoeffizient viel kleiner bei Vergleich mit den anderen
beiden Typen PTFE-Teilchen und daher wurden solche PTFE-Teilchen
als am besten geeignet bestätigt.
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Zusammenfassung
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Struktur und Verfahren zum Verhindern
elektrolytischer Korrosion eines Magnesiumlegierungselements (20),
die Struktur, worin eine erste Beschichtungsschicht (11),
gebildet durch Elektroabscheidung, und eine zweite Beschichtungsschicht
(12), gebildet durch Verteilen von PTFE-Teilchen auf der ersten Beschichtungsschicht
(11), auf der Oberfläche
eines Befestigungselements (1) auf mindestens einer Oberfläche aufgebracht
sind, die in Kontakt mit dem Magnesiumlegierungselement (20)
kommt, wobei die elektrolytische Korrosion des Magnesiumlegierungselements
bei geringen Kosten verhindert werden kann durch Isolieren eines Befestigungselements,
wie etwa eines Stahlbolzens und einer Unterlegscheibe, von dem Magnesiumlegierungelement,
und eine ausreichende Haftung dazwischen sichergestellt werden kann.
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